摘要：以風電機組應用日趨廣泛且在配置了自動滅火裝置后火災仍時有發生為背景，通過分析風電機組本身結構特點和現有自動滅火裝置的特性，結合風電機組機艙內部結構、設備布局等工況條件和相關標準，提出了適合風電機組機艙使用的自動滅火裝置類型及合理布設方式，并制作模型樣機進行試驗驗證。結果表明，本文提出的自動滅火裝置布設方案能夠更有效、徹底地撲滅風電機組機艙上部與下部各部位出現的火情。

“十四五”期間，根據國家規劃和相關報道，預計全國陸上與海上風電合計新增有網時間225GW以上（年均新增陸海風電裝機45GW以上）。其中，195GW以上的陸上風電新增（年均新增39GW以上）和30GW以上海上風電新增（年均新增6GW），可再生能源大比例接入趨勢明確。屆時，風電將占全國電力裝機容量的12.8%，其所占份額已由“微不足道”增長為“舉足輕重”。

隨著風電行業的大力發展，風機數量越來越多，給國家和社會帶來便利的同時，其火災風險的增加也給風電行業的發展造成了一定困難。值得一提的是，由原公安部天津消防研究所主編、由中國工程建設標準化協會批準的CECS391:2014《風力發電機組消防系統技術規程》中明確要求風電機艙及控制柜等部位配置自動滅火裝置，其中機艙宜配置干粉滅火裝置。但該標準實施以來，風電火災事故仍時有發生。因此，仍有必要對風電機艙滅火裝置的選型、布設等進行研究。

1、風電機艙消防滅火現狀分析

1.1風電機艙內部結構

風電機組機艙分為機艙上部和機艙底板平具下部兩個部分，基本內部結構如圖1所示。機艙上部主要由主軸、齒輪箱、發電機、控制柜等組成；機艙底板平具下部主要由偏航驅動、動力電纜構成。1.5MW風電機艙罩尺寸約為9

800mm?5000mm?4500mm，體積約為220.5m3，其中機艙上部凈空間約為80-100m3。其機艙外形呈長筒狀，內部結構緊湊、遮擋多、死角多。

1.2風機機艙現常用干粉滅火裝置

新建風電機組配置自動滅火裝置已成硬性要求，對于已運行的風電機組也要求進行相應消防改造，逐步增加消防自動滅火裝置的配置。目前風機機艙最常用的自動滅火裝置為非貯壓懸掛式5具干粉滅火裝置（如圖2）。

圖2 非貯壓懸掛式干粉滅火裝置

1.2.1干粉滅火裝置在風電機艙配置數量

國家固定滅火裝置與耐火構件質量監督檢驗中心對非貯壓懸掛式超細干粉滅火裝置的滅火效能有明確要求，滅火濃度為應不低于100g/m3，出具的型式檢驗報告中對各單位送檢的超細干粉類裝置全淹沒滅火的最小滅火濃度也有具體試驗參數記載。根據CECS322-2012《干粉滅火裝置技術規程》要求設計計算，可得出1.5MW風電機艙內部配置非貯壓懸掛式5具超細干粉滅火裝置進行全淹沒滅火應配置2-3具，由于機艙內部遮擋、死角較多，為了確保消防安全，該類裝置在1.5MW風電機艙內使用時，一般需配置4~6具才能解決該機艙的消防問題。因此，在實際1.5MW風機應用中，機艙也是配置了4~6具非貯壓懸掛式5具超細干粉滅火裝置，但這也帶來了成本增高、后期清理困難、對機艙內部設備的影響和損害較大的問題。

1.2.2干粉滅火裝置在機艙內部的安裝

目前超細干粉滅火裝置在風電機艙使用時，一般是安裝在機艙頂部，噴口向下進行滅火劑噴射滅火。以1.5WM機艙為例，5具非貯壓懸掛式干粉滅火裝置均被安裝在機艙頂部，噴口朝下。機艙頂部離機艙中部隔板約3m，機艙中部隔板距下部高約1.5m，且機艙內部結構緊湊，遮擋物多，機艙上部與下部被隔板分割，開口面積小造成聯通不暢。若機艙下部發生火情， 由于5具非貯壓懸掛式干粉滅火裝置在機艙上部噴放，噴出的滅火劑大量飄落在機艙上部設備和上、下層隔板上，難以到達機艙下部，可能導致機艙下部火情無法撲滅。

