風電典型事故分析及防治措施

李 鵬 陳 亮 呂 晰 任 為 王宇航

（1.浙江華東工程咨詢有限公司 2.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司3.華東建筑設計研究院有限公司 4.重慶大學土木工程學院）

0 引言

目前，風電作為技術成熟、環(huán)境友好的可再生能源，已在全球超過90個國家開發(fā)應用，其中9個國家的風電裝機容量超過1萬MW；30個國家（遍及歐洲、亞洲、北美洲、拉丁美洲和非洲）的風電裝機容量超過1千MW。截至2017年12月底，全球累計風電裝機容量為539.1 GW；我國風電機組累計吊裝114242臺，累計裝機容量達到1.88億kW，就年度裝機容量而言保持了領先地位。2017年，我國風力發(fā)電量達3057億kWh，比2016年同期增長28.7%，約占全國電源總發(fā)電量（6.5萬億kWh）的4.77%［1］。傳統(tǒng)發(fā)電模式主要依賴有限的化石能源儲藏量和開采量，耗能大、效率低且污染環(huán)境嚴重。而風能相較于傳統(tǒng)能源，具有無污染、可再生、開發(fā)利用率高的優(yōu)勢。在化石能源日趨枯竭、經濟發(fā)展對能源需求量日益增加、人類環(huán)保意識不斷增強的全球背景下，風能作為一種儲量豐富的可再生能源正以前所未有的速度得到發(fā)展利用。

風電建設大力推進的同時，葉片損壞、火災、結構損毀、人員傷亡等安全事故的頻頻發(fā)生也不容忽視。風電事故給風場造成了巨額的經濟損失，也有損企業(yè)聲譽，甚至危及作業(yè)人員及公眾的生命安全，成了風電行業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。我國國家能源局下發(fā)了《關于匯報風電設備質量和運行情況的通知》，風電行業(yè)各企業(yè)也積極響應。但由于風電事故對廠家和風電開發(fā)商的負面影響較大，業(yè)內往往對事故消息采取保密措施，行業(yè)透明度較差。本文通過互聯(lián)網(wǎng)和其他渠道收集信息，在研究全球風電行業(yè)典型事故的基礎上，分析了風電結構事故發(fā)生的主要原因并提出相應的防治措施。

1 典型事故分析

據(jù)2018年的凱思內斯風電場信息論壇（CWIF）報道，截至2018年9月30日，經過媒體報道和官方信息確認，全球風電行業(yè)暴露出的事故共計2314起，其中葉片損壞事故共計388起，火災共計337起，結構損毀事故共計202起［1］。CWIF數(shù)據(jù)清楚地顯示，葉片損壞事故是風機最常見的事故，其次是火災、結構損毀事故。目前風電行業(yè)公認的是，實際發(fā)生的事故數(shù)量是現(xiàn)有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的10倍，如果不系統(tǒng)地采取防治措施，事故數(shù)量將保持直線上升的趨勢［2］。本文就典型事故案例進行簡單分析，歸納出事故發(fā)生的原因主要有七類，見下表。

表 風電行業(yè)典型事故

（續(xù)）

2 事故原因及防治措施

總結目前國內外常見的風電事故，可以發(fā)現(xiàn)事故原因主要可分為機組及部件質量不合格，現(xiàn)場施工、安裝質量不合格，機組基礎質量不合格，風機設計存在缺陷，電氣及機械設備故障，違章作業(yè)，機組運維、風電場管理工作不到位等七個方面，應當針對性地采取防治措施，以防止類似事故的再次發(fā)生。

2.1 機組及部件質量不合格

對于由于機組及部件質量不合格導致的事故，相應采取的防治措施如下：

2）風電機組制造廠家要提高風機各部件的生產標準，加強對下料、焊接等生產過程的控制，并嚴格執(zhí)行各項指標（尤其是法蘭平行度）的檢測。必須在出場前對風機塔筒、法蘭、螺栓等所用原材料各項指標（如法蘭的低溫沖擊韌性、螺栓強度等）進行測驗，以確保材料達標。

