大風車轉呀吱悠悠地轉,這些大風車的葉輪利用空氣動力學原理依靠風能旋轉,將風能轉化為電能匯入電網傳輸到全國各地。但是如果機組因運行環境或者自身質量的原因出現火災,則會引起飛車、倒塔等惡性事故。
如上圖所示,風機上面的發電機部分因“飛車”事故發生了火災,伴隨著濃濃的黑煙和熊熊的烈火,整個頂端部分在不斷的土崩瓦解,機艙尾部的發電機起火后大火延伸至齒輪箱直至風機前部的葉片,三只葉片等角度分布保持整體平衡,當有任何一支葉片被大火燒斷,在不平衡力作用下,風機的塔筒被折斷,一臺風機就徹底的倒下了,如果風機周圍是草原或者林區又可能引發草場、山林火災,后果不堪設想。風力發電機組起火之后就是這么的瘋狂和駭人。
起火了就得救火呀,可風力發電機的起火跟普通的火災還有差別,面臨著好些難題。
高空不易救援
風電機組的主要部件如機艙和葉片運行在距離地面七八十米的高空,相當于30層樓高,通常火災發生的時候風都比較大,一般的消防車的水壓難以到達如此高度,起火時只能“忘火興嘆”。
野外不易救援
風電場通常都遠離城市,城市消防車輛很難及時到達。海上風電機組的火災救援更是遙不可及,發生了火災,常常只能任其燒毀。
火災救援困難是一方面,風機自身的火災隱患又是另一方面。
野外雷擊
風機機組多架設在野外風速比較大的地方,如山脊、開闊的平原等處,而這些地方恰恰是容易遭受雷擊的區域。雷擊能量的大小很難預測,而風機的防雷設計系統都是按照一定的標準設計,是有容量限度的。當防雷系統缺陷或者實際的雷擊超過設計標準時,就會發生火災。
風機設計制造缺陷
風機的設計要符合當地運行環境的特點,但是某些風機設計上制造上有缺陷。如在海邊或者海上運行的風機,需要考慮鹽霧對電氣設備腐蝕的影響,有的風機未安裝潮濕空氣過濾系統,導致機艙里高壓變壓器等設備的接線端子銹蝕,產生污閃電暈放電現象,最后造成相間短路發生火災。有的風機齒輪箱漏油嚴重,地板上會有一些積油,遇到緊急剎車時,剎車盤濺出的火星會引起火災。有的風機防雷性能較差,未能正確按照防雷分區的要求設計相應的防雷措施,有的制造質量較差接地線未能正確安裝,或者風電場自身的接地網長期銹蝕導致接地性能下降等。這些因素均會在運行中由于自身(電氣防護等級下降)或外界的原因(雷擊)導致火災發生。
服務不到位
由于風電近幾年裝機量猛增,人員培訓跟不上,很多維修人員在工作時沒有風機防火意識。風電機組的維修人員由于工作粗心,有時候會在維修結束后在機艙里留下沾染油污的棉絲、或者齒輪箱滲油沒有及時擦洗干凈。當機組發生緊急剎車時,剎車片會擦出火星,濺到棉絲上可能會引燃棉絲導致火災。
風機內部風險點的識別
由于以上問題的存在,風電機組必須自身配套有自動探測,自動滅火功能且性能穩定的消防裝置。國內風電行業曾經照搬城市樓宇用管網式消防系統,但由于風電機組特殊運行環境,管網水基、儲壓七氟丙烷等幾代滅火裝置均未能實現理想的消防功能,并且存在著如下問題:
1、容易誤觸發
當風電場發生雷擊時,系統容易發生誤觸發,多個風電場曾經發生過多臺甚至整場誤觸發,給風電機組的運行帶來很大的困擾。
2、系統容易失效
對有源傳感器(煙感、溫感)來說,其供電系統本來就是火災的風險之一,供電系統發生故障導致傳感器失效,系統就成了聾子瞎子,無法有效觸發滅火裝置。通常有源傳感器耐低溫性能差,在低溫時候功能失效,在火情發生時,無法有效觸發。
3、壓力容器帶來風險
有的系統使用的壓力容器高達15MPa,不符合“被保護區域不允許存放壓力容器”的規定。風電場的晝夜或者冬夏溫差較大,導致滅火介質流失,如果不能及時補充,則系統滅火效率就會大打折扣。
4、維護工作繁雜
有源傳感器通常要求每二年要做傳感器測試,定期清理沙塵;壓力容器需要定期檢查壓力(我們辦公樓走廊里的滅火器還要每月檢查一次壓力,每年更換消防器材呢),機艙里面需要布置復雜的管網。這都給日常的運行維護工作帶來了額外的負擔。
有問題就要解決問題,有困難就要克服困難,針對風力發電機組起火特有的問題,漢能華科技提出了的安全高效的風電機組自動消防系統方案。
滅火方案及工作原理
根據不同的保護部位采用不同的滅火介質,在機艙空間滅火使用超細干粉裝置,在各個電氣柜里面滅火采用氣溶膠裝置,二者均采用機械式感溫啟動元件觸發。觸發溫度可以根據機艙和控制柜的正常工作溫度來設定。
當火災發生后,被保護區域溫度上升到設定的溫度時,機械式感溫啟動元件產生脈沖電流觸發滅火裝置(干粉裝置或氣溶膠裝置)釋放滅火藥劑,火災會在1~5秒內撲滅。滅火后會自動產生一個反饋信號給主控系統。其特點是“自探自滅,無源啟動、無壓儲存、無需管網、10年免維護”。已經應用在陸上風電、海上風電,國內外機型的多個項目中。
獨特優勢
1、無源啟動
滅火裝置采用機械式感溫啟動元件,且無需供電,不會出現受供電的波動而造成誤啟動或者因電池低溫失效而無法啟動的現象。啟動元件耐-40℃低溫,而國內目前的感溫、感煙探測器最低到-10℃,無法滿足風機使用要求。
2、無壓儲存
滅火裝置采用預制式無壓儲存,平時沒有壓力,耐-40℃低溫,完全符合風電機組寬溫運行環境,安全可靠適合機艙和電氣柜使用。
3、無管網
每一個滅火裝置都由一個機械式感溫啟動元件觸發。無需在機艙里布置復雜的傳感器線路和滅火管網,安裝簡便。可根據機艙和控制柜的大小,靈活布置裝置數量。一般一個2MW的風機機艙里面需要配置3-4個干粉滅火裝置,每個電氣柜各需要配備一個氣溶膠。
4、免維護
裝置的使用期限為10年,使用期間無需任何維護,既不需要定期年檢,也不需要補充介質,真正的免維護。
5、配置靈活
客戶可以根據對火災風險的評估情況,選用不同的配置,如僅僅對電氣柜進行保護,或者僅僅對機艙的重點區域進行保護,或者采用超小氣溶膠對輪轂的電氣柜保護。