風(fēng)電機(jī)組事故分析及防范措施：因順槳控制故障引發(fā)的飛車事故

二、飛車、倒塌及燒毀實(shí)例分析

第1 節(jié)“三槳葉同時(shí)不能順槳引發(fā)的飛車事故”中, 事例二不僅事發(fā)時(shí)的主控?cái)?shù)據(jù)完善，而且還找到了事發(fā)的直接證據(jù)；事例一和事例三因主控?cái)?shù)據(jù)丟失，機(jī)組燒毀、倒塌，只能通過同類機(jī)組的長期維修經(jīng)驗(yàn)及與觀察事發(fā)時(shí)的特殊現(xiàn)象，判斷事故發(fā)生原因。事故時(shí)與事例二存在相同的情況——三支葉片同時(shí)不能順槳。

綜合考慮機(jī)組運(yùn)行原理和各種現(xiàn)象，三起事故的共同特點(diǎn)如下：首先，事故機(jī)組的電池順槳控制回路，或旁路限位開關(guān)回路存在被強(qiáng)行供電的安全隱患，在機(jī)組執(zhí)行高級別剎車程序時(shí)，不能切換到正常的電池順槳回路。其次，事發(fā)時(shí)，機(jī)組出現(xiàn)“變槳通訊故障”，主控與輪轂變槳因此失去聯(lián)系，不能通過主控指令使葉片回到90°位置。再次，機(jī)組超速時(shí)，均未能執(zhí)行“變槳自主運(yùn)行”程序，又再次失去順槳的機(jī)會。因此，機(jī)組在風(fēng)速較大時(shí)順利地闖過了所有保護(hù)設(shè)置，造成三支槳葉同時(shí)不能順槳，最終造成事故發(fā)生。

第1 節(jié)“三槳葉同時(shí)不能順槳引發(fā)的飛車事故”中，三個事例發(fā)生的簡略過程分別如下：

事例一中的機(jī)組報(bào)“變槳通訊故障”后，剎車程序BP180，由機(jī)艙、主控控制的交直流供電順槳方式均不能執(zhí)行，其后，機(jī)組再報(bào)“變槳速度太慢”，剎車程序BP190，主軸剎車器參與制動，并在30s 之后剎車器自動松開。

該機(jī)組使用的是被動式剎車器，制動力為兩倍滿負(fù)荷扭矩，因此，在機(jī)組冒煙的同時(shí)完全停下來了，此時(shí)三支槳葉都在0°位置，當(dāng)主軸剎車器再次松開，機(jī)組迅速啟機(jī)。由于當(dāng)時(shí)的風(fēng)速較大，帶著巨大的加速度的葉輪轉(zhuǎn)速迅速上升，達(dá)到2400rpm硬件超速設(shè)定值，主軸剎車器再次制動，此時(shí)制動時(shí)產(chǎn)生的熱量使機(jī)組燃燒，產(chǎn)生的巨大翻轉(zhuǎn)扭矩使機(jī)組倒塌。

事例二中，機(jī)組在45min 43s，報(bào)“變槳通訊故障”，剎車程序BP180 脫網(wǎng)，不能順槳；45min 46s，三支槳葉同時(shí)報(bào)“變槳速度慢”，剎車程序BP190，主軸剎車器制動。當(dāng)時(shí)風(fēng)速較大（15.2m/s），加之該機(jī)組使用的是主動式剎車器，其制動力僅為事例二倍滿負(fù)荷扭矩，主軸剎車器已不能使機(jī)組停下來。

制動力矩使剎車器、剎車盤、剎車器罩殼大面積脫落并砸在通訊滑環(huán)上，在主軸剎車器制動期間機(jī)組轉(zhuǎn)速還在不斷上升，18s 后，即：46min 02s，機(jī)組轉(zhuǎn)速升至硬件超速設(shè)定值，BP200，最高轉(zhuǎn)速超過2900rpm，機(jī)組振動加劇，最終導(dǎo)致通訊滑環(huán)完全斷裂，電池順槳到92°限位開關(guān)位置。由于飛車的時(shí)間及主軸剎車器制動的時(shí)間不長，未出現(xiàn)長時(shí)間持續(xù)高溫，避免了機(jī)組燃燒。在BP190 主軸剎車器制動18s（小于30s）后就升至BP200，沒有出現(xiàn)主軸剎車器松開后又再次制動產(chǎn)生的巨大沖擊扭矩，因此，機(jī)組并未倒塌。

在事發(fā)前，存在旁路限位開關(guān)回路被強(qiáng)行提供24V直流的安全隱患；事發(fā)時(shí)出現(xiàn)“變槳通訊故障”以及未執(zhí)行“變槳自主運(yùn)行”程序；事發(fā)過程中出現(xiàn)“通訊滑環(huán)完全斷裂” ，因輪轂400V交流供電斷開，執(zhí)行輪轂驅(qū)動器的電池順槳，或因旁路限位開關(guān)回路的強(qiáng)行供電斷開，執(zhí)行正常的直流（緊急）順槳，葉片順槳到92°限位開關(guān)位置。具體按哪種情況執(zhí)行，則與線路斷開的時(shí)間先后有關(guān)，如瞬間同時(shí)斷裂，則應(yīng)按正常的電池順槳方式執(zhí)行。由此可見，對于以上飛車事發(fā)時(shí)的應(yīng)急處理方式有：斷UPS使機(jī)組切換到正常的直流順槳；斷箱變啟動輪轂驅(qū)動器的電池順槳。

