系列風(fēng)電機(jī)組事故分析及防范措施（四）
——機(jī)組改造帶來(lái)的問(wèn)題和安全隱患

文 | 王明軍，江旭

系列風(fēng)電機(jī)組事故分析及防范措施（四）
——機(jī)組改造帶來(lái)的問(wèn)題和安全隱患

文 | 王明軍，江旭

風(fēng)電機(jī)組的整機(jī)質(zhì)量及性能與機(jī)組部件有關(guān)，也與現(xiàn)場(chǎng)管理和質(zhì)量控制有關(guān)。在機(jī)組生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)的各道工序如不嚴(yán)格把關(guān)可能會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組改造時(shí)，如果設(shè)計(jì)方案考慮不夠全面，或現(xiàn)場(chǎng)施工人員責(zé)任心不強(qiáng)，則更可能造成質(zhì)量問(wèn)題，使機(jī)組性能變差，故障幾率增加，甚至還可能因機(jī)組改造而帶來(lái)安全隱患，最終導(dǎo)致機(jī)組燒毀、倒塌等重大事故。本文將分析近期發(fā)生的一例因改造而引發(fā)的機(jī)組燒毀事故。

某風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組燒毀事故

一、事故簡(jiǎn)介

2016年5月，內(nèi)蒙古某風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生了一起機(jī)組燒毀事故。該風(fēng)電場(chǎng)于2006年開(kāi)始吊裝興建，于2007年10月，該風(fēng)電場(chǎng)的33臺(tái)雙饋1.5MW風(fēng)電機(jī)組全部投運(yùn)并進(jìn)入質(zhì)保服務(wù)期，按照合同約定質(zhì)保期為兩年，應(yīng)在2009年年底全部出保。在2011年，該風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施了主控和變頻器的低電壓穿越改造，2015年5月至7月，又再次實(shí)施了變頻器定子接觸器改造。

事發(fā)時(shí)，主控報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”停機(jī)，停機(jī)過(guò)后又報(bào)了一次“變頻器錯(cuò)誤”。在事故發(fā)生過(guò)程中，箱變低壓側(cè)斷路器自動(dòng)跳閘，最終機(jī)艙、輪轂、葉片等全部燒毀。事后勘察，塔筒內(nèi)電纜未見(jiàn)電氣打火及其他異常；輪轂也未找到起火的可能；變頻器的斷路器和定子接觸器均處于斷開(kāi)狀態(tài)，變頻器功率模塊和低電壓穿越部分等未見(jiàn)異常和燒毀；箱變及箱變到變頻器接線電纜也未見(jiàn)短路、打火及其他異常。

如圖1所示，事故機(jī)組發(fā)電機(jī)定子接線箱的右側(cè)，與發(fā)電機(jī)定子接線相對(duì)應(yīng)的三相接線銅排的右側(cè)被擊穿，出現(xiàn)了3個(gè)孔。如圖2所示，發(fā)電機(jī)定子接線盒內(nèi)部三相的接線電纜燒毀嚴(yán)重，3相12根其中有7根電纜已經(jīng)斷裂，定子

接線箱內(nèi)部有燒熔物。

二、主控信息及事故簡(jiǎn)要分析

事發(fā)前一天，事故機(jī)組報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”停機(jī)，其后手動(dòng)停機(jī)。事發(fā)當(dāng)天17點(diǎn)54分42秒，手動(dòng)復(fù)位后；17點(diǎn)59分44秒，主控報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”；18點(diǎn)09分47秒，“變頻器錯(cuò)誤”自動(dòng)復(fù)位，啟機(jī)，在18點(diǎn)14分49秒再次報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”停機(jī)；在18點(diǎn)19分17秒，主控報(bào)“機(jī)艙溫度偏高”（主控設(shè)定的參數(shù)值為50℃）；18點(diǎn)20分01秒，機(jī)組又報(bào)“變頻器電網(wǎng)錯(cuò)誤”；18點(diǎn)20分02秒，報(bào)“變頻器斷路器斷開(kāi)”；18點(diǎn)20分06秒，“機(jī)艙溫度過(guò)高”（主控設(shè)置的參數(shù)值為55℃）。

主控在17點(diǎn)59分44秒、18點(diǎn)14分49秒和18點(diǎn)20分01秒，分別報(bào)過(guò)三次“變頻器錯(cuò)誤”，其對(duì)應(yīng)的變頻器信息為：17點(diǎn)59分44秒，變頻器報(bào)“機(jī)側(cè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)子三相電流瞬時(shí)值過(guò)流”，并在勵(lì)磁后因存在故障機(jī)組不能勵(lì)磁并網(wǎng)；18點(diǎn)14分49秒，變頻器報(bào)“chopper開(kāi)通超時(shí)”，即：變頻器網(wǎng)側(cè)報(bào)故障，在此之前，機(jī)組處于正常并網(wǎng)狀態(tài)；18點(diǎn)20分01秒，變頻器報(bào)“15V電源故障”，在1秒之后，即：18點(diǎn)20分02秒，變頻器斷路器斷開(kāi)。

