辽宁新能源公司“5.27”天桥山风电场40号风机叶片折断及塔筒受损事故通报

辽宁新能源公司“5.27”天桥山风电场40号风机叶片折断及塔筒受损事故通报2017年5月27日23时41分，辽宁新能源公司昌图天桥山风电场40号风机报AC驱动侧加速度传感器超过限定值、振动传感器故障、变频器通讯复位错误、变频器检测到故障、急停按钮等故障，风机停机，通讯中断。经检查确定为风机一支叶片根部发散性断裂、首节塔筒扭曲。一、事件经过2017年5月27日23时41分，昌图天桥山风电场平均风速10m/s左右，20台风机（SL1500/89）正常运行，总出力21MW。40号风机41分44秒报AC驱动侧加速度传感器超过限定值、振动传感器故障、变频器通讯复位错误、定子断路器分断超时,41分45秒报变频器检测到故障,41分48秒报电网故障、急停按钮、230VUPS供电开关状态，风机停机。由于风机停机过程中振动剧烈，机舱吊车吊臂撞掉UPS电源箱，造成外部电源失去，变桨电池供电5分钟之后电量耗尽，23时46分通讯中断。集控中心翟XX立即通知现场检修人员苏XX，现场检修人员苏XX在控制室查看风机服务器，回复集控中心翟XX无法远程处理。由于时间较晚，检修人员李新昕于5月28日早到现场检查，发现该机组叶片处于顺桨状态,其中一支叶片在根部发生断裂，首节塔筒有明显扭曲现象，存在倒塔的安全风险。辽宁新能源公司第一时间向辽宁分公司、XX公司安生部做了简单汇报并赶赴现场，组织抢修工作。首先在风机安全距离范围内拉警戒线，24小时专人看护，集控中心每小时报告一次附近风机的风速,现场每小时对塔筒状况进行查看对比。立即联系吊装单位，进行吊装场地平整，要求600t吊车尽快进场稳住机舱，防止倒塔。5月31日，600t吊车及260t吊车组装完成，稳住机舱，恢复风机通讯，调取事故发生时的机组数据。松掉刹车使叶轮处于自然状态，偏航机舱到吊装所需的位置。6月6日，轮毂、机舱、塔筒分别拆解完成，吊至地面，倒塔的安全风险消除。之后联系主机、塔筒、叶片厂家和检测单位进场，根据机组数据还原故障状态，查找叶片断裂原因，进行塔筒焊缝超声和磁粉检测，安排后续机组恢复工作。截止到目前，受损塔筒已运至辽宁大金重工进行修复，新加工的法兰制作完成已发运至大金厂家，钢板已订货，7月22日发到大金厂，8月10日完成塔筒修复，中复厂家提供一支新叶片,随修复后的塔筒同时进场。二、原因分析（一）机组配置及运行情况主机：华锐风机、SL1500，叶片：中复89，塔筒：江苏神山、70米，变频器:国通一代，变桨:伦茨，PLC:

ABB、程序版本11.2.3.2.10。天桥山40号机组于2012年10月调试完成并网发电，一周后叶片2因质量问题折断，华锐公司进行更换。2016年4月19日该机组叶片3因质量问题发生折断，由华锐公司进行更换。本次损坏的叶片也是叶片3，2017年5月19日检修人员对该机组叶片进行检查，未发现异常。查阅该机组运行数据，近2个月故障统计报表数据，机组只发生过变频器过流故障，未发生过超速、振动、变桨驱动故障。（二）故障数据分析检查机组PLC控制程序，各项参数、选型设置与实际相符。其中，叶片选型为ZF_89_70，变桨减速机为非卓伦，变桨减速比为164，振动加速度故障限值为2m/s²，叶片停机角度为86°。天桥山项目华锐机组SCADA系统只能记录每次故障时刻前后10s的运行数据，对非故障时刻数据只能实时监测或查看机组10分钟运行记录（即每10分钟为一个采样周期点,并记录数据在SCADA系统）。通过分析机组本次故障的故障点前后10s的追踪数据，发现故障前风速为8∽10m/s，发电机转速一直维持在1100rpm左右，功率为-12kW∽-8kW，说明机组由于未达到保护设定值没有解列，发电机处于电动机状态运行3分钟，如下图所示。故障时刻前后风速、功率与转速数据上图中发电机转速在故障后2s和5s时存在突变至0的情况，原因为变频器通信故障引起的数据传输丢失，此时PLC默认发电机转速为0。