一、引言

黑龍江某風(fēng)電場裝機容量49.5MW，安裝了33臺1.5MW風(fēng)力發(fā)電機組。該風(fēng)電場于2012年12月19日首臺風(fēng)電機并網(wǎng)發(fā)電，2013年01月22日實現(xiàn)33臺風(fēng)電機全部并網(wǎng)發(fā)電，風(fēng)電機全部使用艾朗44米葉片。該風(fēng)電場發(fā)生的葉片折斷事故很具有典型性，非常值得大家借鑒與反思。

二、事件經(jīng)過

(一)2016年10月17日，風(fēng)電場遭遇大風(fēng)并伴有雨夾雪的惡劣天氣，當(dāng)天風(fēng)電場的平均風(fēng)速為10.25米/秒，最高風(fēng)速為20.38米/秒(數(shù)據(jù)來源于風(fēng)電場SCADA系統(tǒng))。從測風(fēng)塔數(shù)據(jù)來看，2016年10月17日09時開始風(fēng)速由10米/秒迅速增大到18米/秒，12時20分風(fēng)速再次陡增到24米/秒，直到17時才降至10米/秒以下。風(fēng)電場在此期間風(fēng)速波動也是比較明顯的(如圖1)。

(二)2016年10月17日10時至15時#19風(fēng)電機故障總次數(shù)為40次，其中偏航變頻器過流故障20次，變槳角度類故障17次，超速故障1次，其他故障2次。故障時發(fā)電機轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的為10次，發(fā)電機最高轉(zhuǎn)速為1980轉(zhuǎn)/分。風(fēng)電場值班人員未及時到現(xiàn)場查看故障情況而反復(fù)復(fù)位重啟風(fēng)電機。

(三)2016年10月18日，風(fēng)電場運維人員在巡視風(fēng)電機時發(fā)現(xiàn)#19風(fēng)電機葉片發(fā)生折斷的情況下仍處于運行狀態(tài)，折斷部位為距葉尖10米左右位置，如圖2所示。

(四)10月18日下午，廠家人員和風(fēng)電場一起將#19風(fēng)電機葉輪鎖上鎖并按下緊急停機按鈕，做好安全措施。

(五)10月20日，葉片廠家技術(shù)人員到達現(xiàn)場檢查葉片折斷情況，對損壞的部分進行拍照、取樣、測量，將數(shù)據(jù)帶回廠家。項目公司安排技術(shù)人員通過現(xiàn)場考察、數(shù)據(jù)調(diào)取分析、相關(guān)人員現(xiàn)場談話等方式對事件進行了調(diào)查。

三、原因分析

(一)風(fēng)電場在10月17日遭受大風(fēng)惡劣天氣，#19風(fēng)電機的機位地形地貌復(fù)雜，當(dāng)天來風(fēng)的湍流強度大是葉片折斷的直接原因。

(二)經(jīng)過現(xiàn)場核查發(fā)現(xiàn)該臺風(fēng)電機變槳控制策略與實際需求不符。#19風(fēng)電機變槳控制選型錯誤，風(fēng)電機使用的是A型葉片，但主控系統(tǒng)使用的是控制B型葉片的控制策略。由于A型葉片設(shè)計變槳角度為90度至0度，B型葉片設(shè)計變槳角度為90度至-2度，因此該臺風(fēng)電機葉片在風(fēng)電機正常運行時變槳角度超出極限角度2度，導(dǎo)致A型葉片變槳至0度到-2度的工況時其多處截面為過載運行狀態(tài)，葉片存在長期過載運行的問題。A型葉片和B型葉片結(jié)構(gòu)簡圖如圖3.

由圖3可知，A型葉片和B型葉片總長度和最大弦長以及最大弦長處距葉根的距離均不同，因此兩種葉片各橫截面的疲勞強度不同。

葉片構(gòu)件疲勞循環(huán)數(shù)理論上可以用系列載荷譜來反映，載荷譜技術(shù)參數(shù)如表1.