當(dāng)出現(xiàn)“變槳通訊故障” 或未執(zhí)行“變槳自主運(yùn)行”停機(jī)程序，主控均不會報(bào)“變槳自主運(yùn)行”故障。而事故機(jī)組因未執(zhí)行“變槳自主運(yùn)行”，從而造成了飛車事故的發(fā)生。

事例三的機(jī)組報(bào)“變槳通訊故障”停機(jī)脫網(wǎng)，但不能順槳，再報(bào)“變槳速度太慢”主軸剎車器制動，30s 后松開并一直處于打開狀態(tài)，其后，在長達(dá)10 多分鐘的時(shí)間內(nèi)，機(jī)組處于超速、空轉(zhuǎn)的狀態(tài)，而轉(zhuǎn)速一直低于2400rpm。當(dāng)風(fēng)速增大，轉(zhuǎn)速超過2400rpm，主軸剎車器制動，最高轉(zhuǎn)速也僅升至2406rpm，然而，因機(jī)組已長時(shí)間超速、搖晃，制動瞬間又產(chǎn)生了巨大的翻轉(zhuǎn)扭矩從而促成機(jī)組倒塌。由于主軸剎車器制動的時(shí)間很短，僅有冒煙和火花，機(jī)組并未燒毀。

預(yù)防措施

在機(jī)組運(yùn)維時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查機(jī)組的安全隱患和排除安全性故障。杜絕為追求發(fā)電量而不顧機(jī)組安全情況的發(fā)生。

一、緊急順槳控制回路故障的產(chǎn)生及處理

從現(xiàn)場的故障處理經(jīng)驗(yàn)來看，緊急順槳控制回路故障可能源自：風(fēng)電機(jī)組控制柜、輪轂的生產(chǎn)接線錯誤；機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生的故障；維修人員不適當(dāng)?shù)墓收咸幚矸绞剑蚓S護(hù)人員在維護(hù)時(shí)的錯誤改線造成機(jī)組在緊急順槳時(shí)，葉片不能按正常的電池順槳回路進(jìn)行順槳。

定期在風(fēng)電場或者通過遠(yuǎn)程對機(jī)組安全系統(tǒng)進(jìn)行檢查，檢查機(jī)組是否能順利通過自檢，當(dāng)機(jī)組自檢報(bào)“葉片不能回到限位開關(guān)（1159）”故障時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)予以排除。

二、主控、變槳控制程序的改進(jìn)措施

對主控的剎車程序BP190 進(jìn)行改進(jìn)。按照該控制器的原設(shè)置，執(zhí)行緊急順槳的同時(shí)輔助以主軸剎車器制動，無論葉片是否回到限位開關(guān)位置，執(zhí)行該剎車程序30s 后，主軸剎車器會無條件地松開。由此，若葉片能順利回到限位開關(guān)位置，及時(shí)松開主軸剎車器，有利于保護(hù)齒輪箱和機(jī)組安全，但是，如果葉片沒有回到限位開關(guān)位置，則可能危及機(jī)組安全。

正如本文的第1 節(jié)“三槳葉同時(shí)不能順槳引發(fā)的飛車事故”中的的事例一那樣，如果把主控程序修改為：只有當(dāng)葉片到達(dá)92°限位開關(guān)位置，主軸剎車器才會松開；如葉片沒有到達(dá)92°限位開關(guān)位置，主軸剎車器則不松開，這樣事例一中的事故機(jī)組就不會出現(xiàn)再次“迅速啟機(jī)”，機(jī)組燒毀、倒塌事故便不會發(fā)生。

三例事故的共同點(diǎn)是：在緊急順槳控制回路和變槳通訊同時(shí)出現(xiàn)故障后，因輪轂控制器的“變槳自主運(yùn)行”順槳程序執(zhí)行條件過于苛刻，不能滿足。因此，該順槳停機(jī)程序不能執(zhí)行，從而造成了機(jī)組飛車、倒塌和燒毀事故的發(fā)生。

因此，需修改、完善輪轂控制器的“變槳自主運(yùn)行”停機(jī)程序。尤其是當(dāng)出現(xiàn)“變槳通訊故障”后，機(jī)組又出現(xiàn)超速時(shí)，應(yīng)確保“變槳自主運(yùn)行”停機(jī)程序的順利執(zhí)行。即：把“變槳自主運(yùn)行”停機(jī)程序的“進(jìn)槳”“順槳”限制條件進(jìn)行完善或去除。為確保出現(xiàn)緊急順槳控制回路和變槳通訊同時(shí)故障時(shí)的機(jī)組安全，可增加輪轂控制器對“變槳通訊”故障的判斷。當(dāng)輪轂控制器判斷有變槳通訊故障時(shí)，輪轂則執(zhí)行“變槳自主運(yùn)行”停機(jī)程序，這樣，當(dāng)機(jī)組正常時(shí)，執(zhí)行正常的緊急順槳停機(jī)，如緊急順槳控制回路和變槳通訊同時(shí)故障時(shí)，能通過執(zhí)行“變槳自主運(yùn)行”停機(jī)程序使機(jī)組順槳，冗余保證機(jī)組安全運(yùn)行。

結(jié)語

為減少機(jī)組故障，避免重大事故的再次發(fā)生，應(yīng)充分理解、消化和吸收國內(nèi)外先進(jìn)的風(fēng)電技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)、運(yùn)行的狀況，建立良好的風(fēng)電場管理體制，提高現(xiàn)場人員的技術(shù)水平及機(jī)組維護(hù)和維修質(zhì)量，定期重點(diǎn)檢查事故多發(fā)的關(guān)鍵部位，讓消除安全隱患落到實(shí)處。