风力发电机组火灾事故原因及防范措施

赵发明

（国家电投集团广西卓洁电力工程检修有限公司，南宁 530000）

风能作为一种可再生能源，在推进绿色低碳转型和实现我国“双碳”战略目标中起着举足轻重的作用[1]。我国幅员辽阔，风能资源储备丰富，风能资源丰富区分布广泛。在各项政策措施的引导和支持下，风电产业得到了快速发展，即便受到全球新冠病毒感染疫情影响，依然凭借自身优势和努力保持全球领先地位。随着越来越多的风力发电机组投运，风力发电机组事故发生的概率和频次也在逐步攀升，其中风电机组火灾事故占有很大比例。因此，对风电机组火灾产生的原因和特性进行分析，提出管理措施、技术措施和应急处置措施就显得紧迫和必要。

1 概况

1.1 中国风电发展现状

在“双碳”目标下，新能源在新型电力系统构建中被赋予了“主体能源”地位，未来5~10 a 是中国能源转型和绿色发展的关键期，风电等可再生能源发展空间巨大[2]。据国家能源局最新统计数据显示，2022 年风电新增装机约37.6 GW，同比增长11.2%，截至2022 年12 月底，全国风电累计装机容量约3.7 亿kW，占全部电力装机容量25.6 亿kW 的14.45%，风电成为我国第四大电源。十多年来，我国风电出现了跃升发展、领先世界，风电装机占到全球约40%，每年新增装机容量约占全球的一半。2013—2022 年中国风电累计并网装机容量及在全球所占比重如图1 所示。

图1 2013—2022 年中国风电累计并网装机容量及在全球所占比重

1.2 风电机组火灾事故统计

据英国风能机构对全球风力发电机组发生的各类事故的不完全统计，截至2020 年，风力发电机组火灾事故发生了403 起，约占到各类风力发电机组事故2 794起的14.4%，已成为继雷击后第二大毁灭性灾害[3]。风电机组各类事故统计如图2 所示。

图2 截至2020 年风电机组各类事故统计

一篇来自《火灾科学》的研究成果表明，风力发电机组发生火灾事故的概率要比行业内普遍认为的概率高出10 倍之多[4]。几位来自伦敦帝国理工学院、爱丁堡大学和瑞典SP 技术研究院的研究人员对20 万台风力发电机组进行了评估，认为当前公开报道的全球风力发电机组火灾年平均发生为11.7 起，而实际每年可能发生117 起以上。

2 风电机组火灾特性及原因分析

2.1 风电机组火灾典型案例

2022 年5 月6 日，海南某风电场发生一起风机火灾事故，导致风机变压器及部分电气设备烧毁。事故原因为箱变高压侧避雷器性能劣化，在风机送电恢复运行过程中避雷器击穿造成风机变压器着火。

2020 年1 月12 日，辽宁某风电场45 号风电机组着火，事故导致机舱烧损，轮毂及3 只叶片根部过火。事故原因为电气柜内690 V 变频器供电回路中连接350 A保险与L 型铜排螺栓的有效螺纹长度不足，因机械震动造成松动，松动部位持续发热，引燃L 型铜排绝缘隔板，发生相间短路，最终导致柜内起火，将机舱引燃。

2018 年8 月8 日，新疆某风电场B8-311 风电机组发生火灾，事故导致机舱烧毁、叶片根部及上节塔筒烧伤。事故原因为风机主轴轴承在运行过程中发生失效，轴承内、外圈与滚子、保持架剧烈摩擦产生高温，导致润滑油脂被点燃，火势蔓延至齿轮箱、发电机等部位，引发火灾。

2009 年7 月14 日，内蒙某风电场发生风电机组火灾事故，事故造成机舱和叶片全部烧毁，所有部件损伤。事故原因为作业人员违章作业，在电焊过程中引燃机舱内泄漏积存的油脂，从而引发火灾。

2.2 风电机组火灾特性

2.2.1 可燃物种类多，火灾隐患点多

风电机组主要是由金属、玻璃钢、橡胶和塑料等材质和构配件组成，加上电器电控设备、电线电缆、液压油和润滑油等各类油脂，在具备着火条件时，风机各个部位都存在不同程度的火灾发生风险[5]。

2.2.2 处在通风环境，火灾蔓延迅速

由于风电场通常处于通风良好，风力较大的环境中，且塔筒内部容易形成烟囱效应。据测定，因为有烟囱效应和火风压的存在，在火势发展的阶段，火势水平蔓延速度为0.5~0.8 m/s，垂直蔓延速度为3~4 m/s，100 m 的塔筒内火势蔓延开来只需要33 s[6]。因此，一旦在风电场发生火灾，火势会快速蔓延，进而引发整个机组甚至整片区域内的大型火灾。

