一、概述

風力發(fā)電機組（簡稱風電機組）的作用是將風能合理轉化為電能。通過風力的作用，實現(xiàn)葉片的轉動，通過增速設備將葉輪旋轉的頻率加大，帶動發(fā)電機發(fā)電。

1.風電機組的結構

風電機組的主要組成部分包括：葉輪、機艙、塔筒以及傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)等。葉輪和機艙構成了一個橫向的分區(qū)，這一區(qū)域的封閉性較強；塔筒與機艙共同構成了一個縱向的分區(qū)，這一分區(qū)也具有較強的封閉性。塔筒一般有3-4層平臺，構成了上部與下部互不連通的縱向分區(qū)。

2.風電火災事故情況

風電行業(yè)事故主要以葉片損壞、倒塔、火災、雷擊等為主。風電火災事故影響很大，除了造成設備損失，影響生產(chǎn)效益和人員傷亡外，還會降低風電作為先進的、可持續(xù)綠色能源行業(yè)的社會形象。

由于事故較敏感，各開發(fā)商或廠家不愿意公開統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但風機著火已經(jīng)是行業(yè)內(nèi)較突出的風電事故之一。而且風電場一般地處偏遠地區(qū)，發(fā)生事故后容易遮掩。據(jù)英國風能機構的不完全統(tǒng)計，截至2009年12月31日，全球共發(fā)生風電機組重大事故715起，其中火災事故138起，占總數(shù)的19.3%，位列第二位。另，據(jù)2014年其中一期《火災科學》雜志上，有研究人員在對全球20多萬臺風機進行了評估之后，甚至認為風機發(fā)電機的火災發(fā)生率要比業(yè)內(nèi)普遍認為的平均每年11.7起的幾率高出10倍，即認為每年至少有超過117起風機著火事故發(fā)生。在我國也發(fā)生了不少風機火災事故，造成了重大設備損失，甚至專業(yè)技術人員傷亡。我國是風電容量第一大國，截止到2016年底，我國風電裝機容量達1.69億千瓦，意味著國內(nèi)豎立的風電單機超過11萬臺。因此，對如此巨量設備的火災管控必須得到有關部門和單位的重視。

3.風電機組火災的特征

火災撲救難度大。一旦發(fā)生就造成極大的直接損失（當前單臺風電機組設備價格約600-800萬元）和間接損失（發(fā)電量減少），且外部救援可能性近乎為零。

火災隱患點多。風電機組從上到下都存在發(fā)生火災可能，且火災環(huán)境惡劣（機艙外部空氣流動大，塔筒內(nèi)部容易形成空氣對流等）。

火災類型復雜。電氣火災、固體火災和液體火災均有可能發(fā)生（涉及到的可燃物的種類很多，包括：不同種類和用途的潤滑油脂、液壓油、電器設備、電線電纜、葉片、機艙罩及其保溫層等）。

二、風電機組火災隱患和特征分析

1.葉輪

葉輪的組成部分包括葉片、輪轂、變槳機構（電機或液壓）、控制裝置以及整流罩。葉片的材質以及整流罩的材質多為玻璃鋼復合材料，葉片內(nèi)部夾芯結構由玻璃鋼表層中間加泡沫（PET）芯材或巴沙輕木（BALTEK）芯材構成，本身不易燃，但葉片容易遭受雷擊，從而引起火災。在設備較長時間的運行中，尤其是葉片變槳電機超負荷運行以及控制裝置由于過熱老化而導致電氣擊穿，控制箱通風不良也會導致過熱發(fā)生，如果不能及時處理，會導致火災。因此，主要隱患部位在于葉片、變槳電機以及變槳系統(tǒng)的電池柜和電容柜。

2.機艙

機艙的支撐結構主要是塔筒，被機艙罩所包圍，形成一個獨立性較強的空間，機艙中包括主軸、齒輪箱、發(fā)電機、剎車系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、連軸裝置、控制柜、變頻柜以及風向標、測速裝置、底板、照明系統(tǒng)等。機艙中由于通風不良，艙內(nèi)溫度往往較高（夏天能達50度），電氣設備、線纜等材料容易出現(xiàn)過熱、老化。機艙內(nèi)主要設備長時間處于高速旋轉的狀態(tài)，所產(chǎn)生的振動容易使電氣短路或連接接頭、插件以及電纜接口發(fā)生松動，加大接觸電阻而導致局部溫度過高。多起風機火災事故也表明，電氣火災是主要形式之一，機艙內(nèi)因控制柜著火而引燃整個機艙的事故并不少見。機艙內(nèi)各組件的潤滑油、液壓油如果出現(xiàn)泄漏，也會對機艙中的設備以及底座造成較為嚴重的污染，促使火災產(chǎn)生，并助長火勢蔓延。剎車系統(tǒng)制動過于劇烈，會導致設備瞬時溫升，同時產(chǎn)生火花，非常容易引發(fā)火災。機艙的封閉結構和空氣強烈流動的外部環(huán)境，使得火勢一旦產(chǎn)生就會快速擴大而不會自動熄滅。可見，機艙的主要火災隱患在于控制柜、并網(wǎng)柜、變頻器、剎車盤、發(fā)電機、油污等。

