系列風(fēng)電機(jī)組事故分析及防范措施（三）——部件質(zhì)量所引發(fā)的事故

文 | 王明軍，江旭

系列風(fēng)電機(jī)組事故分析及防范措施（三）——部件質(zhì)量所引發(fā)的事故

文 | 王明軍，江旭

風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)事故在國內(nèi)外時(shí)有發(fā)生。對(duì)眾多機(jī)組燒毀事故認(rèn)真分析，找出事故的確切起因，并采取有效預(yù)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(jī)組事故，并探討風(fēng)電機(jī)組重大事故分析的基本方法。

事故案例

一、發(fā)電機(jī)前軸承損壞引發(fā)的事故

（一）事故經(jīng)過

某風(fēng)電場在后臺(tái)發(fā)現(xiàn)，事故機(jī)組報(bào)“發(fā)電機(jī)超速”停機(jī)，其后觸發(fā)了“發(fā)電機(jī)軸承1溫度偏高”“發(fā)電機(jī)軸承1溫度過高”等多個(gè)故障。事故后，聯(lián)軸器及聯(lián)軸器罩殼完全燒毀，該事故機(jī)組的發(fā)電機(jī)軸承采用自動(dòng)注油潤滑方式。此類事故的共同特征是：在發(fā)電機(jī)前軸承端蓋上會(huì)出現(xiàn)V字形的黑色印記。圖1為某風(fēng)電場事故機(jī)組的發(fā)電機(jī)前軸承端蓋狀況，圖2為同一廠家發(fā)電機(jī)發(fā)生在另一風(fēng)電場的聯(lián)軸器燒毀事故，此廠家發(fā)電機(jī)因前軸承抱死而引發(fā)聯(lián)軸器燒毀事故的次數(shù)相對(duì)較多，因此還出現(xiàn)過機(jī)組燒毀事故。此類事故與發(fā)電機(jī)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(dāng)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)前軸承抱死時(shí)，不會(huì)發(fā)生聯(lián)軸器及機(jī)組燒毀事故，有時(shí)僅在前軸承端蓋上出現(xiàn)一個(gè)V字形的黑色印記。個(gè)別品牌的發(fā)電機(jī)則出現(xiàn)聯(lián)軸器及機(jī)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(jī)前軸承損壞，當(dāng)軸承保持架損壞后，發(fā)電機(jī)軸承內(nèi)外圈之間以及軸承內(nèi)圈與發(fā)電機(jī)軸之間的摩擦，短時(shí)間內(nèi)劇烈發(fā)熱，大量的油脂會(huì)受熱蒸發(fā)，當(dāng)蒸發(fā)的油脂從發(fā)電機(jī)軸承前端噴出后，溫度超過燃點(diǎn)就會(huì)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(yīng)僅填充至三分之一或更少。采取有效措施嚴(yán)格控制軸承內(nèi)部的油脂量，并防止油脂在發(fā)電機(jī)軸承內(nèi)大量沉積是避免此類火災(zāi)事故的根本方法。對(duì)于已投運(yùn)此類發(fā)電機(jī)，建議取消自動(dòng)注油潤滑方式，通過人工方式準(zhǔn)確地控制注油量和油脂位置，按時(shí)清理軸承內(nèi)部廢油；對(duì)于未出廠的發(fā)電機(jī)，建議對(duì)發(fā)電機(jī)前軸承的注油位置和排油方式進(jìn)行改進(jìn)，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(jī)組燒毀事故

