風電機組是批量生產(chǎn)，且大都安裝在人跡罕至的偏遠地區(qū)和條件艱苦的海上。現(xiàn)場的人員及技術條件有限，后期完善或整改較為困難。因此，在通常情況下，只有設計完善成熟的機型才能大規(guī)模地投放市場。從產(chǎn)品開發(fā)到風電機組新機型的大規(guī)模上市，需經(jīng)歷一個較為漫長的過程。也只有這樣，才能有效地降低機組壽命期內的度電成本。
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如部件或機組開發(fā)沒有經(jīng)過現(xiàn)場充分的實驗和現(xiàn)場驗證，則可能將有設計缺陷，甚至存在安全隱患的不成熟部件或機型投放市場，這無疑會增加后期的運行和維護費用。因競爭激烈機組大幅度降價，關鍵元器件質量大大降低，則可能使機組在出廠時就埋下致命缺陷和安全隱患。這不僅會造成機組故障幾率大增，運行維護費用增加，還可能直接導致機組飛車、倒塌和燒毀事故的發(fā)生。
事故及現(xiàn)象
下午13時左右，內蒙某風場碧空萬里，事故機組報故障停機，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)場發(fā)現(xiàn)機組冒煙，其后出現(xiàn)濃煙，大約在1小時之后，輪轂有明火出現(xiàn)，濃煙滾滾。事發(fā)時狀況，如圖1所示。
機組燃燒過程中處于對風位置，風向一直未變，風速在10米/秒以上。事故機組調試并網(wǎng)距離發(fā)生燒毀的時間僅有16天。
事故分析
1 從現(xiàn)象入手進行分析
輪轂罩殼和葉片的燒毀狀況，如圖1所示。事故機組在組燃燒過程中一直處于對風位置。據(jù)常理推斷，火勢應從起火位置隨著風向向后燃燒。這就是說，火的燃燒方向是從輪轂起火燃向機艙，而不應是從機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。更進一步說明：事故機組的起火點在輪轂的可能性最大。
風電機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時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，事故機組不僅起火位置應當在輪轂，而且，在輪轂內部一定還有長時間的持續(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燃，并燃起熊熊大火，如圖2所示。
事故機組的輪轂吊下來后發(fā)現(xiàn)，有一個輪轂軸控柜處于打開狀態(tài)，內部僅剩銅芯和變槳驅動器，如圖3所示。其他兩個變槳軸控柜則處于蓋住狀態(tài)，如圖4所示。
在通常情況下，變槳軸控柜應當由蓋板蓋住，而不應處于打開狀態(tài)。變槳軸控柜打開與機組著火有何聯(lián)系？
圖3僅剩銅線和變槳驅動器的變槳軸控柜
圖4 過火后的輪轂內部狀況
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，就本次事故而言，如果起火部位是輪轂內部的變槳系統(tǒng)，而且有長時間的持續(xù)火源，那么，在同種類型質量的變槳系統(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場去找尋找事故原因，還可以從采用同樣質量變槳系統(tǒng)的其他風場去尋找事故發(fā)生的蛛絲馬跡。
在機組燒毀事故發(fā)生之前，機組現(xiàn)場調試時，不僅該風場不斷出現(xiàn)變槳系統(tǒng)接觸器故障及燒毀問題。而且，其他風場也不斷有接觸器損壞和變槳軸控柜燒毀。
第一，某個風場在機組調試時出現(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)的某風場，機組調試時，閉合變槳軸控柜上的電池供電開關后，變槳電機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，迅速到機艙去取來便攜式干粉滅火器滅火。由于關閉變槳軸控柜上的電池供電開關不夠及時，軸控柜內多個元器件及供電線路已被嚴重燒毀。用滅火器滅火后的變槳軸控柜狀況，如圖5所示。變槳電機電池供電接觸器的接線端子燒毀狀況，如圖6所示。
該風場機組調試時，不僅出現(xiàn)了軸控柜嚴重燒毀問題，還因三個接觸器同時被卡造成三支槳葉同時不能順槳。
圖5 變槳軸控柜燒毀后的狀況
圖6 變槳電機電池供電接觸器和接線端子燒毀狀況
第二，另一風場機組調試出現(xiàn)的電機供電接觸器燒毀。
在機組調試時，合上變槳軸控柜上的電池供電開關后，第二面葉片不能電池順槳，打開軸控柜發(fā)現(xiàn)，變槳電機電池供電接觸器已被燒壞。其后，又在其他未調試機組的變槳系統(tǒng)上拆了一個同樣規(guī)格型號的接觸器繼續(xù)調試，當重新合上軸控柜的電池供電開關時，立即在變槳電機電池供電接觸器底座處冒出火焰。此時，迅速關閉軸控柜電池供電的電源開關，并將明火撲滅。因關閉電池供電開關及時，事故沒有進一步擴大。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。
機組調試時，在一個軸控柜上就燒毀了兩個電池供電接觸器。從一個側面說明了該接觸器的故障幾率相當高。
