風(fēng)電機(jī)組是批量生產(chǎn)，且大都安裝在人跡罕至的偏遠(yuǎn)地區(qū)和條件艱苦的海上?，F(xiàn)場(chǎng)的人員及技術(shù)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(shè)計(jì)完善成熟的機(jī)型才能大規(guī)模地投放市場(chǎng)。從產(chǎn)品開發(fā)到風(fēng)電機(jī)組新機(jī)型的大規(guī)模上市，需經(jīng)歷一個(gè)較為漫長的過程。也只有這樣，才能有效地降低機(jī)組壽命期內(nèi)的度電成本。
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如部件或機(jī)組開發(fā)沒有經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)充分的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，則可能將有設(shè)計(jì)缺陷，甚至存在安全隱患的不成熟部件或機(jī)型投放市場(chǎng)，這無疑會(huì)增加后期的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。因競(jìng)爭(zhēng)激烈機(jī)組大幅度降價(jià)，關(guān)鍵元器件質(zhì)量大大降低，則可能使機(jī)組在出廠時(shí)就埋下致命缺陷和安全隱患。這不僅會(huì)造成機(jī)組故障幾率大增，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用增加，還可能直接導(dǎo)致機(jī)組飛車、倒塌和燒毀事故的發(fā)生。
事故及現(xiàn)象
下午13時(shí)左右，內(nèi)蒙某風(fēng)場(chǎng)碧空萬里，事故機(jī)組報(bào)故障停機(jī)，并觸發(fā)電池順槳，三支葉片順槳到安全位置。不久，有人在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組冒煙，其后出現(xiàn)濃煙，大約在1小時(shí)之后，輪轂有明火出現(xiàn)，濃煙滾滾。事發(fā)時(shí)狀況，如圖1所示。
機(jī)組燃燒過程中處于對(duì)風(fēng)位置，風(fēng)向一直未變，風(fēng)速在10米/秒以上。事故機(jī)組調(diào)試并網(wǎng)距離發(fā)生燒毀的時(shí)間僅有16天。
事故分析
1 從現(xiàn)象入手進(jìn)行分析
輪轂罩殼和葉片的燒毀狀況，如圖1所示。事故機(jī)組在組燃燒過程中一直處于對(duì)風(fēng)位置。據(jù)常理推斷，火勢(shì)應(yīng)從起火位置隨著風(fēng)向向后燃燒。這就是說，火的燃燒方向是從輪轂起火燃向機(jī)艙，而不應(yīng)是從機(jī)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(xiàn)，輪轂罩殼的前部擋板已被燒毀脫落，如圖2所示。更進(jìn)一步說明：事故機(jī)組的起火點(diǎn)在輪轂的可能性最大。
風(fēng)電機(jī)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(shí)間的烘烤是很難燃燒的，更不可能出現(xiàn)明火。因此，從事故圖片和錄像資料判斷，事故機(jī)組不僅起火位置應(yīng)當(dāng)在輪轂，而且，在輪轂內(nèi)部一定還有長時(shí)間的持續(xù)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(diǎn)燃，并燃起熊熊大火，如圖2所示。
事故機(jī)組的輪轂吊下來后發(fā)現(xiàn)，有一個(gè)輪轂軸控柜處于打開狀態(tài)，內(nèi)部?jī)H剩銅芯和變槳驅(qū)動(dòng)器，如圖3所示。其他兩個(gè)變槳軸控柜則處于蓋住狀態(tài)，如圖4所示。
在通常情況下，變槳軸控柜應(yīng)當(dāng)由蓋板蓋住，而不應(yīng)處于打開狀態(tài)。變槳軸控柜打開與機(jī)組著火有何聯(lián)系？
圖3僅剩銅線和變槳驅(qū)動(dòng)器的變槳軸控柜
圖4 過火后的輪轂內(nèi)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(fā)生。這就是說，就本次事故而言，如果起火部位是輪轂內(nèi)部的變槳系統(tǒng)，而且有長時(shí)間的持續(xù)火源，那么，在同種類型質(zhì)量的變槳系統(tǒng)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(fā)生。因此，我們不僅可以從事故風(fēng)場(chǎng)去找尋找事故原因，還可以從采用同樣質(zhì)量變槳系統(tǒng)的其他風(fēng)場(chǎng)去尋找事故發(fā)生的蛛絲馬跡。
在機(jī)組燒毀事故發(fā)生之前，機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，不僅該風(fēng)場(chǎng)不斷出現(xiàn)變槳系統(tǒng)接觸器故障及燒毀問題。而且，其他風(fēng)場(chǎng)也不斷有接觸器損壞和變槳軸控柜燒毀。
