海上風電場火災風險防控技術措施研究
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摘 要：結合我國海上風電發展前景、相關火災事故案例、技術標準、海上風電場消防設計及技術評審實際工作經驗，通過對海上風電場火災風險進行分析與研究，提出了海上風電機組和海上升壓站火災風險防控的措施建議。
關鍵詞：海上風電場;火災;風險防控;消防
中圖分類號：TU892 文獻標志碼：A 文章編號：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
隨著海上風電產業的快速發展，未來十年中國將進入海上風電大規模開發階段，采用陸上、近海并重發展風電，并開始遠海風電的示范。預測2030年全國風電裝機量將達到4億千瓦，其中近海風電6000萬千瓦，遠海風電500萬千瓦。我國海上風能資源豐富，在水深不超過50米的近海海域，風電實際可裝機容量約為5億千瓦[1]。
海上風電機組和海上升壓站遠離陸地，所處環境特殊，且電氣設備布置集中，一旦發生火災，將影響整個海上風電場的運行，甚至造成人員傷亡。例如，2017年7月14日，國內某在建海上風電場所在海域發生強雷電天氣，海上升壓站一層平臺35kV電纜發生爆燃，工作人員撲救未果后組織撤離，平臺上19名工人情急下跳海求生，1人失聯。2017年8月4日，位于丹麥西部日德蘭地區Osterild試驗風場的一臺8MW級海上風電機組樣機起火，所幸無人員傷亡。因此，做好海上風電場建設和運行過程中的火災風險防控工作顯得尤為重要。
1 海上風電場火災風險分析
海上風電機組易發生火災的部位包括機艙、塔架內電纜、塔底電氣設備等;海上升壓站易發生火災的部位包括主變壓器室、柴油機房、柴油油罐室、高低壓配電室、二次設備室、電纜夾層等?；馂娘L險因素主要包括電氣設備故障、電路短路、設備過載、易燃品、雷擊等，電氣設備故障是導致火災發生的主要原因[2]。另外，海上升壓站是海上風電場的關鍵部位，一般為無人值守，在有限的空間內布置大量電氣設備和生產用房，火災發生后容易蔓延，且傳播迅速，難以得到及時滅火救援，是火災風險防范的重點區域[3]。
2 海上風電機組消防措施
海上風電機組距岸距離遠、運行環境惡劣，一旦發生火災，將會面臨完全燒毀的風險，造成極大的經濟損失。海上風電機組主要由葉輪、機艙、塔架及控制系統等組成。風機機艙內設備密集，齒輪箱增速機內存有大量齒輪潤滑油，屬丙類可燃液體，當檢修或密封不嚴時可能造成外漏，存在一定的潛在火災隱患。而且風電機組的機艙和塔筒高度一般在50m以上，常規的消防裝備無法實施滅火。因此，海上風電機組內推薦安裝預防性的自動消防滅火系統，以保障風力發電機組的可靠運行。海上風電機組消防滅火系統包括火災自動報警系統、滅火裝置等，主要保護場所是機艙、塔筒、輪轂，塔架底部設備等，其中機艙的火災危險性最高，是重點保護對象。
海上風電機組各防護單元的火災探測器和滅火裝置選型可參考表1、表2執行[4]。
3 海上升壓站消防措施
海上升壓站各部位火災危險性分類及耐火分隔應符合《風電場工程110kV～220kV海上升壓變電站設計規范》NB/T 31115的規定。海上升壓站滅火系統選擇宜符合表3的規定[5]。根據海上升壓站消防設計經驗，海上升壓站滅火系統推薦采用高壓細水霧滅火系統、火探管式探火滅火系統、移動式滅火設施、消防水炮和泡沫滅火系統等，并配套設置相應的火災自動報警系統。
表3 海上升壓站滅火系統選擇
3.1 高壓細水霧滅火系統
