風(fēng)電機(jī)組飛車案例分析及防治措施

【摘要】國內(nèi)外都發(fā)生過風(fēng)電機(jī)組倒塌、燒壞的重大事故。事故發(fā)生后，若能對(duì)這些事故進(jìn)行認(rèn)真分析、總結(jié)，找出事發(fā)時(shí)的真實(shí)原因，并采取有效的預(yù)防措施，就能避免類似事故的再次發(fā)生。就機(jī)組飛車事故而言，其預(yù)防措施應(yīng)建立在準(zhǔn)確分析、抓住重點(diǎn)、講求科學(xué)的基礎(chǔ)上，并綜合考慮各種因素使度電成本最低。本文就某風(fēng)電場的飛車事故進(jìn)行深度闡述和分析，并給出整改思路?！娟P(guān)鍵詞】飛車安全鏈EFC信號(hào)原因措施引言在中國風(fēng)電的快速發(fā)展時(shí)期，不少風(fēng)電場出現(xiàn)了機(jī)組飛車、倒塌事故。事故原因多種多樣。在事故分析時(shí)，只有遵從風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的基本原理、設(shè)計(jì)理念，方能找出事故產(chǎn)生的真實(shí)原因，以避免類似事故的再次發(fā)生。下面事故案例是因三支槳葉不能同時(shí)順槳而引發(fā)的機(jī)組飛車事故。該事故機(jī)組采用的是倍福主控系統(tǒng)，SSB直流變槳系統(tǒng)，ABB變頻系統(tǒng)。1.故障現(xiàn)象某風(fēng)電場監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)事故機(jī)組首先報(bào)出變槳通訊故障，隨后又報(bào)出發(fā)電機(jī)超速故障，通知檢修人員去處理時(shí)，檢修人員在中控室發(fā)現(xiàn)該機(jī)組報(bào)出故障后仍有轉(zhuǎn)速，但機(jī)組已經(jīng)脫網(wǎng)，功率為零，初步判斷為飛車事故，隨后檢修人員到達(dá)故障機(jī)組現(xiàn)場，在機(jī)組下聽到葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)聲音明顯異于平常，而且葉輪轉(zhuǎn)速明顯大于正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速。檢修人員確認(rèn)機(jī)組發(fā)生飛車后立即拍下塔基急停按鈕，機(jī)組未順槳停機(jī)，于是又立即拉開塔基柜690V進(jìn)線刀熔開關(guān)2F1，槳葉順槳停機(jī)，結(jié)束飛車。現(xiàn)場人員確定三個(gè)槳葉全部順槳后登機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)集電環(huán)室外殼變形，集電環(huán)室蓋板崩落，集電環(huán)室內(nèi)部碳刷支架、轉(zhuǎn)子接線電纜等器件損毀，如圖1所示。圖1：發(fā)電機(jī)集電環(huán)室在之后深度檢查過程中還發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)地角彈性支撐、前、后軸承及油擋過熱磨損而受損，軸承油色呈現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象，而且在恢復(fù)的過程中還發(fā)現(xiàn)2臺(tái)INU變頻器故障。通過對(duì)故障機(jī)組當(dāng)天的狀態(tài)碼數(shù)據(jù)的采集分析，發(fā)現(xiàn)該機(jī)組事故發(fā)生前處于并網(wǎng)狀態(tài)，18時(shí)51分43秒機(jī)組報(bào)出變槳通訊故障，機(jī)組未順槳。18時(shí)51分49秒機(jī)組超速繼電器觸發(fā)，安全鏈斷開，轉(zhuǎn)速仍在持續(xù)上升，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到2999rpm。如圖2所示。圖2：事故發(fā)生時(shí)刻機(jī)組狀態(tài)碼數(shù)據(jù)檢修人員抵達(dá)機(jī)位后于19時(shí)00分29秒拍下塔基急停按鈕，機(jī)組仍未順槳，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)保持在2990rpm左右，狀態(tài)碼數(shù)據(jù)顯示三個(gè)槳葉角度均為－10度，變槳通訊依然處于斷開狀態(tài)。狀態(tài)碼數(shù)據(jù)如圖3所示。圖3：拍下急停后機(jī)組狀態(tài)碼數(shù)據(jù)檢修人員于19時(shí)01分06秒分拉開塔基柜690V進(jìn)線刀熔開關(guān)2F1，機(jī)組順槳停機(jī)。此時(shí)因塔基柜UPS損壞無法切換到電池供電模式，導(dǎo)致主控PLC的24VDC供電電源被切斷，狀態(tài)碼數(shù)據(jù)文件停止記錄，狀態(tài)碼數(shù)據(jù)如圖4所示。