三、機組燒毀的根本原因
三支槳葉同時不能順槳是機組燒毀的根本原因。事故時,葉輪的三支槳葉同時不能順槳,加大了主軸剎車器的制動力矩,制動時間也大大加長,引起長時間的制動摩擦起火,導致機組燒毀。
主軸剎車器的功用主要是便于機組的維護和維修,同時,在一定的情況下,運行機組故障時對機組安全起作用。如果風速較低或槳葉部分不能順槳時,可以使機組安全停下來,且不會造成事故的擴大。但是,在機組的三支槳葉同時不能順槳的情況下,葉輪的轉速較高且具有巨大的角加速度時,此時主軸剎車器制動不僅會造成主軸剎車器制動起火,而且由于主軸剎車器制動時產生的巨大反向扭矩,還會使機組倒塌。例如,某風電場機組倒塌、燒毀事故。風速較高,運行機組故障脫網,三支槳葉同時不能順槳,先是主軸剎車器制動使機組完全停下來,短暫停機后,機組又再次迅速啟機。第一次停機主軸剎車器制動造成了機艙起火,葉輪再次旋轉起來后,機組硬件超速,第二次制動造成機組倒塌。
在運行機組故障時,主軸剎車器制動所消耗的能量主要來自三個方面:機組在正常發電時葉輪所儲存能量;在機組甩負荷之后到主軸剎車器制動之前,機組所吸收的風能;在主軸剎車器的制動過程中,葉輪所吸收的風能。
與其他的風電機組燒毀、倒塌事故相比,此次事故在主軸剎車器制動時葉輪的角加速度較小,葉輪轉速相對較低;主動式剎車器制動扭矩比被動式?。ㄐ∮趦杀稘M負荷扭矩),且變槳油動機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組燒毀,而沒有倒塌。
四、事故再現
結合監控數據及現場實地查看風電機組燒毀情況,推斷風電機組燒毀前后運行情況:6 分00 秒之前,機組一直處于正常運行發電狀態,瞬時轉速為1830rpm 左右,機組處于滿發狀態。已超過額定風速,機組不斷調槳,在調槳過程中,比例閥卡死,觸發“變槳機械故障”,機組槳葉不能順利順槳,轉速上升,觸發“陣風”報警,在6分05 秒時同時報“變頻器報超速”、“變頻器正常信號出錯”、“發電機超速”、“低速軸超速”機組迅速脫網、甩負荷,因不能順利收槳,脫網之前機組瞬間的運行功率超過滿負荷功率,因6 分05 秒時還報了“變槳速度太慢”,主控發出主軸剎車器制動的指令,由于甩負荷后飛升轉速較高,主軸剎車器的時滯以及瞬時風速的上升,在主軸剎車器制動后,葉輪轉速繼續上升,6 分30 秒瞬時轉速為2501rpm,7 分00 秒瞬時轉速達到2869rpm,機組旋轉速度相當高,同時,主軸剎車器制動產生的巨大熱量和火花導致“機組冒煙”。
剎車盤和剎車片磨損劇烈,剎車片迅速消耗,6 分30 秒機組報“剎車盤磨損”,剎車器產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“齒輪油壓過低”,加劇了機艙的著火面積。主軸剎車器參與制動一段時間后,“出現了火苗現象”,因制動力的作用,其后速度有所降低,10 分00秒瞬時速度還有1303rpm ,比機組的最低轉速1000rpm還高。
火勢蔓延擴大,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,且氮氣罐儲能較多,油量較大,因此,在油管燒爆時,伴隨著爆炸聲,當變槳液壓站的油路燒爆后,卸掉了部分油動機壓力,葉片有一定的收槳,旋轉速度下降,但是,由于比例閥和緊急順槳電磁閥已經卡塞,不能完全卸去油動機壓力,葉片未能完全順槳,主軸剎車器的油管燒爆,主軸失去制動。因此,當天晚上葉輪還在低速旋轉。齒輪箱、主軸液壓站、變槳液壓站內的油不斷流出,火勢蔓延,直至整個機組完全燒毀。
經驗與總結
從此次事故可以看出,對液壓變槳系統機組的運行經驗缺乏,對液壓變槳系統的故障隱患還沒有足夠的認識,比如運行時已多次報“變槳機械故障”、“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組的情況下仍然運行,埋下了機組燒毀的安全隱患。
動力油中的雜質會造成比例閥和其他閥體堵塞卡死,對比例閥堵塞會造成三支槳葉同時不能收回;對于比例閥和超速卸壓同時故障時,必然會造成機組燒毀、倒塌事故的發生。
從設計來講,此液壓變槳系統有待完善,該機組的控制系統和安全卸壓裝置有待完善;機組硬件、控制軟件都還需不斷地完善和改進。具體改進措施可以從以下幾方面著手:
第一、增加緊急卸壓閥保護,采取多道冗余控制保護設計;雖然該機組的控制軟件和硬件有多道硬件超速設置,但均控制的是同一個電磁閥,可以增加執行機構數量提高機組的安全性。