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典型風(fēng)電機(jī)組燒毀事故解析(二)

光伏們發(fā)布時(shí)間:2021-01-18 09:43:32

風(fēng)電機(jī)組是批量生產(chǎn),且大都安裝在人跡罕至的偏遠(yuǎn)地區(qū)和條件艱苦的海上。現(xiàn)場(chǎng)的人員及技術(shù)條件有限,后期完善或整改較為困難。因此,在通常情況下,只有設(shè)計(jì)完善成熟的機(jī)型才能大規(guī)模地投放市場(chǎng)。從產(chǎn)品開發(fā)到風(fēng)電機(jī)組新機(jī)型的大規(guī)模上市,需經(jīng)歷一個(gè)較為漫長(zhǎng)的過(guò)程。也只有這樣,才能有效地降低機(jī)組壽命期內(nèi)的度電成本。

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如部件或機(jī)組開發(fā)沒有經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)充分的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,則可能將有設(shè)計(jì)缺陷,甚至存在安全隱患的不成熟部件或機(jī)型投放市場(chǎng),這無(wú)疑會(huì)增加后期的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。因競(jìng)爭(zhēng)激烈機(jī)組大幅度降價(jià),關(guān)鍵元器件質(zhì)量大大降低,則可能使機(jī)組在出廠時(shí)就埋下致命缺陷和安全隱患。這不僅會(huì)造成機(jī)組故障幾率大增,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用增加,還可能直接導(dǎo)致機(jī)組飛車、倒塌和燒毀事故的發(fā)生。

事故及現(xiàn)象

下午13時(shí)左右,內(nèi)蒙某風(fēng)場(chǎng)碧空萬(wàn)里,事故機(jī)組報(bào)故障停機(jī),并觸發(fā)電池順槳,三支葉片順槳到安全位置。不久,有人在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組冒煙,其后出現(xiàn)濃煙,大約在1小時(shí)之后,輪轂有明火出現(xiàn),濃煙滾滾。事發(fā)時(shí)狀況,如圖1所示。

機(jī)組燃燒過(guò)程中處于對(duì)風(fēng)位置,風(fēng)向一直未變,風(fēng)速在10米/秒以上。事故機(jī)組調(diào)試并網(wǎng)距離發(fā)生燒毀的時(shí)間僅有16天。

事故分析

1 從現(xiàn)象入手進(jìn)行分析

輪轂罩殼和葉片的燒毀狀況,如圖1所示。事故機(jī)組在組燃燒過(guò)程中一直處于對(duì)風(fēng)位置。據(jù)常理推斷,火勢(shì)應(yīng)從起火位置隨著風(fēng)向向后燃燒。這就是說(shuō),火的燃燒方向是從輪轂起火燃向機(jī)艙,而不應(yīng)是從機(jī)艙起火反向串到輪轂。并且,在輪轂罩殼前方有大量的明火出現(xiàn),輪轂罩殼的前部擋板已被燒毀脫落,如圖2所示。更進(jìn)一步說(shuō)明:事故機(jī)組的起火點(diǎn)在輪轂的可能性最大。

風(fēng)電機(jī)組上的材料大都為非易燃品,尤其是輪轂罩殼等如果不是被外界長(zhǎng)時(shí)間的烘烤是很難燃燒的,更不可能出現(xiàn)明火。因此,從事故圖片和錄像資料判斷,事故機(jī)組不僅起火位置應(yīng)當(dāng)在輪轂,而且,在輪轂內(nèi)部一定還有長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)火源。否則,不可能把輪轂罩殼前端的擋板燒掉,還把輪轂罩殼等非易燃品點(diǎn)燃,并燃起熊熊大火,如圖2所示。

事故機(jī)組的輪轂吊下來(lái)后發(fā)現(xiàn),有一個(gè)輪轂軸控柜處于打開狀態(tài),內(nèi)部?jī)H剩銅芯和變槳驅(qū)動(dòng)器,如圖3所示。其他兩個(gè)變槳軸控柜則處于蓋住狀態(tài),如圖4所示。

在通常情況下,變槳軸控柜應(yīng)當(dāng)由蓋板蓋住,而不應(yīng)處于打開狀態(tài)。變槳軸控柜打開與機(jī)組著火有何聯(lián)系?