（一）事故經(jīng)過

某風(fēng)電場事故機(jī)組在故障停機(jī)時(shí)，觸發(fā)電池順槳，并一直處于停機(jī)狀態(tài)，機(jī)組順槳到92°，其后有人發(fā)現(xiàn)機(jī)組出現(xiàn)濃煙，大約在1小時(shí)后，輪轂上面和機(jī)艙下面均有明火出現(xiàn)。機(jī)組在燃燒過程中，一直處于對(duì)風(fēng)位置，風(fēng)向未變，最后機(jī)艙、輪轂罩殼全部燒毀，葉片根部燒毀。吊下事故機(jī)組后發(fā)現(xiàn)，有一個(gè)輪轂軸柜處于打開狀態(tài)，內(nèi)部僅剩銅芯和輪轂驅(qū)動(dòng)器，其他兩個(gè)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(jī)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(jī)組的低價(jià)競爭，機(jī)組價(jià)格不斷降低。輪轂的采購價(jià)大幅度降低。在緊急順槳時(shí)直接導(dǎo)通電池與輪轂變槳電機(jī)的接觸器，其采購成本也急劇降低。采用此批次輪轂的機(jī)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(shí)有發(fā)生。

該直流變槳系統(tǒng)，在正常緊急順槳時(shí)，通過接觸器吸合直接將備用電源與變槳電機(jī)接通，在變槳電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，該接觸器通過的電流很大，并只有當(dāng)葉片撞到限位開關(guān)時(shí)，此接觸器才會(huì)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(yán)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(fù)，可造成該接觸器及相應(yīng)部件燒毀。

當(dāng)變槳電機(jī)電池供電接觸器出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，可能帶來以下三個(gè)方面的問題：

第一，在緊急順槳時(shí)，如變槳電機(jī)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(shí)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(huì)導(dǎo)致機(jī)組燒毀事故的發(fā)生。

第二，在順槳時(shí)，當(dāng)輪轂電機(jī)或輪轂電機(jī)剎車的供電接觸器出現(xiàn)卡塞、燒毀時(shí)，還可能導(dǎo)致不能順槳，引發(fā)機(jī)組飛車事故。

第三，因接觸器質(zhì)量問題導(dǎo)致接觸器漏電，則會(huì)使電池持續(xù)放電。當(dāng)輪轂較長時(shí)間儲(chǔ)存或機(jī)組較長時(shí)間處于斷電狀態(tài)時(shí)，則會(huì)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(dǎo)致機(jī)組飛車、燒毀及倒塌事故。

三、主控控制邏輯錯(cuò)誤引發(fā)的機(jī)組燒毀事故

（一）事故簡介

某風(fēng)電場2MW機(jī)組，發(fā)電功率為300kW左右出現(xiàn)故障停機(jī)，三支葉片均在0°位置不能順槳，機(jī)組轉(zhuǎn)速超過硬件設(shè)定值，報(bào)剎車BP200停機(jī)，主軸剎車器制動(dòng)，斷安全鏈，不久機(jī)組轉(zhuǎn)速降至0rpm，即機(jī)組完全停下。其后，運(yùn)行人員對(duì)事故機(jī)組進(jìn)行了多次“復(fù)位啟機(jī)”，隨后剎車BP200和安全鏈被遠(yuǎn)程復(fù)位，此時(shí)由于三支葉片均在0°位置，機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速上升，再次超過硬件設(shè)定值，主軸剎車器制動(dòng)，機(jī)組起火，大約在事發(fā)后一個(gè)小時(shí)機(jī)組轟然倒塌，倒塌后機(jī)艙、輪轂、葉片依然劇烈燃燒。事故機(jī)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(jī)組因安全隱患致使三支葉片均在0°位置不能順槳。當(dāng)機(jī)組硬件超速后，主軸剎車器制動(dòng)，機(jī)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(dāng)機(jī)組因故障停機(jī)，安全鏈斷開，不能遠(yuǎn)程復(fù)位，須到現(xiàn)場對(duì)機(jī)組進(jìn)行硬件復(fù)位。然而，主控程序由于不夠完善，可以“遠(yuǎn)程復(fù)位安全鏈”。

