风电机组事故分析及防范措施(三)——部件质量所引发的事故

系列风电机组事故分析及防范措施（三）——部件质量所引发的

事故

风电机组火灾事故在国内外时有发生。对众多机组烧毁事故认真分析，找出事故的确切起因，并采取有效预防措施，有利于避免类似事故的再次发生。本文简要分析几例因部件质量而引发的机组事故，并探讨风电机组重大事故分析的基本方法。

事故案例

一、发电机前轴承损坏引发的事故

（一）事故经过

某风电场在后台发现，事故机组报“发电机超速”停机，其后触发了“发电机轴承1 温度偏高”“发电机轴承1 温度过高”等多个故障。事故后，联轴器及联轴器罩壳完全烧毁，该事故机组的发电机轴承采用自动注油润滑方式。此类事故的共同特征是：在发电机前轴承端盖上会出现V 字形的黑色印记。图1 为某风电场事故机组的发电机前轴承端盖状况，图2 为同一厂家发电机发生在另一风电场的联轴器烧毁事故，此厂家发电机因前轴承抱死而引发联轴器烧毁事故的次数相对较多，因此还出现过机组烧毁事故。此类事故与发电机前轴承的润滑结构与润滑方式有关。

在通常情况下，当出现发电机前轴承抱死时，不会发生联轴器及机组烧毁事故，有时仅在前轴承端盖上出现一个V字形的黑色印记。个别品牌的发电机则出现联轴器及机组烧毁事故的概率却很高。

（二）事故原因及分析

事故的起因是发电机前轴承损坏，当轴承保持架损坏后，发电机轴承内外圈之间以及轴承内圈与发电机轴之间的摩擦，短时间内剧烈发热，大量的油脂会受热蒸发，当蒸发的油脂从发电机轴承前端喷出后，温度超过燃点就会燃烧。

润滑脂的填充量，以填充轴承和轴承壳体空间的三分之一和二分之一为宜，用于高速旋转的轴承应仅填充至三分之一或更少。采取有效措施严格控制轴承内部的油脂量，并防止油脂在发电机轴承内大量沉积是避免此类火灾事故的根本方法。对于已投运此类发电机，建议取消自动注油润滑方式，通过人工方式准确地控制注油量和油脂位置，按时清理轴承内部废油；对于未出厂的发电机，建议对发电机前轴承的注油位置和排油方式进行改进，以避免过多的废油在轴承内部沉积。

二、轮毂重要元器件故障引发的机组烧毁事故

（一）事故经过

某风电场事故机组在故障停机时，触发电池顺桨，并一直处于停机状态，机组顺桨到92°，其后有人发现机组出现浓烟，大约在1 小时后，轮毂上面和机舱下面均有明火出现。机组在燃烧过程中，一直处于对风位置，风向未变，最后机舱、

轮毂罩壳全部烧毁，叶片根部烧毁。吊下事故机组后发现，有一个轮毂轴柜处于打开状

态，内部仅剩铜芯和轮毂驱动器，其他两个轴控柜处于盖住状态，并保持完好。

（二）事故原因分析

事故机组采用的是直流变桨系统，备用电源为电池，从理论上讲，该变桨系统安全性极高。由于国内机组的低价竞争，机组价格不断降低。轮毂的采购价大幅度降低。在紧急顺桨时直接导通电池与轮毂变桨电机的接触器，其采购成本也急剧降低。采用此批次轮毂的机组，在调试中发现，此接触器烧毁出现的频次较高，轮毂轴柜完全烧毁也时有发生。

该直流变桨系统，在正常紧急顺桨时，通过接触器吸合直接将备用电源与变桨电机接通，在变桨电机刚启动时，该接触器通过的电流很大，并只有当叶片撞到限位开关时，此接触器才会断开。此接触器的控制供电和执行送电，均取自轮毂备用电源。如该接触器容量过小或质量不佳，在执行紧急顺桨过程中，可能造成接触器吸合后因接触电阻过大，而产生严重打火，并引起备用电源电压降低，使接触器断开；断开后，接触器的控制电压（后备电源电压）立即升高，接触器又再次吸合打火，这样循环往复，可造成该接触器及相应部件烧毁。

当变桨电机电池供电接触器出现质量问题时，可能带来以下三个方面的问题：

第一，在紧急顺桨时，如变桨电机的后备电源供电接触器持续打火，轻则可使该接触器、轮毂轴柜烧毁。因接触器在密闭的轴柜中打火，打火燃烧时柜内气体迅速膨胀，可能顶开轴柜，如轮毂轴柜打开，在无人灭火的情况下，必然会导致机组烧毁事故的发生。