1.3風電機艙干粉自動滅火裝置設置原則：

通過以上對機艙結構、干粉滅火裝置噴放特性的分析，自動滅火裝置在機艙的設置應遵循一下原則：

（1）滅火裝置噴口應橫向設置；因機艙為長筒狀，滅火裝置橫向噴放，滅火劑噴射分散及擴散運動過程與機艙本身結構形狀相適應，有利于滅火劑快速擴散到機艙全部空間；

（2）提高滅火裝置噴放強度和噴射距離；機艙一般長為8~10m，且內部結構緊湊，遮擋多，死角多。提高滅火裝置噴放強度和噴射距離，則可使滅火劑繞過遮擋，到達死角，迅速彌漫整個機艙空間，以提升滅火效果，達到全淹沒滅火目的。對于非貯壓式干粉滅火裝置而言，提高噴放強度和噴射距離要求驅動裝置要動作更快、驅動干粉的氣體量更大。

（3）滅火劑噴放時間短；風電機艙為非完全密閉空間，且本身有通風換氣系統。發生火情后，滅火裝置必須將滅火劑快速噴放出來，使防護區內的滅火劑濃度第一時間到達其設計滅火濃度，完成滅火。否則，滅火劑泄露、沉降等作用可能導致滅火失敗。

（4）裝置內滅火劑噴放剩余率要小；發生火情時，滅火裝置應將其裝填的滅火劑最大化的噴射到防護區里，以保證滅火裝置的滅火效率。由于滅火裝置噴口橫向布置時，不利于滅火劑噴出，設計與使用人員應充分考慮這一點。

筆者在實踐中已經注意到，非貯壓懸掛式干粉滅火裝置若噴口橫向安裝，則在裝置啟動后，由于裝置本身噴口細，罐體粗等原因，滅火劑的剩余率常遠遠大于《干粉滅火裝置》XF602-2006中6.6.1規定的5%。這有可能導致5具5kg非貯壓懸掛式干粉滅火裝置在1.5MW風電機艙使用時仍不能保證可靠滅火成功。

2試驗研究及驗證

為了確保風電機艙滅火裝置設置的合理性，我們參照生產廠家風電機艙實物模型，設計并加工了750kW風電機組機艙，并建立了風電機組火災模擬試驗研究裝置。為了更加逼真的模擬機艙內部空間結構，試驗裝置內安裝了機艙座、主軸、齒輪箱剎車盤和發電機等實體結構單元。同時在模擬機艙前部設置了13000m3/h的軸留流送風風機，并安裝了6000m3/h的軸流排風風機，以便與機艙實際工況環境相一致。利用該模擬試驗機艙，我們使用5具5kg非貯壓懸掛式超細干粉滅火裝置進行了滅火對比試驗。

2.1滅火試驗模型

試驗所用750kW風電機艙及滅火裝置設置情況如圖3所示。

圖3中，H1~H13為著火點火災模型，機艙頂部安裝4具非貯壓懸掛式5kg超細干粉滅火裝置，試驗開始180s后，同時啟動裝4具滅火裝置，對整個機艙實施全淹沒滅火。

2.2噴口橫向設置滅火裝置樣機

為了與常規頂部懸掛的傳統非貯壓懸掛式干粉滅火裝置進行對比試驗，我們專門設計了噴口可以水平布置的滅火裝置，其樣機見圖4。

為了使該裝置能夠具有噴射時間短、強度大、距離長的特點，我們將驅動滅火劑的產氣藥量加大到200g，同時將自動滅火裝置設計為直筒型，尺寸為Φ159400mm，滅火劑裝填量為3具常規5kg干粉滅火裝置的用量，即15kg。在裝置內部（滅火劑與推動劑之間）設計了滑環結構，在自動滅火裝置啟動后產氣藥產生的氣體推動滑環，滑環推動干粉滅火劑噴出。

