典型風電機組燒毀事故解析（二）

風電機組是批量生產，且大都安裝在人跡罕至的偏遠地區和條件艱苦的海上。現場的人員及技術條件有限，后期完善或整改較為困難。因此，在通常情況下，只有設計完善成熟的機型才能大規模地投放市場。從產品開發到風電機組新機型的大規模上市，需經歷一個較為漫長的過程。也只有這樣，才能有效地降低機組壽命期內的度電成本。

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如部件或機組開發沒有經過現場充分的實驗和現場驗證，則可能將有設計缺陷，甚至存在安全隱患的不成熟部件或機型投放市場，這無疑會增加后期的運行和維護費用。因競爭激烈機組大幅度降價，關鍵元器件質量大大降低，則可能使機組在出廠時就埋下致命缺陷和安全隱患。這不僅會造成機組故障幾率大增，運行維護費用增加，還可能直接導致機組飛車、倒塌和燒毀事故的發生。

事故及現象

下午13時左右，內蒙某風場碧空萬里，事故機組報故障停機，并觸發電池順槳，三支葉片順槳到安全位置。不久，有人在現場發現機組冒煙，其后出現濃煙，大約在1小時之后，輪轂有明火出現，濃煙滾滾。事發時狀況，如圖1所示。

機組燃燒過程中處于對風位置，風向一直未變，風速在10米/秒以上。事故機組調試并網距離發生燒毀的時間僅有16天。

事故分析

1 從現象入手進行分析

輪轂罩殼和葉片的燒毀狀況，如圖1所示。事故機組在組燃燒過程中一直處于對風位置。據常理推斷，火勢應從起火位置隨著風向向后燃燒。這就是說，火的燃燒方向是從輪轂起火燃向機艙，而不應是從機艙起火反向串到輪轂。并且，在輪轂罩殼前方有大量的明火出現，輪轂罩殼的前部擋板已被燒毀脫落，如圖2所示。更進一步說明：事故機組的起火點在輪轂的可能性最大。

風電機組上的材料大都為非易燃品，尤其是輪轂罩殼等如果不是被外界長時間的烘烤是很難燃燒的，更不可能出現明火。因此，從事故圖片和錄像資料判斷，事故機組不僅起火位置應當在輪轂，而且，在輪轂內部一定還有長時間的持續火源。否則，不可能把輪轂罩殼前端的擋板燒掉，還把輪轂罩殼等非易燃品點燃，并燃起熊熊大火，如圖2所示。

事故機組的輪轂吊下來后發現，有一個輪轂軸控柜處于打開狀態，內部僅剩銅芯和變槳驅動器，如圖3所示。其他兩個變槳軸控柜則處于蓋住狀態，如圖4所示。

在通常情況下，變槳軸控柜應當由蓋板蓋住，而不應處于打開狀態。變槳軸控柜打開與機組著火有何聯系？

圖3僅剩銅線和變槳驅動器的變槳軸控柜

圖4 過火后的輪轂內部狀況

2 海因里希事故法則分析

由海因里希事故法則可知：一起重大事故的背后必然有眾多的安全隱患及小事故的發生。這就是說，就本次事故而言，如果起火部位是輪轂內部的變槳系統，而且有長時間的持續火源，那么，在同種類型質量的變槳系統中，必然可以找到此事故的安全隱患，甚至還能找到一些小事故的發生。因此，我們不僅可以從事故風場去找尋找事故原因，還可以從采用同樣質量變槳系統的其他風場去尋找事故發生的蛛絲馬跡。

在機組燒毀事故發生之前，機組現場調試時，不僅該風場不斷出現變槳系統接觸器故障及燒毀問題。而且，其他風場也不斷有接觸器損壞和變槳軸控柜燒毀。

第一，某個風場在機組調試時出現了變槳軸控柜燒毀事故。

大約在此次事故發生的一年之前，采用同批次變槳系統的某風場，機組調試時，閉合變槳軸控柜上的電池供電開關后，變槳電機電池供電接觸器吸合，立即出現劇烈放電打火，并迅速燒著了接觸器和接觸器附近的接線。于是，迅速到機艙去取來便攜式干粉滅火器滅火。由于關閉變槳軸控柜上的電池供電開關不夠及時，軸控柜內多個元器件及供電線路已被嚴重燒毀。用滅火器滅火后的變槳軸控柜狀況，如圖5所示。變槳電機電池供電接觸器的接線端子燒毀狀況，如圖6所示。

該風場機組調試時，不僅出現了軸控柜嚴重燒毀問題，還因三個接觸器同時被卡造成三支槳葉同時不能順槳。

圖5 變槳軸控柜燒毀后的狀況

圖6 變槳電機電池供電接觸器和接線端子燒毀狀況

第二，另一風場機組調試出現的電機供電接觸器燒毀。

在機組調試時，合上變槳軸控柜上的電池供電開關后，第二面葉片不能電池順槳，打開軸控柜發現，變槳電機電池供電接觸器已被燒壞。其后，又在其他未調試機組的變槳系統上拆了一個同樣規格型號的接觸器繼續調試，當重新合上軸控柜的電池供電開關時，立即在變槳電機電池供電接觸器底座處冒出火焰。此時，迅速關閉軸控柜電池供電的電源開關，并將明火撲滅。因關閉電池供電開關及時，事故沒有進一步擴大。燒毀的電池供電接觸器，如圖7所示。電池供電線路的燒毀狀況，如圖8所示。