圖4：機(jī)組PLC斷電時(shí)狀態(tài)碼數(shù)據(jù)2.故障的分析根據(jù)故障時(shí)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，結(jié)合運(yùn)行數(shù)據(jù)的波形，綜合分析，當(dāng)時(shí)三支槳葉均處于開槳狀態(tài)，沒有執(zhí)行緊急順槳。而造成這種現(xiàn)象的主要原因有兩個(gè)：一是緊急順槳的控制回路出現(xiàn)問題，即主控給變槳的EFC緊急順槳信號(hào)沒有斷開（概率較大）；二是緊急順槳的執(zhí)行回路出現(xiàn)問題，即主控給變槳的EFC緊急順槳信號(hào)已經(jīng)斷開，但是三支槳葉的緊急順槳回路同時(shí)出現(xiàn)了問題（概率較?。?。在檢查過程中發(fā)現(xiàn)機(jī)艙柜內(nèi)389K4繼電器在失電狀態(tài)下一個(gè)常開接點(diǎn)有粘連現(xiàn)象（查看接點(diǎn)彈片與正常狀態(tài)有偏差，觸點(diǎn)上有熏黑現(xiàn)象，該節(jié)點(diǎn)存在一定觸碰），如圖5所示。根據(jù)現(xiàn)場控制柜原理圖可知，389K4：14腳為EFC緊急順槳信號(hào)線。如圖6所示。圖5：389K4繼電器圖片

圖6：205U3及389K4接線因389K4繼電器接點(diǎn)碰觸粘連，導(dǎo)致其11腳和14腳短路，EFC信號(hào)線一直存在24VDC電壓，導(dǎo)致故障時(shí)主控?zé)o法切斷EFC緊急順槳信號(hào)，機(jī)組無法緊急順槳。檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組報(bào)出變槳通訊故障原因，為滑環(huán)側(cè)至輪轂中控箱側(cè)通訊信號(hào)線有斷裂情況，修復(fù)變槳通訊故障后，模擬測試該機(jī)組飛車時(shí)的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)斷開變槳通訊、切斷輪轂400V、拍下塔基急停按鈕，機(jī)組均無法順槳，切斷塔基柜2F1刀熔開關(guān)后機(jī)組順槳。檢查發(fā)現(xiàn)由于機(jī)艙柜UPS電池供電回路被短接，UPS功能失效，如圖7所示。切斷690V電源后機(jī)艙內(nèi)所有的24V供電電源被間接切斷，EFC信號(hào)斷開，槳葉順槳；以上的操作也能排除第二種原因引起三支槳葉不能同時(shí)順槳的可能性。更換389K4繼電器后，機(jī)組各項(xiàng)順槳測試均正常。圖7：UPS功能失效3.深度思考根據(jù)直流SSB變槳系統(tǒng)的特點(diǎn)：當(dāng)需要進(jìn)入輪轂進(jìn)行手動(dòng)槳葉角度校零工作時(shí)，必須先將機(jī)艙到變槳的通訊斷掉，并且強(qiáng)制給變槳一個(gè)EFC信號(hào)。尤其是運(yùn)行10多年的老風(fēng)場，經(jīng)常操作的這些線纜的線號(hào)多數(shù)都被磨損的看不清楚，甚至有些線纜的線號(hào)管早已丟失；變槳編碼器回路出現(xiàn)故障的概率非常之高，槳葉重新校零工作也會(huì)隨之增高；另外，由于目前風(fēng)電行業(yè)技術(shù)人才缺失，風(fēng)電場運(yùn)行人員的技術(shù)水平整體偏低，因此很大程度地增加了誤接線的可能。根據(jù)變槳滑環(huán)的工作原理，如果運(yùn)行時(shí)間長了之后，必然會(huì)出現(xiàn)滑環(huán)的損壞、金針壓接松動(dòng)等現(xiàn)象，尤其是一些國內(nèi)品牌的滑環(huán)質(zhì)量非常差，出現(xiàn)故障的概率更是非常的高，所以滑環(huán)的維護(hù)更換工作在現(xiàn)場故障處理過程中也是非常的頻繁，更換滑環(huán)后的接線校驗(yàn)也是必不可少的工作，而這些校線接線操作也大大地增加了誤接線的可能。下面是對(duì)EFC緊急順槳信號(hào)回路的接線隱患進(jìn)行分析。3.1機(jī)艙柜給變槳系統(tǒng)的+24VDC和EFC信號(hào)都接在同一個(gè)過壓保護(hù)器上（接線情況及其實(shí)物如圖８所示），存在的隱患分析：圖８：機(jī)艙柜中給變槳系統(tǒng)的24V和EFC接線和205U3實(shí)物圖3.1.1過電壓保護(hù)器205U3發(fā)生燒壞并造成內(nèi)部粘連隱患分析當(dāng)機(jī)艙24V過壓保護(hù)器205U3內(nèi)部發(fā)生燒壞粘連，造成+24VDC輸入端和EFC信號(hào)輸出端粘連，將會(huì)使EFC信號(hào)一直帶有+24VDC，造成安全鏈故障時(shí)，槳葉無法緊急順槳。3.1.2過電壓保護(hù)器205U3接線錯(cuò)誤或接線位置互換造成的隱患分析（1）當(dāng)把205U3的3接線口的EFC信號(hào)線和4接線口的+24V信號(hào)線互換位置后，將會(huì)使EFC信號(hào)一直帶有+24V，造成安全鏈故障時(shí)，槳葉無法緊急順槳。