2.2.3 火灾扑救难度大，容易扩大影响范围

风电场大多处于偏僻地区，交通不便，再加上风机高度一般是100 m 左右，内部多为独立密闭的结构，给消防车和消防器材到达火灾现场，开展火灾救援带来很多不便。而且伴随火灾的发生，一方面会产生大量的二氧化碳、一氧化碳、氯化氢等有害气体，对电气元件产生影响，降低绝缘性能，进而引发一系列的短路事故[7]；另一方面发生火灾时，会掉落叶片和机舱的残片，这些残片往往具有高温，非常容易引燃机组周围的杂草和建构筑物，从而造成火灾影响范围的扩大。

2.2.4 设备价值高，火灾损失大

现在每台风力发电机组的价值都在千万元上下，如果发生火灾通常会造成较大的直接经济损失，而且发生火灾后快速恢复生产的可能性较低，因为较长的检修恢复时间，还会造成较大的电量损失等间接经济损失。

2.3 风电机组火灾原因分析

2.3.1 客观因素

一是风力发电机组内部有许多的易燃和可燃材料，因为结构及材料原因，不仅可能导致火灾，同时也可能会加快火势蔓延。二是由于风电机组大部分都处在山顶或海拔较高地方，容易受到雷击，且伴随着长时间运行，电气元件及电缆存在不同程度老化，容易导致电气元件过热、绝缘降低或短路导致火灾发生。三是目前国内许多风电主机厂在市场低价恶性竞争的情况下，未对风电机组配置有效的自动消防系统，导致火灾前期不能有效遏制火源及火势发展[8]。风电机组常见火灾隐患部位及原因见表1。

表1 风电机组常见火灾隐患部位及原因

2.3.2 主观因素

一是维护检修作业不规范，作业人员携带火种，作业后未及时清理可燃物，埋下火灾隐患[9]；二是工器具使用不当，随意接入电源或者未采取有效防护措施，因线路过热或使用电焊机产生火花而引发火灾；三是管理不到位，因保护定值整定不合理，保护装置不能正常动作，甚至设备厂家为保证机组可利用率，故意掩盖部分故障问题，如屏蔽安全链告警信息等。常见导致风电机组火灾的人为因素及原因见表2。

表2 常见导致风电机组火灾的人为因素及原因

3 风电机组火灾防范措施

3.1 管理措施

1）健全规章制度，做好防火措施。建立健全风电机组火灾预防和应急处置规范，定期开展消防知识培训和事故处置培训、演练，提高员工业务素质水平及事故状态下的应急处置能力。

2）完善招标要求，满足消防规范。在新建项目风电机组招标文件中明确防止火灾事故要求，设计须满足《防止电力生产事故的二十五项重点要求（2022 年版）》、CECS 391：2014《风力发电机组消防系统技术规程》等国家、行业相关要求和标准。

3）加强巡视检查，防患于未然。一是梳理风机日常巡检、检修清单，按照巡检及检修周期开展相关工作。二是加强巡查和监测力度，当发现有电气设备缺陷、漏油、温度持续过高等安全隐患时，要早发现早处理。三是充分利用风电机组视频监控系统，细化和完善监控的项目、内容和周期，利用视频监控手段加强风电机组火灾隐患的排查和治理工作，遇到高温或者雷雨天气，要适当加密监视频次。四是发现有影响风电机组安全的故障或频繁发生的故障，严禁远程复位重启，要及时就地检查处理。

4）严格执行规程和工艺要求，开展风机维护工作。一是进入风机机舱、塔筒内，严禁携带火种、严禁吸烟。二是风机机舱、塔筒内的动火作业，必须按照要求开具动火工作票。三是严禁对风机任何保险进行短接或混用。四是严禁对风机任何信号进行屏蔽，尤其是温度信号。五是电气一次连接部位的电缆头必须按照工艺要求进行制作，一次设备动力电缆必须选用阻燃电缆。六是电气元器件的连接必须使用型号匹配的螺栓。七是严禁使用汽油、酒精等易燃物清洗和擦拭设备，若需清洗和擦拭，必须使用非易燃清洗剂。八是风机维护、检修作业结束后，风机内不得留有废弃的备件、易耗品、油品等杂物，应做到“工完、料清、场地清”。

5）做好定期试验工作。制订风机保护校验（安全链功能、叶片互锁、风机偏航侧风等）工作清单，利用每年风机检修契机，开展保护功能校验工作，保证相关保护功能信号正常上传风机监控系统。

3.2 技术措施

1）做好技术改造工作。对不具备火灾报警及自动灭火功能的风机进行技改，在机舱、塔筒内装设火灾报警系统（如感烟探测器）和自动灭火装置，风机平台处按要求设置合格的灭火器。

2）加强机舱火灾监测预警功能和停机保护完善工作。侧重于以预防为主的智能化消防系统应用，采取安装摄像头、感烟探头，完善消防装置动作报警功能等措施，及时将报警信号接入风电机组SCADA 系统和远程集控中心，实现机舱着火情况和消防装置动作情况的远程实时监控。

3）完善远程诊断平台功能。在风电机组电气一次连接部位安装测温片，实时监测电气一次连接部位是否存在发热现象，并利用巡检、检修机会对测温片颜色变化进行检查。对密集敷设区域的动力电缆或重点部位，采用光纤测温设备对电缆温度进行实时监测，及时诊断发现温度异常并预警，及时通知现场人员检查处理。