由主控和事故勘察得到的信息可知：

第一，在報(bào)故障的次數(shù)和時(shí)間間隔上，主控所報(bào)的三次“變頻器錯(cuò)誤”與變頻器內(nèi)的記錄能完全對(duì)應(yīng)。由此說(shuō)明，主控所報(bào)相關(guān)信息是可信的。

第二，在18點(diǎn)14分49秒，主控報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”停機(jī)；但變頻器斷路器未斷開(kāi)，直至18點(diǎn)20分02秒，主控報(bào)“變頻器斷路器斷開(kāi)”時(shí)才斷開(kāi)。

第三，由箱變低壓側(cè)斷路器自動(dòng)跳閘，以及發(fā)電機(jī)定子接線箱和箱內(nèi)的電纜燒毀狀況可知：發(fā)電機(jī)定子三相在接線箱處拉弧、打火，應(yīng)是在變頻器斷路器和定子接觸器均未斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的。

第四，在機(jī)組定子接線箱嚴(yán)重打火、過(guò)流時(shí)，變頻器的斷路器和定子接觸器未能斷開(kāi)，過(guò)流嚴(yán)重以至于箱變過(guò)流跳閘。

第五，機(jī)艙內(nèi)著火問(wèn)題：從故障信息看，18點(diǎn)09分47秒“變頻器錯(cuò)誤”自動(dòng)復(fù)位啟機(jī)，到18點(diǎn)14分49秒主控報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”停機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)變頻器功率模塊和低電壓穿越部分均未損壞或燒毀，說(shuō)明在主控停機(jī)后，或停機(jī)后機(jī)組轉(zhuǎn)速還很高時(shí)，定子接觸器斷開(kāi)，變頻器脫網(wǎng)。

在18點(diǎn)14分49秒機(jī)組停機(jī)，其后不到5分鐘，主控報(bào)“機(jī)艙溫度偏高（18點(diǎn)19分17秒）”，又經(jīng)歷49秒，“機(jī)艙溫度過(guò)高（18點(diǎn)20分06秒）”，其間溫度升高5℃。由以上信息可知，在機(jī)組停機(jī)后，機(jī)艙溫度不斷升高。在變頻器脫網(wǎng)后，定子接線箱不再拉弧、打火時(shí)，機(jī)艙溫度還在不斷上升，并且溫度的上升速度較快，說(shuō)明停機(jī)過(guò)后機(jī)艙已有明火產(chǎn)生，起火的時(shí)間應(yīng)在機(jī)組停機(jī)之前，或停機(jī)之后不久產(chǎn)生。

三、事故分析解讀出的安全隱患和疑問(wèn)

機(jī)組改造后留下與本次事故相關(guān)的缺陷有：

第一，在定子接觸器改造時(shí)，僅是通過(guò)變頻器內(nèi)部改

線實(shí)現(xiàn)對(duì)定子接觸器的控制，定子接觸器改造廠家沒(méi)有要求低電壓穿越改造廠家修改變頻器的控制程序，增加相應(yīng)的定子接觸器控制板件及控制電路。兩個(gè)改造廠家之間未進(jìn)行任何溝通和協(xié)調(diào)。

第二，對(duì)于保護(hù)措施完善的變頻器來(lái)講，當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后，只要定子、轉(zhuǎn)子電纜對(duì)地或相間出現(xiàn)較小電流的拉弧、打火，變頻器就會(huì)迅速脫網(wǎng)，且變頻器的斷路器和定子接觸器都會(huì)斷開(kāi)。因此，在正常情況下，定子、轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)短路，通常很難成為起火點(diǎn)。而事故機(jī)組的變頻器，在發(fā)電機(jī)定子回路出現(xiàn)嚴(yán)重打火、過(guò)流時(shí)，變頻器的斷路器和定子接觸器沒(méi)有及時(shí)斷開(kāi)，因其短路、打火還造成了箱變低壓側(cè)斷路器跳閘，可見(jiàn)事發(fā)時(shí)發(fā)熱消耗的功率很大。

第三，一般情況下，當(dāng)變頻器并網(wǎng)后，如果是因變頻器報(bào)故障停機(jī)，那么變頻器的斷路器應(yīng)迅速斷開(kāi)。然而，在18點(diǎn)14分49秒變頻器報(bào)“chopper開(kāi)通超時(shí)”時(shí)，事故機(jī)組的斷路器并沒(méi)有斷開(kāi)，而是18點(diǎn)20分01秒再次報(bào)“變頻器故障”后，到18點(diǎn)20分02秒，變頻器斷路器才得以斷開(kāi)。這也說(shuō)明變頻器的控制程序和保護(hù)措施不夠完善，或事故機(jī)組變頻器存在某種缺陷和安全隱患。