高壓細水霧滅火系統具有霧滴顆粒小、滅火效果好、用水量小的優點，是目前比較適合海上升壓站使用的高效滅火系統。該系統由高壓泵組、補水增壓裝置、區域閥組、不銹鋼管路、高壓噴頭、噴槍及其配件等組成[7]。
海上升壓站宜采用噴頭工作壓力不小于10MPa的高壓細水霧滅火系統。海上升壓站設備區宜采用開式細水霧滅火系統，開式系統以抑制火災或撲滅火災為主，閉式系統主要用于控制火災，設備區存在可燃液體，火災工況復雜危害性高，應使用開式系統盡快撲滅火災。設計參數可根據現行國家標準《細水霧滅火系統技術規范》GB 50898的有關規定選用，未有規定時， 宜根據火災模擬試驗確定[7]。由于細水霧產品差異較大，一般需要火災模擬實驗驗證系統的有效性，如果有類似工程實例已做過驗證也可參考其經驗取值。對主變壓器的防護噴頭宜采用分層布置。主變室是高大空間，主變充油量大，燃燒負荷高，火災模擬試驗證明對主變壓器采用分層布置噴頭，可以取得良好的滅火效果。系統噴霧時間參考美國消防協會《Standard on water mist fire protection systems》NFPA750的有關規定，設計噴霧時間為30min，開式系統的響應時間不應大于30s[8]。閉式系統的配水管道充水時間不宜大于2min。海上升壓站宜在每層設置細水霧噴槍（亦可為移動式高壓細水霧滅火裝置）。細水霧噴槍具有良好的可操作性和滅火效果，可供救援人員使用。在水源得到保障的前提下兼作沖洗甲板工具，效果良好。 3.2 火探管式探火滅火系統
海上升壓站電氣盤柜室中電氣盤柜是主要的火災危險源并需要滅火保護，對該局部火災危險性高的設備優先選用火探管式探火滅火系統進行局部保護，而不必采用大型自動滅火系統保護整個空間的辦法?；鹛焦苁阶詣犹交饻缁鹧b置由裝有高效滅火劑的壓力容器、集成容器閥組、無源報警器以及能自動釋放滅火器的火探管組成?；鹛焦軠缁饎┩扑]采用七氟丙烷滅火劑。七氟丙烷為清潔氣體滅火劑，無色、無味，不導電、易揮發、災后無殘余，在大自然中的存留時間短，對環境基本無害。七氟丙烷滅火機理為化學滅火，滅火效率高且在一定設計濃度下對設備無毒無害，對人體損傷較小。
3.3 移動式滅火設施
海上升壓站移動式滅火設施主要包括干粉滅火器、二氧化碳滅火器、消防員裝備等。海上升壓站滅火器應布置在受火災損壞的可能性最小的位置。各層甲板配置一定數量的手提式滅火器，在有潛在著火可能性的每層甲板上，距離樓梯3m范圍內應設置2具干粉滅火器。在電氣設備集中布置的封閉區域應設置1具二氧化碳滅火器。每臺吊機或其附近應設置2具干粉滅火器。直升機甲板及附近配備總容量不少于45kg的干粉滅火器、總容量不少于18kg的二氧化碳滅火器。
海上升壓站滅火器的安裝應保證在一旦著火時人員易于到達和隨時使用，應安裝在人員可以看得見并不受阻礙的地方。手提式滅火器應安裝在箱體內或托架上，滅火器底部與甲板間應有足夠距離，以防止鹽水腐蝕。
海上升壓站宜配備不少于2套消防員裝備箱，每套裝備包括防護服、消防靴、手套、頭盔、有絕緣木柄的消防斧、能連續使用3h的手提式安全燈以及30min自持式空氣呼吸器各1套。
3.4 消防水炮和泡沫滅火系統
對于設有直升機平臺和水消防系統的海上升壓站，在直升機甲板的兩側各設置一個消防軟管站和水/泡沫兩用炮式噴射器，保證上述設備在任何情況下足以噴射到直升機甲板的任何部位。配備1套固定式泡沫滅火系統，其能力按不少于6L/min·m2配置，噴灑泡沫液時間至少10min，其防護面積為以直升機總長為直徑的圓面積。
3.5 火災自動報警系統
