摘要：以風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用日趨廣泛且在配置了自動滅火裝置后火災(zāi)仍時有發(fā)生為背景，通過分析風(fēng)電機(jī)組本身結(jié)構(gòu)特點和現(xiàn)有自動滅火裝置的特性，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)、設(shè)備布局等工況條件和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出了適合風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙使用的自動滅火裝置類型及合理布設(shè)方式，并制作模型樣機(jī)進(jìn)行試驗驗證。結(jié)果表明，本文提出的自動滅火裝置布設(shè)方案能夠更有效、徹底地?fù)錅顼L(fēng)電機(jī)組機(jī)艙上部與下部各部位出現(xiàn)的火情。

“十四五”期間，根據(jù)國家規(guī)劃和相關(guān)報道，預(yù)計全國陸上與海上風(fēng)電合計新增有網(wǎng)時間225GW以上（年均新增陸海風(fēng)電裝機(jī)45GW以上）。其中，195GW以上的陸上風(fēng)電新增（年均新增39GW以上）和30GW以上海上風(fēng)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(fēng)電將占全國電力裝機(jī)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(fēng)電行業(yè)的大力發(fā)展，風(fēng)機(jī)數(shù)量越來越多，給國家和社會帶來便利的同時，其火災(zāi)風(fēng)險的增加也給風(fēng)電行業(yè)的發(fā)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(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會批準(zhǔn)的CECS391:2014《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組消防系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》中明確要求風(fēng)電機(jī)艙及控制柜等部位配置自動滅火裝置，其中機(jī)艙宜配置干粉滅火裝置。但該標(biāo)準(zhǔn)實施以來，風(fēng)電火災(zāi)事故仍時有發(fā)生。因此，仍有必要對風(fēng)電機(jī)艙滅火裝置的選型、布設(shè)等進(jìn)行研究。

1、風(fēng)電機(jī)艙消防滅火現(xiàn)狀分析

1.1風(fēng)電機(jī)艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)

風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙分為機(jī)艙上部和機(jī)艙底板平具下部兩個部分，基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。機(jī)艙上部主要由主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制柜等組成；機(jī)艙底板平具下部主要由偏航驅(qū)動、動力電纜構(gòu)成。1.5MW風(fēng)電機(jī)艙罩尺寸約為9

800mm?5000mm?4500mm，體積約為220.5m3，其中機(jī)艙上部凈空間約為80-100m3。其機(jī)艙外形呈長筒狀，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、遮擋多、死角多。

1.2風(fēng)機(jī)機(jī)艙現(xiàn)常用干粉滅火裝置

新建風(fēng)電機(jī)組配置自動滅火裝置已成硬性要求，對于已運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組也要求進(jìn)行相應(yīng)消防改造，逐步增加消防自動滅火裝置的配置。目前風(fēng)機(jī)機(jī)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(fēng)電機(jī)艙配置數(shù)量

國家固定滅火裝置與耐火構(gòu)件質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對非貯壓懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置的滅火效能有明確要求，滅火濃度為應(yīng)不低于100g/m3，出具的型式檢驗報告中對各單位送檢的超細(xì)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(shù)記載。根據(jù)CECS322-2012《干粉滅火裝置技術(shù)規(guī)程》要求設(shè)計計算，可得出1.5MW風(fēng)電機(jī)艙內(nèi)部配置非貯壓懸掛式5具超細(xì)干粉滅火裝置進(jìn)行全淹沒滅火應(yīng)配置2-3具，由于機(jī)艙內(nèi)部遮擋、死角較多，為了確保消防安全，該類裝置在1.5MW風(fēng)電機(jī)艙內(nèi)使用時，一般需配置4~6具才能解決該機(jī)艙的消防問題。因此，在實際1.5MW風(fēng)機(jī)應(yīng)用中，機(jī)艙也是配置了4~6具非貯壓懸掛式5具超細(xì)干粉滅火裝置，但這也帶來了成本增高、后期清理困難、對機(jī)艙內(nèi)部設(shè)備的影響和損害較大的問題。

1.2.2干粉滅火裝置在機(jī)艙內(nèi)部的安裝

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

1.3風(fēng)電機(jī)艙干粉自動滅火裝置設(shè)置原則：

通過以上對機(jī)艙結(jié)構(gòu)、干粉滅火裝置噴放特性的分析，自動滅火裝置在機(jī)艙的設(shè)置應(yīng)遵循一下原則：

（1）滅火裝置噴口應(yīng)橫向設(shè)置；因機(jī)艙為長筒狀，滅火裝置橫向噴放，滅火劑噴射分散及擴(kuò)散運(yùn)動過程與機(jī)艙本身結(jié)構(gòu)形狀相適應(yīng)，有利于滅火劑快速擴(kuò)散到機(jī)艙全部空間；

