海上风电场火灾风险防控技术措施研究

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　　摘  要：结合我国海上风电发展前景、相关火灾事故案例、技术标准、海上风电场消防设计及技术评审实际工作经验，通过对海上风电场火灾风险进行分析与研究，提出了海上风电机组和海上升压站火灾风险防控的措施建议。
　　关键词：海上风电场;火灾;风险防控;消防
　　中图分类号：TU892         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）03-0112-03
　　Abstract： Based on the practical work experience of the development prospect of offshore wind power in China， relevant fire accident cases， technical standards， and fire protection design and technical evaluation of offshore wind farms， this paper analyzes and studies the fire risk of offshore wind farms， and proposes the measures and suggestions for the prevention and control of fire risk of offshore wind turbines and offshore booster stations.
　　Keywords： offshore wind farm; fire; risk prevention and control; fire protection
　　引言
　　隨着海上风电产业的快速发展，未来十年中国将进入海上风电大规模开发阶段，采用陆上、近海并重发展风电，并开始远海风电的示范。预测2030年全国风电装机量将达到4亿千瓦，其中近海风电6000万千瓦，远海风电500万千瓦。我国海上风能资源丰富，在水深不超过50米的近海海域，风电实际可装机容量约为5亿千瓦[1]。
　　海上风电机组和海上升压站远离陆地，所处环境特殊，且电气设备布置集中，一旦发生火灾，将影响整个海上风电场的运行，甚至造成人员伤亡。例如，2017年7月14日，国内某在建海上风电场所在海域发生强雷电天气，海上升压站一层平台35kV电缆发生爆燃，工作人员扑救未果后组织撤离，平台上19名工人情急下跳海求生，1人失联。2017年8月4日，位于丹麦西部日德兰地区Osterild试验风场的一台8MW级海上风电机组样机起火，所幸无人员伤亡。因此，做好海上风电场建设和运行过程中的火灾风险防控工作显得尤为重要。
　　1 海上风电场火灾风险分析
　　海上风电机组易发生火灾的部位包括机舱、塔架内电缆、塔底电气设备等;海上升压站易发生火灾的部位包括主变压器室、柴油机房、柴油油罐室、高低压配电室、二次设备室、电缆夹层等。火灾风险因素主要包括电气设备故障、电路短路、设备过载、易燃品、雷击等，电气设备故障是导致火灾发生的主要原因[2]。另外，海上升压站是海上风电场的关键部位，一般为无人值守，在有限的空间内布置大量电气设备和生产用房，火灾发生后容易蔓延，且传播迅速，难以得到及时灭火救援，是火灾风险防范的重点区域[3]。
　　2 海上风电机组消防措施
　　海上风电机组距岸距离远、运行环境恶劣，一旦发生火灾，将会面临完全烧毁的风险，造成极大的经济损失。海上风电机组主要由叶轮、机舱、塔架及控制系统等组成。风机机舱内设备密集，齿轮箱增速机内存有大量齿轮润滑油，属丙类可燃液体，当检修或密封不严时可能造成外漏，存在一定的潜在火灾隐患。而且风电机组的机舱和塔筒高度一般在50m以上，常规的消防装备无法实施灭火。因此，海上风电机组内推荐安装预防性的自动消防灭火系统，以保障风力发电机组的可靠运行。海上风电机组消防灭火系统包括火灾自动报警系统、灭火装置等，主要保护场所是机舱、塔筒、轮毂，塔架底部设备等，其中机舱的火灾危险性最高，是重点保护对象。