4）在风电机组内可能泄露油脂或者废油脂排出部位设计废油收集装置，定期加注油脂、清理集电环碳粉、清理机舱内油污，降低风电机组火灾发生概率。

5）做好防火封堵与隔离。一是机舱和塔底连接线缆使用阻燃电缆或涂刷防火涂料，为防止电缆挤压或摩擦产生火花，需在易产生摩擦的位置加装防护皮网或金属罩盒。二是在电缆过平台、穿孔、进出线等重点区域和部位，实施防火封堵措施。三是在机组刹车盘处加盖不可燃的金属罩盒，防止高速刹车时的火花溅出。

6）定期对风电机组的接地设备进行检修维护，尤其是雷雨、多风和汛期等季节来临前对浪涌保护设备、防雷设备和接地设备进行严格的核查，将火灾隐患控制在萌芽状态[10]。

3.3 应急处置

3.3.1 应急处置程序

1）先期处置。火灾发现人员发现火情后，第一时间向风电场值班长进行汇报，并根据火势情况对初期火灾进行扑救。风电场值班长接到报告后，根据职责和规定的权限启动现场应急处置方案，向公司火灾专项应急领导小组办公室报告，组织现场人员到现场根据风机着火部位及火势情况判断是否具备现场扑救条件，如具备扑救条件立即组织人员进行现场扑救，并做好现场隔离和警戒；如现场不具备扑救条件，应立即拨打119 报警电话请求消防队支援，并安排人员到交叉路口等候并引导消防车赶往火灾现场。

2）应急救援。火灾专项应急领导小组组织召开应急救援工作会，启动火灾事故专项应急预案，成立应急救援指挥部到达火灾现场组织协调事发单位（场站）和应急队伍开展应急救援和后期处理。

3）扩大应急。若火灾事故扩大时与相关应急预案的衔接程序为：若火灾事故进一步扩大，造成设备损坏时，按要求启动《电力设备事故专项应急预案》；若火灾事故进一步扩大，导致人员伤亡，则按要求启动《人身伤亡事故应急预案》。若超出本单位应急处理能力范围时，由应急救援指挥部请求地方政府协调有关部门和机构、专业救灾组织参与应急救援工作。

4）应急结束。满足应急结束条件时，由应急救援指挥部宣布事故应急处理情况的终止。

3.3.2 应急处置措施

1）火灾事故发生后，火灾发现人员应在确保自身安全的前提下，立即停止该风机的运行，使用灭火器等灭火器材进行救火。

2）事发单位（场站）应做好人员疏散，确保人员安全。对火灾现场进行隔离和警戒，对受火灾威胁的各种物资、设备，采取可行的保护措施，或对其进行转移，尽量减少损失。

3）如出现火势无法控制或风机可能发生倒塌情况，应立即组织救援人员撤离火灾现场，转移到安全地带，等待消防队到来，并通知运行人员将该线路停电，尽可能减轻火灾损失。

4）消防队到达现场后，现场灭火指挥人员应立即与消防队长取得联系，并说明失火风机设备现状、运行设备状况及注意事项，然后协助消防队开展救援工作。

5）当满足应急结束条件时，由应急救援指挥部宣布应急救援结束、应急预案关闭，有序恢复生产和生活秩序。

3.3.3 注意事项

1）在火灾发生的初期，现场运维人员应立即停止该风机的运行，对线路进行停电，安排人员进行隔离和警戒，利用风机周边的消防设备积极对火灾进行扑救，避免火灾范围的扩大。并根据现场实际情况，拨打119报警电话请求消防队支援。

2）应调集和储备必要的防护器材、急救药品、备用电源和抢救伤员必备的器械等，以备随时应用。

3）参加灭火的人员，在灭火时应防止被火烧伤或被燃烧物体所产生的气体引起中毒、窒息，防止被燃烧物体引起相关设备的爆炸，佩戴能有效防止伤害的个人防护装备和专业防护装备。

4）火灾发生时，应优先保证人身安全，其次是设备安全，不熟悉现场情况和灭火方法的人员不得盲目进入危险区域，不可盲目施救。

5）应急救援结束后要全面检查，确认现场无火灾隐患，各种消防设备恢复到正常状态，总结应急救援工作的经验教训，提出改进意见建议并对应急预案进行完善。

4 结束语

综上所述，随着“双碳”目标的提出，风电能源发展迅速，风力发电机组事故发生的概率和频次也在逐步攀升，由于风电机组火灾事故占有很大比例且损失重大，如何有效防止风力发电机组火灾事故引起世界各国的高度重视。本文对风电机组火灾特性、火灾发生原因进行了分析，并从管理措施、技术措施和应急处置方面提出防范措施，希望能够为风电机组防火灾安全管理提供参考，同时也期待风电消防技术不断更新迭代，为风电场的建设和安全稳定运行提供坚实保障。