引言

據(jù)行業(yè)統(tǒng)計,截至2020年底,我國累計裝機容量達2.8億k，2020年運行超過5年的機組將超過累計裝機的50%。隨著新增裝機量的增加,現(xiàn)役機組安全可靠性及機組性能問題也逐漸凸顯出來。此外,由于風機裝機時間早,其零部件逐漸磨損及老化,故障率不斷升高,火災風險也逐步增大。風電機組火災事故造成的損傷最大,產(chǎn)生的負面影響最多,是廣大業(yè)主和整機廠商均極力避免發(fā)生的一類惡性事故。早期風力發(fā)電設備整機廠家,在設計制造階段幾乎沒有配套設計有效的自動消防系統(tǒng),這也是近些年風機惡性火災事故頻發(fā)的重要原因。近兩年,為預防風電機組發(fā)生火災事故,給新增裝機安裝自動消防系統(tǒng)幾乎已成標準配置,老舊機組自動消防系統(tǒng)技術改造也呈現(xiàn)日漸增多的趨勢,這充分符合風力發(fā)電企業(yè)安全生產(chǎn)要求,故開展風電機組自動消防系統(tǒng)技術改造研究具有重大意義。

1風電機組安裝自動消防系統(tǒng)的必要性分析

2014年國家能源局下發(fā)的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求》(國能安全(2014)161號）第2.11.11條款和《電力設備典型消防規(guī)程》(DL5027一2015）第13.3.5項條款均對風電機組安裝自動消防系統(tǒng)提出了一定要求。在《風力發(fā)電機組防火技術規(guī)程》(CECS391一2014）中,對風電機組自動消防系統(tǒng)的防護單元、系統(tǒng)選型、裝置組件、設計施工、驗收維護等進行了全方位規(guī)定,對風機自動消防系統(tǒng)設計具有重要指導作用。

風電機組安裝自動消防系統(tǒng),當發(fā)生火災時,自動消防系統(tǒng)啟動后,可最大程度保證機組、人員安全,減少機組燒毀造成的經(jīng)濟損失。為遏制風電機組重大/特大火災事故的發(fā)生,及時將機艙內火災災情消除,建議在風電機組上安裝自動滅火裝置。

2自動消防系統(tǒng)技改方案介紹

風電機組自動消防系統(tǒng)的技術改造應遵循經(jīng)濟實惠、高效可靠、實用性強的原則。本文對風電機組自動消防系統(tǒng)設計方案進行了研究,對傳統(tǒng)的改造方案進行了系統(tǒng)優(yōu)化,提出了機艙大空間采用主動性自動消防系統(tǒng)(含視頻安防聯(lián)動）、電氣柜內采用被動式自動消防系統(tǒng)(S型熱氣溶膠）的設計方案。

2.1機艙大空間主動式自動消防系統(tǒng)

2.1.1機艙主動式電啟動消防控制邏輯

(1）系統(tǒng)預報警:火災報警控制器處于"自動"狀態(tài)下,當3種探測器(感溫、感煙、火焰探測）的其中一種探測器觸發(fā),火災報警控制器將向升壓站集控室監(jiān)控界面發(fā)送報警信號,現(xiàn)場聲光報警器不亮,超細干粉不啟動。與此同時,機艙內360)云臺旋轉智能球形攝像機自動聯(lián)動消防報警系統(tǒng),智能選取放大報警界面,展示機艙著火點著火情況,以便值班人員判斷火情。啟動流程詳解如圖1所示。

(2）系統(tǒng)動作:火災報警控制器處于"自動"狀態(tài)時,當3種探測器(感溫、感煙、火焰探測）的兩種探測器觸發(fā),現(xiàn)場聲光報警器響亮,啟動延時燈亮,延時30s后,火災報警控制器將啟動機艙內的超細干粉滅火裝置進行滅火,火災報警控制器將啟動反饋信號給中控室監(jiān)控平臺。

(3）系統(tǒng)手動控制:氣體釋放報警器和緊急啟停按鈕均具有手/自動轉換功能以及啟動/停止功能,當有操作人員進入機艙進行維護作業(yè)時,要求將消防系統(tǒng)調到手動控制模式,即操作人員發(fā)現(xiàn)火情時可手動啟動機艙內的消防系統(tǒng),火災報警控制器接收到緊急啟動信號后,系統(tǒng)延時30s啟動滅火裝置進行滅火:在此時間段內如確認為誤操作,可通過緊急啟停按鈕終止啟動。手動啟動滅火裝置后,火災報警控制器同時會釋放啟動反饋信號給中控室監(jiān)控平臺。報警控制器在手動狀態(tài)下,任何回路被觸發(fā),不會啟動滅火裝置,現(xiàn)場可通過啟停按鈕進行啟動/停止操作,中控室監(jiān)控平臺會接收報警信息。

