風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車原因分析及預(yù)防措施

摘要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)失效，葉輪轉(zhuǎn)速超過允許或額定轉(zhuǎn)速，且機(jī)組處于失控狀態(tài)將導(dǎo)致飛車事故。飛車事故的發(fā)生會導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組倒塔、著火、葉片折斷等一種或多種事故，危害性大。本文以變槳距陸地并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，對導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車事故的原因進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的預(yù)防措施，以從根本上遏制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車事故的發(fā)生。關(guān)鍵字：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；飛車；變槳距引言風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車事故與風(fēng)速密切相關(guān)，風(fēng)速越大，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)越快。超速是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生飛車事故的前提條件，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有一套葉輪超速保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)能自動(dòng)停機(jī)，防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車。但是由于機(jī)械或是電控系統(tǒng)失效等原因，會導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組失去控制，最終導(dǎo)致飛車事故的發(fā)生。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組失控原因有兩種：一種是雖然控制系統(tǒng)監(jiān)視到了葉輪轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值，但是制動(dòng)系統(tǒng)失效，無法使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停機(jī)；一種是控制系統(tǒng)死機(jī)，無法對葉輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。飛車事故的發(fā)生會導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組倒塔、著火、葉片折斷等一種或多種事故。因此，要高度重視風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車事故，認(rèn)真分析原因，尋找防范方法，通過技術(shù)措施或科學(xué)管理，遏制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車事故的發(fā)生。1故障征兆風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車前通常會有以下故障征兆：（1）槳葉故障，如三支葉片角度不同步，單個(gè)槳葉故障等，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)無法緊急收槳。（2）偏航失效，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無法根據(jù)風(fēng)向自動(dòng)偏航。（3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪超速，但超速保護(hù)沒有起到作用。（4）制動(dòng)系統(tǒng)失靈，無法讓風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停機(jī)；一旦發(fā)生以上故障要立刻遠(yuǎn)程停機(jī)，安排檢修人員登機(jī)檢查，運(yùn)行人員持續(xù)監(jiān)視風(fēng)機(jī)參數(shù)變化情況。2原因分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車的原因主要有以下幾方面：（1）超速保護(hù)失效風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝有超速保護(hù)系統(tǒng)，超速保護(hù)主要作用是監(jiān)視葉輪轉(zhuǎn)速，不允許其超過設(shè)定值，一旦葉輪轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組立刻停機(jī)。葉輪轉(zhuǎn)速保護(hù)系統(tǒng)由支架、葉輪轉(zhuǎn)速傳感器、看門狗等部件組成，葉輪轉(zhuǎn)速傳感器安裝在主軸下方和葉輪之間，通過支架固定，實(shí)時(shí)監(jiān)控葉輪轉(zhuǎn)速，邏輯單元對轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算，與設(shè)定值進(jìn)行比對，一旦葉輪轉(zhuǎn)速超過設(shè)定值，控制單元發(fā)出停機(jī)命令，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停機(jī)。當(dāng)超速保護(hù)邏輯單元失效或傳感器出現(xiàn)錯(cuò)誤，會導(dǎo)致在超速時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主控系統(tǒng)不能及時(shí)停機(jī)，繼而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車。（2）變槳失效變槳系統(tǒng)的所有部件都安裝在輪轂內(nèi)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)所有部件都隨輪轂以一定的速度旋轉(zhuǎn)。變槳距型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是根據(jù)風(fēng)速的大小自動(dòng)調(diào)整葉片與風(fēng)向之間的夾角，從而控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率和槳葉受力程度。當(dāng)主控系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)命令時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳葉角度應(yīng)順槳，即槳葉角度為90°，葉片受力面積最小，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過空氣動(dòng)力制動(dòng)的方式使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全停機(jī)。如果變槳失效，將導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無法停機(jī)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組失去控制，葉輪始終運(yùn)行在最大迎風(fēng)角度，最終導(dǎo)致飛車事故的發(fā)生（圖1）。變槳失效主要原因有變槳機(jī)械傳動(dòng)部件卡阻、軸承潤滑不到位、比例閥堵塞、變槳電池電壓不足或損壞、蓄能器壓力不足、液壓壓力不足、液壓缸堵塞、變槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)損壞等內(nèi)容。圖1順槳邏輯圖（3）剎車系統(tǒng)失效風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在齒輪箱高速軸和發(fā)電機(jī)前軸之間安裝有機(jī)械剎車系統(tǒng)，主要組成部分是剎車盤和剎車片，主控系統(tǒng)發(fā)出制動(dòng)命令，驅(qū)動(dòng)剎車片摩擦剎車盤，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停機(jī)。剎車系統(tǒng)應(yīng)動(dòng)作靈敏，在接收到剎車指令時(shí)應(yīng)能夠立刻剎車，復(fù)位后松開剎車。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組剎車系統(tǒng)通常和槳葉順降配合，剎車系統(tǒng)一旦失效，將無法對機(jī)組進(jìn)行制動(dòng)，從而導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車事故[2]。（4）滑環(huán)原因滑環(huán)接觸不良會導(dǎo)致變槳系統(tǒng)故障。滑環(huán)內(nèi)部會出現(xiàn)磁道與探針接觸不良等現(xiàn)象，也會引發(fā)信號的中斷和延時(shí)，從而發(fā)生飛車事故。齒輪箱漏油會造成滑環(huán)內(nèi)進(jìn)油，油附著在滑環(huán)與插針之間形成油膜，產(chǎn)生絕緣現(xiàn)象，導(dǎo)致變槳通訊信號時(shí)斷時(shí)續(xù)，致使控制單元無法接收和反饋超速信號，因此變槳系統(tǒng)不能順槳到90°，從而發(fā)生飛車事故。（5）蓄電池原因在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障停機(jī)時(shí)，變槳系統(tǒng)是完全依靠輪轂中的蓄電池來進(jìn)行收槳的。因此輪轂中的蓄電池儲能不足或電池失電導(dǎo)致不能及時(shí)回槳到90°，最終導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車。蓄電池失效原因有：（1）蓄電自身的問題，電池整體電壓測量時(shí)在正常范圍內(nèi)，但是測量電池單體電壓不足；（2）蓄電池充電器損壞，導(dǎo)致蓄電池?zé)o法充電，直至虧損。3預(yù)防措施3.1