圖3僅剩銅線和變槳驅(qū)動(dòng)器的變槳軸控柜

圖4 過(guò)火后的輪轂內(nèi)部狀況

2 海因里希事故法則分析

由海因里希事故法則可知:一起重大事故的背后必然有眾多的安全隱患及小事故的發(fā)生。這就是說(shuō),就本次事故而言,如果起火部位是輪轂內(nèi)部的變槳系統(tǒng),而且有長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)火源,那么,在同種類型質(zhì)量的變槳系統(tǒng)中,必然可以找到此事故的安全隱患,甚至還能找到一些小事故的發(fā)生。因此,我們不僅可以從事故風(fēng)場(chǎng)去找尋找事故原因,還可以從采用同樣質(zhì)量變槳系統(tǒng)的其他風(fēng)場(chǎng)去尋找事故發(fā)生的蛛絲馬跡。

在機(jī)組燒毀事故發(fā)生之前,機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí),不僅該風(fēng)場(chǎng)不斷出現(xiàn)變槳系統(tǒng)接觸器故障及燒毀問題。而且,其他風(fēng)場(chǎng)也不斷有接觸器損壞和變槳軸控柜燒毀。

第一,某個(gè)風(fēng)場(chǎng)在機(jī)組調(diào)試時(shí)出現(xiàn)了變槳軸控柜燒毀事故。

大約在此次事故發(fā)生的一年之前,采用同批次變槳系統(tǒng)的某風(fēng)場(chǎng),機(jī)組調(diào)試時(shí),閉合變槳軸控柜上的電池供電開關(guān)后,變槳電機(jī)電池供電接觸器吸合,立即出現(xiàn)劇烈放電打火,并迅速燒著了接觸器和接觸器附近的接線。于是,迅速到機(jī)艙去取來(lái)便攜式干粉滅火器滅火。由于關(guān)閉變槳軸控柜上的電池供電開關(guān)不夠及時(shí),軸控柜內(nèi)多個(gè)元器件及供電線路已被嚴(yán)重?zé)龤?。用滅火器滅火后的變槳軸控柜狀況,如圖5所示。變槳電機(jī)電池供電接觸器的接線端子燒毀狀況,如圖6所示。

該風(fēng)場(chǎng)機(jī)組調(diào)試時(shí),不僅出現(xiàn)了軸控柜嚴(yán)重?zé)龤栴},還因三個(gè)接觸器同時(shí)被卡造成三支槳葉同時(shí)不能順槳。

圖5 變槳軸控柜燒毀后的狀況

圖6 變槳電機(jī)電池供電接觸器和接線端子燒毀狀況

第二,另一風(fēng)場(chǎng)機(jī)組調(diào)試出現(xiàn)的電機(jī)供電接觸器燒毀。

在機(jī)組調(diào)試時(shí),合上變槳軸控柜上的電池供電開關(guān)后,第二面葉片不能電池順槳,打開軸控柜發(fā)現(xiàn),變槳電機(jī)電池供電接觸器已被燒壞。其后,又在其他未調(diào)試機(jī)組的變槳系統(tǒng)上拆了一個(gè)同樣規(guī)格型號(hào)的接觸器繼續(xù)調(diào)試,當(dāng)重新合上軸控柜的電池供電開關(guān)時(shí),立即在變槳電機(jī)電池供電接觸器底座處冒出火焰。此時(shí),迅速關(guān)閉軸控柜電池供電的電源開關(guān),并將明火撲滅。因關(guān)閉電池供電開關(guān)及時(shí),事故沒有進(jìn)一步擴(kuò)大。燒毀的電池供電接觸器,如圖7所示。電池供電線路的燒毀狀況,如圖8所示。

機(jī)組調(diào)試時(shí),在一個(gè)軸控柜上就燒毀了兩個(gè)電池供電接觸器。從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明了該接觸器的故障幾率相當(dāng)高。