　　表1

因此葉片設(shè)計完成后，其使用壽命也就基本成形，即耐受的載荷循壞數(shù)量。然而，基于Miner損傷累計理論，疲勞強度在設(shè)計時允許構(gòu)件上危險點應(yīng)力循環(huán)中最大應(yīng)力值超過疲勞極限，但內(nèi)部會產(chǎn)生累積性的損傷，當(dāng)損傷累積達到臨界值時，便會發(fā)生疲勞破壞。因此，#19風(fēng)電機葉片控制策略與實際不符是本次事件的主要原因。

(三)在后臺服務(wù)器上發(fā)現(xiàn)該風(fēng)電機存在故障屏蔽情況，主要有機組振動、輪轂轉(zhuǎn)速差、偏航功率。使風(fēng)電機葉片在異常舞動時不能及時故障停機，造成了事故的擴大，是本次事故的次要原因。

(四)2016年10月17日10時至15時#19風(fēng)電機多次故障，風(fēng)電場值班人員未及時到現(xiàn)場查看故障情況而反復(fù)復(fù)位重啟風(fēng)電機，葉片損壞前未及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致?lián)p壞加劇，是本次事故的間接原因。

四、措施及效果

(一)對風(fēng)電場各類軟件和系統(tǒng)采取分級管控，制定管控制度。在服務(wù)器登錄界面和系統(tǒng)登錄界面根據(jù)登錄級別分配操作權(quán)限，參數(shù)修改、機組選型、系統(tǒng)配置等重大操作必須2人以上操作。根據(jù)風(fēng)場實際情況增設(shè)指紋登錄系統(tǒng)。

(二)優(yōu)化設(shè)備控制程序和軟件，風(fēng)電機調(diào)試運行后的定版程序應(yīng)進行加密封裝，將需要的參數(shù)修訂操作設(shè)定到人機界面，杜絕在程序內(nèi)部修訂，取消一切故障屏蔽的接口。在系統(tǒng)內(nèi)增設(shè)報警功能，當(dāng)發(fā)生既定參數(shù)變化時發(fā)出報警并需場長進行確認消除。

(三)風(fēng)電機程序變更、參數(shù)修改、軟件升級、故障屏蔽等操作必須履行設(shè)備異動流程，經(jīng)審核批準后方可實施。

(四)重新審核設(shè)備參數(shù)表，風(fēng)電場按照設(shè)備參數(shù)表開展一次排查，務(wù)必保證設(shè)備運行參數(shù)正確。

(五)強化員工學(xué)習(xí)意識，加強技術(shù)培訓(xùn)，提高員工技術(shù)能力。使員工熟悉掌握風(fēng)電機系統(tǒng)構(gòu)造、參數(shù)設(shè)定、設(shè)備原理、設(shè)備運行性能，提高運維人員故障分析、處理的能力。

(六)加強對風(fēng)電場巡回檢查的管理，運維人員在巡視、檢查中，即使發(fā)現(xiàn)風(fēng)電機有較小的異聲，也要引起足夠的重視，必要時進行停機檢查。

(七)加強運行人員的監(jiān)盤質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)缺陷及時匯報、處理,1小時內(nèi)同一故障連續(xù)出現(xiàn)三次時，應(yīng)組織人員進行現(xiàn)場檢查，確認無問題后方可繼續(xù)運行。

五、總結(jié)

本次葉片折斷事件給我們敲響了警鐘，該風(fēng)電場存在的問題很多風(fēng)電場都存在，暴露的問題很具有代表性。風(fēng)電場對風(fēng)電機控制系統(tǒng)疏于管理，未能定期對照設(shè)備參數(shù)清單核對系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，風(fēng)電機廠家技術(shù)管理混亂，隨意修訂設(shè)備參數(shù)和設(shè)置等等的問題大家一定要杜絕再次發(fā)生。風(fēng)電場對風(fēng)電機各個軟件、系統(tǒng)要加強管理，任何時間不可處于脫管狀態(tài)。風(fēng)電機更換程序、改變參數(shù)、屏蔽故障等均應(yīng)按照要求履行設(shè)備異動程序，避免風(fēng)電機控制程序版本混亂、參數(shù)不一、并且沒有可追溯性。希望大家能夠在今后的工作中舉一反三，避免類似事件再次發(fā)生。
 

參考文獻：

[1]《SL1500電控系統(tǒng)說明說》

[2]《SL1500風(fēng)電機組安裝手冊》

[3]《SL1500風(fēng)電機組用戶手冊》

[4]《SL1500風(fēng)電機組運行維護手冊》

[5]《艾郎葉片技術(shù)規(guī)格書》

[6]《中復(fù)葉片用戶手冊》

[7]《風(fēng)力發(fā)電機葉片》（中國水利水電出版社，2014.1）

作者： 黑龍江省華富電力投資有限公司 楊桐軒