第二，在顺桨时，当轮毂电机或轮毂电机刹车的供电接触器出现卡塞、烧毁时，还可能导致不能顺桨，引发机组飞车事故。

第三，因接触器质量问题导致接触器漏电，则会使电池持续放电。当轮毂较长时间储存或机组较长时间处于断电状态时，则会造成电池的寿命缩短和损坏，或引发飞车事故的发生。

从原理上讲，直流变桨系统的安全性很高，但在轮毂生产过程中，如果其关键部件的选型或质量存在问题，则可能导致机组飞车、烧毁及倒塌事故。

三、主控控制逻辑错误引发的机组烧毁事故

（一）事故简介

某风电场2MW 机组，发电功率为300kW 左右出现故障停机，三支叶片均在0°位置不能顺桨，机组转速超过硬件设定值，报刹车BP200 停机，主轴刹车器制动，断安全链，不久机组转速降至0rpm，即机组完全停下。其后，运行人员对事故机组进行了多次“复位启机”，随后刹车BP200 和安全链被远程复位，此时由于三支叶片均在0°位置，机组转速迅速上升，再次超过硬件设定值，主轴刹车器制动，机组起火，大约在事发后一个小时机组轰然倒塌，倒塌后机舱、轮毂、叶片依然剧烈燃烧。事故机组主轴刹车器的刹车盘状况，如图3 所示。

二）事故分析

事故机组因安全隐患致使三支叶片均在0°位置不能顺桨。当机组硬件超速后，主轴刹车器制动，机组已经安全停下，如到现场采取合理措施，原本可以避免事故的发生。

按照正常的主控控制逻辑，当机组因故障停机，安全链断开，不能远程复位，须到现场对机组进行硬件复位。然而，主控程序由于不够完善，可以“远程复位安全链”。

在我国风电发展初期，少有国产主控。现如今，能自主研发和生产主控的国内厂家有几十家之多，其质量却是良莠不齐。有的国产主控硬件是从国外进口，且主要关注控制器的处理能力, 而硬件更新速度很快, 硬件更新他们的主控程序也随之而彻底改变, 这样，主控程序始终处于初级开发阶段, 存在诸多不足。例如：控制逻辑错误、报故障不准确、维修不便、权限管理不完善、不能满足机组的远程故障诊断和安全检查需要等一系列问题，有的甚至还可能存在安全隐患，需在实践中尽快完善。

在开发之初，不少国产主控仅满足于现场机组的基本运行，因缺乏现场经验丰富技术人员的参与和指导，主控编程人员又缺乏运维知识和先进主控的使用经验，仅凭某些世界知名厂家的主控说明书进行仿制。每当现场人员对其主控的控制逻辑和缺陷提出异议时，却又缺乏相应的判断和识别能力，这种局面如不转变，随着时间的推移，其主控程序很难有实质性的改进。

在我国风电的快速发展时期，相当短的时间内，绝大部分的风电机组部件均实现了国产化，但因急功近利和低价竞争，存在问题的机组部件不在少数。因此，在机组部件国产化时，新开发的机组部件需先在样机上或小规模使用，在风电场实践中完善、成熟后再进行批量生产，以免造成大的失误和损失。

事故分析的基本方法

当风电事故发生后，只有分析正确，才可能采取行之有效的预防和改进措施。如事故分析人员缺乏现场维修经验，仅从理论上进行分析，不能结合同类型机组的维修、维护实践，在事故分析时，往往可能把在实践上不可能发生的事件，或可能发生的偶然事件当成是大概率或必然事件，因其考虑不够全面导致分析结论错误，不能采取行之有效的预防措施。

如“事故案例”中“二、轮毂重要元器件故障引发的机组烧毁事故”所述，机组燃烧实际的起火点是紧急顺桨的直流供电接触器，机组烧毁先是由轮毂起火。然而，在现场勘查中发现，发电机接线盒上的定、转子螺钉有松动现象，于是就下结论，起火原因是发电机定、转子螺钉松动造成。由此得出的整改措施必然是既费工费时，又无法解决问题，甚至在适当的条件下，类似事故必然还会再次发生。

