風電機組飛車案例分析及防治措施

【摘要】國內(nèi)外都發(fā)生過風電機組倒塌、燒壞的重大事故。事故發(fā)生后，若能對這些事故進行認真分析、總結(jié)，找出事發(fā)時的真實原因，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。就機組飛車事故而言，其預(yù)防措施應(yīng)建立在準確分析、抓住重點、講求科學的基礎(chǔ)上，并綜合考慮各種因素使度電成本最低。本文就某風電場的飛車事故進行深度闡述和分析，并給出整改思路?！娟P(guān)鍵詞】飛車安全鏈EFC信號原因措施引言在中國風電的快速發(fā)展時期，不少風電場出現(xiàn)了機組飛車、倒塌事故。事故原因多種多樣。在事故分析時，只有遵從風電機組運行的基本原理、設(shè)計理念，方能找出事故產(chǎn)生的真實原因，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順槳而引發(fā)的機組飛車事故。該事故機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)象某風電場監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)事故機組首先報出變槳通訊故障，隨后又報出發(fā)電機超速故障，通知檢修人員去處理時，檢修人員在中控室發(fā)現(xiàn)該機組報出故障后仍有轉(zhuǎn)速，但機組已經(jīng)脫網(wǎng)，功率為零，初步判斷為飛車事故，隨后檢修人員到達故障機組現(xiàn)場，在機組下聽到葉輪轉(zhuǎn)動聲音明顯異于平常，而且葉輪轉(zhuǎn)速明顯大于正常運行轉(zhuǎn)速。檢修人員確認機組發(fā)生飛車后立即拍下塔基急停按鈕，機組未順槳停機，于是又立即拉開塔基柜690V進線刀熔開關(guān)2F1，槳葉順槳停機，結(jié)束飛車?，F(xiàn)場人員確定三個槳葉全部順槳后登機檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機集電環(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)電機集電環(huán)室在之后深度檢查過程中還發(fā)現(xiàn)發(fā)電機地角彈性支撐、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INU變頻器故障。通過對故障機組當天的狀態(tài)碼數(shù)據(jù)的采集分析，發(fā)現(xiàn)該機組事故發(fā)生前處于并網(wǎng)狀態(tài)，18時51分43秒機組報出變槳通訊故障，機組未順槳。18時51分49秒機組超速繼電器觸發(fā)，安全鏈斷開，轉(zhuǎn)速仍在持續(xù)上升，最高轉(zhuǎn)速達到2999rpm。如圖2所示。圖2：事故發(fā)生時刻機組狀態(tài)碼數(shù)據(jù)檢修人員抵達機位后于19時00分29秒拍下塔基急停按鈕，機組仍未順槳，發(fā)電機轉(zhuǎn)速繼續(xù)保持在2990rpm左右，狀態(tài)碼數(shù)據(jù)顯示三個槳葉角度均為－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：拍下急停后機組狀態(tài)碼數(shù)據(jù)檢修人員于19時01分06秒分拉開塔基柜690V進線刀熔開關(guān)2F1，機組順槳停機。此時因塔基柜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：機組PLC斷電時狀態(tài)碼數(shù)據(jù)2.故障的分析根據(jù)故障時風機的運行情況，結(jié)合運行數(shù)據(jù)的波形，綜合分析，當時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：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緊急順槳信號已經(jīng)斷開，但是三支槳葉的緊急順槳回路同時出現(xiàn)了問題（概率較小）。在檢查過程中發(fā)現(xiàn)機艙柜內(nèi)389K4繼電器在失電狀態(tài)下一個常開接點有粘連現(xiàn)象（查看接點彈片與正常狀態(tài)有偏差，觸點上有熏黑現(xiàn)象，該節(jié)點存在一定觸碰），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繼電器接點碰觸粘連，導(dǎo)致其11腳和14腳短路，EFC信號線一直存在24VDC電壓，導(dǎo)致故障時主控無法切斷EFC緊急順槳信號，機組無法緊急順槳。檢查發(fā)現(xiàn)機組報出變槳通訊故障原因，為滑環(huán)側(cè)至輪轂中控箱側(cè)通訊信號線有斷裂情況，修復(fù)變槳通訊故障后，模擬測試該機組飛車時的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)斷開變槳通訊、切斷輪轂400V、拍下塔基急停按鈕，機組均無法順槳，切斷塔基柜2F1刀熔開關(guān)后機組順槳。檢查發(fā)現(xiàn)由于機艙柜UPS電池供電回路被短接，UPS功能失效，如圖7所示。