　　海上风电机组各防护单元的火灾探测器和灭火装置选型可参考表1、表2执行[4]。
　　3 海上升压站消防措施
　　海上升压站各部位火灾危险性分类及耐火分隔应符合《风电场工程110kV～220kV海上升压变电站设计规范》NB/T 31115的规定。海上升压站灭火系统选择宜符合表3的规定[5]。根据海上升压站消防设计经验，海上升压站灭火系统推荐采用高压细水雾灭火系统、火探管式探火灭火系统、移动式灭火设施、消防水炮和泡沫灭火系统等，并配套设置相应的火灾自动报警系统。
　　表3 海上升压站灭火系统选择
　　3.1 高压细水雾灭火系统
　　高压细水雾灭火系统具有雾滴颗粒小、灭火效果好、用水量小的优点，是目前比较适合海上升压站使用的高效灭火系统。该系统由高压泵组、补水增压装置、区域阀组、不锈钢管路、高压喷头、喷枪及其配件等组成[7]。
　　海上升压站宜采用喷头工作压力不小于10MPa的高压细水雾灭火系统。海上升压站设备区宜采用开式细水雾灭火系统，开式系统以抑制火灾或扑灭火灾为主，闭式系统主要用于控制火灾，设备区存在可燃液体，火灾工况复杂危害性高，应使用开式系统尽快扑灭火灾。设计参数可根据现行国家标准《细水雾灭火系统技术规范》GB 50898的有关规定选用，未有规定时， 宜根据火灾模拟试验确定[7]。由于细水雾产品差异较大，一般需要火灾模拟实验验证系统的有效性，如果有类似工程实例已做过验证也可参考其经验取值。对主变压器的防护喷头宜采用分层布置。主变室是高大空间，主变充油量大，燃烧负荷高，火灾模拟试验证明对主变压器采用分层布置喷头，可以取得良好的灭火效果。系统喷雾时间参考美国消防协会《Standard on water mist fire protection systems》NFPA750的有关规定，设计喷雾时间为30min，开式系统的响应时间不应大于30s[8]。闭式系统的配水管道充水时间不宜大于2min。海上升压站宜在每层设置细水雾喷枪（亦可为移动式高压细水雾灭火装置）。细水雾喷枪具有良好的可操作性和灭火效果，可供救援人员使用。在水源得到保障的前提下兼作冲洗甲板工具，效果良好。 　　3.2 火探管式探火灭火系统
　　海上升压站电气盘柜室中电气盘柜是主要的火灾危险源并需要灭火保护，对该局部火灾危险性高的设备优先选用火探管式探火灭火系统进行局部保护，而不必采用大型自动灭火系统保护整个空间的办法。火探管式自动探火灭火装置由装有高效灭火剂的压力容器、集成容器阀组、无源报警器以及能自动释放灭火器的火探管组成。火探管灭火剂推荐采用七氟丙烷灭火剂。七氟丙烷为清洁气体灭火剂，无色、无味，不导电、易挥发、灾后无残余，在大自然中的存留时间短，对环境基本无害。七氟丙烷灭火机理为化学灭火，灭火效率高且在一定设计浓度下对设备无毒无害，对人体损伤较小。
　　3.3 移动式灭火设施
　　海上升压站移动式灭火设施主要包括干粉灭火器、二氧化碳灭火器、消防员装备等。海上升压站灭火器应布置在受火灾损坏的可能性最小的位置。各层甲板配置一定数量的手提式灭火器，在有潜在着火可能性的每层甲板上，距离楼梯3m范围内应设置2具干粉灭火器。在电气设备集中布置的封闭区域应设置1具二氧化碳灭火器。每台吊机或其附近应设置2具干粉灭火器。直升机甲板及附近配备总容量不少于45kg的干粉灭火器、总容量不少于18kg的二氧化碳灭火器。
　　海上升压站灭火器的安装应保证在一旦着火时人员易于到达和随时使用，应安装在人员可以看得见并不受阻碍的地方。手提式灭火器应安装在箱体内或托架上，灭火器底部与甲板间应有足够距离，以防止盐水腐蚀。
　　海上升压站宜配备不少于2套消防员装备箱，每套装备包括防护服、消防靴、手套、头盔、有绝缘木柄的消防斧、能连续使用3h的手提式安全灯以及30min自持式空气呼吸器各1套。
　　3.4 消防水炮和泡沫灭火系统
