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風(fēng)電機(jī)組重大事故分析(三)
2015-01-10
來源:中國(guó)風(fēng)能協(xié)會(huì)
瀏覽數(shù):1582
三、機(jī)組燒毀的根本原因
三支槳葉同時(shí)不能順槳是機(jī)組燒毀的根本原因。事故時(shí),葉輪的三支槳葉同時(shí)不能順槳,加大了主軸剎車器的制動(dòng)力矩,制動(dòng)時(shí)間也大大加長(zhǎng),引起長(zhǎng)時(shí)間的制動(dòng)摩擦起火,導(dǎo)致機(jī)組燒毀。
主軸剎車器的功用主要是便于機(jī)組的維護(hù)和維修,同時(shí),在一定的情況下,運(yùn)行機(jī)組故障時(shí)對(duì)機(jī)組安全起作用。如果風(fēng)速較低或槳葉部分不能順槳時(shí),可以使機(jī)組安全停下來,且不會(huì)造成事故的擴(kuò)大。但是,在機(jī)組的三支槳葉同時(shí)不能順槳的情況下,葉輪的轉(zhuǎn)速較高且具有巨大的角加速度時(shí),此時(shí)主軸剎車器制動(dòng)不僅會(huì)造成主軸剎車器制動(dòng)起火,而且由于主軸剎車器制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的巨大反向扭矩,還會(huì)使機(jī)組倒塌。例如,某風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組倒塌、燒毀事故。風(fēng)速較高,運(yùn)行機(jī)組故障脫網(wǎng),三支槳葉同時(shí)不能順槳,先是主軸剎車器制動(dòng)使機(jī)組完全停下來,短暫停機(jī)后,機(jī)組又再次迅速啟機(jī)。第一次停機(jī)主軸剎車器制動(dòng)造成了機(jī)艙起火,葉輪再次旋轉(zhuǎn)起來后,機(jī)組硬件超速,第二次制動(dòng)造成機(jī)組倒塌。
在運(yùn)行機(jī)組故障時(shí),主軸剎車器制動(dòng)所消耗的能量主要來自三個(gè)方面:機(jī)組在正常發(fā)電時(shí)葉輪所儲(chǔ)存能量;在機(jī)組甩負(fù)荷之后到主軸剎車器制動(dòng)之前,機(jī)組所吸收的風(fēng)能;在主軸剎車器的制動(dòng)過程中,葉輪所吸收的風(fēng)能。
與其他的風(fēng)電機(jī)組燒毀、倒塌事故相比,此次事故在主軸剎車器制動(dòng)時(shí)葉輪的角加速度較小,葉輪轉(zhuǎn)速相對(duì)較低;主動(dòng)式剎車器制動(dòng)扭矩比被動(dòng)式小(小于兩倍滿負(fù)荷扭矩),且變槳油動(dòng)機(jī)液壓站的油管燒毀破裂使葉輪部分順槳,因此,此次事故僅造成了機(jī)組燒毀,而沒有倒塌。
四、事故再現(xiàn)
結(jié)合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看風(fēng)電機(jī)組燒毀情況,推斷風(fēng)電機(jī)組燒毀前后運(yùn)行情況:6 分00 秒之前,機(jī)組一直處于正常運(yùn)行發(fā)電狀態(tài),瞬時(shí)轉(zhuǎn)速為1830rpm 左右,機(jī)組處于滿發(fā)狀態(tài)。