切斷690V電源后機艙內(nèi)所有的24V供電電源被間接切斷，EFC信號斷開，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順槳的可能性。更換389K4繼電器后，機組各項順槳測試均正常。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：當需要進入輪轂進行手動槳葉角度校零工作時，必須先將機艙到變槳的通訊斷掉，并且強制給變槳一個EFC信號。尤其是運行10多年的老風場，經(jīng)常操作的這些線纜的線號多數(shù)都被磨損的看不清楚，甚至有些線纜的線號管早已丟失；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隨之增高；另外，由于目前風電行業(yè)技術(shù)人才缺失，風電場運行人員的技術(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，如果運行時間長了之后，必然會出現(xiàn)滑環(huán)的損壞、金針壓接松動等現(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EFC緊急順槳信號回路的接線隱患進行分析。3.1機艙柜給變槳系統(tǒng)的+24VDC和EFC信號都接在同一個過壓保護器上（接線情況及其實物如圖８所示），存在的隱患分析：圖８：機艙柜中給變槳系統(tǒng)的24V和EFC接線和205U3實物圖3.1.1過電壓保護器205U3發(fā)生燒壞并造成內(nèi)部粘連隱患分析當機艙24V過壓保護器205U3內(nèi)部發(fā)生燒壞粘連，造成+24VDC輸入端和EFC信號輸出端粘連，將會使EFC信號一直帶有+24VDC，造成安全鏈故障時，槳葉無法緊急順槳。3.1.2過電壓保護器205U3接線錯誤或接線位置互換造成的隱患分析（1）當把205U3的3接線口的EFC信號線和4接線口的+24V信號線互換位置后，將會使EFC信號一直帶有+24V，造成安全鏈故障時，槳葉無法緊急順槳。（2）當把205U3的1接線口的EFC信號線和2接線口的+24V信號線互換位置后，也會使EFC信號一直帶有+24V，造成安全鏈故障時，槳葉無法緊急順槳。注意：在以上兩種錯誤接線的情況下，風電機組并不會報出故障，原因是EFC和+24V在滿足風機啟動并網(wǎng)運行的條件下都會帶有+24VDC，但是，當發(fā)生安全鏈故障后，需要緊急順槳時，由于+24VDC一直給EFC信號供電，所以導(dǎo)致不能緊急順槳停機。3.2變槳系統(tǒng)的+24VDC和EFC信號都接在同一個過壓保護器上（接線情況及其實物如圖９所示），存在的隱患分析：圖9：變槳24V和EFC接線和X4過電壓保護器實物圖3.2.1過電壓保護器X4:1發(fā)生燒壞并造成內(nèi)部粘連隱患分析當變槳過壓保護器X4:1內(nèi)部發(fā)生燒壞粘連，造成+24VDC輸入端和EFC信號輸出端粘連，將會使EFC信號一直帶有+24VDC，造成安全鏈故障時，槳葉無法緊急順槳。3.2.2過電壓保護器X4:1接線錯誤或接線位置互換造成的隱患分析（1）當把X4:1的1接線口的EFC信號線和2接線口的+24VDC信號線互換位置后，也會使EFC信號一直帶有+24VDC，造成安全鏈故障時，槳葉無法緊急順槳。（2）當把X4:1的3接線口的EFC信號線和4接線口的+24VDC信號線互換位置后，將會使EFC信號一直帶有+24VDC，造成安全鏈故障時，槳葉無法緊急順槳。注意：在以上兩種錯誤接線的情況下，風電機組并不會報出故障，原因是EFC和+24V在滿足風機啟動并網(wǎng)運行的條件下都會帶有+24VDC，但是，當發(fā)生安全鏈故障后，需要緊急順槳時，由于+24VDC一直給EFC信號供電，所以導(dǎo)致不能緊急順槳停機。4.防治措施針對以上檢查及分析出的隱患做出如下整改措施：4.1關(guān)于機艙389K4繼電器11和14觸點粘連，導(dǎo)致EFC緊急順槳信號線一直帶有24VDC的整改方案整改原理：在EFC緊急順槳信號回路上再串聯(lián)一個可控制節(jié)點，這樣EFC信號就可以通過兩個可以控制的節(jié)點進行控制，相比只有一個可控制節(jié)點而言，安全系數(shù)會增大很多。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機艙柜給變槳系統(tǒng)的+24VDC和EFC信號都接在同一個過壓保護器上，存在隱患的整改方案整改原理：隔離隱患點。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）對應(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：整改前機艙24V接線圖

圖12.2：整改后機艙24V接線圖4.3變槳系統(tǒng)的+24VDC和EFC信號都接在同一個過壓保護器上，存在隱患的整改方案整改原理：隔離隱患點。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）對應(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電機組的運行安全系數(shù)，把隱患有效進行隔離，最重要的是整改周期會很短，整改成本也很低，整改質(zhì)量好控制，執(zhí)行起來比較容易，非常適合風電現(xiàn)場管理理念。5.結(jié)語為了減少