(4）遠程啟動:中控室監(jiān)控平臺可遠程啟動超細干粉滅火裝置滅火。

(5）聯(lián)動控制要求:

1）機艙自動消防系統(tǒng)具有在任意兩種火災探測器報警觸發(fā)后實現(xiàn)聯(lián)動停機功能。

2）機艙自動消防系統(tǒng)具有在任意兩種火災探測器報警觸發(fā)后立即關閉機艙內齒輪箱散熱風扇、發(fā)電機散熱風扇的功能,防止自動滅火裝置噴放后滅火介質被風扇吸至機艙外或干變室內。

3）視頻安防聯(lián)動功能:3609云臺旋轉智能球形攝像機與消防控制系統(tǒng)聯(lián)動,自動消防系統(tǒng)報警時可以智能選取放大著火點界面。

2.1.2機艙超細干粉自啟動消防控制邏輯

機艙每具超細干粉自帶感溫磁發(fā)電裝置和熱敏線,若感溫磁發(fā)電元件周圍環(huán)境溫度達到93℃或熱敏線溫度達到175℃,超細干粉將自行噴放滅火。其自啟反饋信號通過火災報警控制器反饋至中控室集中監(jiān)控系統(tǒng),告知監(jiān)盤人員艙內起火。

2.2電氣柜內被動式自動消防系統(tǒng)

2.2.1機艙/塔基電氣柜內熱氣溶膠消防控制邏輯

與機艙超細干粉電啟動控制邏輯不同,考慮到各電氣柜內為封閉的獨立防火分區(qū),一旦電氣柜內發(fā)生火災,溫度上升極快,故從經(jīng)濟、成本角度考慮,電氣柜內未安裝感溫、感煙探測器,采用被動式滅火系統(tǒng)。每個封閉的防火分區(qū)內的熱氣溶膠自帶感溫磁發(fā)電裝置和熱敏線,若感溫磁發(fā)電元件周圍環(huán)境溫度達到93℃或熱敏線溫度達到175℃,防火分區(qū)內的熱氣溶膠將自行噴放滅火,其噴放信號反饋至中控室集中監(jiān)控系統(tǒng),告知監(jiān)盤人員電氣柜內熱氣溶膠已噴放滅火,如圖2所示。

2.2.2輪轂電氣柜內離線式自動消防系統(tǒng)消防控制邏輯

考慮到輪轂電氣柜為旋轉部件,從運行安全可靠性角度考慮,輪轂電氣柜內安裝離線式一體式微型熱氣溶膠滅火裝置,若感溫磁發(fā)電裝置檢測溫度達到93℃,輪轂電氣柜內熱氣溶膠噴放,進行全淹沒式滅火,如圖3所示。

3滅火介質設計用量計算

本文以國外某進口型號風電機組為例,進行滅火介質設計用量計算。

3.1機艙超細干粉計算

機艙大空間超細干粉全淹沒滅火劑用量參照《干粉滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50347一2004）第3.2.2條進行計算:

式中:m為干粉設計用量(kg）:K1為滅火劑設計濃度(kg/m³）,取型式試驗報告中滅火密度的1.3倍,超細干粉型式試驗報告中滅火密度為130g/m3:v為機艙凈容積(m³）:v_v為防護區(qū)總容積(m³）:v_g為防護區(qū)內不燃燒體和難燃燒體的總體積(m³）:v_z為不能切斷的通風系統(tǒng)的附加體積(m³）。

代入具體參數(shù),得:

因每具超細干粉不得大于5kg,故采用4具5kg的FFx-ACF型風電機組專用的超細干粉,分別懸掛安裝在機艙的低速軸上方、齒輪箱上方、高速軸聯(lián)軸器上方、發(fā)電機集電環(huán)上方,便可保證機艙內的全淹沒設計濃度。

3.2熱氣溶膠計算

根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50370一2005）第2.5.9條,熱氣溶膠設計用量按下式計算:

式中:w為滅火設計用量:C2為滅火設計濃度(kg/m3）,本例計算統(tǒng)一取130g/m3:Kv為容積修正系數(shù),Kv=1.0:v為防護區(qū)凈容積(m3）,v<500m3。

根據(jù)現(xiàn)場實際測量的風機內各電氣柜的體積,按每一個封閉空間為一個獨立的防火分區(qū)計算,結果如表1所示。

4結語

風電機組發(fā)生火災事故造成的損失是難以估量的,并且傳統(tǒng)的消防設施很難有效撲救,故開展風電機組自動消防系統(tǒng)研究具有重要意義。本文針對風電機組自動消防系統(tǒng),提出了機艙大空間主動式自動消防＋電氣柜內被動式消防系統(tǒng)相結合的改造方案,希望對廣大風電從業(yè)者有一定的借鑒、指引作用。