3）風機葉片的設計應達到國標要求，選用材料滿足重量輕，強度和剛度大，耐高溫，抗疲勞性能、減振性能好等要求；同時加大對于風機葉片生產過程的監(jiān)督力度，完善葉片生產工藝，嚴格控制其生產質量［4］。

4）風電機組防雷產品生產廠家要嚴格按照相關工藝流程、標準進行原材料的選用、生產、檢測檢驗。在采購時選擇技術成熟的廠家，其質保體系要完整；防雷產品的材料以及絕緣程度要經過測試合格，且各項指標符合國家規(guī)定標準。

2.2 現(xiàn)場施工、安裝質量不合格

對于由于現(xiàn)場施工、安裝質量不合格導致的事故，相應采取的防治措施如下：

1）風電機組安裝時必須嚴格審查施工單位的資質。

2）必須保證用于連接塔筒的高強螺栓經過第三方檢驗合格，塔筒吊裝完成后還應按照風電機組安裝作業(yè)指導書和其他相關標準對焊縫質量、螺栓力矩等進行復檢［4］。

2.3 機組基礎質量不合格

對于由于機組基礎質量不合格導致的事故，相應采取的防治措施如下：

畢業(yè)要求中提到“基于科學原理”進行研究,運用“自然科學、工程基礎和專業(yè)知識”,可見機械工程材料的基本科學原理是教學的重點內容。課程體系中的主要原理包括:力學、晶體學、材料凝固過程和二元合金相圖、鋼的非平衡相變和鋼的熱處理原理等。這些內容較多且比較零碎,是重點又是難點。在教學過程中,需要把握抽象理論的內在聯(lián)系規(guī)律,即以成分、組織、工藝和性能為主線講解,最終目標是實現(xiàn)材料的應用。從晶體結構角度設計材料成分,通過制定和改進熱處理工藝改變組織,達到期望的力學性能。

1）風電機組基礎澆筑時，要對原材料的質量及配比嚴格把關，并做到全方位監(jiān)督施工，保證基礎的施工質量。

2）風電機組基礎施工完畢后，吊裝作業(yè)前應嚴格執(zhí)行基礎混凝土強度、基礎環(huán)上法蘭水平度檢驗及接地電阻測試，確保結果合格［4］。

3）應根據(jù)風電機組設計手冊中的相關要求嚴格執(zhí)行基礎土方的回填施工流程。

2.4 風機設計存在缺陷

對于由于風機設計存在缺陷導致的事故，相應采取的防治措施如下：

1）選擇具備專業(yè)資質的機構進行風場選址和風電機組設計。風場選址應嚴格遵守《風電場廠址工程地質勘查技術規(guī)定》，臺風、覆冰等極端因素也應予以考慮；機組設計時，應保證控制邏輯合理、變槳及主控程序穩(wěn)定以及機組自檢項目完善，并設置冗余保護［5－7］。

2）風電機組葉片設計中應考慮風電場煙霧、低溫、雷擊等自然環(huán)境對葉片的影響。對引進技術要充分消化吸收，不能只進行簡單的幾何放大，在設計研發(fā)階段就要識別問題所在。

3）企業(yè)增加研發(fā)投入，開發(fā)本質安全型風電設備，從根本上提升風機的質量和發(fā)電效率，從源頭上避免事故的發(fā)生。

2.5 電氣及機械設備故障

對于由于電氣及機械設備故障導致的事故，相應采取的防治措施如下：

1）按照風電機組維護手冊做好常規(guī)監(jiān)測診斷工作；定期完成機組各部件火災隱患部位的巡檢以及溫度測試（尤其是發(fā)電機的缺陷檢測），一旦發(fā)現(xiàn)缺陷立即維護以減少停機和事故的發(fā)生［8］。

2）實時監(jiān)測機組各部件的重要操作參數(shù)（包括機械及電氣系統(tǒng)的變壓器、發(fā)電機繞組、齒輪箱、液壓系統(tǒng)等部件的溫度和工作壓力等），確保任一參數(shù)達到預定設計值監(jiān)測系統(tǒng)便會發(fā)出警報，并實現(xiàn)自動停機［4］。