　　对于设有直升机平台和水消防系统的海上升压站，在直升机甲板的两侧各设置一个消防软管站和水/泡沫两用炮式喷射器，保证上述设备在任何情况下足以喷射到直升机甲板的任何部位。配备1套固定式泡沫灭火系统，其能力按不少于6L/min·m2配置，喷洒泡沫液时间至少10min，其防护面积为以直升机总长为直径的圆面积。
　　3.5 火灾自动报警系统
　　火灾自动报警系统用于监测海上升压站及陆上集控中心的火灾状况，并可根据消防要求进行联动控制，采用编码传输总线制火灾自动报警系统。火灾自动报警控制器应具有通信串行口或网口与风电场监控系统相连，以实现火灾报警信号和联动控制状态信号的实时监视。
　　海上升压站设置一套火灾自动报警系统，火灾报警控制器能够接受来自海上升压站内火灾探测器的火灾报警信号，并经海底电缆光纤通信网络将火灾报警信号上送至位于陆上集控中心控制室的火灾报警主机。海上升压站火灾自动报警系统能够联动消防设备及视频监控系统，并能接受来自陆上集控中心控制室的手动强制灭火和其他联动命令。
　　4 海上升压站逃救生措施
　　为满足火灾发生后人员逃生和救生需要，海上升压站应设置必要的逃救生设施，主要包括脱险通道、标记、警示牌和逃救生设备等[6]。
　　4.1 脱险通道
　　海上升压站各层应至少设置两个脱险通道。每个脱险通道应便于通过并且没有障碍，沿通道的所有出口门向逃生方向开启，用于逃生的门的净宽度不应小于700mm。面积超过120m2的设备舱室，应设置两个逃生门，两个逃生门之间的距离不应小于5m。升降机不应作为脱险通道。
　　海上升压变电站应设置逃生集合站，集合站应设在紧靠救生筏登乘站的地方。集合站应设置在甲板上的无障碍场地，以容纳该站集合的所有人员，并设置应急照明。
　　4.2 标记和警示牌
　　脱险通道应在包括拐弯和交叉处的所有各点，用位于甲板面以上高度不超过300m的照明或荧光条指示装置予以标识。脱险标识应使人员能够辨认脱险通道并易于识别脱险出口。所有高压设备附近，均应设有危险警示牌。脱险通道、集合站应有明显標志。
　　4.3 逃救生设备
　　海上升压站应至少按定员12人配备气胀式救生筏、救生圈、救生衣、保温救生服、抛绳设备等。气胀式救生筏应尽可能沿平台甲板边缘布置。救生圈应至少配备2个带自亮浮灯的救生圈，4个带自亮浮灯和自发烟雾信号的救生圈，每个带自亮浮灯和自发烟雾信号的救生圈应配备一根可浮救生索。救生衣的数量为定员人数的210%，其中避难室内配备100%，逃生集合站附近配备100%，平台工作区内配备10%。寒冷地区应配备保温救生服。抛绳设备应存放在易于到达的地方，并随时可用。
　　5 结束语
　　海上风电开发呈现出走向远海、迈入深海的趋势，海上风电机组从小型化走向大型化迈入“大容量”时代，海上升压站设计和建造技术不断发展，新技术应用不断涌现，对海上风电场火灾风险防控能力也不断提出新的要求。本文对海上风电场火灾风险的分析研究及所采取的消防和逃救生措施仅供参考，期待海上消防技术不断优化持续革新，为海上风电场的建设运行安全提供坚实保障。
　　参考文献：
　　[1]国家发展和改革委员会能源研究所.中国风电发展路线图2050[R].北京：国家发展和改革委员会，2014.
　　[2]杨源，周伟，汪少勇，等.海上风电场的火灾防护方案设计[J].南方能源建设，2015，2：93-97.
　　[3]黄毅.风电工程海上升压站消防系统优化分析[J].水电与新能源，2018，32（9）：71-74.
　　[4]CECS 391：2014.风力发电机组消防系统技术规程[S].
　　[5]NB/T 31115-2017.风电场工程110kV～220kV海上升压变电站设计规范[S].
　　[6]宋慧慧，杭兆峰.浅析高压细水雾自动灭火系统在海上升压站的应用[J].风能，2017（11）：94-97.
　　[7]GB 50898-2013.细水雾灭火系统技术规范[S].
　　[8]NFPA 750-2019.Standard on Water Mist Fire Protection Systems[S].
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