3.塔筒

塔筒對風機葉輪和機艙起到支撐的作用。形狀為中空式的圓柱形，一般塔筒還會設置多個休息平臺，實現(xiàn)上部與下部相對獨立的空間，在塔筒中設置了爬梯、照明系統(tǒng)以及多條用于傳輸?shù)膭恿﹄娎|以及用于發(fā)揮控制作用的控制電纜。一些風機設備廠家將變頻柜和控制柜等裝置設置在塔筒的下層平臺中。基于其較小的空間，很難實現(xiàn)良好的通風，所以各種電氣元件很容易由于老化而被擊穿。另外，由于設備連接插件以及電纜連接處接觸不好，由于其他設備事故導致的電纜過流或者絕緣層老化，十分容易引起控制柜內(nèi)部的元件發(fā)生火災或者電氣線纜發(fā)生火災。值得一提的是，塔筒內(nèi)部一旦發(fā)生火災，原本密閉的塔筒門被破壞后與塔筒頂部出口如果形成空氣對流，會加速火勢蔓延，產(chǎn)生嚴重后果。總之，塔筒內(nèi)火災隱患主要在于各種動力電纜和控制電纜、部分機型位于塔基的控制柜、變頻柜。

三、風電機組火災原因分析

近年來國內(nèi)發(fā)生了多起風機火災事故，典型事故列舉如下：

2009年7月14日，內(nèi)蒙古錫林浩特某風電場一臺1.5兆瓦風電機組發(fā)生火災。原因懷疑為維修過程中，在機艙燒電焊，引發(fā)機艙內(nèi)的油脂起火；

2010年1月24日，通遼寶龍山某風電場一臺1.5兆瓦的機組發(fā)生飛車引發(fā)火災和倒塔事故；

2010年4月17日，內(nèi)蒙古輝騰錫勒風電場一臺風機由于液力聯(lián)軸器故障發(fā)生溢油，引發(fā)機艙起火；

2016年12月，內(nèi)蒙古通遼朱日河某風電場一臺投運了五年的1.5兆瓦風機著火燒毀，原因懷疑與定期維護遺留問題有關。

從絕大部分風電機組燒毀事故來看，大都是由于雷擊、電器、線路起火，或機組在運行過程中，由旋轉部件損壞而造成劇烈摩擦發(fā)熱產(chǎn)生的火災。根據(jù)已知實際發(fā)生的風電機組火災事故進行統(tǒng)計與總結，造成風電機組火災的原因主要有十種，可分為非人為因素和人為因素區(qū)別分析。非人為因素有：

1.發(fā)電機電纜與接線盒原因。風機發(fā)電機定轉子出口電纜在相間或單項對地絕緣降低或短路的情況下放電引燃電纜。此外，部分風機設計的機艙內(nèi)加熱器距離發(fā)電機出口電纜較近，機艙加熱器保護失靈等使得加熱器持續(xù)工作易引燃電纜。部分風機由于設計或出廠質量等原因，接線盒端子排間隙較小，方形螺絲墊片易發(fā)生尖端放電。

2.發(fā)電機軸承過熱：發(fā)電機軸承自動注油系統(tǒng)故障(如發(fā)電機加脂機損壞或油路堵塞)，潤滑油脂劣化、軸承摩擦大的情況下，導致軸承過熱，引燃附近易燃物，如油污、遺落布條等。另外，發(fā)電機軸承冷卻風扇不工作也會導致軸承溫度過高。

3.剎車系統(tǒng)形成高溫：在機組報安全鏈故障或人為手動緊急停機的情況下，機組會緊急停機，此時剎車瞬間投入，如機組在高速運轉，剎車片和高速旋轉的剎車盤之間摩擦產(chǎn)生大量火花，可能引燃周圍易燃物。另外，在沿海地區(qū)，臺風期間如風機沒有正常切出停機，葉片沒有處于順槳狀態(tài)而在30m/s以上風速仍然受力，也會導致剎車盤發(fā)熱嚴重。