一、确定事故分析基本思路

当机组事故发生后，首先需要确定的是事故发生的基本方向。即：在分析机组烧毁事故时，首先要确定起火的大致位置，在机舱、轮毂、变频器、U 形电缆处，还是箱变到变频器的接线，然后根据起火点位置和基本事实在现场找证据。确定起火点位置时，可根据事后勘察，并结合事发时的机组燃烧现象。如“事故案例”中的“二、轮毂重要元器件故障引发的机组烧毁事故”中“（一）事故经过”所述，事发时，事故机组一直处于对风状态，机组燃烧时，很快在轮毂上方出现了明火，并且，事故勘察发现，轮毂轴柜处于打开状态。如事故方向和起火原因确定在发电机的定子、转子接线松动，则不能解释“很快在轮毂上方出现了明火”等一系列现象，可能对“轮毂轴柜处于打开状态”等重要证据视而不见。另外，该结论不能与该类型机组调试、维修过程中出现的“特殊故障（轮毂电机直流供电接触器、轮毂轴柜烧毁）”紧密联系。

因此，进行事故分析时，首先要根据事发现象、现场状况、机组运行原理，机组故障的处理经验及主控信息等尽可能多地假设事故产生的可能方向，然后根据所收集的信息，迅速排除不可能的事发方向，以缩小范围找出最大可能方向，最后根据相关证据和事实锁定事发

方向。同时，仔细进行现场勘察，为锁定事故方向寻找证据。并根据所收集的信息，结合相关知识，解释事发时及事发后的诸多现象，以验证分析结论是否正确。

如在现场不能锁定事故发生的基本方向，现场收集证据就可能陷入盲目的境地，可能失去收集关键证据的机会，也难以得到具有说服力的结论。

二、形成事故证据链，实施整改措施

事故机组的安全隐患会在烧毁、倒塌机组中出现，在机组维护、维修时，这些故障隐患也必然会在相同型号、配置的故障机组中出现。因此，当事故发生后，如果没有分析出事故的原因，或对事故还存在诸多疑点，当机组维修和维护时，只要留心观察同类型机组发生的故障，就可能找到事发的原因。例如：在《系列风电机组事故分析及防范措施（二）》一文中，因存在紧急顺桨控制回路被强行提供24V 直流的安全隐患，从而造成了机组飞车事故。在事故发生之后，找出机组倒塌、烧毁的真实原因之前，机组维修过程中发现的此类安全隐患不在少数。

事故分析应紧扣事发时的现象和风电场机组的运行维修实践，并能根据风电机组运行的基本原理或相关知识解释相关现象，使现象与结论之间能顺理成章地构成因果关系，相关现象和主控记录能相互印证形成完备的证据链，分析得到的结论不应与事发时的现象及勘察结果有任何矛盾。

与同类型机组维修实践不符的分析和结论，则不应是事故发生的原因。例如：某机组烧毁事故发生之后，事故调查的结论是因电池造成三支叶片同时不能顺桨。从现场机组维修实践来看是根本不可能的。因为，在当时投运的同类型机组中，其轮毂大都是来自同一厂家同一型号和批次，而众多的轮毂故障中，当时还没有遇到过因为电池容量或电池电压问题造成一支桨叶在零度位置不能顺桨，而因电池问题造成两支桨叶均在零度位置的情况更未曾发生，从机组的维修实践有理由相信：因电池问题造成三支桨叶同时在0°位置不能顺桨，在实践上是不可能的情况。

因此，在分析事发时的诸多现象和问题时，充分利用机组运行原理；要能还原出事发时的关键情景；现象之间要能相互印证，不能孤立地看问题。例如：当机组烧毁事件发生后，不经周密分析就下结论是机组质量问题造成，并在机舱上布置自动消防系统完事的做法；机组因超速飞车倒塌就认为超速参数设置有问题，于是实施降低机组超速参数设置的整改措施和设计方案，这显然是把复杂问题过于简单化，不利于有效地解决问题。

三、通常情况下，手动复位不能成为事故原因

当事故发生之后，我们不仅要分析事故发生的原因，而且，还需确定有效的预防措施。需要澄清的是，在一般情况下，“复位启机”不能成为事故的原因。在通常情况下，“复位启机”后如发生了机组烧毁、倒塌事故，则应是机组的设计、制造、安装、改造、维护、维修等环节存在缺陷和安全隐患。这也是由风电机组的运行特点所决定的，手动复位应是风电机组正常运行基本操作，在通常情况下，不应是事故产生的原因。

例如：本文“事故案例”中“三、主控控制逻辑错误引发的机组烧毁事故”所述，在事故发生过程中，多次远程复位后造成安全链被复位，机组烧毁、倒塌事故的发生，究其原因是主控程序存在缺陷。

结语

风电机组烧毁、倒塌事故发生后，应通过事发现象、机组的现场状况、运行原理，运维实践及主控信息等各方面信息相互印证，分析得出导致事故发生的真实原因。并通过完善设计、提高产品质量、提高运维水平、增强现场人员的技术水平和责任意识等，采取积极主动的预防措施避免风电机组重大事故的发生。