國內外都發(fā)生過風電機組倒塌、燒毀等重大事故。事故發(fā)生后，若能對這些事故進行認真分析、總結，找出事發(fā)時的真實原因，并采取有效的預防措施，就能盡量避免類似事故的再次發(fā)生。就機組飛車事故而言，其預防措施應建立在準確分析、抓住重點、講求科學的基礎上，并綜合考慮各種因素使度電成本最低。下面就具體事例進行闡述和分析。

三槳葉同時不能順槳引發(fā)的飛車事故

下面事例都是因三支葉片同時不能順槳而引發(fā)的機組失控、飛車事故。事故機組均使用的是電池為后備電源的直流變槳系統，采用的同一廠家生產的同一型號主控。從多年眾多同類型機組的維修來看，事故機組的主控、變槳、變頻等主要部件的質量較優(yōu)，未發(fā)現輪轂后備電池及其他關鍵部件存在設計或質量問題。

一、某風電場機組的燒毀、倒塌事故

某風電場監(jiān)控人員發(fā)現，事故機組報發(fā)電機超速，在短暫的停機后，機組又再次不明原因迅速啟機。事故機組飛車后，機艙全部燒毀，主控數據無法獲取。從現場人員及現場勘察了解到，事發(fā)時風速約為10m/s，事發(fā)后三支葉片都在零度位置，均未順槳。

因能得到的有用信息較少，事故分析具有一定的困難。然而，在事發(fā)過程中卻留下了諸如“再次迅速啟機”等特殊現象。通過剖析這些現象，并給出合理解釋，或許能找到事故發(fā)生的確切原因。

二、某風電場的機組飛車事故

某風電場，在中控室發(fā)現事故機組通訊中斷，到達現場后，葉片已回到92°限位開關位置。上機艙，如圖1、圖2 所示，主軸剎車片已完全磨損，剎車盤嚴重磨損，兩邊均有較深的磨痕，剎車器保護罩已部分燒熔，且嚴重變形；發(fā)電機側的柔性連接片已經全部脫落，剎車盤與發(fā)電機之間的聯軸器掉落在機艙；主軸剎車器上方的機艙罩殼隔熱層燒灼嚴重；通訊滑環(huán)完全斷裂，并脫落在機艙內；發(fā)電機已從彈性支撐上嚴重移位，彈性支撐的固定螺栓絕大部分已經斷裂，發(fā)電機轉子竄動嚴重。塔基變頻器處給機艙提供交流690V 的繼電器跳閘。

從主控數據可知： 事發(fā)時， 機組的發(fā)電功率為1472kW，風速為15.2m/s 時，45min 43s，機組報“變槳通訊故障”，剎車程序BP180 脫網；45min 46s，三支槳葉同時報“變槳速度慢”，剎車程序BP190，主軸剎車器制動。同時，還報出了“極限陣風”“變頻器超速”；45min 53s 報 “發(fā)電機軟件超速”“齒輪箱軟件超速”；45min 56s 報“轉子軟件超速”；46min 02s，報由硬件控制的“發(fā)電機剎車200超速”、軟件參數控制的“齒輪箱剎車200 超速”、安全鏈斷開；46min 04s，報由軟件參數控制的“轉子剎車200 超速”和“葉片不能回到限位開關”（Mita 狀態(tài)碼1159）故障；46min 16s，報“剎車200 停機執(zhí)行時間過長”； 46min39s，機組報“電網掉電故障”。事發(fā)時，機組高速軸的最高轉速為2971rpm。

由于機組在事發(fā)時沒有燒毀、倒塌，給事故分析留下了不少有價值的信息和證據：在機艙控制柜檢查發(fā)現，旁路限位開關回路被改線，強行提供24V 直流（注：緊急順槳控制線路被修改了），飛車過程中又報出了“葉片不能回到限位開關（1159）”故障，這兩者之間相互應征，證明在事發(fā)前就埋下了安全隱患；事發(fā)時沒有報“變槳自主運行”；因通訊滑環(huán)從基座處完全斷裂，即：輪轂的交流400V 供電、機艙與輪轂的所有通信與控制接線全部斷裂。