本次事故調(diào)查留下的疑問(wèn)有：

第一，按照事故機(jī)組的主控參數(shù)設(shè)定，當(dāng)箱變與變頻器三相之間的電流差超過(guò)70A，主控就應(yīng)該報(bào)“三相電流不平衡”，然而，發(fā)電機(jī)定子接線箱處三相均出現(xiàn)了嚴(yán)重拉弧、打火，為何主控沒(méi)有報(bào)“三相電流不平衡”故障？

第二，如果定子接線箱的拉弧、打火是本次事故的起火點(diǎn)，從發(fā)電機(jī)接線箱到機(jī)艙的其他有機(jī)可燃物還有相當(dāng)?shù)木嚯x，火勢(shì)又如何擴(kuò)散蔓延到機(jī)艙的其他部位？是發(fā)電機(jī)潤(rùn)滑油管及潤(rùn)滑油泵受熱起火擴(kuò)散？而潤(rùn)滑油泵在定子接線箱的左側(cè)，且距定子接線箱3個(gè)打火孔的距離在1m以上。

第三，是否因發(fā)電機(jī)軸承內(nèi)部的油脂受熱蒸發(fā)導(dǎo)致火勢(shì)迅速蔓延？還需進(jìn)一步求證。如果成立，油脂蒸發(fā)的熱量來(lái)自定子接線箱打火、變頻器沒(méi)有及時(shí)脫網(wǎng)定子線圈加熱所致，還是在軸承處導(dǎo)電、電擊加熱，或其他原因造成？仍需進(jìn)一步分析。

第四，是何種原因造成發(fā)電機(jī)定子接線箱內(nèi)的拉弧、打火？打火的具體過(guò)程是怎樣的呢？

機(jī)組在經(jīng)過(guò)風(fēng)電場(chǎng)的擅自改造后，眾多性能已經(jīng)改變，僅變頻器就涉及多個(gè)廠家，該機(jī)組及變頻器已不單屬于哪一個(gè)廠家的產(chǎn)品，因不了解其性能，又缺乏此類(lèi)機(jī)組的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，加之，在短時(shí)間所能收集的信息有限。因此，不能準(zhǔn)確鎖定此次事故定子接線箱打火的原因及火勢(shì)得以擴(kuò)散、蔓延的整個(gè)過(guò)程。

為避免事故的再次發(fā)生，該風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組首先應(yīng)該盡快規(guī)范變頻器“定子接觸器改造”，重點(diǎn)檢查變頻器改造存在的安全隱患。

該風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的原配置狀況及特點(diǎn)

該風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組在國(guó)內(nèi)投運(yùn)較早，技術(shù)也很成熟。在技術(shù)引進(jìn)時(shí)，根據(jù)與REpower廠家簽訂的“Licence協(xié)議”，機(jī)組如有任何改動(dòng)，必須通知REpower廠家確認(rèn)，這既是對(duì)用戶負(fù)責(zé)，同時(shí)又是質(zhì)量管控不可或缺的環(huán)節(jié)。

該風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的基本配置為：LUST直流變槳輪轂系統(tǒng)，丹麥Mita公司W(wǎng)P3100主控，德國(guó)ALSTOM公司生產(chǎn)的1.5MW雙饋?zhàn)冾l器，通訊控制器為IC500，后臺(tái)軟件為Gateway，以上機(jī)組部件均為國(guó)外原裝進(jìn)口。這些配置和技術(shù)參數(shù)均由REpower廠家確定。主控、變頻器均能與通訊控制器的軟硬件配套，主控和變頻器數(shù)據(jù)可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)地傳到設(shè)備廠家的公司總部，主控的遠(yuǎn)程故障診斷工具也較為完善，因此，能便捷地實(shí)現(xiàn)“集中監(jiān)控，區(qū)域維修”。

該機(jī)型雖然技術(shù)成熟、保護(hù)電路完善。也正因如此，在維修變頻器及機(jī)組時(shí)，技術(shù)難度較大。如果運(yùn)維人員技術(shù)水平不夠高，往往會(huì)因機(jī)組故障判斷困難造成備件消耗量大，停機(jī)次數(shù)多等問(wèn)題；而經(jīng)驗(yàn)豐富的維修人員嚴(yán)重缺乏；充分了解、運(yùn)用和體會(huì)到該機(jī)型優(yōu)點(diǎn)的從業(yè)人員更少。因此，該機(jī)型并不普遍被業(yè)主看好，這可能是業(yè)主實(shí)施機(jī)組改造的原因之一。