结合集控中心数据（采样周期为3秒），可知机组在23时38分之前发电功率在1000kW∽1500kW之间，发电机转速为1800rpm左右，之后在大约10秒内功率瞬间降至0kW，转速瞬间降低至1100rpm，机组持续运行3分钟至故障停机，如下图所示。发电机转速发电机功率发电机转速发电机功率发电机功率、发电机转速跳变图故障停机时间时刻转速降至1100rpm时间故障停机时间时刻转速降至1100rpm时间时刻机组功率快速下降时刻叶片角度数据机组的发电功率瞬间从满发降到0，理论上转速应瞬间有一个较大的升高过程，但该时刻机组发电机转速却直接降低，说明前端叶轮吸收的能量瞬间急剧减少，导致转速没有一个突升的过程。而叶轮吸收能量减少只有两种情况，一种为叶片顺桨，另外一种为叶片损坏。通过查看机组故障前变桨角度数据，可以看到在故障时刻前，三个变桨角度均在0度工作位置，说明叶片没有发生顺桨。因此，可以确定发生了叶片损坏。故障时刻后，三支叶片开始同步收桨，10s后收桨至65-70度之间，其中叶片1、2基本同步，叶片3收桨偏快，如图所示。故障时刻前后变桨角度数据华锐机组控制策略为，当发电机转速低于1050rpm且功率低于-15kW时，或发电机转速低于1000rpm时，则发电机与电网断开，否则机组继续维持并网运行，目的是防止频繁并网、脱网。通过查看集控中心的数据曲线图，功率和转速曲线在瞬间跳转后，机组发电机转速为1100rpm且功率最低值为-12kW，所以机组保持运行直至振动保护动作。通过40号机组故障数据可知，在机组的正常运行时刻，振动值一般为-0.2至0.2m/s2。此次故障前10秒振动加速度值虽然未达到保护限值，但发电机转速维持在1100rpm期间，振动已达到-0.4至+0.5m/s2，可见机组已非正常状态运行，叶片已经损坏。如图所示。机组最后一次故障前10秒振动数据机组之前的变频器故障前10秒振动数据通过分析机组故障时刻前后的振动数据，可以看到驱动方向振动加速度故障前已达到0.56m/s²，故障时直接跳变至5.46m/s²，在故障后4秒达到正向最大值15.14m/s²，故障后6秒达到负向最大值-18.48m/s²；非驱动方向振动加速度故障前0.39m/s²，故障时直接跳变至-1.33m/s²，故障初始阶段振动曲线较规则，直到故障后制动器启动，振动值突然加剧，在故障后6秒达到负向最大值-17.54m/s²，如图所示。机组故障时刻前后振动数据机组故障时刻前后刹车状态数据机组在叶片3开始断裂时，断裂情况不是很严重，之后随着叶轮继续旋转，叶片3损坏加剧导致叶轮失衡，发电机转速降低，不能满足机组正常运行，最后叶片发散性损坏，机舱振动加大，振动保护动作停机。由于振动过大，停机过程中导致急停回路的24V闪断，PLC“急停按钮”回路失电，风机报出“急停按钮”故障，造成制动器制动，对机组振动的加剧产生叠加影响，由此引发的强烈振动导致塔筒出现损伤。（三）原因分析1.叶片存在质量问题，中复89型叶片在天桥山项目上已断裂6支，折断位置均在距叶尖4-5米处。2013年后中复对新生产的89型叶片已进行叶尖加强改进，说明该型式叶片设计、制造上存在质量问题，本次事故中叶片损坏开裂，是造成事故的直接原因。2.华锐机组控制逻辑设置不合理，没有风速与功率一致性保护，在叶片损坏初期，机组继续运行了3分钟，叶片损坏发展为叶片根部发散性断裂，是造成此次事故的间接原因。3.叶片顺桨4秒后，驱动侧振动由0.56m/s²上升至15.14m/s²，由于振动过大导致急停复位回路的24V闪断，出现“急停按钮”故障，制动器制动。非驱动侧振动由3m/s²上升至-18m/s²，机组振动的加剧产生叠加影响，由此引发的强烈振动导致塔筒出现损伤、扭曲变形，也是导致事故进一步扩大的间接原因。4.辽宁新能源公司技术管理薄弱，过度依赖风机厂家，对风机保护逻辑和定值不清楚，风机自动控制技术监督不到位。风电场对叶片巡检工作落实不彻底，方法简单，人员责任心不强，未能提前发现叶片存在的设备隐患，也是此次事故的间接原因。