三、某風電場的機組倒塌事故

據目擊者稱：“事發(fā)時，事故機組葉輪轉速比相鄰機組快很多，且有異響，維持了大約十幾分鐘，然后，突然從第二節(jié)塔筒中下部折斷倒塌。在機組倒塌過程中，伴隨有火光及冒煙，馬上又滅了”。從鄰近機組了解到，事發(fā)時的風速不大，約為8 m/s － 9m/s。

現場勘察發(fā)現，三支葉片均在零度位置，沒有順槳。主軸剎車上方機艙內壁的保溫層有燒灼痕跡，主控模塊嚴重損壞，內部電池脫落、數據丟失；從變頻器上的數據可知，事發(fā)時機組的最高轉速為2406rpm。

原因分析

首先，在我國的風電發(fā)展初期，不少廠家的生產技術都是從國外引進，在沒有來得及完全轉化和吸收的情況下，就投入了大規(guī)模生產。不少的技術關鍵點仍未掌握，多個事故已經發(fā)生。其次，不少風電企業(yè)是從其他行業(yè)迅速轉向，其管理理念和體制卻未能及時轉變。再者，我國風電企業(yè)的研發(fā)、技術人員實踐經驗不足，現場人員的經驗和技術水平有待提高。因此，事發(fā)之前，機組的安全隱患未能及時發(fā)現和排除；事發(fā)之后，未能找出真實原因造成同類事故的多次發(fā)生。

一、采用電池作備用電源的直流變槳系統的安全性高

直流變槳系統，在緊急（電池）順槳時，無需把備用電源的能量經過輪轂驅動器逆變成交流，只需通過繼電器吸合直接將備用電源切換到直流電機，沒有逆變環(huán)節(jié)，順槳安全性增加。這種緊急順槳方式是交流變槳系統所不具備的。

在該直流變槳系統的輪轂驅動器上，接有直流和交流400V 兩種供電電源。當交流400V 供電正常時，由交流供電。在出現瞬間電網故障，機組進入低電壓穿越需進行正常調槳；或外界斷電，需通過輪轂驅動器上的直流供電進行停機順槳時，均利用輪轂驅動器上的備用直流電源。

當機組因故不能切換到正常的備用直流電源順槳，在緊急順槳時，如輪轂控制器與主控之間的通訊正常，可通過主控再發(fā)指令使葉片回到90°；如主控與輪轂控制器的通訊再次出現故障，機組轉速超過一定數值，觸發(fā)硬件超速模塊動作，超速信號傳給輪轂控制器，由輪轂控制器控制使三支葉片按照規(guī)定的順槳速度回90°。

有的直流變槳系統（第1 節(jié)“三槳葉同時不能順槳引發(fā)的飛車事故”的事例二中機組采用的變槳系統），還有輪轂驅動器的電池順槳。即：機組因故不能切換到正常緊急順槳回路時，當輪轂驅動器上的400V 交流供電的電壓過低或斷開時，在輪轂驅動器內直接把電池與輪轂電機導通，實現輪轂驅動器的電池順槳，葉片回到92°限位開關位置。這也是交流變槳系統所不具備的。

以上分析可知，直流變槳系統出現三支槳葉同時不能順槳的概率極低。

二、飛車、倒塌及燒毀實例分析

第1 節(jié)“三槳葉同時不能順槳引發(fā)的飛車事故”中, 事例二不僅事發(fā)時的主控數據完善，而且還找到了事發(fā)的直接證據；事例一和事例三因主控數據丟失，機組燒毀、倒塌，只能通過同類機組的長期維修經驗及與觀察事發(fā)時的特殊現象，判斷事故發(fā)生原因。事故時與事例二存在相同的情況——三支葉片同時不能順槳。