機(jī)組改造的原因及隱患

一、機(jī)組改造的原因及問(wèn)題

國(guó)家電監(jiān)會(huì)于2012年3月1日印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)風(fēng)電安全工作的意見(jiàn)》要求：“并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具備低電壓穿越能力，并具備一定的過(guò)電壓能力?！?/p>

為了適應(yīng)電網(wǎng)的要求，該風(fēng)電場(chǎng)也實(shí)施了低電壓穿越、數(shù)據(jù)上傳和功率管理改造。于是，把Mita公司W(wǎng)P3100主控及面板（人機(jī)界面）全部更換、ALSTOM變頻器的控制板件全部更換，并增加低電壓穿越部分。同時(shí)，因主控更換、數(shù)據(jù)上傳和功率管理要求，通訊控制器IC500與后臺(tái)Gateway軟件也全部更換。

經(jīng)過(guò)對(duì)變頻器、主控和環(huán)網(wǎng)改造之后，盡管達(dá)到了部分目的，但改變了原機(jī)組的整體性能，更給現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組維修、遠(yuǎn)程故障診斷和安全檢查等帶來(lái)了不便，機(jī)組運(yùn)行安全和運(yùn)行質(zhì)量難以保證。

二、機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)改造其質(zhì)量難以得到有效控制，可能帶來(lái)安全隱患

機(jī)組改造的實(shí)施過(guò)程欠科學(xué)與嚴(yán)謹(jǐn)，應(yīng)是此次事故產(chǎn)生的重要原因。機(jī)組在進(jìn)行低電壓穿越把原ALSTOM變頻器的控制板件全部更換，完全改變了原機(jī)的控制邏輯和安全保護(hù)，致使質(zhì)量?jī)?yōu)異、保護(hù)措施完善的變頻器性能和安全性大大降低。

此外，這些機(jī)組的大規(guī)模改造都是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，工作條件差，改造人員的技術(shù)水平和工作的嚴(yán)謹(jǐn)程度不能得到有效的保證，也沒(méi)有嚴(yán)格的質(zhì)量管控體系，改造的每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能帶來(lái)問(wèn)題和安全隱患。

例如：某風(fēng)電場(chǎng)在實(shí)施“輪轂電池更換”整改方案時(shí)，廠家派了專(zhuān)職人員到風(fēng)電場(chǎng)更換輪轂電池，而這些人員因?yàn)闆](méi)有機(jī)組維修經(jīng)驗(yàn)，不會(huì)對(duì)機(jī)組進(jìn)行檢查。當(dāng)更換了9臺(tái)輪轂電池后，設(shè)備廠家維修技術(shù)人員因處理機(jī)組故障來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)，順便對(duì)更換后的機(jī)組作了檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：有2臺(tái)分別有一支葉片不能電池順槳，還有一臺(tái)有2支葉片不能電池順槳。從該事例可以看出，如沒(méi)有專(zhuān)業(yè)人員的檢查，從表面上看現(xiàn)場(chǎng)整改的實(shí)際效果，是為了機(jī)組安全；而實(shí)際情況則是更換電池之后，機(jī)組安全性降低。

結(jié)語(yǔ)

在實(shí)施風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)革新與風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組改造時(shí)，需綜合考慮各種影響因素。避免出現(xiàn)安全隱患和發(fā)生重大事故。

該風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組燒毀事故與機(jī)組改造有著密切的聯(lián)系。在增加低電壓穿越功能，實(shí)施數(shù)據(jù)上傳和風(fēng)電場(chǎng)功率管理時(shí)，把技術(shù)成熟、質(zhì)量?jī)?yōu)異的ALSTOM變頻器主板、WP3100主控及與之配套的IC500通訊控制器和后臺(tái)Gateway軟件全部更換，這不僅是對(duì)社會(huì)資源的極大浪費(fèi)，而且，機(jī)組改造使質(zhì)量?jī)?yōu)異的風(fēng)電產(chǎn)品淪為帶有安全隱患的劣質(zhì)產(chǎn)品，這值得深思。

在實(shí)施低電壓穿越等機(jī)組改造時(shí)，如能選擇技術(shù)、質(zhì)量可靠，風(fēng)電場(chǎng)業(yè)績(jī)優(yōu)異的廠商，或由原部件生產(chǎn)廠家進(jìn)行改造，可能會(huì)取得更好的效果?；蛘?，國(guó)家相關(guān)部門(mén)在制定政策時(shí)，能根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，采取較為靈活的政策、措施，例如：對(duì)于安裝較早的風(fēng)電機(jī)組適當(dāng)降低功率管理的傳輸速率要求等。這樣不僅可以避免社會(huì)資源的巨大浪費(fèi)，節(jié)約成本，還可以避免風(fēng)電機(jī)組的整體性能因改造而出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。

（作者單位：王明軍：東方電氣風(fēng)電有限公司；江旭：遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司）