機組調試時，在一個軸控柜上就燒毀了兩個電池供電接觸器。從一個側面說明了該接觸器的故障幾率相當高。

圖7 變槳電機電池供電接觸器燒毀后的狀況

圖8 電池供電線路的燒毀狀況

從以上兩個風場的變槳系統調試可知，此次事故可能與變槳電機供電接觸器質量有必然的聯系。

海因里希事故法則有這樣的關系式：1:29:300:1000。每一起嚴重的事故背后，必然有29起較輕微事故和300起未遂先兆，以及1000起事故隱患相隨。就該事故而言，一起機組燒毀背后，必然有29起變槳軸控柜燒毀事故；有300起變槳電機供電接觸器燒毀事故；有上千，甚至幾千個接觸器安全隱患。

3 電池供電接觸器控制原理分析

事故機組是直流變槳系統，僅從原理上看，直流變槳系統安全性比交流變槳系統更高一些。事故機組采用的后備電源為電池，與超級電容后備電源相比，電池容量大，供電能力強，且不易自放電。

在后備電源順槳時，交流變槳系統必須經過變槳驅動器把直流逆變為交流，然后才能給交流變槳電機供電。因此，多了一個逆變環節，也就多了個故障點；而直流變槳系統，在電池順槳時，經過的路徑通常是：電池—接觸器--直流變槳電機。減少了逆變環節，降低了故障幾率，更能保證電池順槳的安全性。然而，以上原理是假設變槳元器件不存在質量問題的前提下。如果存在器件選型或質量問題，這可能將優勢變為劣勢，這種直流變槳系統將更不安全。

由于國內風電機組的惡性低價競爭，機組價格不斷降低。變槳系統的采購價迅速大幅度降低。這直接影響到關鍵元器件選型和采購質量。

電池順槳時，直流變槳系統通過接觸器吸合直接將電池與變槳電機接通，在變槳電機剛啟動時，該接觸器通過的電流很大，并且，只有當葉片撞到限位開關時，此變槳電機的電池供電接觸器才會斷開。另外，在電池順槳時，此接觸器的控制供電，也是取自電池。如該接觸器容量過小或質量不佳，在執行電池順槳時，接觸器吸合，在接觸器接觸點上的接觸電阻很大，電池供電的壓降會大都集中到接觸器的接觸點上，造成急劇放電打火。急劇放電后，又引起電池電壓迅速降低，即該接觸器的控制電源電壓降低。因電池電壓過低，又必然使該接觸器斷開；斷開后，線路不再有能量消耗，電池電壓立即升高，接觸器再次吸合打火，這樣，循環往復就可形成持續火源。

變槳接觸器問題及持續燃燒火源的保證：

在緊急順槳時，如變槳電機電池供電接觸器持續打火，輕則可使該接觸器、輪轂軸控柜內部的器件燒毀。因電池供電有容量大，能力強，自放電弱的特點。因此，變槳電機電池供電接觸器打火可持續相當長的時間。

因接觸器在密閉的軸控柜中打火，打火時柜內氣體溫度升高迅速膨脹，如軸控柜蓋板質量不好，或蓋得不夠嚴實，則可能因柜內氣體膨脹頂開變槳軸控柜蓋板。在無人滅火的情況下，必然導致變槳電池供電接觸器，以及軸控柜內的器件和線路的迅速燃燒。持續不斷地放電打火，還會點燃輪轂里的潤滑油泵、油脂和供油管路等，這樣就促成了機組燒毀事故的發生。另外，在電池順槳時，變槳電機或變槳電機剎車的供電接觸器出現卡塞或燒毀，還可能導致不能順槳，引發機組飛車事故。

在通常情況下，我們特別強調后備電源一定要保持足夠的電量，以保證為電池順槳供電充足的電能。然而，就本事故而言，正是因為后備電源有充足的供電能力，從而保證了變槳電機供電接觸器持續、長期地放電打火。主軸剎車器處于釋放狀態，葉輪會隨風緩慢地自由旋轉，使得三支葉片的根部都有不同程度的過火，輪轂罩殼也大面積燒毀。

事故的預防與啟示

事故機組使用的是國外成熟的變槳技術，該技術用于原裝進口變槳系統早已在國產風電機組上大規模使用。如果運用此技術的國產變槳系統，關鍵元器件完全按照國外原裝進口的器件型號和質量要求，或許此次事故可以避免。

由前面分析可知，在機組投入正常運行的過程中，只要滿足變槳軸控柜的變槳電機電池供電接觸器持續打火，以及變槳軸控柜的蓋板處于打開狀態，機組燒毀事故就會再次發生。

為避免類似事故的再次發生：

首先，機組維修時，需確保變槳軸控柜蓋板的每一個蓋板鎖扣都關鎖到位；如果蓋板鎖扣出現問題，需及時維修或更換。

其次，應盡快提高關鍵元器件質量（變槳電機供電接觸器、變槳電機剎車器供電接觸器等），避免接觸吸合放電打火。

本次事故的幾點啟示：

第一、在新產品（新開發產品，或國產化等）大規模用于市場之前，需在現場經過充分實驗和驗證，待產品完善成熟以后再投放市場。

第二、在新機型、新部件初次用于現場時，應及時到現場收集信息，并認真分析現場發生故障和事故；科學預見不利于因素，及時采取措施避免惡性事故的發生。

第三、在機組燒毀等重大事故發生之后，不應回避問題，及時糾正錯誤。否則，將給整機廠家、業主及社會帶來無法估量的經濟損失。

結語

從本案例可以看出，安裝自動消防系統、防火封堵及防火涂料等被動防御措施，對此類事故很難奏效，或收效甚微。因此，在預防機組燒毀事故時，需深入實踐調查研究，從風電機組運行原理出發，及時發現和排出可能的安全隱患；事故發生后，認真分析事故原因，采取積極、有效的主動防御措施。