三、暴露问题（一）公司安全生产管理与XX公司要求存在差距，尤其是在风机专业管理上还存在薄弱环节和管理漏洞，对频繁发生的大部件故障习以为常，天桥山风机曾经发生6次叶片损坏事件，没有认真分析每次损坏的原因，这次已是该机组第三次叶片断裂，对之前的折断没有深究原因、采取有效措施，质量问题没有引起足够重视，未健全设备故障档案，只对检查发现裂纹的叶片进行过处理，说明设备隐患排查治理不彻底。（二）落实XX公司《关于加强风机连接螺栓、叶片、油品管理》要求不坚决、不彻底，对此项工作重视程度不够，螺栓、油品台账建立不完善，对风机功率曲线一致性分析深度不够。特别是针对“加强风机叶片的管理”要求，没有立即安排叶片专项检查，只要求在日常工作中进行检查，未使用高倍望远镜和吊笼检查，对此项工作督导不到位，存在走形式问题。（三）风机部分的保护逻辑和定值管理缺失，没有纳入专业管理，没有对保护定值提出管理要求，没有掌握保护逻辑设置方式，没有制定风机保护校验及定期试验制度，技术管理不到位。（四）专业生产人员技能水平不高，过度依赖主机厂家，等靠要思想严重，主动学习能力不强，对风机运行特性、维护技术、控制逻辑、保护定值不清楚，仅忙于风机一般性缺陷处理，深层次的技术问题不能及时发现，设备治理水平不高。（五）叶片检查设备落后、手段单一，效果不佳。此次事件的风机在故障前刚刚对叶片进行了检查，巡检过程中进行了目测、听声，使用手机进行了拍照，说明维护人员专业技能不过关、巡检方法不得当、员工责任心不强等问题。（六）华锐SCADA数据采集、保存、历史数据查询存在缺陷，不能导出每一时刻的历史数据，同时未将振动数据对集控中心开放，PLC、中控室、集控中心时间不统一。华锐机组保护定值及控制逻辑不合理，不能使机组在异常工况下及时停机，没有起到保护的作用。（七）公司集控中心履行运行职能后，对机组运行信息的管理存在漏洞，没有规范对夜间风机重要参数的监视和记录,故障预警系统还不完善，值班人员故障判别分析能力有待加强。（八）风机技术培训不到位，随着公司快速发展，新人不断加入，没有对员工进行风机知识全面、系统的深层次技术培训，重视现场消缺技能，忽视控制系统、工作原理等方面综合素质，人员技术水平远不能满足现场需要。四、防范措施（一）修改风机保护定值，通过对1.5MW机组进行仿真，将机舱振动保护定值阈值由原来的2m/s²调整为1.5m/s²，可以保证机组正常运行。与华锐研发人员继续探讨，研究振动保护定值进一步下调的可行性，经公司审批后正式实施。（二）修改风机PLC程序，增加手动修改超速保护设定值功能，可以进行超速保护测试。增加振动保护校验和测试功能，通过修改VibOffSet值至试验值，检测运行中的风机是否触发振动保护停机。（三）对控制逻辑进行优化，增加风速与输出功率不一致保护，使风机在发生叶片断裂等异常情况时迅速停机，减少机组振动。控制逻辑修改为平均风速超过8米/秒（1分钟），非限功率状态、功率小于100kW、转速小于1400rpm，即报出停机故障。（四）升级SCADA程序至最新版本，实现实时数据的存储，增加图表显示、实时数据和历史数据分析功能。对集控中心开放振动等数据实时监测功能。（五）对天桥山频报转子过流故障的42号、46号风机在华锐机组未调整逻辑和定值前加强监视，提前组织这两台机组的变频器改造工作。利用停机时段，对叶片进行检查和维护，消除隐患，运行过程中重点监视机组的各项参数，巡检周期由原来的一个月调整为一周，及时发现设备异常。（六）对公司所属各机型风机的保护定值、控制逻辑进行全面的排查，索要保护定值和控制逻辑关系相关资料。对比历年来风机故障的动作情况，分析每台风机振动保护历史报警，对振动保护频繁动作及从未动作的风机进行重点排查，查明振动保护异常原因，立即与主机厂家沟通、整改。集控中心在运行中发现功率曲线不正常的机组，通知检修班查找原因并进行处理。（七）对天桥山的剩余19台叶片委托第三方进行吊笼检查，对发现存在隐患的5台风机7只叶片进行修复。