风电运维 | 风力发电机组自动消防系统评测研究

2020年，我国“十三五”规划已圆满收官。全国发电装机容量从2015年底的15亿千瓦增长到2020年底的22亿千瓦，年均增长7.6%，高于“预期2020年全国发电装机容量20亿千瓦，年均增长5.5%”的规划目标。2020年的风能大会上，全球400余家风能企业代表提出在“十四五”期间需保证风电年均新增装机5000万千瓦以上。短时间内大批新型风电机组产品投入规模化生产和装机运行后，质量和运行可靠性问题突出，安全事故频发，其中火灾事故占有相当大的比例，且往往造成整个机组被全部烧毁，经济损失巨大^[1,2]。随着机组运转时间的增加，机组各个系统的零部件逐渐磨损老化，故障率将会不断升高，火灾风险也将显著增大，风电机组自动消防系统能否快速灭火起到了至关重要的作用^[3,4]。

本文通过风力发电机组自动消防系统和试验装置，进行机舱模拟火灾报警与灭火试验，检测火灾探测与启动装置、气溶胶灭火装置、超细干粉灭火装置、火灾报警控制器等的报警与联动启动性能、灭火性能与全淹没浓度分布性能进行评测^[5,6]。验证目前常见的风力发电机组自动消防系统灭火装置在真实环境下的灭火能力，给今后风力发电机组自动消防系统性能要求提供必要的参考依据^[7]。

2.1 试验装置

风力发电机组消防试验装置位于应急管理部天津消防研究所燃烧试验馆内，该试验装置釆用1.5MW实体风力发电机组机舱搭建，机舱内部尺寸为9m（长）×3.8m（宽）×3.5m（高），容积约为114m³。按照机舱内部主要设备的结构和布局特点，模拟设置发电机、变速箱、控制柜、机舱平台等装置。在机舱头部、中部和后部设有送、排风变频调节系统，根据机舱结构及其火灾特点设置多个点火源可用于开展风力发电机组火灾报警与自动灭火试验测试研究，如图1所示。

图1 风力发电机组消防试验装置

2.2 火源模型

在风力发电机组机舱内，变速箱、发电机、刹车盘和电缆等装置和部位发生火灾的危险性较大，为了模拟风力发电机组机舱失火的场景，试验装置内设置有10处火源模型HY1~YH10，火源的详细情况与设置位置参见表1。

表1火源模型设置情况汇总表

2.3 试验设备

热电偶采用镍铬镍硅铠装K型，直径为φ3，风力发电机组消防试验装置共设置19支热电偶，具体安装位置参见表2和图2。

表2 TC1-TC19热电偶安装位置汇总表

图2 TC1-TC19热电偶安装位置示意图

2.4 实验样品

2.4.1 样品1：某品牌3kg悬挂式干粉灭火装置

本试验采用6具3kg悬挂式干粉灭火装置，如图3所示，执行标准为《干粉灭火装置》XF602-2013。

图3 某品牌3kg悬挂式干粉灭火装置样品照片

2.4.2 样品2:某品牌QRR3.0G/S热气溶胶灭火装置

本试验采用6具QRR3.0G/S热气溶胶灭火装置，如图4所示，执行标准为《气溶胶灭火系统第1部分热气溶胶灭火装置》XF499.1-2010。

图4 3kg热气溶胶灭火装置样品照片

2.4.3 样品3:某品牌QRR3.0G/S热气溶胶灭火装置

本试验采用6具QRR3.0G/S热气溶胶灭火装置，如图5所示，执行标准为《气溶胶灭火系统第1部分热气溶胶灭火装置》XF499.1-2010。

图5 3kg热气溶胶灭火装置样品照片

2.4.4 火灾自动报警联动控制系统

火灾自动报警联动控制系统由火灾报警控制器、点型光电感烟火灾探测器、点型感温火灾探测器、点型红外火焰探测器、火灾声光警报器、输入/输出模块、风电消防监控系统平台（非标）等组成。

2.5 实验过程

依据《风力发电组自动消防系统测试试验大纲》的要求，开展了火灾报警与联动启动试验、以及灭火试验。

2.5.1火灾报警与联动启动试验

在火灾报警与联动启动试验中，使用7只火灾探测器、1台火灾报警控制器、3只输入/输出模块、1只火灾声光警报器、1套风电消防监控系统平台（非标）。7只火灾探测器分别设置于机舱顶部的不同位置，具体安装位置参见表3和图6，消防系统试验样品的安装照片参见图7~图8^[8,9]。

表3 火灾探测器安装位置表

图6 火灾探测器安装示意图

图7 火灾声光警报器启动警报鸣响

图8 火灾报警控制器发出联动启动信号

2.5.2 干粉灭火装置（样品1）灭火试验

采用6具3kg悬挂式干粉灭火装置（样品1），分别悬挂于机舱顶部的不同部位，安装照片参见图9。

图9 干粉灭火装置安装照片

启动试验后，测试系统数据显示10个火源全部熄灭，抑制10min后，开启试验机舱舱门和风机通风，未出现火源复燃现象，灭火成功。

2.5.3 热气溶胶灭火装置（样品2）灭火试验

采用6具QRR3.0G/S热气溶胶灭火装置（样品2），分别设置于机舱的不同部位，安装照片参见图10。

图10 热气溶胶灭火装置安装照片

启动试验后，所有热气溶胶灭火装置在2-3s内启动喷射灭火剂，灭火剂喷射总时长为31s，测试系统数据显示10个火源全部熄灭，抑制10min后，开启试验机舱舱门和风机通风，未出现火源复燃现象。

2.5.4 热气溶胶灭火装置（样品3）灭火试验

采用6具QRR3.0G/S热气溶胶灭火装置（样品3），分别设置于机舱的不同部位，安装照片参见图11。

图11 热气溶胶灭火装置安装照片

启动试验后，所有热气溶胶灭火装置在4-5s内启动喷射灭火剂，灭火剂喷射总时长为49s，抑制10min后，开启试验机舱舱门和风机通风，未出现火源复燃现象，经试验火源1与火源10的燃料烧尽，明火熄灭。