CN201496202U - 风电机舱消防自动测控及应急系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自动消防监测及应急系统，尤其是风力发电机舱自动化消防监测及应急系统，属于风力发电机设备技术领域。本实用新型采用传感器技术结合监控系统，实现对风电机舱内温度和烟雾的实时数据采集，并根据机舱外的环境温度变化结合机舱内各温度传感器监测点监测到的温度进行实时动态调整，将采集后的数据通过主控制核心单元处理，实现对风电机舱的消防安全进行自动监控与应急处理。其有益效果是：弥补和加强了机舱内消防主动监控与应急需要，填补了国内外风电机舱内没有主动进行消防自动监控与应急系统的空白。在确保管理人员人身安全的前提下，有效预防和控制风力发电机舱的失火现象，减少不必要的经济损失。

Description

风电机舱消防自动测控及应急系统

技术领域

本实用新型涉及一种自动消防监控及应急系统，尤其是风力发电机机舱自动化消防测控及应急系统，属于风力发电机设备技术领域。

背景技术

风力发电主要依靠风力发电机组及其控制系统来实现。风力发电机组及其主控制系统都是安装在距离地面达60米以上的风力发电塔筒顶端的机舱内，整个机舱堪称是风力发电机组的心脏和大脑。由于风力发电机运行时会产生较高热量，在散热发生不畅，或机组发生故障使产生热量高于散热能力时，则积热会使机组迅速温升，如果温升不能及时发现并予制止，当温度超过电机耐热点时，轻者将导致风力发电机或控制系统发生故障，齿轮箱内的齿轮油也有可能发生外漏。重者将引燃机舱内的电缆或控制系统电器中、已经外漏的齿轮油等可燃物，造成火情发生。鉴于机舱的特定位置，一旦发生火情，极难有效扑灭，很容易导致风力发电机或其他重要部件的严重损坏，甚至导致整个风力发电机组的烧毁。国内案例：2009年7月14日10:20，内蒙古锡林郭勒盟消防指挥中心接到报警称：207国道距锡林浩特市45公里处东侧一风力发电设备着火，坠落的部分碎片已引燃小片的草场，请消防队速来灭火。11:40分，长达35米、重达6吨的第一片风叶就像一只火箭一样迅速坠落，“轰”的一声扎到地面上后又倒下，引起整个风叶轰燃，在地下等待的消防员迅速上前进行射水；12:30、14:58后两片风叶分别落地，消防官兵迅速展开灭火战斗。直到15:30，坠落在草原上的三片风叶及部分碎片全部扑灭，保住了这片大草原。据现场了解工作人员，损失的设备价值千万。风力发电场运行管理距离较长，机组分布较为分散，尤其是近海滩涂，特别是安装在海上的风力发电机组，距陆地大多在几公里甚至更远。由于风力发电机组环境位置的特殊使工作人员巡查管理受限，一旦遇有火情发生，救援人员和救援设施，很难在最短时间内响应并到达现场实施救援。而且，如有火灾发生，起火点绝大多数是风力发电机的机舱，当风力发电场的工作人员发现火情时，就已经造成了一定的损失。目前，风力发电机舱内所配备的灭火器大多都依靠人工操作的手提式灭火器或具有自动喷射灭火气体功能的悬挂式灭火器。在火灾发生时，使用手提式灭火器，必须要进入风电机舱内进行灭火。这种被动的消防措施，必然导致延误救援时间以及对救援人员的身体健康或生命安全构成严重威胁，难以适应风电厂的实际应急需要，显然难以达到应有的消防效果。即便是采用具有自动喷射灭火气体功能的悬挂式灭火器，这些灭火器也都必须设置在机舱内，如果灭火器发生泄漏或误喷也难以及时发现。所以，现有消防配置以及装备限制，难以适应风力发电厂的实际应急需要，显然达不到应有的消防效果。因此，一旦发生火灾，就往往造成即使是单台设备也是价值千万以上的巨大损失。鉴于机舱安全是关系到整个风力发电机组正常运行的必要条件，机舱火险如何防患于未然显得极其重要。但到目前为止，国内外正在运行的风力发电机组中，基本都缺乏对机舱内安全进行主动自动测控与消防的应急装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种风力发电机舱自动化消防测控及应急系统，可以实现风力发电机的主动实时监测与应急灭火，减小损失。