第一，某個(gè)風(fēng)場(chǎng)在機(jī)組調(diào)試時(shí)出現(xiàn)了變槳軸控柜燒毀事故。
大約在此次事故發(fā)生的一年之前，采用同批次變槳系統(tǒng)的某風(fēng)場(chǎng)，機(jī)組調(diào)試時(shí)，閉合變槳軸控柜上的電池供電開關(guān)后，變槳電機(jī)電池供電接觸器吸合，立即出現(xiàn)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(jī)艙去取來便攜式干粉滅火器滅火。由于關(guān)閉變槳軸控柜上的電池供電開關(guān)不夠及時(shí)，軸控柜內(nèi)多個(gè)元器件及供電線路已被嚴(yán)重?zé)龤АＳ脺缁鹌鳒缁鸷蟮淖儤S控柜狀況，如圖5所示。變槳電機(jī)電池供電接觸器的接線端子燒毀狀況，如圖6所示。
該風(fēng)場(chǎng)機(jī)組調(diào)試時(shí)，不僅出現(xiàn)了軸控柜嚴(yán)重?zé)龤栴}，還因三個(gè)接觸器同時(shí)被卡造成三支槳葉同時(shí)不能順槳。
圖5 變槳軸控柜燒毀后的狀況
圖6 變槳電機(jī)電池供電接觸器和接線端子燒毀狀況
第二，另一風(fēng)場(chǎng)機(jī)組調(diào)試出現(xiàn)的電機(jī)供電接觸器燒毀。
在機(jī)組調(diào)試時(shí)，合上變槳軸控柜上的電池供電開關(guān)后，第二面葉片不能電池順槳，打開軸控柜發(fā)現(xiàn)，變槳電機(jī)電池供電接觸器已被燒壞。其后，又在其他未調(diào)試機(jī)組的變槳系統(tǒng)上拆了一個(gè)同樣規(guī)格型號(hào)的接觸器繼續(xù)調(diào)試，當(dāng)重新合上軸控柜的電池供電開關(guān)時(shí)，立即在變槳電機(jī)電池供電接觸器底座處冒出火焰。此時(shí)，迅速關(guān)閉軸控柜電池供電的電源開關(guān)，并將明火撲滅。因關(guān)閉電池供電開關(guān)及時(shí)，事故沒有進(jìn)一步擴(kuò)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(jī)組調(diào)試時(shí)，在一個(gè)軸控柜上就燒毀了兩個(gè)電池供電接觸器。從一個(gè)側(cè)面說明了該接觸器的故障幾率相當(dāng)高。
圖7 變槳電機(jī)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(gè)風(fēng)場(chǎng)的變槳系統(tǒng)調(diào)試可知，此次事故可能與變槳電機(jī)供電接觸器質(zhì)量有必然的聯(lián)系。
海因里希事故法則有這樣的關(guān)系式：1:29:300:1000。每一起嚴(yán)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(jī)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(jī)供電接觸器燒毀事故；有上千，甚至幾千個(gè)接觸器安全隱患。
3 電池供電接觸器控制原理分析
事故機(jī)組是直流變槳系統(tǒng)，僅從原理上看，直流變槳系統(tǒng)安全性比交流變槳系統(tǒng)更高一些。事故機(jī)組采用的后備電源為電池，與超級(jí)電容后備電源相比，電池容量大，供電能力強(qiáng)，且不易自放電。
在后備電源順槳時(shí)，交流變槳系統(tǒng)必須經(jīng)過變槳驅(qū)動(dòng)器把直流逆變?yōu)榻涣?，然后才能給交流變槳電機(jī)供電。因此，多了一個(gè)逆變環(huán)節(jié)，也就多了個(gè)故障點(diǎn)；而直流變槳系統(tǒng)，在電池順槳時(shí)，經(jīng)過的路徑通常是：電池—接觸器--直流變槳電機(jī)。減少了逆變環(huán)節(jié)，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(shè)變槳元器件不存在質(zhì)量問題的前提下。如果存在器件選型或質(zhì)量問題，這可能將優(yōu)勢(shì)變?yōu)榱觿?shì)，這種直流變槳系統(tǒng)將更不安全。
由于國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的惡性低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，機(jī)組價(jià)格不斷降低。變槳系統(tǒng)的采購價(jià)迅速大幅度降低。這直接影響到關(guān)鍵元器件選型和采購質(zhì)量。
電池順槳時(shí)，直流變槳系統(tǒng)通過接觸器吸合直接將電池與變槳電機(jī)接通，在變槳電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，該接觸器通過的電流很大，并且，只有當(dāng)葉片撞到限位開關(guān)時(shí)，此變槳電機(jī)的電池供電接觸器才會(huì)斷開。另外，在電池順槳時(shí)，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(zhì)量不佳，在執(zhí)行電池順槳時(shí)，接觸器吸合，在接觸器接觸點(diǎn)上的接觸電阻很大，電池供電的壓降會(huì)大都集中到接觸器的接觸點(diǎn)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(huán)往復(fù)就可形成持續(xù)火源。