火災自動報警系統用于監測海上升壓站及陸上集控中心的火災狀況，并可根據消防要求進行聯動控制，采用編碼傳輸總線制火災自動報警系統。火災自動報警控制器應具有通信串行口或網口與風電場監控系統相連，以實現火災報警信號和聯動控制狀態信號的實時監視。
海上升壓站設置一套火災自動報警系統，火災報警控制器能夠接受來自海上升壓站內火災探測器的火災報警信號，并經海底電纜光纖通信網絡將火災報警信號上送至位于陸上集控中心控制室的火災報警主機。海上升壓站火災自動報警系統能夠聯動消防設備及視頻監控系統，并能接受來自陸上集控中心控制室的手動強制滅火和其他聯動命令。
4 海上升壓站逃救生措施
為滿足火災發生后人員逃生和救生需要，海上升壓站應設置必要的逃救生設施，主要包括脫險通道、標記、警示牌和逃救生設備等[6]。
4.1 脫險通道
海上升壓站各層應至少設置兩個脫險通道。每個脫險通道應便于通過并且沒有障礙，沿通道的所有出口門向逃生方向開啟，用于逃生的門的凈寬度不應小于700mm。面積超過120m2的設備艙室，應設置兩個逃生門，兩個逃生門之間的距離不應小于5m。升降機不應作為脫險通道。
海上升壓變電站應設置逃生集合站，集合站應設在緊靠救生筏登乘站的地方。集合站應設置在甲板上的無障礙場地，以容納該站集合的所有人員，并設置應急照明。
4.2 標記和警示牌
脫險通道應在包括拐彎和交叉處的所有各點，用位于甲板面以上高度不超過300m的照明或熒光條指示裝置予以標識。脫險標識應使人員能夠辨認脫險通道并易于識別脫險出口。所有高壓設備附近，均應設有危險警示牌。脫險通道、集合站應有明顯標志。
4.3 逃救生設備
海上升壓站應至少按定員12人配備氣脹式救生筏、救生圈、救生衣、保溫救生服、拋繩設備等。氣脹式救生筏應盡可能沿平臺甲板邊緣布置。救生圈應至少配備2個帶自亮浮燈的救生圈，4個帶自亮浮燈和自發煙霧信號的救生圈，每個帶自亮浮燈和自發煙霧信號的救生圈應配備一根可浮救生索。救生衣的數量為定員人數的210%，其中避難室內配備100%，逃生集合站附近配備100%，平臺工作區內配備10%。寒冷地區應配備保溫救生服。拋繩設備應存放在易于到達的地方，并隨時可用。
5 結束語
海上風電開發呈現出走向遠海、邁入深海的趨勢，海上風電機組從小型化走向大型化邁入“大容量”時代，海上升壓站設計和建造技術不斷發展，新技術應用不斷涌現，對海上風電場火災風險防控能力也不斷提出新的要求。本文對海上風電場火災風險的分析研究及所采取的消防和逃救生措施僅供參考，期待海上消防技術不斷優化持續革新，為海上風電場的建設運行安全提供堅實保障。
參考文獻：
[1]國家發展和改革委員會能源研究所.中國風電發展路線圖2050[R].北京：國家發展和改革委員會，2014.
[2]楊源，周偉，汪少勇，等.海上風電場的火災防護方案設計[J].南方能源建設，2015，2：93-97.
[3]黃毅.風電工程海上升壓站消防系統優化分析[J].水電與新能源，2018，32（9）：71-74.
[4]CECS 391：2014.風力發電機組消防系統技術規程[S].
[5]NB/T 31115-2017.風電場工程110kV～220kV海上升壓變電站設計規范[S].
[6]宋慧慧，杭兆峰.淺析高壓細水霧自動滅火系統在海上升壓站的應用[J].風能，2017（11）：94-97.
[7]GB 50898-2013.細水霧滅火系統技術規范[S].
[8]NFPA 750-2019.Standard on Water Mist Fire Protection Systems[S].
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