中國儲能網(wǎng)訊：風電機組火災事故在國內(nèi)外時有發(fā)生。對眾多機組燒毀事故認真分析，找出事故的確切起因，并采取有效預防措施，有利于避免類似事故的再次發(fā)生。本文簡要分析幾例因部件質(zhì)量而引發(fā)的機組事故，并探討風電機組重大事故分析的基本方法。
事故案例
一、發(fā)電機前軸承損壞引發(fā)的事故
（一）事故經(jīng)過
某風電場在后臺發(fā)現(xiàn)，事故機組報“發(fā)電機超速”停機，其后觸發(fā)了“發(fā)電機軸承1 溫度偏高”“發(fā)電機軸承1 溫度過高”等多個故障。事故后，聯(lián)軸器及聯(lián)軸器罩殼完全燒毀，該事故機組的發(fā)電機軸承采用自動注油潤滑方式。此類事故的共同特征是：在發(fā)電機前軸承端蓋上會出現(xiàn)V 字形的黑色印記。圖1 為某風電場事故機組的發(fā)電機前軸承端蓋狀況，圖2 為同一廠家發(fā)電機發(fā)生在另一風電場的聯(lián)軸器燒毀事故，此廠家發(fā)電機因前軸承抱死而引發(fā)聯(lián)軸器燒毀事故的次數(shù)相對較多，因此還出現(xiàn)過機組燒毀事故。此類事故與發(fā)電機前軸承的潤滑結(jié)構(gòu)與潤滑方式有關(guān)。
在通常情況下，當出現(xiàn)發(fā)電機前軸承抱死時，不會發(fā)生聯(lián)軸器及機組燒毀事故，有時僅在前軸承端蓋上出現(xiàn)一個V字形的黑色印記。個別品牌的發(fā)電機則出現(xiàn)聯(lián)軸器及機組燒毀事故的概率卻很高。
（二）事故原因及分析
事故的起因是發(fā)電機前軸承損壞，當軸承保持架損壞后，發(fā)電機軸承內(nèi)外圈之間以及軸承內(nèi)圈與發(fā)電機軸之間的摩擦，短時間內(nèi)劇烈發(fā)熱，大量的油脂會受熱蒸發(fā)，當蒸發(fā)的油脂從發(fā)電機軸承前端噴出后，溫度超過燃點就會燃燒。
潤滑脂的填充量，以填充軸承和軸承殼體空間的三分之一和二分之一為宜，用于高速旋轉(zhuǎn)的軸承應僅填充至三分之一或更少。采取有效措施嚴格控制軸承內(nèi)部的油脂量，并防止油脂在發(fā)電機軸承內(nèi)大量沉積是避免此類火災事故的根本方法。對于已投運此類發(fā)電機，建議取消自動注油潤滑方式，通過人工方式準確地控制注油量和油脂位置，按時清理軸承內(nèi)部廢油；對于未出廠的發(fā)電機，建議對發(fā)電機前軸承的注油位置和排油方式進行改進，以避免過多的廢油在軸承內(nèi)部沉積。
二、輪轂重要元器件故障引發(fā)的機組燒毀事故
（一）事故經(jīng)過
某風電場事故機組在故障停機時，觸發(fā)電池順槳，并一直處于停機狀態(tài)，機組順槳到92°，其后有人發(fā)現(xiàn)機組出現(xiàn)濃煙，大約在1 小時后，輪轂上面和機艙下面均有明火出現(xiàn)。機組在燃燒過程中，一直處于對風位置，風向未變，最后機艙、
輪轂罩殼全部燒毀，葉片根部燒毀。吊下事故機組后發(fā)現(xiàn)，有一個輪轂軸柜處于打開狀態(tài)，內(nèi)部僅剩銅芯和輪轂驅(qū)動器，其他兩個軸控柜處于蓋住狀態(tài)，并保持完好。
（二）事故原因分析
事故機組采用的是直流變槳系統(tǒng)，備用電源為電池，從理論上講，該變槳系統(tǒng)安全性極高。由于國內(nèi)機組的低價競爭，機組價格不斷降低。輪轂的采購價大幅度降低。在緊急順槳時直接導通電池與輪轂變槳電機的接觸器，其采購成本也急劇降低。采用此批次輪轂的機組，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，此接觸器燒毀出現(xiàn)的頻次較高，輪轂軸柜完全燒毀也時有發(fā)生。