其它风电场同步开展叶片隐患排查，使用新购买博冠望远镜（15×70）对叶片进行检查，留存检查记录，建立叶片检查对比台账，及早发现叶片隐患。（八）联系中复叶片厂家，分析天桥山89叶片叶尖附近多次损坏的原因，根据原因进行叶尖加强方案的技改可研，计划2018年立项进行技改。在技改之前，增加天桥山叶片的巡检频次（每月2次）。（九）加强设备缺陷统计分析工作，执行公司内部结案制，在发生二类障碍时3天内提供分析报告，发生一类障碍时7天内提供分析报告。按照“四不放过”原则对故障原因不清楚的、未采取有效措施的不予结案，并进行责任追究。（十）加强运行管理，每日风电场运行人员按时向集控中心汇报现场生产信息，并在极端天气下执行风电场与集控中心双重值班。制定集控中心22:00-07:00时段重要参数监视、记录、联系管理办法，及时发现异常和隐患。（十一）加强监控系统时钟对时管理，风机监控系统与各升压站时钟进行对时，集控中心新增一套对时装置，采用北斗对时系统，确保各升压站与集控中心时间一致，为故障分析提供保障。（十二）完善集控中心预警功能，增加振动预警界面，通过声、光信息提前告知集控运行人员，及时通知现场维护人员进行检查，避免设备故障扩大。五、责任处理依照《XX发电股份有限公司安全生产工作奖惩规定》（2016版）规定，按内部统计事故对辽宁分公司和辽宁新能源公司相关责任人处理如下：（一）辽宁分公司：1、分公司生产副总经理陈XX，作为分公司分管安全生产的主要责任人，安全生产管理不到位，对风机大部件频繁故障问题认识不足，对本次事故负领导责任，给予500元经济处罚。2、分公司安全生产部主任姜XX，对上级公司要求安排布置不坚决、检查落实不彻底，对管理制度执行不到位，对本次事故负管理责任，给予1000元经济处罚。3、分公司安全生产部主任助理赵XX，落实公司风机技术管理不到位，对之前发生的叶片损坏事件分析不彻底，对叶片质量问题没有引起足够重视，对本次事故负技术管理责任，给予1000元经济处罚。（二）辽宁新能源公司：1、辽宁新能源公司总经理翟XX，作为公司安全生产第一责任人，对XX管理要求落实整改不力，对公司的安全生产管理不到位，技术培训不到位，对本次事故负领导责任，给予5000元经济处罚。2、辽宁新能源公司党委书记郭XX，作为党委主要负责人，根据安全生产“一岗双责，党政同责”要求，研究安全生产重大问题不到位，对职工安全生产思想教育不到位，对本次事故负领导责任，给予5000元经济处罚。3、辽宁新能源公司生产副总经理姜XX，作为公司分管安全生产的主要责任人，安全生产管理不到位，对风机故障管理认识不足，没有采取有效措施，问题整改流于形式，对本次事故负主要领导和技术管理责任，给予5000元经济处罚。4、公司生产部风机专工梁XX，作为公司生产部风机专业工程师，对公司范围内风电机组专业技术管理不到位，主要保护及逻辑不清楚，对天桥山风电场落实专项检查监督不到位，叶片多次故障分析不到位，没有落实制定有效防范措施，对本次事故负主要技术管理责任，依据《奖惩规定》第十八条有关规定，给予通报批评，并处5000元的经济处罚。5、公司生产部主任李XX，对XX公司《关于加强风机连接螺栓、叶片、油品管理》等要求，安排布置不坚决、检查落实不彻底，没有制定有效防范措施，对公司设备管理制度执行不到位，对本次事故负主要管理责任，依据《奖惩规定》第十八条有关规定，给予通报批评，并处5000元的经济处罚。6、天桥山风电场场长助理李XX，落实叶片检查工作不力，设备台账建立不完善，对风机功率曲线一致性分析深度不够，技术方面掌握不够全面，执行公司设备管理制度不到位，未能有效防止设备损坏，作为该升压站安全生产第一责任人，负有现场管理责任，依据《奖惩规定》第十八条规定，给予通报批评，并处5000元的经济处罚。7、公司生产部副主任梁XX，落实公司风机检修技术管理不到位，对之前发生的叶片损坏事件分析不彻底，对叶片质量问题没有引起足够重视，没