本实用新型的目的由以下技术方案实现：风电机舱消防自动测控及应急系统的组成包括：主控制核心单元、传感器组、风电机组控制单元、应急执行单元和消防单元；所述主控制核心单元通过接收传感器组信号控制应急控制单元和消防单元、风电机组控制单元工作，其中：

(1)所述主控制核心单元包括中央处理单元、与中央存储器交换信息的存储器和通讯/联络单元、接收中央处理单元指令的驱动单元和显示单元、发送信息至中央处理单元的信号处理单元和输入单元；

(2)所述传感器组包括温度传感器、烟雾传感器和氧气浓度传感器，传感器组由主控制核心单元供电，并通过线缆与主控制核心单元的信号处理单元连接；主控制核心单元能够根据机舱外的环境温度变化结合机舱内各温度传感器监测点监测到的温度进行动态调整报警温度值。

(3)所述风电机组控制单元包括主电路、主控制系统、子控制系统和通讯接口，风电机组控制单元通过通讯接口与主控制核心单元连接，控制风电机的外供电和启停；

(4)所述应急控制单元包括应急执行单元，所述应急执行单元接收主控制核心单元发出的指令，切断风机与电网的连接，记录现场状况；

(5)所述消防单元包括二氧化碳气体高压气瓶、氮气驱动器瓶、气体输送管、软管、液压单向阀、集流管、安全阀、气控单向阀、压力信号器、杠杆秤、高压管道喷头和瓶组框架，所述氮气驱动器瓶上的电磁阀接收主控制核心单元的指令驱动二氧化碳气体灭火；

(6)所述主控制核心单元与设在风力发电厂控制中心的计算机服务器通过通信网络连接。

本实用新型的目的由以下技术方案进一步实现：所述主控制核心单元、消防单元、后备电源设在风力发电机塔筒底部，所述传感器组和风力发电机组控制系统的应急刹车装置安置在风力发电机舱内。其中，所述消防单元的气体输送管固定安装在塔筒内爬梯的扶手上，所述气体输送管的进气口连接灭火气体罐的出气端口，其出气口与风力发电机舱连通。所述气体输送管为Φ25mm高压镀锌钢管。所述传感器组的温度传感器为定温式探测器、差温式探测器、差定温式探测器和感温电缆中的至少一种，烟雾传感器为离子感烟探测器和光电感烟探测器中的至少一种，氧气浓度传感器为氧气浓度检测器和便携式氧气浓度检测仪中的至少一种。所述温度传感器设风力发电机组控制系统的控制柜、发电机定子线圈、轴承和机舱空间环境等监测点；所述烟雾传感器设风力发电机的变速箱、刹车和机舱顶监测点；所述氧气浓度传感器设风力发电机舱的舱门监测点。所述通信网络包括GPRS网络、有线通信网络、远程无线网络、超远程无线网络和电台通信中的任意一种。

本实用新型采用传感器技术结合监控系统，在风电厂运行时管理距离长、范围广，机组分布较为分散，机舱位置环境特殊以及高空特殊环境和无人值守等现状下，实现对风电机舱内温度和烟雾的实时数据采集，并根据机舱外的环境温度变化结合机舱内各温度传感器监测点监测到的温度进行实时动态调整，将采集后的数据通过主控制核心单元处理，实现对风电机舱的消防安全进行自动监控与应急处理。本实用新型利用风塔内现有爬梯扶手作为对灭火气体管道的支撑，不需要增加额外的管道支撑点，使灭火气体能迅速输送到机舱的防护区域，达到自动监测、监控，自动实施应急降温和灭火的主动消防目的。同时，利用氧气浓度传感器对机舱内氧气浓度进行检测，进行环境安全报警，对检修人员在没有佩戴呼吸装备情况下进入机舱工作时给以提醒，以确保人员的身体健康与生命安全。根据风电机组的布局，采用有线、无线、电台阶梯通讯等多种通讯模式并举的方法，实现风电场管理人员能对所有风电机组的安全状态进行直观了解。同时也可以作为对系统装置安全运行的一种补充，防止风电机舱内系统装置的误报、漏报，实现对机舱内的在线远程监控。其有益效果是：弥补和加强了机舱内消防主动监控与应急需要，填补了国内外风电机舱内没有主动进行消防自动监控与应急系统的空白。在确保管理人员人身安全的前提下，有效预防和控制风力发电机舱的失火现象，减少不必要的经济损失。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型工作控制框图。