該直流變槳系統(tǒng)，在正常緊急順槳時，通過接觸器吸合直接將備用電源與變槳電機接通，在變槳電機剛啟動時，該接觸器通過的電流很大，并只有當葉片撞到限位開關(guān)時，此接觸器才會斷開。此接觸器的控制供電和執(zhí)行送電，均取自輪轂備用電源。如該接觸器容量過小或質(zhì)量不佳，在執(zhí)行緊急順槳過程中，可能造成接觸器吸合后因接觸電阻過大，而產(chǎn)生嚴重打火，并引起備用電源電壓降低，使接觸器斷開；斷開后，接觸器的控制電壓（后備電源電壓）立即升高，接觸器又再次吸合打火，這樣循環(huán)往復，可造成該接觸器及相應部件燒毀。
當變槳電機電池供電接觸器出現(xiàn)質(zhì)量問題時，可能帶來以下三個方面的問題：
第一，在緊急順槳時，如變槳電機的后備電源供電接觸器持續(xù)打火，輕則可使該接觸器、輪轂軸柜燒毀。因接觸器在密閉的軸柜中打火，打火燃燒時柜內(nèi)氣體迅速膨脹，可能頂開軸柜，如輪轂軸柜打開，在無人滅火的情況下，必然會導致機組燒毀事故的發(fā)生。
第二，在順槳時，當輪轂電機或輪轂電機剎車的供電接觸器出現(xiàn)卡塞、燒毀時，還可能導致不能順槳，引發(fā)機組飛車事故。
第三，因接觸器質(zhì)量問題導致接觸器漏電，則會使電池持續(xù)放電。當輪轂較長時間儲存或機組較長時間處于斷電狀態(tài)時，則會造成電池的壽命縮短和損壞，或引發(fā)飛車事故的發(fā)生。
從原理上講，直流變槳系統(tǒng)的安全性很高，但在輪轂生產(chǎn)過程中，如果其關(guān)鍵部件的選型或質(zhì)量存在問題，則可能導致機組飛車、燒毀及倒塌事故。
三、主控控制邏輯錯誤引發(fā)的機組燒毀事故
（一）事故簡介
某風電場2MW 機組，發(fā)電功率為300kW 左右出現(xiàn)故障停機，三支葉片均在0°位置不能順槳，機組轉(zhuǎn)速超過硬件設定值，報剎車BP200 停機，主軸剎車器制動，斷安全鏈，不久機組轉(zhuǎn)速降至0rpm，即機組完全停下。其后，運行人員對事故機組進行了多次“復位啟機”，隨后剎車BP200 和安全鏈被遠程復位，此時由于三支葉片均在0°位置，機組轉(zhuǎn)速迅速上升，再次超過硬件設定值，主軸剎車器制動，機組起火，大約在事發(fā)后一個小時機組轟然倒塌，倒塌后機艙、輪轂、葉片依然劇烈燃燒。事故機組主軸剎車器的剎車盤狀況，如圖3 所示。
（二）事故分析
事故機組因安全隱患致使三支葉片均在0°位置不能順槳。當機組硬件超速后，主軸剎車器制動，機組已經(jīng)安全停下，如到現(xiàn)場采取合理措施，原本可以避免事故的發(fā)生。
按照正常的主控控制邏輯，當機組因故障停機，安全鏈斷開，不能遠程復位，須到現(xiàn)場對機組進行硬件復位。然而，主控程序由于不夠完善，可以“遠程復位安全鏈”。
在我國風電發(fā)展初期，少有國產(chǎn)主控?，F(xiàn)如今，能自主研發(fā)和生產(chǎn)主控的國內(nèi)廠家有幾十家之多，其質(zhì)量卻是良莠不齊。有的國產(chǎn)主控硬件是從國外進口，且主要關(guān)注控制器的處理能力, 而硬件更新速度很快, 硬件更新他們的主控程序也隨之而徹底改變, 這樣，主控程序始終處于初級開發(fā)階段, 存在諸多不足。例如：控制邏輯錯誤、報故障不準確、維修不便、權(quán)限管理不完善、不能滿足機組的遠程故障診斷和安全檢查需要等一系列問題，有的甚至還可能存在安全隱患，需在實踐中盡快完善。
在開發(fā)之初，不少國產(chǎn)主控僅滿足于現(xiàn)場機組的基本運行，因缺乏現(xiàn)場經(jīng)驗豐富技術(shù)人員的參與和指導，主控編程人員又缺乏運維知識和先進主控的使用經(jīng)驗，僅憑某些世界知名廠家的主控說明書進行仿制。每當現(xiàn)場人員對其主控的控制邏輯和缺陷提出異議時，卻又缺乏相應的判斷和識別能力，這種局面如不轉(zhuǎn)變，隨著時間的推移，其主控程序很難有實質(zhì)性的改進。