超速保護(hù)測試定期對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組超速保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行測試，確保超速保護(hù)系統(tǒng)工作正常，控制系統(tǒng)能將機(jī)組安全停機(jī)，剎車系統(tǒng)動(dòng)作可靠。定期測量葉輪傳感器與葉輪之間的間隙，保證間隙在合理的范圍內(nèi)，不會因?yàn)檫^大或是過小導(dǎo)致葉輪超速保護(hù)失靈。對變槳系統(tǒng)機(jī)械部件進(jìn)行檢查，機(jī)械部件有無卡澀。定期對輪轂內(nèi)變槳軸承進(jìn)行潤滑，防止?jié)櫥?dǎo)致的變槳機(jī)構(gòu)卡澀。3.2后備電源測量對風(fēng)電發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)定期開展變槳后備電源測試，若機(jī)組觸發(fā)后備電源類故障、槳葉收槳時(shí)間較長以及槳葉無法回到安全位置時(shí)，對變槳后備電源的充電裝置、變槳后備電源以及安全回槳供電回路進(jìn)行檢查，首先確保充電裝置可以正常為后備電源充電，再次確保后備電源正常，保證能量能夠?qū)崿F(xiàn)槳葉從最小槳角到達(dá)安全位置的驅(qū)動(dòng)，最后確保緊急收槳回路正常，無開路、接觸器異常狀態(tài)[2]。3.3檢修人員責(zé)任落實(shí)檢修人員在每年進(jìn)行的定、巡檢工作中要認(rèn)真開展各項(xiàng)工作，在對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行維護(hù)的過程中，嚴(yán)禁通過修改參數(shù)的方式對系統(tǒng)進(jìn)行屏蔽，嚴(yán)禁短接各類控制信號。嚴(yán)禁修改設(shè)備定值和運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)內(nèi)容。3.4

