风电机组事故分析及防范措施(四)——机组改造带来的问题和安全隐患

系列风电机组事故分析及防范措施（四）——机组改造带来的问

题和安全隐患

风电机组的整机质量及性能与机组部件有关，也与现场管理和质量控制有关。在机组生产时，生产的各道工序如不严格把关可能会出现产品质量问题。对风电场机组改造时，如果设计方案考虑不够全面，或现场施工人员责任心不强，则更可能造成质量问题，使机组性能变差，故障几率增加，甚至还可能因机组改造而带来安全隐患，最终导致机组烧毁、倒塌等重大事故。本文将分析近期发生的一例因改造而引发的机组烧毁事故。

某风电场机组烧毁事故

一、事故简介

2016 年5 月，内蒙古某风电场发生了一起机组烧毁事故。该风电场于2006 年开始吊装兴建，于2007 年10 月，该风电场的33 台双馈1.5MW 风电机组全部投运并进入质保服务期，按照合同约定质保期为两年，应在2009 年年底全部出保。在2011 年，该风电场实施了主控和变频器的低电压穿越改造，2015 年5 月至7 月，又再次实施了变频器定子接触器改造。

事发时，主控报“变频器错误”停机，停机过后又报了一次“变频器错误”。在事故发生过程中，箱变低压侧断路器自动跳闸，最终机舱、轮毂、叶片等全部烧毁。事后勘察，塔筒内电缆未见电气打火及其他异常；轮毂也未找到起火的可能；变频器的断路器和定子接触器均处于断开状态，变频器功率模块和低电压穿越部分等未见异常和烧毁；箱变及箱变到变频器接线电缆也未见短路、打火及其他异常。

如图1 所示，事故机组发电机定子接线箱的右侧，与发电机定子接线相对应的三相接线铜排的右侧被击穿，出现了3 个孔。如图2 所示，发电机定子接线盒内部三相的接线电缆烧毁严重，3 相12 根其中有7 根电缆已经断裂，定子接线箱内部有烧熔物。

二、主控信息及事故简要分析

事发前一天，事故机组报“变频器错误”停机，其后手动停机。事发当天17 点54 分42 秒，手动复位后；17 点59 分44 秒，主控报“变频器错误”；18 点09 分47 秒，“变频器错误”自动复位，启机，在18 点14 分49 秒再次报“变频器错误”停机；在18 点19 分17 秒，主控报“机舱温度偏高”（主控设定的参数值为50℃）；18 点20 分01 秒，机组又报“变频器电网错误”；18 点20 分02 秒，报“变频器断路器断开”；18 点20 分06 秒，“机舱温度过高”（主控设置的参数值为55℃）。

主控在17 点59 分44 秒、18 点14 分49 秒和18 点20分01 秒，分别报过三次“变频器错误”，其对应的变频器信息为：17 点59 分44 秒，变频器报“机侧启动转子三相电流瞬时值过流”，并在励磁后因存在故障机组不能励磁并网；18 点14 分49 秒，变频器报“chopper 开通超时”，即：变频器网侧报故障，在此之前，机组处于正常并网状态；18点20 分01 秒，变频器报“15V 电源故障”，在1 秒之后，即：18 点20 分02 秒，变频器断路器断开。

由主控和事故勘察得到的信息可知：

第一，在报故障的次数和时间间隔上，主控所报的三次“变频器错误”与变频器内的记录能完全对应。由此说明，主控所报相关信息是可信的。

第二，在18 点14 分49 秒，主控报“变频器错误”停机；但变频器断路器未断开，直至18 点20 分02 秒，主控报“变频器断路器断开”时才断开。

第三，由箱变低压侧断路器自动跳闸，以及发电机定子接线箱和箱内的电缆烧毁状况可知：发电机定子三相在接线箱处拉弧、打火，应是在变频器断路器和定子接触器均未断开时产生的。