在我國風電的快速發(fā)展時期，相當短的時間內(nèi)，絕大部分的風電機組部件均實現(xiàn)了國產(chǎn)化，但因急功近利和低價競爭，存在問題的機組部件不在少數(shù)。因此，在機組部件國產(chǎn)化時，新開發(fā)的機組部件需先在樣機上或小規(guī)模使用，在風電場實踐中完善、成熟后再進行批量生產(chǎn)，以免造成大的失誤和損失。
事故分析的基本方法
當風電事故發(fā)生后，只有分析正確，才可能采取行之有效的預防和改進措施。如事故分析人員缺乏現(xiàn)場維修經(jīng)驗，僅從理論上進行分析，不能結(jié)合同類型機組的維修、維護實踐，在事故分析時，往往可能把在實踐上不可能發(fā)生的事件，或可能發(fā)生的偶然事件當成是大概率或必然事件，因其考慮不夠全面導致分析結(jié)論錯誤，不能采取行之有效的預防措施。
如“事故案例”中“二、輪轂重要元器件故障引發(fā)的機組燒毀事故”所述，機組燃燒實際的起火點是緊急順槳的直流供電接觸器，機組燒毀先是由輪轂起火。然而，在現(xiàn)場勘查中發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機接線盒上的定、轉(zhuǎn)子螺釘有松動現(xiàn)象，于是就下結(jié)論，起火原因是發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子螺釘松動造成。由此得出的整改措施必然是既費工費時，又無法解決問題，甚至在適當?shù)臈l件下，類似事故必然還會再次發(fā)生。
一、確定事故分析基本思路
當機組事故發(fā)生后，首先需要確定的是事故發(fā)生的基本方向。即：在分析機組燒毀事故時，首先要確定起火的大致位置，在機艙、輪轂、變頻器、U 形電纜處，還是箱變到變頻器的接線，然后根據(jù)起火點位置和基本事實在現(xiàn)場找證據(jù)。確定起火點位置時，可根據(jù)事后勘察，并結(jié)合事發(fā)時的機組燃燒現(xiàn)象。如“事故案例”中的“二、輪轂重要元器件故障引發(fā)的機組燒毀事故”中“（一）事故經(jīng)過”所述，事發(fā)時，事故機組一直處于對風狀態(tài)，機組燃燒時，很快在輪轂上方出現(xiàn)了明火，并且，事故勘察發(fā)現(xiàn)，輪轂軸柜處于打開狀態(tài)。如事故方向和起火原因確定在發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子接線松動，則不能解釋“很快在輪轂上方出現(xiàn)了明火”等一系列現(xiàn)象，可能對“輪轂軸柜處于打開狀態(tài)”等重要證據(jù)視而不見。另外，該結(jié)論不能與該類型機組調(diào)試、維修過程中出現(xiàn)的“特殊故障（輪轂電機直流供電接觸器、輪轂軸柜燒毀）”緊密聯(lián)系。
因此，進行事故分析時，首先要根據(jù)事發(fā)現(xiàn)象、現(xiàn)場狀況、機組運行原理，機組故障的處理經(jīng)驗及主控信息等盡可能多地假設事故產(chǎn)生的可能方向，然后根據(jù)所收集的信息，迅速排除不可能的事發(fā)方向，以縮小范圍找出最大可能方向，最后根據(jù)相關(guān)證據(jù)和事實鎖定事發(fā)方向。同時，仔細進行現(xiàn)場勘察，為鎖定事故方向?qū)ふ易C據(jù)。并根據(jù)所收集的信息，結(jié)合相關(guān)知識，解釋事發(fā)時及事發(fā)后的諸多現(xiàn)象，以驗證分析結(jié)論是否正確。
如在現(xiàn)場不能鎖定事故發(fā)生的基本方向，現(xiàn)場收集證據(jù)就可能陷入盲目的境地，可能失去收集關(guān)鍵證據(jù)的機會，也難以得到具有說服力的結(jié)論。
