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风电机组重大事故分析

2014-10-30 09:18来源:《风能》作者:王明军 高原生 杜作义关键词:风电机组风电事故风力发电收藏点赞

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三、事故现象还原

由于某种原因,事故机组的电池顺桨控制回路,或旁路限位开关回路被强行提供24V直流,事故发生时,风速较大,发电功率在1MW以上。由于没有达到满负荷发电功率,机组在事故之前叶轮的三支叶片都处在零度位置。此时,由于某种原因机组报“变桨通讯故障”(1157),刹车180,机组脱网、甩负荷,因存线路问题,不能切换到电池顺桨,三支叶片同时不能顺桨,机组控制器因不能接收到应有的变桨角度值,于是报“变桨速度太慢”,刹车190。在正常情况下,此时会电池顺桨,同时主轴刹车器动作,因电池顺桨控制回路存在故障,不能切换到电池顺桨,三支桨叶维持在零度位置。由于机组已经脱网,叶轮储存的势能转化为动能,叶轮飞升转速很高,主轴刹车器参与制动,以两倍满负荷扭矩进行制动。由于三支桨叶同时不能顺桨,机组已处于完全失控状态,轮毂吸收的巨大能量全部消耗在主轴刹车器和刹车盘上,机组具有很大的火灾和倒塌风险。当时主轴刹车器的罩壳没有盖上,主轴刹车器制动产生的大量飞溅火花引燃了机舱罩壳、周围的油污和其他可燃物,机组冒烟。

主轴刹车的制动力矩最终使机组停了下来,机组报“变桨速度太慢(BP190)”之后超过30s,主轴刹车器自动松开,此时,由于风的作用,风轮再次迅速旋转起来,转速快速上升(类似再次自动启机),叶轮旋转起来的角加速度远超过正常启机时的加速度。

在第二次叶轮转速从0rpm旋转起来后,因机组存在故障,到达并网转速时,不能并网,叶轮所吸收的风能完全转化为机组的转速和角加速度,旋转到1950rpm时,超速模块动作,机组可能执行状态码1905,三支桨叶本应该以5°/s的速度进行交流供电顺桨,但是,由于叶轮的转速很高,还没等到300ms延时,叶轮转速已经到了硬件超速的设定值,或者,由于某种原因机舱的轮毂400V交流供电开关已经跳闸,机组没能顺桨;当机组到达软件超速值1960rpm时,可以执行状态码213;在2000rpm时,可以执行变频器超速;到2178rpm时,还可以执行软件超速顺桨,但是,因存在变桨通讯故障,机组控制器不能通过软件对轮毂变桨进行控制,这些顺桨都不能执行;最后到达2400rpm时,触及硬件超速值,松开后的主轴刹车器再次参与制动。

此时,由于机组采用的是两个被动式主轴刹车器,靠弹簧压力对机组进行制动,而前一次停机制动时,刹车片已经磨损严重,使得主轴刹车器的弹簧形变减小,制动扭矩大大降低。机组第二次转动后巨大的势能和很高的旋转速度,主轴轴刹车器已不可能使机组的旋转速度迅速降低,转速继续上升,机组旋转速度超过2700rpm。此时,主轴刹车器制动产生的剧烈火花加剧了机舱可燃物着火,发生火灾,并且,在主轴刹车器制动时,产生了巨大的翻转扭矩,最终使机组沿叶轮的旋转方向倒塌,在塔筒的应力集中点,即第二节塔筒处断裂。

从机组设计和现场实践来看,如果只是空转到2700rpm,而主轴刹车器不参与制动,机组能在较长时间旋转,而不至于很快倒塌,塔筒的折断是由于叶轮高速旋转时,主轴刹车器在制动产生了巨大翻转力矩所致。本次事故,机组本有多次顺桨的机会,由于多种偶然如存在1159故障,同时在运行过程中又发生了变桨通讯故障、且风能量足够大等,才促成了机组倒塌的必然。

从本次事故来看,要排除机组存在的安全隐患,才是减少和避免机组飞车倒塌的关键。

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