第四，在机组定子接线箱严重打火、过流时，变频器的断路器和定子接触器未能断开，过流严重以至于箱变过流跳闸。

第五，机舱内着火问题：从故障信息看，18 点09 分47 秒“变频器错误”自动复位启机，到18 点14 分49 秒主控报“变频器错误”停机。现场勘察发现变频器功率模块和低电压穿越部分均未损坏或烧毁，说明在主控停机后，或停机后机组转速还很高时，定子接触

器断开，变频器脱网。

在18 点14 分49 秒机组停机，其后不到5 分钟，主控报“机舱温度偏高（18 点19 分17 秒）”，又经历49 秒，“机舱温度过高（18 点20 分06 秒）”，其间温度升高5℃。由以上信息可知，在机组停机后，机舱温度不断升高。在变频器脱网后，定子接线箱不再拉弧、打火时，机舱温度还在不断上升，并且温度的上升速度较快，说明停机过后机舱已有明火产生，起火的时间应在机组停机之前，或停机之后不久产生。

三、事故分析解读出的安全隐患和疑问

机组改造后留下与本次事故相关的缺陷有：

第一，在定子接触器改造时，仅是通过变频器内部改线实现对定子接触器的控制，定子接触器改造厂家没有要求低电压穿越改造厂家修改变频器的控制程序，增加相应的定子接触器控制板件及控制电路。两个改造厂家之间未进行任何沟通和协调。

第二，对于保护措施完善的变频器来讲，当机组并网后，只要定子、转子电缆对地或相间出现较小电流的拉弧、打火，变频器就会迅速脱网，且变频器的断路器和定子接触器都会断开。因此，在正常情况下，定子、转子回路出现短路，通常很难成为起火点。而事故机组的变频器，在发电机定子回路出现严重打火、过流时，变频器的断路器和定子接触器没有及时断开，因其短路、打火还造成了箱变低压侧断路器跳闸，可见事发时发热消耗的功率很大。

第三，一般情况下，当变频器并网后，如果是因变频器报故障停机，那么变频器的断路器应迅速断开。然而，在18 点14 分49 秒变频器报“chopper 开通超时”时，事故机组的断路器并没有断开，而是18 点20 分01 秒再次报“变频器故障”后，到18 点20 分02 秒，变频器断路器才得以断开。这也说明变频器的控制程序和保护措施不够完善，或事故机组变频器存在某种缺陷和安全隐患。

本次事故调查留下的疑问有：

第一，按照事故机组的主控参数设定，当箱变与变频器三相之间的电流差超过70A，主控就应该报“三相电流不平衡”，然而，发电机定子接线箱处三相均出现了严重拉弧、打火，为何主控没有报“三相电流不平衡”故障？

第二，如果定子接线箱的拉弧、打火是本次事故的起火点，从发电机接线箱到机舱的其他有机可燃物还有相当的距离，火势又如何扩散蔓延到机舱的其他部位？是发电机润滑油管及润滑油泵受热起火扩散？而润滑油泵在定子接线箱的左侧，且距定子接线箱 3 个打火孔的距离在1m 以上。

第三，是否因发电机轴承内部的油脂受热蒸发导致火势迅速蔓延？还需进一步求证。如果成立，油脂蒸发的热量来自定子接线箱打火、变频器没有及时脱网定子线圈加热所致，还是在轴承处导电、电击加热，或其他原因造成？仍需进一步分析。

第四，是何种原因造成发电机定子接线箱内的拉弧、打火？打火的具体过程是怎样的呢？

机组在经过风电场的擅自改造后，众多性能已经改变，仅变频器就涉及多个厂家，该机组及变频器已不单属于哪一个厂家的产品，因不了解其性能，又缺乏此类机组的运维经验，加之，在短时间所能收集的信息有限。因此，不能准确锁定此次事故定子接线箱打火的原因及火势得以扩散、蔓延的整个过程。

为避免事故的再次发生，该风电场机组首先应该尽快规范变频器“定子接触器改造”，重点检查变频器改造存在的安全隐患。

该风电场机组的原配置状况及特点

该风电场的风电机组在国内投运较早，技术也很成熟。在技术引进时，根据与REpower 厂家签订的“Licence 协议”，机组如有任何改动，必须通知REpower 厂家确认，这既是对