图3为主控核心单元的功能及主控电气图。

具体实施方式

实施例一

本实用新型的风电机舱消防自动测控及应急系统的组成包括：主控制核心单元、传感器组、风电机组控制单元、应急执行单元和消防单元；主控制核心单元通过接收传感器组信号控制应急控制单元、消防单元和风电机组控制单元工作，其中：

(1)主控制核心单元包括中央处理单元、与中央存储器交换信息的存储器和通讯/联络单元、传感器组分控制单元、接收中央处理单元指令的驱动单元和显示单元、发送信息至中央处理单元的信号处理单元和输入单元；

(2)传感器组包括温度传感器、烟雾传感器和氧气浓度传感器、传感器组分控制单元，传感器组由主控制核心单元供电，并通过线缆与主控制核心单元的信号处理单元连接；其中，温度传感器为定温式探测器、差温式探测器、差定温式探测器和感温电缆中的至少一种，烟雾传感器为离子感烟探测器和光电感烟探测器中的至少一种，氧气浓度传感器为氧气浓度检测器和便携式氧气浓度检测仪中的至少一种；传感器组是整个系统装置的关键部位，分布在风电机内需要监测的部位，主要监测机舱内各测点的温度及其变化信息、烟谱变化信息和氧气浓度值指标，为消防单元提供现场信号，是主控制核心单元进行火警判断、实施决策的依据；

(3)风电机组控制单元包括主电路、主控制系统、子控制系统和通讯接口，风电机组控制单元通过通讯接口与主控制核心单元连接，控制风电机的供电和启停；风电机组控制系统与风电机组的风轮、发电机和电能变换单元的关系密切，对整个风力发电机组实施正常操作、调节、保护和控制，而风电机组控制单元在消防应急的情况下，接收来自主控制核心单元的指令，对风电机组实施断开外供电源、紧急刹车和停机的命令；

(4)应急控制单元包括应急执行单元，其工作过程是：主控制核心单元对接收到的传感器信号进行分析判断，当识别到处于火警状态时，立即采取下述步骤，a.启动消防单元；b.向风电机组控制单元发出信号，使之采取相应的应急措施，对风机进行紧急刹车；c.向应急执行单元发出的指令，切断风机与电网的连接，记录现场状况；

(5)消防单元包括二氧化碳气体高压气瓶、氮气驱动器瓶、气体输送管、软管、液压单向阀、集流管、安全阀、气控单向阀、压力信号器、杠杆秤、高压管道喷头和瓶组框架，当主控制核心单元判断出火灾发生后，对氮气驱动器瓶上的电磁阀发出开启信号，驱动气瓶内的氮气通过驱动管道打开二氧化碳高压气瓶的平头阀，使二氧化碳气体迅速自动喷出，由管道输送进入机舱内进行灭火；

(6)主控制核心单元与设在风力发电厂控制中心的计算机服务器通过通信网络连接。

将上述系统与风力发电机组合，其结构为：主控制核心单元、消防单元、后备电源设在风力发电机塔筒底部，所述传感器组和风力发电机组控制系统的应急刹车装置安置在风力发电机舱内。其中，所述消防单元的气体输送管固定安装在塔筒内爬梯的扶手上，所述气体输送管的进气口连接灭火气体罐的出气端口，其出气口与风力发电机舱连通。所述气体输送管为Φ25mm高压镀锌钢管。所述温度传感器设在风力发电机组控制系统的控制柜、发电机定子线圈、轴承和机舱空间处；所述烟雾传感器设在风力发电机的变速箱、刹车和机舱顶处；所述氧气浓度传感器设在风力发电机舱的舱门处。所述通信网络包括GPRS网络、有线通信网络、远程无线网络、超远程无线网络和电台通信中的任意一种。

