风电机组飞车案例分析及防治措施

【摘要】国内外都发生过风电机组倒塌、烧坏的重大事故。事故发生后，若能对这些事故进行认真分析、总结，找出事发时的真实原因，并采取有效的预防措施，就能避免类似事故的再次发生。就机组飞车事故而言，其预防措施应建立在准确分析、抓住重点、讲求科学的基础上，并综合考虑各种因素使度电成本最低。本文就某风电场的飞车事故进行深度阐述和分析，并给出整改思路。【关键词】飞车安全链EFC信号原因措施引言在中国风电的快速发展时期，不少风电场出现了机组飞车、倒塌事故。事故原因多种多样。在事故分析时，只有遵从风电机组运行的基本原理、设计理念，方能找出事故产生的真实原因，以避免类似事故的再次发生。下面事故案例是因三支桨叶不能同时顺桨而引发的机组飞车事故。该事故机组采用的是倍福主控系统，SSB直流变桨系统，ABB变频系统。1.故障现象某风电场监控人员发现事故机组首先报出变桨通讯故障，随后又报出发电机超速故障，通知检修人员去处理时，检修人员在中控室发现该机组报出故障后仍有转速，但机组已经脱网，功率为零，初步判断为飞车事故，随后检修人员到达故障机组现场，在机组下听到叶轮转动声音明显异于平常，而且叶轮转速明显大于正常运行转速。检修人员确认机组发生飞车后立即拍下塔基急停按钮，机组未顺桨停机，于是又立即拉开塔基柜690V进线刀熔开关2F1，桨叶顺桨停机，结束飞车。现场人员确定三个桨叶全部顺桨后登机检查，发现发电机集电环室外壳变形，集电环室盖板崩落，集电环室内部碳刷支架、转子接线电缆等器件损毁，如图1所示。图1：发电机集电环室在之后深度检查过程中还发现发电机地角弹性支撑、前、后轴承及油挡过热磨损而受损，轴承油色呈现发黑现象，而且在恢复的过程中还发现2台INU变频器故障。通过对故障机组当天的状态码数据的采集分析，发现该机组事故发生前处于并网状态，18时51分43秒机组报出变桨通讯故障，机组未顺桨。18时51分49秒机组超速继电器触发，安全链断开，转速仍在持续上升，最高转速达到2999rpm。如图2所示。图2：事故发生时刻机组状态码数据检修人员抵达机位后于19时00分29秒拍下塔基急停按钮，机组仍未顺桨，发电机转速继续保持在2990rpm左右，状态码数据显示三个桨叶角度均为－10度，变桨通讯依然处于断开状态。状态码数据如图3所示。图3：拍下急停后机组状态码数据检修人员于19时01分06秒分拉开塔基柜690V进线刀熔开关2F1，机组顺桨停机。此时因塔基柜UPS损坏无法切换到电池供电模式，导致主控PLC的24VDC供电电源被切断，状态码数据文件停止记录，状态码数据如图4所示。图4：机组PLC断电时状态码数据2.故障的分析根据故障时风机的运行情况，结合运行数据的波形，综合分析，当时三支桨叶均处于开桨状态，没有执行紧急顺桨。而造成这种现象的主要原因有两个：一是紧急顺桨的控制回路出现问题，即主控给变桨的EFC紧急顺桨信号没有断开（概率较大）；二是紧急顺桨的执行回路出现问题，即主控给变桨的EFC紧急顺桨信号已经断开，但是三支桨叶的紧急顺桨回路同时出现了问题（概率较小）。在检查过程中发现机舱柜内389K4继电器在失电状态下一个常开接点有粘连现象（查看接点弹片与正常状态有偏差，触点上有熏黑现象，该节点存在一定触碰），如图5所示。根据现场控制柜原理图可知，389K4：14脚为EFC紧急顺桨信号线。如图6所示。图5：389K4继电器图片