圖7 變槳電機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
從以上兩個風場的變槳系統(tǒng)調試可知，此次事故可能與變槳電機供電接觸器質量有必然的聯(lián)系。
海因里希事故法則有這樣的關系式：1:29:300:1000。每一起嚴重的事故背后，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起變槳電機供電接觸器燒毀事故；有上千，甚至幾千個接觸器安全隱患。
3 電池供電接觸器控制原理分析
事故機組是直流變槳系統(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。事故機組采用的后備電源為電池，與超級電容后備電源相比，電池容量大，供電能力強，且不易自放電。
在后備電源順槳時，交流變槳系統(tǒng)必須經(jīng)過變槳驅動器把直流逆變?yōu)榻涣?，然后才能給交流變槳電機供電。因此，多了一個逆變環(huán)節(jié)，也就多了個故障點；而直流變槳系統(tǒng)，在電池順槳時，經(jīng)過的路徑通常是：電池—接觸器--直流變槳電機。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，以上原理是假設變槳元器件不存在質量問題的前提下。如果存在器件選型或質量問題，這可能將優(yōu)勢變?yōu)榱觿荩@種直流變槳系統(tǒng)將更不安全。
由于國內風電機組的惡性低價競爭，機組價格不斷降低。變槳系統(tǒng)的采購價迅速大幅度降低。這直接影響到關鍵元器件選型和采購質量。
電池順槳時，直流變槳系統(tǒng)通過接觸器吸合直接將電池與變槳電機接通，在變槳電機剛啟動時，該接觸器通過的電流很大，并且，只有當葉片撞到限位開關時，此變槳電機的電池供電接觸器才會斷開。另外，在電池順槳時，此接觸器的控制供電，也是取自電池。如該接觸器容量過小或質量不佳，在執(zhí)行電池順槳時，接觸器吸合，在接觸器接觸點上的接觸電阻很大，電池供電的壓降會大都集中到接觸器的接觸點上，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，如變槳電機電池供電接觸器持續(xù)打火，輕則可使該接觸器、輪轂軸控柜內部的器件燒毀。因電池供電有容量大，能力強，自放電弱的特點。因此，變槳電機電池供電接觸器打火可持續(xù)相當長的時間。
因接觸器在密閉的軸控柜中打火，打火時柜內氣體溫度升高迅速膨脹，如軸控柜蓋板質量不好，或蓋得不夠嚴實，則可能因柜內氣體膨脹頂開變槳軸控柜蓋板。在無人滅火的情況下，必然導致變槳電池供電接觸器，以及軸控柜內的器件和線路的迅速燃燒。持續(xù)不斷地放電打火，還會點燃輪轂里的潤滑油泵、油脂和供油管路等，這樣就促成了機組燒毀事故的發(fā)生。另外，在電池順槳時，變槳電機或變槳電機剎車的供電接觸器出現(xiàn)卡塞或燒毀，還可能導致不能順槳，引發(fā)機組飛車事故。
在通常情況下，我們特別強調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，正是因為后備電源有充足的供電能力，從而保證了變槳電機供電接觸器持續(xù)、長期地放電打火。主軸剎車器處于釋放狀態(tài)，葉輪會隨風緩慢地自由旋轉，使得三支葉片的根部都有不同程度的過火，輪轂罩殼也大面積燒毀。
事故的預防與啟示
事故機組使用的是國外成熟的變槳技術，該技術用于原裝進口變槳系統(tǒng)早已在國產(chǎn)風電機組上大規(guī)模使用。如果運用此技術的國產(chǎn)變槳系統(tǒng)，關鍵元器件完全按照國外原裝進口的器件型號和質量要求，或許此次事故可以避免。
由前面分析可知，在機組投入正常運行的過程中，只要滿足變槳軸控柜的變槳電機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)，機組燒毀事故就會再次發(fā)生。
為避免類似事故的再次發(fā)生：
首先，機組維修時，需確保變槳軸控柜蓋板的每一個蓋板鎖扣都關鎖到位；如果蓋板鎖扣出現(xiàn)問題，需及時維修或更換。
其次，應盡快提高關鍵元器件質量（變槳電機供電接觸器、變槳電機剎車器供電接觸器等），避免接觸吸合放電打火。
本次事故的幾點啟示：
第一、在新產(chǎn)品（新開發(fā)產(chǎn)品，或國產(chǎn)化等）大規(guī)模用于市場之前，需在現(xiàn)場經(jīng)過充分實驗和驗證，待產(chǎn)品完善成熟以后再投放市場。
第二、在新機型、新部件初次用于現(xiàn)場時，應及時到現(xiàn)場收集信息，并認真分析現(xiàn)場發(fā)生故障和事故；科學預見不利于因素，及時采取措施避免惡性事故的發(fā)生。
第三、在機組燒毀等重大事故發(fā)生之后，不應回避問題，及時糾正錯誤。否則，將給整機廠家、業(yè)主及社會帶來無法估量的經(jīng)濟損失。
結語
從本案例可以看出，安裝自動消防系統(tǒng)、防火封堵及防火涂料等被動防御措施，對此類事故很難奏效，或收效甚微。因此，在預防機組燒毀事故時，需深入實踐調查研究，從風電機組運行原理出發(fā)，及時發(fā)現(xiàn)和排出可能的安全隱患；事故發(fā)生后，認真分析事故原因，采取積極、有效的主動防御措施。
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