如图1、图2和图3所示：风电机舱消防自动测控及应急系统，由风力发电厂控制中心的计算机服务器连接设在风力发电机塔筒底部的主控制核心单元1、连接主控制核心单元1的传感器组件——温度传感器(差定温式探测器)2、烟雾传感器(光电感烟探测器)3、氧气浓度传感器4、风力发电机组控制系统和连接风力发电机组控制系统的应急刹车装置5构成；其中，主控制核心单元包括：控制柜、数据采集、通讯、应急灭火、风电机断电控制、刹车控制、停机控制、自备电源。传感器组件和应急刹车装置5安置在风力发电机舱10内。主控制核心单元1与设在风力发电机塔筒底部的电磁阀、减压阀、后备电源和灭火气体罐6连接。主控制核心单元和传感器组件通过通讯传输电缆8传输接受信息。本实施例的灭火气体罐内气体为二氧化碳灭火气体罐6安置在风里发电机塔筒底部，塔筒内部设气体输送管7，气体输送管7固定安装在塔筒内爬梯的扶手上，气体输送管7的进气口连接灭火气体罐的出气端口，其出气口与风力发电机舱10连通。出气口装有气嘴，气体输送管6为Φ25mm高压镀锌钢管，方便将高压二氧化碳输入风力发电机舱内。差定温式探测器(选择如盛赛尔JTWB-BCD-5451型云安I150068型)、和光电感烟探测器(选择如盛赛尔JTY-GD-882或JTY-GD-8023型分别安装在风力发电机舱内容易产生高温的区域和火险的敏感区域，氧气浓度检测器(选择如XP-3188E型)安装在风力发电机舱的舱门处。发电机厂控制中心的计算机服务器与主控制核心单元通过通信网络连接。根据风电厂运行管理距离较长，机组分布较为分散，机舱安装位置环境特殊等实际情况，为确保系统装置运行的可靠性和安全性，能够对所有风电机组的消防安全状态能进行直观了解和管理。同时也可作为对系统装置运行安全的一种补充，防止系统装置的误报、漏报，从而实现对机舱内进行远程监控。(1)为保证系统装置运行的可靠性和安全性，系统装置的主控制核心单元在设计时，充分考虑通信的需要，方便管理人员对所有风电机组的安全状态进行直观了解，同时也可以作为对本装置安全运行的一种补充。通过通信网络，可以实时传回机舱内各种信息。还可以利用摄像头，实时获取机舱内的视频图像信息，防止机舱内消防安全自动测控及应急系统的误报、漏报，实现对机舱内进行远程监控。(2)通信网络包括GPRS网络、有线通信网络、远程无线网络、超远程无线网络和电台通信中的任意一种。对于有移动通信条件的区域，利用GPRS网络进行数据通信。对于具有有线通信条件的区域，采用有线通信方式实现数据通信。对于距离较远(10公里以上)又缺乏移动通信和有线通信条件的区域，在条件许可情况下，采用远程或者超远程的无线网络实现网络数据通信，或者采用电台通信模式，实现远程监控。

本实施例工作时，当温度传感器器2及烟雾传感器3自动监测到机舱内高温达到设定的火险温度指标值及机舱内烟谱发生变化时，主控制核心单元1进入预警状态。当烟雾传感器3自动监测到机舱内有烟雾产生时，主控制核心单元1对二氧化碳灭火气体贮存罐6上的控制器发出开启指令。第一罐二氧化碳气体迅速通过高压输气管7自动进入机舱10，至少能够充满机舱内绝大部分，使机舱内产生缺氧环境和温度的降低。除了可以起到灭火的作用，同时可以起到遏制机舱内温度的继续升高，防止火情扩大，产生灭火与降温的协同效应。随着传感器2和3的不断自动监测，当机舱内的温度虽有降低，但仍没有到达设定的指标值，同时烟雾传感器报警没有解除或仍有烟雾产生时，主控制核心单元1发出第二道控制器开启指令。主控制核心单元1对第二罐二氧化碳灭火气体贮存罐6上的控制器发出开启指令，第二罐二氧化碳气体迅速进入机舱内，使整个机舱保持在十分钟时间内都能够有充足的二氧化碳气体，缺氧环境和低温下的机舱火灾得以彻底扑灭。主控制核心单元1支持与风电机组控制系统和风力发电厂现地控制系统进行通讯。当主控制核心单元1在对第二罐二氧化碳灭火气体贮存罐6上的控制器发出开启指令的同时(即2和3监测到机舱内温度虽有降低，但仍没有到达设定的指标值，同时烟雾传感器报警没有解除或仍有烟雾产生时)，主控制核心单元1紧急指令风电机组控制系统使风力发电机紧急刹车和停机，并主动脱开风电厂电网，以阻止灾情和损失的扩大，达到避免影响其它机组正常运行，有效避免灾情和损失扩大的目的。在机舱发生火险与消防应急情况下，主控制核心单元1通过与风电厂控制中心的PC端的通讯，能够自动报警和必要时实施的人工控制操作。为防止机舱内惰性灭火气体浓度超过正常环境值而对检修人员构成危险，机舱内安装氧气浓度传感器4，或配备便携式氧气浓度检测仪，对机舱内氧气浓度进行检测。当机舱内氧气浓度达不到适合人所需要的指标时，主控制核心单元1自动报警提示，或便携式氧气浓度检测仪报警提示。当机舱内氧气浓度达到适合人所需要的指标时，自动报警结束。以确保维修人员在没有佩戴呼吸装备的情况下进入机舱工作时，进行机舱内环境安全报警提示。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (7)