加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組數(shù)據(jù)監(jiān)盤運(yùn)行值班人員通過大數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車事故與風(fēng)速有緊密的聯(lián)系（據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車90%以上發(fā)生在風(fēng)速超過10m/s的條件下。）運(yùn)行值班人員對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪轉(zhuǎn)速進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，超過預(yù)警值應(yīng)進(jìn)行手動(dòng)停機(jī)（圖2）。3.5嚴(yán)禁隨意復(fù)位啟機(jī)一些故障隨意復(fù)位啟機(jī)也是導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車的主要原因，如槳葉故障，復(fù)位啟機(jī)后可能會導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳葉無法回槳，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組失去制動(dòng)控制，從而發(fā)生飛車事故。因此發(fā)生槳葉故障不能盲目復(fù)位啟機(jī)，必須安排檢修人員登機(jī)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳系統(tǒng)進(jìn)行檢查。3.6定期進(jìn)行保養(yǎng)對變槳減速器以及變槳軸承、變槳轉(zhuǎn)動(dòng)部件進(jìn)行維護(hù)，確保變槳機(jī)構(gòu)順暢、無卡澀。測量葉輪轉(zhuǎn)速傳感器與葉輪之間的間隙，防止過小過大，使其處在合理位置。對變槳電池定期檢查電池容量，發(fā)現(xiàn)后備電源電量不足，及時(shí)進(jìn)行更換。發(fā)現(xiàn)齒輪箱漏油要查找原因，及時(shí)進(jìn)行處理。使用酒精對滑環(huán)進(jìn)行清理，保證滑環(huán)工作正常，無接地短路現(xiàn)象。圖2

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)3.7

變槳測試定期對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行變槳測試可以發(fā)現(xiàn)變槳系統(tǒng)存在的潛在問題，變槳測試過程有一定的危險(xiǎn)性，因此有嚴(yán)格的要求，風(fēng)速不能超過6m/s，將機(jī)艙側(cè)風(fēng)90°，鎖定兩次葉輪，以防止風(fēng)速突然升高，或是變槳系統(tǒng)故障導(dǎo)致的葉片無法回槳，從而引起飛車事故。變槳測試內(nèi)容包括變槳位置測試、正偏移測試、反偏移測試、正流量測試和反流量測試等內(nèi)容，通過對照標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，發(fā)現(xiàn)偏差，查找原因，進(jìn)行處理。4應(yīng)急處理過程風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生飛車事故，首先要考慮的是人身安全，現(xiàn)場人員要頭腦理智，不能盲目處置，否則將會帶來機(jī)毀人亡的嚴(yán)重后果。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組飛車事故的應(yīng)急處理應(yīng)進(jìn)行如下操作：（1）通過主控室對風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)控停機(jī)；（2）當(dāng)遠(yuǎn)控停機(jī)無效時(shí)，立即通過遠(yuǎn)控系統(tǒng)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行偏航，從迎風(fēng)向偏航到側(cè)風(fēng)向90°，以便最大程度減少葉輪所受風(fēng)能的作用力；（3）如果此時(shí)風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速沒有下降，現(xiàn)場人員應(yīng)手動(dòng)斷開風(fēng)機(jī)主回路，并將該臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)機(jī)變與集電線路斷開，防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因超速過程中脫網(wǎng)造成飛車；（5）以上措施無效，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組失去控制，說明風(fēng)力發(fā)電機(jī)組已經(jīng)飛車，現(xiàn)場人員應(yīng)立即在該臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組周圍安全區(qū)域拉設(shè)警戒線，安排專人監(jiān)護(hù)，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，防止因?yàn)榈顾?，葉片折斷導(dǎo)致的地面人員傷亡。飛車事故發(fā)生后，第一時(shí)間通過調(diào)取該臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析事故發(fā)生前的三只葉片角度、轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)壓力、風(fēng)速和故障記錄等數(shù)據(jù)，確定事故原因