二、形成事故證據(jù)鏈，實施整改措施
事故機組的安全隱患會在燒毀、倒塌機組中出現(xiàn)，在機組維護、維修時，這些故障隱患也必然會在相同型號、配置的故障機組中出現(xiàn)。因此，當事故發(fā)生后，如果沒有分析出事故的原因，或?qū)κ鹿蔬€存在諸多疑點，當機組維修和維護時，只要留心觀察同類型機組發(fā)生的故障，就可能找到事發(fā)的原因。例如：在《系列風電機組事故分析及防范措施（二）》一文中，因存在緊急順槳控制回路被強行提供24V 直流的安全隱患，從而造成了機組飛車事故。在事故發(fā)生之后，找出機組倒塌、燒毀的真實原因之前，機組維修過程中發(fā)現(xiàn)的此類安全隱患不在少數(shù)。
事故分析應緊扣事發(fā)時的現(xiàn)象和風電場機組的運行維修實踐，并能根據(jù)風電機組運行的基本原理或相關(guān)知識解釋相關(guān)現(xiàn)象，使現(xiàn)象與結(jié)論之間能順理成章地構(gòu)成因果關(guān)系，相關(guān)現(xiàn)象和主控記錄能相互印證形成完備的證據(jù)鏈，分析得到的結(jié)論不應與事發(fā)時的現(xiàn)象及勘察結(jié)果有任何矛盾。
與同類型機組維修實踐不符的分析和結(jié)論，則不應是事故發(fā)生的原因。例如：某機組燒毀事故發(fā)生之后，事故調(diào)查的結(jié)論是因電池造成三支葉片同時不能順槳。從現(xiàn)場機組維修實踐來看是根本不可能的。因為，在當時投運的同類型機組中，其輪轂大都是來自同一廠家同一型號和批次，而眾多的輪轂故障中，當時還沒有遇到過因為電池容量或電池電壓問題造成一支槳葉在零度位置不能順槳，而因電池問題造成兩支槳葉均在零度位置的情況更未曾發(fā)生，從機組的維修實踐有理由相信：因電池問題造成三支槳葉同時在0°位置不能順槳，在實踐上是不可能的情況。
因此，在分析事發(fā)時的諸多現(xiàn)象和問題時，充分利用機組運行原理；要能還原出事發(fā)時的關(guān)鍵情景；現(xiàn)象之間要能相互印證，不能孤立地看問題。例如：當機組燒毀事件發(fā)生后，不經(jīng)周密分析就下結(jié)論是機組質(zhì)量問題造成，并在機艙上布置自動消防系統(tǒng)完事的做法；機組因超速飛車倒塌就認為超速參數(shù)設置有問題，于是實施降低機組超速參數(shù)設置的整改措施和設計方案，這顯然是把復雜問題過于簡單化，不利于有效地解決問題。
三、通常情況下，手動復位不能成為事故原因
當事故發(fā)生之后，我們不僅要分析事故發(fā)生的原因，而且，還需確定有效的預防措施。需要澄清的是，在一般情況下，“復位啟機”不能成為事故的原因。在通常情況下，“復位啟機”后如發(fā)生了機組燒毀、倒塌事故，則應是機組的設計、制造、安裝、改造、維護、維修等環(huán)節(jié)存在缺陷和安全隱患。這也是由風電機組的運行特點所決定的，手動復位應是風電機組正常運行基本操作，在通常情況下，不應是事故產(chǎn)生的原因。
例如：本文“事故案例”中 “三、主控控制邏輯錯誤引發(fā)的機組燒毀事故”所述，在事故發(fā)生過程中，多次遠程復位后造成安全鏈被復位，機組燒毀、倒塌事故的發(fā)生，究其原因是主控程序存在缺陷。
結(jié)語
風電機組燒毀、倒塌事故發(fā)生后，應通過事發(fā)現(xiàn)象、機組的現(xiàn)場狀況、運行原理，運維實踐及主控信息等各方面信息相互印證，分析得出導致事故發(fā)生的真實原因。并通過完善設計、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高運維水平、增強現(xiàn)場人員的技術(shù)水平和責任意識等，采取積極主動的預防措施避免風電機組重大事故的發(fā)生。
