通過以上分析可以看出,即便是存在1159故障,在輪轂與機組控制器通訊正常時也能保證機組安全,造成三支槳葉同時不能順槳的概率很低。
如果電池順槳控制回路,或旁路限位開關回路被強行供上24V直流,報此故障后不作任何處理,采用一定的方法機組又可以順利啟機并網,不影響機組運行。如果沒有出現高級別剎車和電池檢測,機組則不會報任何故障。因此,這種飛車、倒塌事故往往發生在“運行得很好”的機組上。
如果沒有認識到此故障的嚴重性,即便是機組在電池檢測時報出來了,也大都不會引起足夠的重視;從現場的故障處理來看,因涉及器件及電路較多,分析和處理此故障較為困難,這又進一步增加了這種安全隱患存在的概率。
從故障的產生原因來看,這個故障也容易產生。在風電機組廠內生產調試時,一般都沒有把輪轂與機艙放在一起加以調試,因此,在出廠之前很難發現這種故障;在現場調試時,有不少風電場存在以趕工期、趕進度、多發電為根本目標,只求并網、不求質量的現象,不能及時排除此故障也在所難免;另外,當維護葉片螺釘時,需要手動變槳,如果機組控制柜的沒有維護開關鑰匙,不能利用鑰匙對機組進行操控時,有的維護人員,通過給電池順槳控制回路,或旁路開關回路強行供電,以達到葉片維護葉片的目的,而在葉片維護之后又忘記了把線路還原,致使機組埋藏了這樣的安全隱患。
三、事故現象還原
由于某種原因,事故機組的電池順槳控制回路,或旁路限位開關回路被強行提供24V直流,事故發生時,風速較大,發電功率在1MW以上。由于沒有達到滿負荷發電功率,機組在事故之前葉輪的三支葉片都處在零度位置。此時,由于某種原因機組報“變槳通訊故障”(1157),剎車180,機組脫網、甩負荷,因存線路問題,不能切換到電池順槳,三支葉片同時不能順槳,機組控制器因不能接收到應有的變槳角度值,于是報“變槳速度太慢”,剎車190。在正常情況下,此時會電池順槳,同時主軸剎車器動作,因電池順槳控制回路存在故障,不能切換到電池順槳,三支槳葉維持在零度位置。由于機組已經脫網,葉輪儲存的勢能轉化為動能,葉輪飛升轉速很高,主軸剎車器參與制動,以兩倍滿負荷扭矩進行制動。由于三支槳葉同時不能順槳,機組已處于完全失控狀態,輪轂吸收的巨大能量全部消耗在主軸剎車器和剎車盤上,機組具有很大的火災和倒塌風險。當時主軸剎車器的罩殼沒有蓋上,主軸剎車器制動產生的大量飛濺火花引燃了機艙罩殼、周圍的油污和其他可燃物,機組冒煙。
主軸剎車的制動力矩最終使機組停了下來,機組報“變槳速度太慢(BP190)”之后超過30s,主軸剎車器自動松開,此時,由于風的作用,風輪再次迅速旋轉起來,轉速快速上升(類似再次自動啟機),葉輪旋轉起來的角加速度遠超過正常啟機時的加速度。
在第二次葉輪轉速從0rpm旋轉起來后,因機組存在故障,到達并網轉速時,不能并網,葉輪所吸收的風能完全轉化為機組的轉速和角加速度,旋轉到1950rpm時,超速模塊動作,機組可能執行狀態碼1905,三支槳葉本應該以5°/s的速度進行交流供電順槳,但是,由于葉輪的轉速很高,還沒等到300ms延時,葉輪轉速已經到了硬件超速的設定值,或者,由于某種原因機艙的輪轂400V交流供電開關已經跳閘,機組沒能順槳;當機組到達軟件超速值1960rpm時,可以執行狀態碼213;在2000rpm時,可以執行變頻器超速;到2178rpm時,還可以執行軟件超速順槳,但是,因存在變槳通訊故障,機組控制器不能通過軟件對輪轂變槳進行控制,這些順槳都不能執行;最后到達2400rpm時,觸及硬件超速值,松開后的主軸剎車器再次參與制動。
此時,由于機組采用的是兩個被動式主軸剎車器,靠彈簧壓力對機組進行制動,而前一次停機制動時,剎車片已經磨損嚴重,使得主軸剎車器的彈簧形變減小,制動扭矩大大降低。機組第二次轉動后巨大的勢能和很高的旋轉速度,主軸軸剎車器已不可能使機組的旋轉速度迅速降低,轉速繼續上升,機組旋轉速度超過2700rpm。此時,主軸剎車器制動產生的劇烈火花加劇了機艙可燃物著火,發生火災,并且,在主軸剎車器制動時,產生了巨大的翻轉扭矩,最終使機組沿葉輪的旋轉方向倒塌,在塔筒的應力集中點,即第二節塔筒處斷裂。
從機組設計和現場實踐來看,如果只是空轉到2700rpm,而主軸剎車器不參與制動,機組能在較長時間旋轉,而不至于很快倒塌,塔筒的折斷是由于葉輪高速旋轉時,主軸剎車器在制動產生了巨大翻轉力矩所致。本次事故,機組本有多次順槳的機會,由于多種偶然如存在1159故障,同時在運行過程中又發生了變槳通訊故障、且風能量足夠大等,才促成了機組倒塌的必然。
從本次事故來看,要排除機組存在的安全隱患,才是減少和避免機組飛車倒塌的關鍵。