經過空噴測試，該自動滅火裝置在啟動后0.5s內可以將干粉滅火劑噴完，且罐體內剩余率小于5%，噴射距離能夠達到6-8m，寬3-5m，與試驗機艙尺寸相匹配。

該試驗樣機滅火劑噴出后在機艙內的覆蓋和預測滅火區域如圖5所示。

2.2.2滅火實驗驗證

第一次試驗：使用4具5kg非貯壓懸掛式干粉滅火裝置，在機艙頂部懸掛布置，裝置啟動后，4具滅火裝置同時噴放滅火劑，機艙上部模擬火源全部撲滅，但機艙隔板下部模擬火源并未熄滅。

第二次試驗： 第二次試驗采用我們自己設計的水平布置的滅火裝置樣機進行。根據圖5所示的空噴情況，單具滅火裝置無法全部撲滅機艙全部模擬火源，因此，試驗采用2具樣機進行滅火試驗，滅火裝置及模擬火源設置如圖6所示。

試驗開始180s后，同時啟動2具干粉裝置樣機，對整個機艙實施全淹沒滅火，機艙上部與機艙隔板下部模擬火源均瞬間熄滅。

3結論

本文通過廣泛調查，分析了風電機組機艙結構特點及自動滅火裝置配置、安裝現狀，建立了風電機組機艙自動滅火系統試驗模擬裝置，并對滅火裝置及安裝布置方式進行了改進設計，通過與傳統干粉裝置及其頂部懸掛設置的情況進行對比試驗，得出以下結論：

（1） 風電機艙內部結構緊湊，遮擋物多，死角多的特點對風電機艙自動滅火裝置全淹沒滅火影響極大。在自動滅火裝置啟動后，滅火劑無法快速繞過障礙物到達死角，形成全淹沒滅火，特別是機艙下部艙室的火災不易被撲滅。

（2） 5具5kg傳統非貯壓懸掛式干粉滅火裝置懸掛在機艙頂部，依然不足以保證1.5MW風電機艙火災的可靠熄滅，這可能是近年來風電機艙火災時有發生的原因之一。

（3） 傳統非貯壓懸掛式干粉滅火裝置如果橫向安裝設置，啟動后罐體內的干粉滅火劑難以全部噴出，剩余率遠超5%的標準要求。故傳統非貯壓懸掛式干粉滅火裝置不宜橫向安裝。

（4） 針對風電機艙這一特殊防護場合的特點，其自動滅火裝置應能橫向安裝布置，同時滅火裝置應具有噴放速度快、噴放強度大、噴射距離長的特點，這樣有利于提高風電機艙的滅火效率。

（5） 本文改進設計的直筒型滅火裝置驅動元件氣體生成量大，啟動迅速；滅火劑噴射強度大、距離遠、噴放后的剩余率低；而且便于橫向安裝布置，特別適用于風電機艙使用。

參考文獻

[1]徐大軍，張 晉，劉連喜，等.風力發電機組火災特性與消防系統應用研究[J].消防科學與技術，2010，29（12）：1081-1083.

[2]DIN EN 5308-2005,風力發電機組防護措施的設計、操作和維修要求[S] .

[3] CECS391:2014；風力發電機組消防系統技術規程[S] .

[4]NF PA 850-2010,發電廠和高壓直流轉換站的防火推介規程[S] .

[5]DL/T 5383-2007,風力發電廠設計技術規范[S] .

[6]CECS322-2012，干粉滅火裝置技術規程[S].

[7]施躍文，高輝，陳鐘.國外特大型風力發電機組技術綜述[J].電網技術，2008，9（18）：87-91.

[8]葉航冶，風力發電機組的控制技術[M]，北京：機械工業出版社2009.

[9]張晉,徐大軍,劉連喜,等.風力發電機組火災特性與消防系統試驗研究[J]. 消防科學與技術, 2011, 30(7):4.

[10]張小青.風電機組防雷與接地[M].北京：中國電力出版社，2009.