圖7 變槳電機(jī)電池供電接觸器燒毀后的狀況

圖8 電池供電線路的燒毀狀況

從以上兩個(gè)風(fēng)場(chǎng)的變槳系統(tǒng)調(diào)試可知,此次事故可能與變槳電機(jī)供電接觸器質(zhì)量有必然的聯(lián)系。

海因里希事故法則有這樣的關(guān)系式:1:29:300:1000。每一起嚴(yán)重的事故背后,必然有29起較輕微事故和300起未遂先兆,以及1000起事故隱患相隨。就該事故而言,一起機(jī)組燒毀背后,必然有29起變槳軸控柜燒毀事故;有300起變槳電機(jī)供電接觸器燒毀事故;有上千,甚至幾千個(gè)接觸器安全隱患。

3 電池供電接觸器控制原理分析

事故機(jī)組是直流變槳系統(tǒng),僅從原理上看,直流變槳系統(tǒng)安全性比交流變槳系統(tǒng)更高一些。事故機(jī)組采用的后備電源為電池,與超級(jí)電容后備電源相比,電池容量大,供電能力強(qiáng),且不易自放電。

在后備電源順槳時(shí),交流變槳系統(tǒng)必須經(jīng)過(guò)變槳驅(qū)動(dòng)器把直流逆變?yōu)榻涣鳎缓蟛拍芙o交流變槳電機(jī)供電。因此,多了一個(gè)逆變環(huán)節(jié),也就多了個(gè)故障點(diǎn);而直流變槳系統(tǒng),在電池順槳時(shí),經(jīng)過(guò)的路徑通常是:電池—接觸器--直流變槳電機(jī)。減少了逆變環(huán)節(jié),降低了故障幾率,更能保證電池順槳的安全性。然而,以上原理是假設(shè)變槳元器件不存在質(zhì)量問題的前提下。如果存在器件選型或質(zhì)量問題,這可能將優(yōu)勢(shì)變?yōu)榱觿?shì),這種直流變槳系統(tǒng)將更不安全。

由于國(guó)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的惡性低價(jià)競(jìng)爭(zhēng),機(jī)組價(jià)格不斷降低。變槳系統(tǒng)的采購(gòu)價(jià)迅速大幅度降低。這直接影響到關(guān)鍵元器件選型和采購(gòu)質(zhì)量。

電池順槳時(shí),直流變槳系統(tǒng)通過(guò)接觸器吸合直接將電池與變槳電機(jī)接通,在變槳電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí),該接觸器通過(guò)的電流很大,并且,只有當(dāng)葉片撞到限位開關(guān)時(shí),此變槳電機(jī)的電池供電接觸器才會(huì)斷開。另外,在電池順槳時(shí),此接觸器的控制供電,也是取自電池。如該接觸器容量過(guò)小或質(zhì)量不佳,在執(zhí)行電池順槳時(shí),接觸器吸合,在接觸器接觸點(diǎn)上的接觸電阻很大,電池供電的壓降會(huì)大都集中到接觸器的接觸點(diǎn)上,造成急劇放電打火。急劇放電后,又引起電池電壓迅速降低,即該接觸器的控制電源電壓降低。因電池電壓過(guò)低,又必然使該接觸器斷開;斷開后,線路不再有能量消耗,電池電壓立即升高,接觸器再次吸合打火,這樣,循環(huán)往復(fù)就可形成持續(xù)火源。

變槳接觸器問題及持續(xù)燃燒火源的保證:

在緊急順槳時(shí),如變槳電機(jī)電池供電接觸器持續(xù)打火,輕則可使該接觸器、輪轂軸控柜內(nèi)部的器件燒毀。因電池供電有容量大,能力強(qiáng),自放電弱的特點(diǎn)。因此,變槳電機(jī)電池供電接觸器打火可持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