變槳接觸器問題及持續(xù)燃燒火源的保證：
在緊急順槳時(shí)，如變槳電機(jī)電池供電接觸器持續(xù)打火，輕則可使該接觸器、輪轂軸控柜內(nèi)部的器件燒毀。因電池供電有容量大，能力強(qiáng)，自放電弱的特點(diǎn)。因此，變槳電機(jī)電池供電接觸器打火可持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)間。
因接觸器在密閉的軸控柜中打火，打火時(shí)柜內(nèi)氣體溫度升高迅速膨脹，如軸控柜蓋板質(zhì)量不好，或蓋得不夠嚴(yán)實(shí)，則可能因柜內(nèi)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(dǎo)致變槳電池供電接觸器，以及軸控柜內(nèi)的器件和線路的迅速燃燒。持續(xù)不斷地放電打火，還會(huì)點(diǎn)燃輪轂里的潤滑油泵、油脂和供油管路等，這樣就促成了機(jī)組燒毀事故的發(fā)生。另外，在電池順槳時(shí)，變槳電機(jī)或變槳電機(jī)剎車的供電接觸器出現(xiàn)卡塞或燒毀，還可能導(dǎo)致不能順槳，引發(fā)機(jī)組飛車事故。
在通常情況下，我們特別強(qiáng)調(diào)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?yàn)楹髠潆娫从谐渥愕墓╇娔芰?，從而保證了變槳電機(jī)供電接觸器持續(xù)、長期地放電打火。主軸剎車器處于釋放狀態(tài)，葉輪會(huì)隨風(fēng)緩慢地自由旋轉(zhuǎn)，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(yù)防與啟示
事故機(jī)組使用的是國外成熟的變槳技術(shù)，該技術(shù)用于原裝進(jìn)口變槳系統(tǒng)早已在國產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組上大規(guī)模使用。如果運(yùn)用此技術(shù)的國產(chǎn)變槳系統(tǒng)，關(guān)鍵元器件完全按照國外原裝進(jìn)口的器件型號(hào)和質(zhì)量要求，或許此次事故可以避免。
由前面分析可知，在機(jī)組投入正常運(yùn)行的過程中，只要滿足變槳軸控柜的變槳電機(jī)電池供電接觸器持續(xù)打火，以及變槳軸控柜的蓋板處于打開狀態(tài)，機(jī)組燒毀事故就會(huì)再次發(fā)生。
為避免類似事故的再次發(fā)生：
首先，機(jī)組維修時(shí)，需確保變槳軸控柜蓋板的每一個(gè)蓋板鎖扣都關(guān)鎖到位；如果蓋板鎖扣出現(xiàn)問題，需及時(shí)維修或更換。
其次，應(yīng)盡快提高關(guān)鍵元器件質(zhì)量（變槳電機(jī)供電接觸器、變槳電機(jī)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(diǎn)啟示：
第一、在新產(chǎn)品（新開發(fā)產(chǎn)品，或國產(chǎn)化等）大規(guī)模用于市場(chǎng)之前，需在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過充分實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證，待產(chǎn)品完善成熟以后再投放市場(chǎng)。
第二、在新機(jī)型、新部件初次用于現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)收集信息，并認(rèn)真分析現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障和事故；科學(xué)預(yù)見不利于因素，及時(shí)采取措施避免惡性事故的發(fā)生。
第三、在機(jī)組燒毀等重大事故發(fā)生之后，不應(yīng)回避問題，及時(shí)糾正錯(cuò)誤。否則，將給整機(jī)廠家、業(yè)主及社會(huì)帶來無法估量的經(jīng)濟(jì)損失。
結(jié)語
從本案例可以看出，安裝自動(dòng)消防系統(tǒng)、防火封堵及防火涂料等被動(dòng)防御措施，對(duì)此類事故很難奏效，或收效甚微。因此，在預(yù)防機(jī)組燒毀事故時(shí)，需深入實(shí)踐調(diào)查研究，從風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行原理出發(fā)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排出可能的安全隱患；事故發(fā)生后，認(rèn)真分析事故原因，采取積極、有效的主動(dòng)防御措施。
評(píng)論