綜合考慮機組運行原理和各種現象，三起事故的共同特點如下：首先，事故機組的電池順槳控制回路，或旁路限位開關回路存在被強行供電的安全隱患，在機組執(zhí)行高級別剎車程序時，不能切換到正常的電池順槳回路。其次，事發(fā)時，機組出現“變槳通訊故障”，主控與輪轂變槳因此失去聯系，不能通過主控指令使葉片回到90°位置。再次，機組超速時，均未能執(zhí)行“變槳自主運行”程序，又再次失去順槳的機會。因此，機組在風速較大時順利地闖過了所有保護設置，造成三支槳葉同時不能順槳，最終造成事故發(fā)生。

第1 節(jié)“三槳葉同時不能順槳引發(fā)的飛車事故”中，三個事例發(fā)生的簡略過程分別如下：

事例一中的機組報“變槳通訊故障”后，剎車程序BP180，由機艙、主控控制的交直流供電順槳方式均不能執(zhí)行，其后，機組再報“變槳速度太慢”，剎車程序BP190，主軸剎車器參與制動，并在30s 之后剎車器自動松開。該機組使用的是被動式剎車器，制動力為兩倍滿負荷扭矩，因此，在機組冒煙的同時完全停下來了，此時三支槳葉都在0°位置，當主軸剎車器再次松開，機組迅速啟機。由于當時的風速較大，帶著巨大的加速度的葉輪轉速迅速上升，達到2400rpm硬件超速設定值，主軸剎車器再次制動，此時制動時產生的熱量使機組燃燒，產生的巨大翻轉扭矩使機組倒塌。

事例二中，機組在45min 43s，報“變槳通訊故障”，剎車程序BP180 脫網，不能順槳；45min 46s，三支槳葉同時報“變槳速度慢”，剎車程序BP190，主軸剎車器制動。當時風速較大（15.2m/s），加之該機組使用的是主動式剎車器，其制動力僅為事例二倍滿負荷扭矩，主軸剎車器已不能使機組停下來。制動力矩使剎車器、剎車盤、剎車器罩殼大面積脫落并砸在通訊滑環(huán)上，在主軸剎車器制動期間機組轉速還在不斷上升，18s 后，即：46min 02s，機組轉速升至硬件超速設定值，BP200，最高轉速超過2900rpm，機組振動加劇，最終導致通訊滑環(huán)完全斷裂，電池順槳到92°限位開關位置。由于飛車的時間及主軸剎車器制動的時間不長，未出現長時間持續(xù)高溫，避免了機組燃燒。在BP190 主軸剎車器制動18s（小于30s）后就升至BP200，沒有出現主軸剎車器松開后又再次制動產生的巨大沖擊扭矩，因此，機組并未倒塌。

在事發(fā)前，存在旁路限位開關回路被強行提供24V直流的安全隱患；事發(fā)時出現“變槳通訊故障”以及未執(zhí)行“變槳自主運行”程序；事發(fā)過程中出現“通訊滑環(huán)完全斷裂” ，因輪轂400V交流供電斷開，執(zhí)行輪轂驅動器的電池順槳，或因旁路限位開關回路的強行供電斷開，執(zhí)行正常的直流（緊急）順槳，葉片順槳到92°限位開關位置。具體按哪種情況執(zhí)行，則與線路斷開的時間先后有關，如瞬間同時斷裂，則應按正常的電池順槳方式執(zhí)行。由此可見，對于以上飛車事發(fā)時的應急處理方式有：斷UPS使機組切換到正常的直流順槳；斷箱變啟動輪轂驅動器的電池順槳。

當出現“變槳通訊故障” 或未執(zhí)行“變槳自主運行”停機程序，主控均不會報“變槳自主運行”故障。而事故機組因未執(zhí)行“變槳自主運行”，從而造成了飛車事故的發(fā)生。