1.风电机舱消防自动测控及应急系统，其特征在于系统的组成包括：主控制核心单元、传感器组、风电机组控制单元、应急执行单元和消防单元；所述主控制核心单元通过接收传感器组信号控制风机组控制单元、应急控制单元和消防单元工作，其中：

(1)所述主控制核心单元包括中央处理单元、与中央存储器交换信息的存储器和通讯/联络单元、接收中央处理单元指令的驱动单元和显示单元、发送信息至中央处理单元的信号处理单元和输入单元；

(2)所述传感器组包括温度传感器、烟雾传感器和氧气浓度传感器，传感器组由主控制核心单元供电，并通过线缆与主控制核心单元的信号处理单元连接；

(3)所述风电机组控制单元包括主电路、主控制系统、子控制系统、传感器和通讯接口，风电机组控制单元通过通讯接口与主控制核心单元连接，控制风电机的供电和启停；

(4)所述应急控制单元包括应急执行单元，所述应急执行单元接收主控制核心单元发出的指令，切断风机与电网的连接，记录现场状况；

(5)所述消防单元包括二氧化碳气体高压气瓶、氮气驱动器瓶、气体输送管、软管、液压单向阀、集流管、安全阀、气控单向阀、压力信号器、杠杆秤、高压管道喷头和瓶组框架，所述氮气驱动器瓶上的电磁阀接收主控制核心单元的指令驱动二氧化碳气体灭火；

(6)所述主控制核心单元与设在风力发电厂控制中心的计算机服务器通过通信网络连接。

2.根据权利要求1所述风电机舱消防自动测控及应急系统，其特征在于：所述主控制核心单元、消防单元、后备电源设在风力发电机塔筒底部，所述传感器组和风力发电机组控制系统的应急刹车装置安置在风力发电机舱内。

3.根据权利要求2所述的风电机舱消防自动测控及应急系统，其特征在于：所述消防单元的气体输送管固定安装在塔筒内爬梯的扶手上，所述气体输送管的进气口连接灭火气体罐的出气端口，其出气口与风力发电机机舱连通。

4.根据权利要求3所述的风电机舱消防自动测控及应急系统，其特征在于：所述气体输送管为Φ25mm高压镀锌钢管。

5.根据权利要求1所述的风电机舱消防自动测控及应急系统，其特征在于：所述传感器组的温度传感器为定温式探测器、差温式探测器、差定温式探测器和感温电缆中的至少一种，烟雾传感器为离子感烟探测器和光电感烟探测器中的至少一种，氧气浓度传感器为氧气浓度检测器和便携式氧气浓度检测仪中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的风电机舱消防自动测控及应急系统，其特征在于：所述温度传感器设在风力发电机组控制系统的控制柜、发电机定子线圈、轴承和机舱内等处；所述烟雾传感器设在风力发电机的变速箱、刹车和机舱顶处；所述氧气浓度传感器设在风力发电机机舱的舱门处。

7.根据权利要求1所述的风电机舱消防自动测控及应急系统，其特征在于：所述通信网络包括GPRS网络、有线通信网络、远程无线网络、超远程无线网络和电台通信中的任意一种。

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