在我國風(fēng)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(jìn)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(jí)開發(fā)階段,存在諸多不足。例如：控制邏輯錯(cuò)誤、報(bào)故障不準(zhǔn)確、維修不便、權(quán)限管理不完善、不能滿足機(jī)組的遠(yuǎn)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(shí)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(jī)組的基本運(yùn)行，因缺乏現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)豐富技術(shù)人員的參與和指導(dǎo)，主控編程人員又缺乏運(yùn)維知識(shí)和先進(jìn)主控的使用經(jīng)驗(yàn)，僅憑某些世界知名廠家的主控說明書進(jìn)行仿制。每當(dāng)現(xiàn)場人員對(duì)其主控的控制邏輯和缺陷提出異議時(shí)，卻又缺乏相應(yīng)的判斷和識(shí)別能力，這種局面如不轉(zhuǎn)變，隨著時(shí)間的推移，其主控程序很難有實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。

在我國風(fēng)電的快速發(fā)展時(shí)期，相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)，絕大部分的風(fēng)電機(jī)組部件均實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，但因急功近利和低價(jià)競爭，存在問題的機(jī)組部件不在少數(shù)。因此，在機(jī)組部件國產(chǎn)化時(shí)，新開發(fā)的機(jī)組部件需先在樣機(jī)上或小規(guī)模使用，在風(fēng)電場實(shí)踐中完善、成熟后再進(jìn)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(dāng)風(fēng)電事故發(fā)生后，只有分析正確，才可能采取行之有效的預(yù)防和改進(jìn)措施。如事故分析人員缺乏現(xiàn)場維修經(jīng)驗(yàn)，僅從理論上進(jìn)行分析，不能結(jié)合同類型機(jī)組的維修、維護(hù)實(shí)踐，在事故分析時(shí)，往往可能把在實(shí)踐上不可能發(fā)生的事件，或可能發(fā)生的偶然事件當(dāng)成是大概率或必然事件，因其考慮不夠全面導(dǎo)致分析結(jié)論錯(cuò)誤，不能采取行之有效的預(yù)防措施。

如“事故案例”中“二、輪轂重要元器件故障引發(fā)的機(jī)組燒毀事故”所述，機(jī)組燃燒實(shí)際的起火點(diǎn)是緊急順槳的直流供電接觸器，機(jī)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(jī)接線盒上的定、轉(zhuǎn)子螺釘有松動(dòng)現(xiàn)象，于是就下結(jié)論，起火原因是發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子螺釘松動(dòng)造成。由此得出的整改措施必然是既費(fèi)工費(fèi)時(shí)，又無法解決問題，甚至在適當(dāng)?shù)臈l件下，類似事故必然還會(huì)再次發(fā)生。

一、確定事故分析基本思路

當(dāng)機(jī)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(jī)組燒毀事故時(shí)，首先要確定起火的大致位置，在機(jī)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(diǎn)位置和基本事實(shí)在現(xiàn)場找證據(jù)。確定起火點(diǎn)位置時(shí)，可根據(jù)事后勘察，并結(jié)合事發(fā)時(shí)的機(jī)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(jī)組燒毀事故”中“（一）事故經(jīng)過”所述，事發(fā)時(shí)，事故機(jī)組一直處于對(duì)風(fēng)狀態(tài)，機(jī)組燃燒時(shí)，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(jī)的定子、轉(zhuǎn)子接線松動(dòng)，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(duì)“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(jī)組調(diào)試、維修過程中出現(xiàn)的“特殊故障（輪轂電機(jī)直流供電接觸器、輪轂軸柜燒毀）”緊密聯(lián)系。

因此，進(jìn)行事故分析時(shí)，首先要根據(jù)事發(fā)現(xiàn)象、現(xiàn)場狀況、機(jī)組運(yùn)行原理，機(jī)組故障的處理經(jīng)驗(yàn)及主控信息等盡可能多地假設(shè)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(shí)鎖定事發(fā)方向。同時(shí)，仔細(xì)進(jìn)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(shí)，解釋事發(fā)時(shí)及事發(fā)后的諸多現(xiàn)象，以驗(yàn)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(jī)會(huì)，也難以得到具有說服力的結(jié)論。