（2）當(dāng)把205U3的1接線口的EFC信號(hào)線和2接線口的+24V信號(hào)線互換位置后，也會(huì)使EFC信號(hào)一直帶有+24V，造成安全鏈故障時(shí)，槳葉無法緊急順槳。注意：在以上兩種錯(cuò)誤接線的情況下，風(fēng)電機(jī)組并不會(huì)報(bào)出故障，原因是EFC和+24V在滿足風(fēng)機(jī)啟動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行的條件下都會(huì)帶有+24VDC，但是，當(dāng)發(fā)生安全鏈故障后，需要緊急順槳時(shí)，由于+24VDC一直給EFC信號(hào)供電，所以導(dǎo)致不能緊急順槳停機(jī)。3.2變槳系統(tǒng)的+24VDC和EFC信號(hào)都接在同一個(gè)過壓保護(hù)器上（接線情況及其實(shí)物如圖９所示），存在的隱患分析：圖9：變槳24V和EFC接線和X4過電壓保護(hù)器實(shí)物圖3.2.1過電壓保護(hù)器X4:1發(fā)生燒壞并造成內(nèi)部粘連隱患分析當(dāng)變槳過壓保護(hù)器X4:1內(nèi)部發(fā)生燒壞粘連，造成+24VDC輸入端和EFC信號(hào)輸出端粘連，將會(huì)使EFC信號(hào)一直帶有+24VDC，造成安全鏈故障時(shí)，槳葉無法緊急順槳。3.2.2過電壓保護(hù)器X4:1接線錯(cuò)誤或接線位置互換造成的隱患分析（1）當(dāng)把X4:1的1接線口的EFC信號(hào)線和2接線口的+24VDC信號(hào)線互換位置后，也會(huì)使EFC信號(hào)一直帶有+24VDC，造成安全鏈故障時(shí)，槳葉無法緊急順槳。（2）當(dāng)把X4:1的3接線口的EFC信號(hào)線和4接線口的+24VDC信號(hào)線互換位置后，將會(huì)使EFC信號(hào)一直帶有+24VDC，造成安全鏈故障時(shí)，槳葉無法緊急順槳。注意：在以上兩種錯(cuò)誤接線的情況下，風(fēng)電機(jī)組并不會(huì)報(bào)出故障，原因是EFC和+24V在滿足風(fēng)機(jī)啟動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行的條件下都會(huì)帶有+24VDC，但是，當(dāng)發(fā)生安全鏈故障后，需要緊急順槳時(shí)，由于+24VDC一直給EFC信號(hào)供電，所以導(dǎo)致不能緊急順槳停機(jī)。4.防治措施針對(duì)以上檢查及分析出的隱患做出如下整改措施：4.1關(guān)于機(jī)艙389K4繼電器11和14觸點(diǎn)粘連，導(dǎo)致EFC緊急順槳信號(hào)線一直帶有24VDC的整改方案整改原理：在EFC緊急順槳信號(hào)回路上再串聯(lián)一個(gè)可控制節(jié)點(diǎn)，這樣EFC信號(hào)就可以通過兩個(gè)可以控制的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，相比只有一個(gè)可控制節(jié)點(diǎn)而言，安全系數(shù)會(huì)增大很多。具體整改方案如圖10.1、10.2和圖11.1、11.2。方案一：圖10.1：整改前控制回路和接線圖圖10.2：整改后控制回路和接線圖方案二：圖11.1：整改前控制回路和接線圖圖11.2：整改后控制回路和接線圖4.2機(jī)艙柜給變槳系統(tǒng)的+24VDC和EFC信號(hào)都接在同一個(gè)過壓保護(hù)器上，存在隱患的整改方案整改原理：隔離隱患點(diǎn)。將205U3的接線口1和3上的接線（+24VDC）與205U2的接線口2和4上的接線（所有槳葉都處于91度位置反饋信號(hào)）對(duì)應(yīng)互換位置，其它接線位置不變。具體整改方案如圖12.1、圖12.2。

圖12.1：整改前機(jī)艙24V接線圖

圖12.2：整改后機(jī)艙24V接線圖4.3變槳系統(tǒng)的+24VDC和EFC信號(hào)都接在同一個(gè)過壓保護(hù)器上，存在隱患的整改方案整改原理：隔離隱患點(diǎn)。將X4:1的接線口2和4上的接線（+24V）與X4:3的接線口1和3上的接線（所有槳葉都處于91度位置反饋信號(hào)）對(duì)應(yīng)互換位置，其它接線位置不變。具體整改方案如圖13.1、圖13.2。圖13.1：整改前變槳24V接線圖圖13.2：整改后變槳24V接線圖以上的這些整改方案可以大大地增加風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全系數(shù)，把隱患有效進(jìn)行隔離，最重要的是整改周期會(huì)很短，整改成本也很低，整改質(zhì)量好控制，執(zhí)行起來比較容易，非常適合風(fēng)電現(xiàn)場管理理念。5.結(jié)語為了減少