风电场和光伏电站防火设计要点分析

风电场和光伏电站防火设计要点分析

陈从于

格尔木市消防救援支队

摘要：国内风电场、光伏电站的开发建设能够将我国储量较为丰富的风能和太阳能进行规模化的开发。但因为这类发电企业与城镇之间的距离较远，使得政府相关部门对于其火灾发生的威胁性关注力度有所不足，风电场和光伏电站与城市的消防站保护范围有着一定的距离。在这种情况下，为了保障风电场和光伏电站的正常稳定运转，其防火设计需要在综合考虑各种因素的前提下遵循自防自救。本文基于风电场和光伏电场火灾问题诱发的原因分析，就二者的防火设计工作要点进行研究，以便为今后风电场和光伏电站的防火设计工作优化提供参考。

关键词：风电场；光伏电站；防火设计；工作要点

1、风电场及光伏电站的火灾问题诱发原因分析

1.1风电场火灾问题诱因

通常而言，在风电场运转的过程中，电气原因和机械故障是导致火灾问题发生的主要原因。分布在风电机组内部的电缆在长时间运转的过程下，因为电缆过流很容易带来绝缘老化以及控制柜内电器元件温度过热击穿电路等现象，这些现象都是引发风电场电气火灾的主要原因。比如江苏的沿海某风电场引进了美国进口的1.5MW风电机组，在具体运转的过程中，因为照明系统短路使得隔音棉在高温环境影响下出现了燃烧现象，在40秒内整个机组的温度上升到400℃，导致风电机组被尽数烧毁^[1]。从机械故障层面看来，风电场在运转的过程中，风电机组的发电机设备故障使得风电机组在长期运转的过程中出现了摩擦过热，制动过热等现象，这种摩擦生热的问题为周边可燃物的燃烧提供了条件，同时。风电机组在运转过程中出现的超速和振动现象，也会带来易燃液体的泄露，在高温环境的影响下也很容易发生火灾问题。制动故障之所以能够引发风电场的火灾现象，主要是因为风力发电机组在空气制动出现故障时，机械制动的引用很容易导致在高速运行状态下摩擦生出各种火花，从而带来风电机组烧毁的问题。

1.2光伏电站火灾问题诱因

对于光伏电站的正常稳定运转而言，充油变压器、汇流箱、逆变器等都是具备明显火灾危险性的设备，电气火灾也是其中发生频率相对较高的一种火灾事故类型。在油浸变压器内部故障发生的情况下，很容易带来电弧闪络现象，内部的油气因为长时间的高温环境影响，在受热分解时很容易产生蒸汽最终带来火灾事故。电缆和电气设备作为光伏电站发电的主要设备，太阳能的辐射数值大小对发电量大小有着决定性的影响，电气运转中的负荷以及电缆的载流量与太阳的辐射量变化之间保持一定的关系，并且这种数值起伏的波动频率相对较大^[2]。在电流数值急剧上升以及下降的情况下，很容易导致电缆聚热从而发生火灾问题。考虑到光伏电站内部的组件较为特殊，在接受太阳能辐射的过程中就会产生电压，在光伏阵列传递之后形成的高压直流电，在运输过程中很容易出现设备过热、短路等现象。从而引发火灾问题。

2、风电场及光伏电站的防火设计工作要点分析

2.1内部建筑分类及耐火等级设计

以现阶段我国经济社会的发展看来，与风电站和光伏电站防火设计相关的诸多文件包括了《建筑设计防火规范》《火力发电厂与变电站设计防火规范》《光伏发电站设计防火规范》等，这也意味着今后风电场以及光伏电站的防火设计，必须要遵循我国现行相关规范的具体要求。在防火设计工作落实的过程中，综合考虑到风电场和光伏电站内部建筑工程带有明显的易燃特点，需要对其火灾的发生危险性和耐火程度进行合理的分类。一般而言，风电场和光伏电站的建筑物耐火等级最低级别为二级，其内部的综合控制室、继电器室、逆变室以及配电室火灾发生危险程度相对较低，可以定级为戊级^[3]。变压器室的火灾发生危险等级为丁级，需要将A类的阻燃电缆应用到设计工作中，保障电缆运行过程中的安全性。风电场和光伏电站内部的油浸变压 室、无功补偿室、电缆夹层等火灾事故发生危险性最高，需要定位为丙级。