因接觸器在密閉的軸控柜中打火,打火時(shí)柜內(nèi)氣體溫度升高迅速膨脹,如軸控柜蓋板質(zhì)量不好,或蓋得不夠嚴(yán)實(shí),則可能因柜內(nèi)氣體膨脹頂開變槳軸控柜蓋板。在無(wú)人滅火的情況下,必然導(dǎo)致變槳電池供電接觸器,以及軸控柜內(nèi)的器件和線路的迅速燃燒。持續(xù)不斷地放電打火,還會(huì)點(diǎn)燃輪轂里的潤(rùn)滑油泵、油脂和供油管路等,這樣就促成了機(jī)組燒毀事故的發(fā)生。另外,在電池順槳時(shí),變槳電機(jī)或變槳電機(jī)剎車的供電接觸器出現(xiàn)卡塞或燒毀,還可能導(dǎo)致不能順槳,引發(fā)機(jī)組飛車事故。

在通常情況下,我們特別強(qiáng)調(diào)后備電源一定要保持足夠的電量,以保證為電池順槳供電充足的電能。然而,就本事故而言,正是因?yàn)楹髠潆娫从谐渥愕墓╇娔芰?,從而保證了變槳電機(jī)供電接觸器持續(xù)、長(zhǎng)期地放電打火。主軸剎車器處于釋放狀態(tài),葉輪會(huì)隨風(fēng)緩慢地自由旋轉(zhuǎn),使得三支葉片的根部都有不同程度的過(guò)火,輪轂罩殼也大面積燒毀。

事故的預(yù)防與啟示

事故機(jī)組使用的是國(guó)外成熟的變槳技術(shù),該技術(shù)用于原裝進(jìn)口變槳系統(tǒng)早已在國(guó)產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組上大規(guī)模使用。如果運(yùn)用此技術(shù)的國(guó)產(chǎn)變槳系統(tǒng),關(guān)鍵元器件完全按照國(guó)外原裝進(jìn)口的器件型號(hào)和質(zhì)量要求,或許此次事故可以避免。

由前面分析可知,在機(jī)組投入正常運(yùn)行的過(guò)程中,只要滿足變槳軸控柜的變槳電機(jī)電池供電接觸器持續(xù)打火,以及變槳軸控柜的蓋板處于打開狀態(tài),機(jī)組燒毀事故就會(huì)再次發(fā)生。

為避免類似事故的再次發(fā)生:

首先,機(jī)組維修時(shí),需確保變槳軸控柜蓋板的每一個(gè)蓋板鎖扣都關(guān)鎖到位;如果蓋板鎖扣出現(xiàn)問題,需及時(shí)維修或更換。

其次,應(yīng)盡快提高關(guān)鍵元器件質(zhì)量(變槳電機(jī)供電接觸器、變槳電機(jī)剎車器供電接觸器等),避免接觸吸合放電打火。

本次事故的幾點(diǎn)啟示:

第一、在新產(chǎn)品(新開發(fā)產(chǎn)品,或國(guó)產(chǎn)化等)大規(guī)模用于市場(chǎng)之前,需在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)充分實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證,待產(chǎn)品完善成熟以后再投放市場(chǎng)。

第二、在新機(jī)型、新部件初次用于現(xiàn)場(chǎng)時(shí),應(yīng)及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)收集信息,并認(rèn)真分析現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障和事故;科學(xué)預(yù)見不利于因素,及時(shí)采取措施避免惡性事故的發(fā)生。

第三、在機(jī)組燒毀等重大事故發(fā)生之后,不應(yīng)回避問題,及時(shí)糾正錯(cuò)誤。否則,將給整機(jī)廠家、業(yè)主及社會(huì)帶來(lái)無(wú)法估量的經(jīng)濟(jì)損失。

結(jié)語(yǔ)

從本案例可以看出,安裝自動(dòng)消防系統(tǒng)、防火封堵及防火涂料等被動(dòng)防御措施,對(duì)此類事故很難奏效,或收效甚微。因此,在預(yù)防機(jī)組燒毀事故時(shí),需深入實(shí)踐調(diào)查研究,從風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行原理出發(fā),及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排出可能的安全隱患;事故發(fā)生后,認(rèn)真分析事故原因,采取積極、有效的主動(dòng)防御措施。

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