4.雷擊：雷擊是引發(fā)風機發(fā)生火災的重要原因之一。雖然風電機組都配備了從葉尖-輪轂-機艙-塔筒-基礎的避雷系統(tǒng)，但一旦避雷設施維護不當，70米以上高空中的風機遭受雷擊并發(fā)生火災的風險就大大提高。進入夏季5-8月期間，雷雨日增加，由于機組長時間處于振動狀態(tài)或日常檢查不到位，可能出現(xiàn)接地系統(tǒng)導通不良，或者遭遇超強雷電超出風電防雷設計標準等情況時，就會造成雷電無法順利導入大地，局部連接點過熱放電引起機組火災。按照目前風電設備的發(fā)展趨勢，為了進一步開發(fā)中低速風區(qū)，風電機組在向高塔筒和長葉片的方向發(fā)展，而高塔筒和長葉片使得風機遭受雷擊的可能性進一步增大。

5.發(fā)電機繞組短路：由于發(fā)電機繞組加熱裝置出現(xiàn)故障或控制回路出現(xiàn)異常，會持續(xù)對繞組進行加熱，導致繞組絕緣老化引起短路。

6.控制柜、變頻柜短路：風機控制柜和變頻柜等盤柜內(nèi)各電源、控制回路接線端子松動造成接觸不良或短路，將會同時引發(fā)火花。電弧放電溫度將會達到2000℃-3000℃，極其容易引發(fā)火災。

7.有關標準執(zhí)行不充分。風電行業(yè)由于競爭激烈，設備廠家采取各項措施降低生產(chǎn)成本，國家能源局等有關行業(yè)部門對于有關風電設備防火的要求沒有充分執(zhí)行，業(yè)主單位在風電場建設時也仍然存在有關防止風機著火要求執(zhí)行不到位的情況，如電纜防火封堵、防火涂料等仍然存在諸多不合格情況。這既有行業(yè)共性特點，也有行業(yè)認識不到位的問題，因此列為非人為因素。

人為因素有：

1.維護工作質量。根據(jù)以上分析，風機內(nèi)部尤其是機艙內(nèi)部空間狹窄且火災隱患多，維護工作質量的高低對隱患因素有一定影響。如維護后對漏油油污、酒精、抹布、指條、手套等物品的清理至關重要。如維護人員在進行日常維護、定期檢修、衛(wèi)生打掃等工作時違反規(guī)定在機艙內(nèi)抽煙，易引發(fā)火災。

2.工器具使用不當。工作人員在使用電焊機、電動扳手等大功率電動工器具時，隨意接入電源或者在防護措施不當，造成線路過熱引發(fā)火災，電焊機火花引燃周圍易燃物等。

3.管理不當。設備廠家為保證機組可利用率而掩蓋部分問題故障，如屏蔽安全鏈告警信息，為此國內(nèi)已發(fā)生過數(shù)起風機火災事故。設備保護定值設置不當也會導致事故。風機設備保護定值與電網(wǎng)設備（如機組變）保護定值由不同部門出具，風電場管理人員如沒有認真審核，箱變低壓側斷路器自動跳閘功能形同虛設也會導致火災事故產(chǎn)生和蔓延。近年來因此類原因導致風機燒損的例子也不少。

四、風電機組火災管理措施探討

國內(nèi)風機火災事故向接線盒著火、剎車盤引起火災（齒輪箱漏油）、變流柜著火、主控制柜電氣元件著火等多樣性發(fā)展，且隨著風機服務年限的增加，近兩年此類事故發(fā)生的頻率越來越高。事故原因的多樣性發(fā)展，對事故的預防管理措施也應從多個方面著手。

1.盡可能通過設備本身和消防設施消除火災隱患。安全管理優(yōu)先考慮設備保安，其次是管理（制度、流程）保安，最后才是行為管控。目前國內(nèi)風電行業(yè)對風電機組的消防管理基本上“標配”為機艙和塔筒底部平臺各配備2個手提滅火器，這些配置離行業(yè)要求有一定差距。為了促進風電行業(yè)管控機組火災事故水平，應將重點放在設備上。提高風電機組主要部件的質量，尤其是齒輪箱潤滑油系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、發(fā)電機出線和接線盒、變頻柜和控制柜等部件的生產(chǎn)和安裝質量。此外，風電場業(yè)主嚴格要求風機廠家按照行業(yè)主管部門的有關要求生產(chǎn)設備，包括：風機葉片、機艙保溫層和隔熱吸音棉應選用不燃、難燃或經(jīng)阻燃處理的材料，機艙內(nèi)涂刷防火涂料；機艙和塔筒電纜采用阻燃電纜；風機機艙、塔筒內(nèi)應裝設火災報警系統(tǒng)。按照《電力設備典型消防規(guī)程》要求“750kW以上的風機機艙內(nèi)應設置無源型懸掛式超細干粉滅火裝置或氣溶膠滅火裝置，采用自身熱敏元件探測并自動啟動”等，但要探討避免滅火裝置誤報和誤動的措施，否則也會造成設備損害，甚至人員傷亡。另外，直驅型風機由于機艙設備少，結構簡單，火災隱患較非直驅型風機大大降低。