用户负责，同时又是质量管控不可或缺的环节。

该风电场机组的基本配置为：LUST 直流变桨轮毂系统，丹麦Mita 公司WP3100 主控，德国ALSTOM 公司生产的1.5MW 双馈变频器，通讯控制器为IC500，后台软件为Gateway，以上机组部件均为国外原装进口。这些配置和技术参数均由REpower 厂家确定。主控、变频器均能与通讯控制器的软硬件配套，主控和变频器数据可通过互联网实时地传到设备厂家的公司总部，主控的远程故障诊断工具也较为完善，因此，能便捷地实现“集中监控，区域维修”。

该机型虽然技术成熟、保护电路完善。也正因如此，在维修变频器及机组时，技术难度较大。如果运维人员技术水平不够高，往往会因机组故障判断困难造成备件消耗量大，停机次数多等问题；而经验丰富的维修人员严重缺乏；充分了解、运用和体会到该机型优点的从业人员更少。因此，该机型并不普遍被业主看好，这可能是业主实施机组改造的原因之一。

机组改造的原因及隐患

一、机组改造的原因及问题

国家电监会于2012 年3 月1 日印发的《关于加强风电安全工作的意见》要求：“并网风电机组应具备低电压穿越能力，并具备一定的过电压能力。”

为了适应电网的要求，该风电场也实施了低电压穿越、数据上传和功率管理改造。于是，把Mita 公司WP3100 主控及面板（人机界面）全部更换、ALSTOM 变频器的控制板件全部更换，并增加低电压穿越部分。同时，因主控更换、数据上传和功率管理要求，通讯控制器IC500 与后台Gateway 软件也全部更换。

经过对变频器、主控和环网改造之后，尽管达到了部分目的，但改变了原机组的整体性能，更给现场机组维修、远程故障诊断和安全检查等带来了不便，机组运行安全和运行质量难以保证。

二、机组的现场改造其质量难以得到有效控制，可能带来安全隐患

机组改造的实施过程欠科学与严谨，应是此次事故产生的重要原因。机组在进行低电压穿越把原ALSTOM 变频器的控制板件全部更换，完全改变了原机的控制逻辑和安全保护，致使质量优异、保护措施完善的变频器性能和安全性大大降低。

此外，这些机组的大规模改造都是在现场进行，工作条件差，改造人员的技术水平和工作的严谨程度不能得到有效的保证，也没有严格的质量管控体系，改造的每一个环节都可能带来问题和安全隐患。

例如：某风电场在实施“轮毂电池更换”整改方案时，厂家派了专职人员到风电场更换轮毂电池，而这些人员因为没有机组维修经验，不会对机组进行检查。当更换了9 台轮毂电池后，设备厂家维修技术人员因处理机组故障来到现场，顺便对更换后的机组作了检查，结果发现：有2 台分别有一支叶片不能电池顺桨，还有一台有2 支叶片不能电池顺桨。从该事例可以看出，如没有专业人员的检查，从表面上看现场整改的实际效果，是为了机组安全；而实际情况则是更换电池之后，机组安全性降低。

结语

在实施风电机组的技术革新与风电场机组改造时，需综合考虑各种影响因素。避免出现安全隐患和发生重大事故。

该风电场的机组烧毁事故与机组改造有着密切的联系。在增加低电压穿越功能，实施数据上传和风电场功率管理时，把技术成熟、质量优异的ALSTOM 变频器主板、WP3100 主控及与之配套的IC500 通讯控制器和后台Gateway 软件全部更换，这不仅是对社会资源的极大浪费，而且，机组改造使质量优异的风电产品沦为带有安全隐患的劣质产品，这值得深思。

在实施低电压穿越等机组改造时，如能选择技术、质量可靠，风电场业绩优异的厂商，

或由原部件生产厂家进行改造，可能会取得更好的效果。或者，国家相关部门在制定政策时，能根据我国的实际情况，采取较为灵活的政策、措施，例如：对于安装较早的风电机组适当降低功率管理的传输速率要求等。这样不仅可以避免社会资源的巨大浪费，节约成本，还可以避免风电机组的整体性能因改造而出现风险。