已超過額定風(fēng)速,機(jī)組不斷調(diào)槳,在調(diào)槳過程中,比例閥卡死,觸發(fā)“變槳機(jī)械故障”,機(jī)組槳葉不能順利順槳,轉(zhuǎn)速上升,觸發(fā)“陣風(fēng)”報(bào)警,在6分05 秒時(shí)同時(shí)報(bào)“變頻器報(bào)超速”、“變頻器正常信號(hào)出錯(cuò)”、“發(fā)電機(jī)超速”、“低速軸超速”機(jī)組迅速脫網(wǎng)、甩負(fù)荷,因不能順利收槳,脫網(wǎng)之前機(jī)組瞬間的運(yùn)行功率超過滿負(fù)荷功率,因6 分05 秒時(shí)還報(bào)了“變槳速度太慢”,主控發(fā)出主軸剎車器制動(dòng)的指令,由于甩負(fù)荷后飛升轉(zhuǎn)速較高,主軸剎車器的時(shí)滯以及瞬時(shí)風(fēng)速的上升,在主軸剎車器制動(dòng)后,葉輪轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升,6 分30 秒瞬時(shí)轉(zhuǎn)速為2501rpm,7 分00 秒瞬時(shí)轉(zhuǎn)速達(dá)到2869rpm,機(jī)組旋轉(zhuǎn)速度相當(dāng)高,同時(shí),主軸剎車器制動(dòng)產(chǎn)生的巨大熱量和火花導(dǎo)致“機(jī)組冒煙”。
剎車盤和剎車片磨損劇烈,剎車片迅速消耗,6 分30 秒機(jī)組報(bào)“剎車盤磨損”,剎車器產(chǎn)生的熱量及磨下的高溫金屬磨削使周圍部件損壞、著火,齒輪箱油管破裂、油管漏油,6 分37 秒觸發(fā)“齒輪油壓過低”,加劇了機(jī)艙的著火面積。主軸剎車器參與制動(dòng)一段時(shí)間后,“出現(xiàn)了火苗現(xiàn)象”,因制動(dòng)力的作用,其后速度有所降低,10 分00秒瞬時(shí)速度還有1303rpm ,比機(jī)組的最低轉(zhuǎn)速1000rpm還高。
火勢(shì)蔓延擴(kuò)大,變槳液壓站油管燒爆,由于變槳液壓站壓力較高,壓力在190bar -220bar 以上,且氮?dú)夤迌?chǔ)能較多,油量較大,因此,在油管燒爆時(shí),伴隨著爆炸聲,當(dāng)變槳液壓站的油路燒爆后,卸掉了部分油動(dòng)機(jī)壓力,葉片有一定的收槳,旋轉(zhuǎn)速度下降,但是,由于比例閥和緊急順槳電磁閥已經(jīng)卡塞,不能完全卸去油動(dòng)機(jī)壓力,葉片未能完全順槳,主軸剎車器的油管燒爆,主軸失去制動(dòng)。因此,當(dāng)天晚上葉輪還在低速旋轉(zhuǎn)。齒輪箱、主軸液壓站、變槳液壓站內(nèi)的油不斷流出,火勢(shì)蔓延,直至整個(gè)機(jī)組完全燒毀。
經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)
從此次事故可以看出,對(duì)液壓變槳系統(tǒng)機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)缺乏,對(duì)液壓變槳系統(tǒng)的故障隱患還沒有足夠的認(rèn)識(shí),比如運(yùn)行時(shí)已多次報(bào)“變槳機(jī)械故障”、“變槳速度太慢”等變槳故障,在沒有深入分析徹底排除故障機(jī)組的情況下仍然運(yùn)行,埋下了機(jī)組燒毀的安全隱患。
動(dòng)力油中的雜質(zhì)會(huì)造成比例閥和其他閥體堵塞卡死,對(duì)比例閥堵塞會(huì)造成三支槳葉同時(shí)不能收回;對(duì)于比例閥和超速卸壓同時(shí)故障時(shí),必然會(huì)造成機(jī)組燒毀、倒塌事故的發(fā)生。
從設(shè)計(jì)來講,此液壓變槳系統(tǒng)有待完善,該機(jī)組的控制系統(tǒng)和安全卸壓裝置有待完善;機(jī)組硬件、控制軟件都還需不斷地完善和改進(jìn)。具體改進(jìn)措施可以從以下幾方面著手:
第一、增加緊急卸壓閥保護(hù),采取多道冗余控制保護(hù)設(shè)計(jì);雖然該機(jī)組的控制軟件和硬件有多道硬件超速設(shè)置,但均控制的是同一個(gè)電磁閥,可以增加執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)量提高機(jī)組的安全性。
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