事例三的機組報“變槳通訊故障”停機脫網，但不能順槳，再報“變槳速度太慢”主軸剎車器制動，30s 后松開并一直處于打開狀態(tài)，其后，在長達10 多分鐘的時間內，機組處于超速、空轉的狀態(tài)，而轉速一直低于2400rpm。當風速增大，轉速超過2400rpm，主軸剎車器制動，最高轉速也僅升至2406rpm，然而，因機組已長時間超速、搖晃，制動瞬間又產生了巨大的翻轉扭矩從而促成機組倒塌。由于主軸剎車器制動的時間很短，僅有冒煙和火花，機組并未燒毀。

預防措施

在機組運維時，應重點檢查機組的安全隱患和排除安全性故障。杜絕為追求發(fā)電量而不顧機組安全情況的發(fā)生。

一、緊急順槳控制回路故障的產生及處理

從現場的故障處理經驗來看，緊急順槳控制回路故障可能源自：風電機組控制柜、輪轂的生產接線錯誤；機組運行過程中產生的故障；維修人員不適當的故障處理方式，或維護人員在維護時的錯誤改線造成機組在緊急順槳時，葉片不能按正常的電池順槳回路進行順槳。

定期在風電場或者通過遠程對機組安全系統進行檢查，檢查機組是否能順利通過自檢，當機組自檢報“葉片不能回到限位開關（1159）”故障時，應重點予以排除。

二、主控、變槳控制程序的改進措施

對主控的剎車程序BP190 進行改進。按照該控制器的原設置，執(zhí)行緊急順槳的同時輔助以主軸剎車器制動，無論葉片是否回到限位開關位置，執(zhí)行該剎車程序30s 后，主軸剎車器會無條件地松開。由此，若葉片能順利回到限位開關位置，及時松開主軸剎車器，有利于保護齒輪箱和機組安全，但是，如果葉片沒有回到限位開關位置，則可能危及機組安全。

正如本文的第1 節(jié)“三槳葉同時不能順槳引發(fā)的飛車事故”中的的事例一那樣，如果把主控程序修改為：只有當葉片到達92°限位開關位置，主軸剎車器才會松開；如葉片沒有到達92°限位開關位置，主軸剎車器則不松開，這樣事例一中的事故機組就不會出現再次“迅速啟機”，機組燒毀、倒塌事故便不會發(fā)生。

三例事故的共同點是：在緊急順槳控制回路和變槳通訊同時出現故障后，因輪轂控制器的“變槳自主運行”順槳程序執(zhí)行條件過于苛刻，不能滿足。因此，該順槳停機程序不能執(zhí)行，從而造成了機組飛車、倒塌和燒毀事故的發(fā)生。

因此，需修改、完善輪轂控制器的“變槳自主運行”停機程序。尤其是當出現“變槳通訊故障”后，機組又出現超速時，應確保“變槳自主運行”停機程序的順利執(zhí)行。即：把“變槳自主運行”停機程序的“進槳”“順槳”限制條件進行完善或去除。為確保出現緊急順槳控制回路和變槳通訊同時故障時的機組安全，可增加輪轂控制器對“變槳通訊”故障的判斷。當輪轂控制器判斷有變槳通訊故障時，輪轂則執(zhí)行“變槳自主運行”停機程序，這樣，當機組正常時，執(zhí)行正常的緊急順槳停機，如緊急順槳控制回路和變槳通訊同時故障時，能通過執(zhí)行“變槳自主運行”停機程序使機組順槳，冗余保證機組安全運行。

結語

為減少機組故障，避免重大事故的再次發(fā)生，應充分理解、消化和吸收國內外先進的風電技術，結合國內風電機組生產、運行的狀況，建立良好的風電場管理體制，提高現場人員的技術水平及機組維護和維修質量，定期重點檢查事故多發(fā)的關鍵部位，讓消除安全隱患落到實處。