2.2内部平面布局设置分析

在风电场和光伏电站防火设计工作实施的过程中，站点的选择对于经济可再生能源有着较高的依赖性，要求设计人员结合我国可再生能源以及当地环境保护的多种标准科学选址。风电场和光伏电站内部的建筑物也需要遵循我国的相关规范要求保证其间距始终维持在科学的范围内。考虑到风电场和光伏电站的实际工作特点，在建筑物平面设计工作时，需要设计人员关注事故储油方面的优化。风电场以及光伏电站建筑内部单台油总量达到100kg，建筑物外单台油量达到1000kg以上的情形下，需要针对油浸变压器等设施设置对应的储油池、挡油设施和事故储油池，储油池的容积数量需要保持在变压器油量的20%左右，储油池内部放置的卵石以及排油管道的直径需要维持在50~80mm之间，确保能够在事故发生之时及时的转移事故油，并并隔绝火灾发生源头。

2.3管沟防火及防火墙的设计要点

油浸变压器作为风电场和光伏电站内部重要的组成设施，通常会因为油气问题影响出现火灾事故。在防火设计的过程中防火墙的设计要求油浸变压器和建筑物的一边紧密相连，配合防火墙的设置有效的对火源进行隔绝。因为风电场和光伏电站内部的电缆网络呈现出一种交错分布的现象，再加之电缆数量相对较多，一旦出现了电缆老化短路等问题，很容易在短时间内出现大规模的火灾蔓延。在电缆防火设计的过程中需要使用防火分隔的方法，并且在长度超过100米的电缆沟内需要设置防火墙，确保能够有效的隔绝火源，避免因为电缆短路造成火灾短时间快速蔓延。

2.4内部消防设施的设置要点

为了保证风电站和光伏电站在火灾发生之后能够得到及时扑救，需要对其消防给水系统进行科学的规划和设计，需要选择可靠性相对较高的消防水源，进行消防给水系统的配套设置，消防系统的给水量需要按照火灾发生时一次最大的消防用水量室内和室外消防用水量的总和进行计算。但需要注意的是，光伏方阵区以及变电站户外的配置装电区域等不适宜设置消防给水系统。结合我国目前相关规定看来，如果风电站和光伏电站内部的建筑物在耐火等级在不低于二级且体积不超过3000立方米的情况下，再加之其火灾危险性为戊类时，可以不进行室内外消防给水系统的设置。我国风电场和光伏电站通常分布在西北荒漠地区，因为当地的气候影响，干旱缺水是一种最为常见的状态，汽车运输也是生活用水的主要方式，给水消防系统的设置难度相对较大。风电场和光伏电站内部消防设施的设置当中需要关注自动灭火设施的科学设计。结合目前我国相关的规范文件看来在，单台容量大于125MW以及以上的主变压器需要为其设置对应的水喷雾灭火系统或者是合成泡沫喷雾系统，而其他的带油电气设备需要使用粉灭火器进行火灾的扑救。对于中小规模的风电场和光伏电站而言，自动灭火系统的设计使用费用相对较高，灭火器是一种经济且效果良好的消防设施。因为风电场和光伏电站的发电量与风力和太阳能大小有着紧密关联，可以结合发电工作的具体特性，在无人看守或者是大型的电站中设施自动化火灾报警系统，主控室、继电器设备室、无功补偿室等区域内需要设置感烟火灾探测器，确保能够在火灾发生的第一时间内发出相应的警告并由工作人员直接进行火灾的扑救。为了保证火灾事故发生时，风电场和光伏电站供电的安全性以及整个消防系统的正常运行，需要结合我国的二类负荷供电进行消防水泵、火灾报警、应急照明等系统的设计。

总结

风电场和光伏电站的建设能够帮助我国大规模开发储量较为丰富的风能和太阳能资源。因为我国的风电场和光伏电站设置的距离与城区较远，市内的消防站以及相关部门无法针对其消防安全给予关注。故此，其防火设计需要在遵循自防自救原则的前提下，科学分析诱发火灾事故的各种原因，遵循我国现行的相关防火设计规范文件，从建筑分类及耐火等级设计出发，针对内部的平面布局设置、管沟防火以及消防设施等等结合具体的规模和分布状况进行科学设计，确保能够在降低火灾事故发生概率的同时，第一时间处理出现的火灾问题。

参考文献

[1]张文波,王亚同,尹春,潘卓卓,邸燕君.高影响天气对甘肃省风电场及光伏电站的影响分析及安全生产建议[J].太阳能,2021(06):85-88.

[2]张华,马保军,翟新军,张磊,杨健.智能光伏及风电场区域集控研究与设计[J].微处理机,2018,39(02):57-60.

[3]陈建刚.风电场和光伏电站的火灾危险性和起火原因与防火设计[J].科技创新与应用,2016(28):291.