2.細化管理制度，促成良好的運行維護習慣。加強運行維護人員和廠家維護隊伍的安全教育，提高防火意識，進入風機內(nèi)的所有人員嚴禁吸煙，嚴禁攜帶揮發(fā)性液體進入機艙。可實行維護班組責任制，工作負責人對工作區(qū)域(特別是塔筒和機艙內(nèi))的作業(yè)前、中、后負全責，不遺留油污、手套、抹布、紙張等易燃物。嚴格限制在塔筒和機艙內(nèi)部開展動火作業(yè)。

3.定期檢查與專項檢查相結合。結合近年發(fā)生的風機火災事故原因，針對風機的定期檢查工作除了維護質量、葉片檢查（重點接閃點）、消防檢查等以外，增加對發(fā)電機出口電纜絕緣測試、機艙內(nèi)部（如剎車盤周圍、自動注油系統(tǒng)）周圍衛(wèi)生狀況、各盤柜內(nèi)端子連接情況等檢查。專項檢查工作應結合地區(qū)環(huán)境和季節(jié)特點明確開展內(nèi)容，如設備發(fā)熱觀測，風機接地導通性檢查、風機基礎防雷檢測等。定期檢查與專項檢查內(nèi)容和頻率均通過表樣控制，達到檢查工作有條不紊地開展的目的。

4.加強驗收。風電場從開工到正式運營會經(jīng)歷多個節(jié)點驗收。對風電設備防火安全而言，設備帶電前驗收和基建轉生產(chǎn)驗收是最關鍵的節(jié)點。驗收應側重于消防設施數(shù)量和擺放位置、電氣設備生產(chǎn)質量、電氣設備（接線）安裝質量、風電機組和箱變的保護定值配置、電纜防火涂料、電纜出線和塔筒平臺的防火封堵、消防隱患的整改、應急預案編制等內(nèi)容。驗收中如發(fā)現(xiàn)上述消防問題，建議作為驗收的否決性條目。

5.行業(yè)標準的整合提升。關于風機防火，電纜的阻燃性能要求是比較關鍵的內(nèi)容。國家能源局發(fā)布的要求和《電力設備典型消防規(guī)程》中，關于風機機艙和塔筒內(nèi)動力電纜均要求為阻燃電纜。經(jīng)實際調研發(fā)現(xiàn)，適用風電的阻燃動力電纜分A、B、C三類，外觀上無任何區(qū)別，價格會由于阻燃配方不同而產(chǎn)生差異。由于每個風電項目的電纜供貨量大，項目建設周期短，業(yè)主對電纜阻燃性能的把關往往形同虛設。即便是符合試驗標準的阻燃電纜，僅是對電纜本身按照標準要求的排布方式的阻燃性能，而風機電纜的排布方式與試驗標準并非完全一致，塔筒內(nèi)空氣供給狀況也與實驗條件不完全一致；加上塔筒內(nèi)產(chǎn)生火災的火源與試驗標準也不一，可能存在多處持續(xù)著火點，例如，控制電纜著火。風電行業(yè)沒有對控制電纜等細節(jié)有明確阻燃要求。因此，需要有行業(yè)協(xié)會或主管部門牽頭對風電用電纜（動力電纜、控制電纜及各種線纜）細化阻燃標準要求，必要時針對風電塔筒和機艙的著火特點研發(fā)制定專用的電纜阻燃等級，以有效地控制因電纜著火而形成的火災事故。

綜上所述，我國風電發(fā)電機組在發(fā)電方面具有極大的優(yōu)勢，是一種利用可再生資源進行的綠色清潔的發(fā)電手段。但是由于單機數(shù)量龐大，運行內(nèi)外部條件惡劣，發(fā)生火災的幾率越來越高。管理人員需要全面總結以往發(fā)生火災的經(jīng)驗，找到引發(fā)火災的各項因素，并針對每一項因素進行全面的分析，制定出相應的管理措施和手段。風電機組火災防控，應優(yōu)先考慮通過設備管控，從行業(yè)標準要求執(zhí)行和提升、加強重要節(jié)點驗收、加強檢查手段等總體提高管控能力。