3）風電機組調試期間以及運行期間固定的時間間隔都要做好超速保護試驗，以保證超速保護參數(shù)設置正確、各模塊全部可以正常工作。

4）嚴格對待風電機組制動控制系統(tǒng)的定檢工作與參數(shù)核對工作，確保機組沒有異常動作。

2.6 違章作業(yè)

對于由于違章作業(yè)導致的事故，相應采取的防治措施如下：

1）加強安全教育和培訓工作，確保其覆蓋施工現(xiàn)場的全體人員（包括分包單位人員），貫穿從施工準備、工程施工到竣工交付、檢修維護的各個階段和方面，通過動態(tài)控制確保只有具備良好的安全意識和安全知識的人員才能上崗。

2）提高風電機組運行人員的業(yè)務素質，充分調動運行人員的工作積極性，加強技術監(jiān)督，夯實安全生產基礎，確保風電機組設備運行狀態(tài)穩(wěn)定［9］。

2.7 機組運維、風電場管理工作不到位

對于由于機組運維、風電場管理工作不到位導致的事故，相應采取的防治措施如下：

1）健全風電機組巡檢制度，全面執(zhí)行定期巡視檢查項目。在日常維護檢修時還應注意觀察塔基、塔筒外形有無變化及葉片外形、表面磨損情況、是否有裂紋或沙眼，發(fā)現(xiàn)問題及時維護處理。

2）在機組維修和定檢維護時，注意重點部位安全隱患的排查，如加強對螺栓力矩和塔筒探傷的檢查。在風機吊裝完成后的三個月內應進行所有連接螺栓的力矩校對，機組運行階段應嚴格按照廠家技術說明及維護手冊的要求定期抽檢螺栓力矩并校正維護［4］。

3）借鑒全球先進電力行業(yè)（尤其是風電行業(yè)）企業(yè)優(yōu)秀的管理制度和風電場運作經驗，在風電場采用現(xiàn)代管理模式，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術推動風電場現(xiàn)場精細化和安全生產標準化［10］。

4）建立風電場安全監(jiān)控系統(tǒng)，加大現(xiàn)場經驗豐富的片區(qū)和總部技術人員的遠程監(jiān)控力度［11］，同時強化風電場應急響應管理。

3 結束語

風電作為一個新興行業(yè)，缺乏系統(tǒng)安全運營與管理經驗，設備安全與質量還有待提升，產業(yè)鏈條比較長且上下游之間的配合程度還不夠；因此風電行業(yè)事故高發(fā)，主要表現(xiàn)為葉片損壞、倒塔、火災、雷擊、拋冰、超速飛車等類型。高發(fā)的風電事故負面影響很大，除了影響生產效益和造成經濟損失、人員傷亡外，還會阻礙風電行業(yè)作為先進的可持續(xù)綠色能源行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對此需要深入分析并積極采取反事故措施。在進行風電事故的原因分析時，應基于機組維護的基本原理以及不同機型各自的運行特性，查閱同種機型以往維護經驗的相關資料，從而確定事故發(fā)生的根本原因，梳理大量事故的經驗教訓并轉化為正確的理論，這對于排除風機安全隱患并維持其穩(wěn)定運行具有重要指導意義。為減少和避免風電事故的發(fā)生，風電行業(yè)企業(yè)應建立適應于自身發(fā)展的完善管理機制，在制定防治措施時應密切聯(lián)系風電機組的分布特點、運行特性以及維修經驗，真正做到有的放矢。本文對風電行業(yè)典型事故進行分類分析，進而總結出風電事故的七個主要成因并提出有針對性的防治措施，對減少風電事故的發(fā)生具有一定的指導意義。風能相較于傳統(tǒng)發(fā)電模式具有不可替代的優(yōu)勢，風電行業(yè)的發(fā)展也契合了全球綠色環(huán)保理念，只要產業(yè)鏈每一環(huán)節(jié)都保持良好的事故防范意識并積極采取防治措施，風電行業(yè)一定會取得長足的發(fā)展。