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三、机组烧毁的根本原因
三支桨叶同时不能顺桨是机组烧毁的根本原因。事故时,叶轮的三支桨叶同时不能顺桨,加大了主轴刹车器的制动力矩,制动时间也大大加长,引起长时间的制动摩擦起火,导致机组烧毁。
主轴刹车器的功用主要是便于机组的维护和维修,同时,在一定的情况下,运行机组故障时对机组安全起作用。如果风速较低或桨叶部分不能顺桨时,可以使机组安全停下来,且不会造成事故的扩大。但是,在机组的三支桨叶同时不能顺桨的情况下,叶轮的转速较高且具有巨大的角加速度时,此时主轴刹车器制动不仅会造成主轴刹车器制动起火,而且由于主轴刹车器制动时产生的巨大反向扭矩,还会使机组倒塌。例如,某风电场机组倒塌、烧毁事故。风速较高,运行机组故障脱网,三支桨叶同时不能顺桨,先是主轴刹车器制动使机组完全停下来,短暂停机后,机组又再次迅速启机。第一次停机主轴刹车器制动造成了机舱起火,叶轮再次旋转起来后,机组硬件超速,第二次制动造成机组倒塌。
在运行机组故障时,主轴刹车器制动所消耗的能量主要来自三个方面:机组在正常发电时叶轮所储存能量;在机组甩负荷之后到主轴刹车器制动之前,机组所吸收的风能;在主轴刹车器的制动过程中,叶轮所吸收的风能。
与其他的风电机组烧毁、倒塌事故相比,此次事故在主轴刹车器制动时叶轮的角加速度较小,叶轮转速相对较低;主动式刹车器制动扭矩比被动式小(小于两倍满负荷扭矩),且变桨油动机液压站的油管烧毁破裂使叶轮部分顺桨,因此,此次事故仅造成了机组烧毁,而没有倒塌。
四、事故再现
结合监控数据及现场实地查看风电机组烧毁情况,推断风电机组烧毁前后运行情况:6 分00 秒之前,机组一直处于正常运行发电状态,瞬时转速为1830rpm 左右,机组处于满发状态。已超过额定风速,机组不断调桨,在调桨过程中,比例阀卡死,触发“变桨机械故障”,机组桨叶不能顺利顺桨,转速上升,触发“阵风”报警,在6分05 秒时同时报“变频器报超速”、“变频器正常信号出错”、“发电机超速”、“低速轴超速”机组迅速脱网、甩负荷,因不能顺利收桨,脱网之前机组瞬间的运行功率超过满负荷功率,因6 分05 秒时还报了“变桨速度太慢”,主控发出主轴刹车器制动的指令,由于甩负荷后飞升转速较高,主轴刹车器的时滞以及瞬时风速的上升,在主轴刹车器制动后,叶轮转速继续上升,6 分30 秒瞬时转速为2501rpm,7 分00 秒瞬时转速达到2869rpm,机组旋转速度相当高,同时,主轴刹车器制动产生的巨大热量和火花导致“机组冒烟”。
刹车盘和刹车片磨损剧烈,刹车片迅速消耗,6 分30 秒机组报“刹车盘磨损”,刹车器产生的热量及磨下的高温金属磨削使周围部件损坏、着火,齿轮箱油管破裂、油管漏油,6 分37 秒触发“齿轮油压过低”,加剧了机舱的着火面积。主轴刹车器参与制动一段时间后,“出现了火苗现象”,因制动力的作用,其后速度有所降低,10 分00秒瞬时速度还有1303rpm ,比机组的最低转速1000rpm还高。
火势蔓延扩大,变桨液压站油管烧爆,由于变桨液压站压力较高,压力在190bar -220bar 以上,且氮气罐储能较多,油量较大,因此,在油管烧爆时,伴随着爆炸声,当变桨液压站的油路烧爆后,卸掉了部分油动机压力,叶片有一定的收桨,旋转速度下降,但是,由于比例阀和紧急顺桨电磁阀已经卡塞,不能完全卸去油动机压力,叶片未能完全顺桨,主轴刹车器的油管烧爆,主轴失去制动。因此,当天晚上叶轮还在低速旋转。齿轮箱、主轴液压站、变桨液压站内的油不断流出,火势蔓延,直至整个机组完全烧毁。
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