二、形成事故證據(jù)鏈，實(shí)施整改措施

事故機(jī)組的安全隱患會(huì)在燒毀、倒塌機(jī)組中出現(xiàn)，在機(jī)組維護(hù)、維修時(shí)，這些故障隱患也必然會(huì)在相同型號(hào)、配置的故障機(jī)組中出現(xiàn)。因此，當(dāng)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(diǎn)，當(dāng)機(jī)組維修和維護(hù)時(shí)，只要留心觀察同類型機(jī)組發(fā)生的故障，就可能找到事發(fā)的原因。例如：在《系列風(fēng)電機(jī)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(qiáng)行提供24V直流的安全隱患，從而造成了機(jī)組飛車事故。在事故發(fā)生之后，找出機(jī)組倒塌、燒毀的真實(shí)原因之前，機(jī)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(yīng)緊扣事發(fā)時(shí)的現(xiàn)象和風(fēng)電場機(jī)組的運(yùn)行維修實(shí)踐，并能根據(jù)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的基本原理或相關(guān)知識(shí)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(yīng)與事發(fā)時(shí)的現(xiàn)象及勘察結(jié)果有任何矛盾。

與同類型機(jī)組維修實(shí)踐不符的分析和結(jié)論，則不應(yīng)是事故發(fā)生的原因。例如：某機(jī)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(shí)不能順槳。從現(xiàn)場機(jī)組維修實(shí)踐來看是根本不可能的。因?yàn)?，在?dāng)時(shí)投運(yùn)的同類型機(jī)組中，其輪轂大都是來自同一廠家同一型號(hào)和批次，而眾多的輪轂故障中，當(dāng)時(shí)還沒有遇到過因?yàn)殡姵厝萘炕螂姵仉妷簡栴}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(jī)組的維修實(shí)踐有理由相信：因電池問題造成三支槳葉同時(shí)在0°位置不能順槳，在實(shí)踐上是不可能的情況。

因此，在分析事發(fā)時(shí)的諸多現(xiàn)象和問題時(shí)，充分利用機(jī)組運(yùn)行原理；要能還原出事發(fā)時(shí)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(dāng)機(jī)組燒毀事件發(fā)生后，不經(jīng)周密分析就下結(jié)論是機(jī)組質(zhì)量問題造成，并在機(jī)艙上布置自動(dòng)消防系統(tǒng)完事的做法；機(jī)組因超速飛車倒塌就認(rèn)為超速參數(shù)設(shè)置有問題，于是實(shí)施降低機(jī)組超速參數(shù)設(shè)置的整改措施和設(shè)計(jì)方案，這顯然是把復(fù)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(dòng)復(fù)位不能成為事故原因

當(dāng)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(yù)防措施。需要澄清的是，在一般情況下，“復(fù)位啟機(jī)”不能成為事故的原因。在通常情況下，“復(fù)位啟機(jī)”后如發(fā)生了機(jī)組燒毀、倒塌事故，則應(yīng)是機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、維護(hù)、維修等環(huán)節(jié)存在缺陷和安全隱患。這也是由風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特點(diǎn)所決定的，手動(dòng)復(fù)位應(yīng)是風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行基本操作，在通常情況下，不應(yīng)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(cuò)誤引發(fā)的機(jī)組燒毀事故”所述，在事故發(fā)生過程中，多次遠(yuǎn)程復(fù)位后造成安全鏈被復(fù)位，機(jī)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(fēng)電機(jī)組燒毀、倒塌事故發(fā)生后，應(yīng)通過事發(fā)現(xiàn)象、機(jī)組的現(xiàn)場狀況、運(yùn)行原理，運(yùn)維實(shí)踐及主控信息等各方面信息相互印證，分析得出導(dǎo)致事故發(fā)生的真實(shí)原因。并通過完善設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高運(yùn)維水平、增強(qiáng)現(xiàn)場人員的技術(shù)水平和責(zé)任意識(shí)等，采取積極主動(dòng)的預(yù)防措施避免風(fēng)電機(jī)組重大事故的發(fā)生。

（作者單位：王明軍：東方電氣風(fēng)電有限公司；江旭：遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司）