图6：205U3及389K4接线因389K4继电器接点碰触粘连，导致其11脚和14脚短路，EFC信号线一直存在24VDC电压，导致故障时主控无法切断EFC紧急顺桨信号，机组无法紧急顺桨。检查发现机组报出变桨通讯故障原因，为滑环侧至轮毂中控箱侧通讯信号线有断裂情况，修复变桨通讯故障后，模拟测试该机组飞车时的状态，发现断开变桨通讯、切断轮毂400V、拍下塔基急停按钮，机组均无法顺桨，切断塔基柜2F1刀熔开关后机组顺桨。检查发现由于机舱柜UPS电池供电回路被短接，UPS功能失效，如图7所示。切断690V电源后机舱内所有的24V供电电源被间接切断，EFC信号断开，桨叶顺桨；以上的操作也能排除第二种原因引起三支桨叶不能同时顺桨的可能性。更换389K4继电器后，机组各项顺桨测试均正常。图7：UPS功能失效3.深度思考根据直流SSB变桨系统的特点：当需要进入轮毂进行手动桨叶角度校零工作时，必须先将机舱到变桨的通讯断掉，并且强制给变桨一个EFC信号。尤其是运行10多年的老风场，经常操作的这些线缆的线号多数都被磨损的看不清楚，甚至有些线缆的线号管早已丢失；变桨编码器回路出现故障的概率非常之高，桨叶重新校零工作也会随之增高；另外，由于目前风电行业技术人才缺失，风电场运行人员的技术水平整体偏低，因此很大程度地增加了误接线的可能。根据变桨滑环的工作原理，如果运行时间长了之后，必然会出现滑环的损坏、金针压接松动等现象，尤其是一些国内品牌的滑环质量非常差，出现故障的概率更是非常的高，所以滑环的维护更换工作在现场故障处理过程中也是非常的频繁，更换滑环后的接线校验也是必不可少的工作，而这些校线接线操作也大大地增加了误接线的可能。下面是对EFC紧急顺桨信号回路的接线隐患进行分析。3.1机舱柜给变桨系统的+24VDC和EFC信号都接在同一个过压保护器上（接线情况及其实物如图８所示），存在的隐患分析：图８：机舱柜中给变桨系统的24V和EFC接线和205U3实物图3.1.1过电压保护器205U3发生烧坏并造成内部粘连隐患分析当机舱24V过压保护器205U3内部发生烧坏粘连，造成+24VDC输入端和EFC信号输出端粘连，将会使EFC信号一直带有+24VDC，造成安全链故障时，桨叶无法紧急顺桨。3.1.2过电压保护器205U3接线错误或接线位置互换造成的隐患分析（1）当把205U3的3接线口的EFC信号线和4接线口的+24V信号线互换位置后，将会使EFC信号一直带有+24V，造成安全链故障时，桨叶无法紧急顺桨。（2）当把205U3的1接线口的EFC信号线和2接线口的+24V信号线互换位置后，也会使EFC信号一直带有+24V，造成安全链故障时，桨叶无法紧急顺桨。注意：在以上两种错误接线的情况下，风电机组并不会报出故障，原因是EFC和+24V在满足风机启动并网运行的条件下都会带有+24VDC，但是，当发生安全链故障后，需要紧急顺桨时，由于+24VDC一直给EFC信号供电，所以导致不能紧急顺桨停机。3.2变桨系统的+24VDC和EFC信号都接在同一个过压保护器上（接线情况及其实物如图９所示），存在的隐患分析：图9：变桨24V和EFC接线和X4过电压保护器实物图3.2.1过电压保护器X4:1发生烧坏并造成内部粘连隐患分析当变桨过压保护器X4:1内部发生烧坏粘连，造成+24VDC输入端和EFC信号输出端粘连，将会使EFC信号一直带有+24VDC，造成安全链故障时，桨叶无法紧急顺桨。3.2.2过电压保护器X4:1接线错误或接线位置互换造成的隐患分析（1）当把X4:1的1接线口的EFC信号线和2接线口的+24VDC信号线互换位置后，也会使EFC信号一直带有+24VDC，造成安全链故障时，桨叶无法紧急顺桨。（2）当把X4:1的3接线口的EFC信号线和4接线口的+24VDC信号线互换位置后，将会使EFC信号一直带有+24VDC，造成安全链故障时，桨叶无法紧急顺桨。注意：在以上两种错误接线的情况下，风电机组并不会报出故障，原因是EFC和+24V在满足风机启动并网运行的条件下都会带有+24VDC，但是，当发生安全链故障后，需要紧急顺桨时，由于+24VDC一直给EFC信号供电，所以导致不能紧急顺桨停机。4.防治措施针对以上检查及分析出的隐患做出如下整改措施：4.1关于机舱389K4继电器11和14触点粘连，导致EFC紧急顺桨信号线一直带有24VDC的整改方案整改原理：在EFC紧急顺桨信号回路上再串联一个可控制节点，这样EFC信号就可以通过两个可以控制的节点进行控制，相比只有一个可控制节点而言，安全系数会增大很多。具体整改方案如图10.1、10.2和图11.1、11.2。方案一：图10.1：整改前控制回路和接线图图10.2：整改后控制回路和接线图方案二：图11.1：整改前控制回路和接线图图11.2：整改后控制回路和接线图4.2机舱柜给变桨系统的+24VDC和EFC信号都接在同一个过压保护器上，存在隐患的整改方案整改原理：隔离隐患点。将205U3的接线口1和3上的接线（+24VDC）与205U2的接线口2和4上的接线（所有桨叶都处于91度位置反馈信号）对应互换位置，其它接线位置不变。具体整改方案如图12.1、图12.2。

图12.1：整改前机舱24V接线图

图12.2：整改后机舱24V接线图4.3变桨系统的+24VDC和EFC信号都接在同一个过压保护器上，存在隐患的整改方案整改原理：隔离隐患点。将X4:1的接线口2和4上的接线（+24V）与X4:3的接线口1和3上的接线（所有桨叶都处于91度位置反馈信号）对应互换位置，其它接线位置不变。具体整改方案如图13.1、图13.2。图13.1：整改前变桨24V接线图图13.2：整改后变桨24V接线图以上的这些整改方案可以大大地增加风电机组的运行安全系数，把隐患有效进行隔离，最重要的是整改周期会很短，整改成本也很低，整改质量好控制，执行起来比较容易，非常适合风电现场管理理念。5.结语为了减少