（2）提高滅火裝置噴放強(qiáng)度和噴射距離；機(jī)艙一般長為8~10m，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，遮擋多，死角多。提高滅火裝置噴放強(qiáng)度和噴射距離，則可使滅火劑繞過遮擋，到達(dá)死角，迅速彌漫整個機(jī)艙空間，以提升滅火效果，達(dá)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(qiáng)度和噴射距離要求驅(qū)動裝置要動作更快、驅(qū)動干粉的氣體量更大。

（3）滅火劑噴放時間短；風(fēng)電機(jī)艙為非完全密閉空間，且本身有通風(fēng)換氣系統(tǒng)。發(fā)生火情后，滅火裝置必須將滅火劑快速噴放出來，使防護(hù)區(qū)內(nèi)的滅火劑濃度第一時間到達(dá)其設(shè)計滅火濃度，完成滅火。否則，滅火劑泄露、沉降等作用可能導(dǎo)致滅火失敗。

（4）裝置內(nèi)滅火劑噴放剩余率要??；發(fā)生火情時，滅火裝置應(yīng)將其裝填的滅火劑最大化的噴射到防護(hù)區(qū)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(shè)計與使用人員應(yīng)充分考慮這一點。

筆者在實踐中已經(jīng)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(xì)，罐體粗等原因，滅火劑的剩余率常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于《干粉滅火裝置》XF602-2006中6.6.1規(guī)定的5%。這有可能導(dǎo)致5具5kg非貯壓懸掛式干粉滅火裝置在1.5MW風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)艙滅火裝置設(shè)置的合理性，我們參照生產(chǎn)廠家風(fēng)電機(jī)艙實物模型，設(shè)計并加工了750kW風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙，并建立了風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)模擬試驗研究裝置。為了更加逼真的模擬機(jī)艙內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，試驗裝置內(nèi)安裝了機(jī)艙座、主軸、齒輪箱剎車盤和發(fā)電機(jī)等實體結(jié)構(gòu)單元。同時在模擬機(jī)艙前部設(shè)置了13000m3/h的軸留流送風(fēng)風(fēng)機(jī)，并安裝了6000m3/h的軸流排風(fēng)風(fēng)機(jī)，以便與機(jī)艙實際工況環(huán)境相一致。利用該模擬試驗機(jī)艙，我們使用5具5kg非貯壓懸掛式超細(xì)干粉滅火裝置進(jìn)行了滅火對比試驗。

2.1滅火試驗?zāi)Ｐ?/strong>

試驗所用750kW風(fēng)電機(jī)艙及滅火裝置設(shè)置情況如圖3所示。

圖3中，H1~H13為著火點火災(zāi)模型，機(jī)艙頂部安裝4具非貯壓懸掛式5kg超細(xì)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(jī)艙實施全淹沒滅火。

2.2噴口橫向設(shè)置滅火裝置樣機(jī)

為了與常規(guī)頂部懸掛的傳統(tǒng)非貯壓懸掛式干粉滅火裝置進(jìn)行對比試驗，我們專門設(shè)計了噴口可以水平布置的滅火裝置，其樣機(jī)見圖4。

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

經(jīng)過空噴測試，該自動滅火裝置在啟動后0.5s內(nèi)可以將干粉滅火劑噴完，且罐體內(nèi)剩余率小于5%，噴射距離能夠達(dá)到6-8m，寬3-5m，與試驗機(jī)艙尺寸相匹配。

該試驗樣機(jī)滅火劑噴出后在機(jī)艙內(nèi)的覆蓋和預(yù)測滅火區(qū)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(jī)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(jī)艙上部模擬火源全部撲滅，但機(jī)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(shè)計的水平布置的滅火裝置樣機(jī)進(jìn)行。根據(jù)圖5所示的空噴情況，單具滅火裝置無法全部撲滅機(jī)艙全部模擬火源，因此，試驗采用2具樣機(jī)進(jìn)行滅火試驗，滅火裝置及模擬火源設(shè)置如圖6所示。

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

3結(jié)論

本文通過廣泛調(diào)查，分析了風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙結(jié)構(gòu)特點及自動滅火裝置配置、安裝現(xiàn)狀，建立了風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙自動滅火系統(tǒng)試驗?zāi)M裝置，并對滅火裝置及安裝布置方式進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，通過與傳統(tǒng)干粉裝置及其頂部懸掛設(shè)置的情況進(jìn)行對比試驗，得出以下結(jié)論：

（1） 風(fēng)電機(jī)艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，遮擋物多，死角多的特點對風(fēng)電機(jī)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(dá)死角，形成全淹沒滅火，特別是機(jī)艙下部艙室的火災(zāi)不易被撲滅。

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

（3） 傳統(tǒng)非貯壓懸掛式干粉滅火裝置如果橫向安裝設(shè)置，啟動后罐體內(nèi)的干粉滅火劑難以全部噴出，剩余率遠(yuǎn)超5%的標(biāo)準(zhǔn)要求。故傳統(tǒng)非貯壓懸掛式干粉滅火裝置不宜橫向安裝。

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

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

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