风电机组是批量生产，且大都安装在人迹罕至的偏远地区和条件艰苦的海上。现场的人员及技术条件有限，后期完善或整改较为困难。因此，在通常情况下，只有设计完善成熟的机型才能大规模地投放市场。从产品开发到风电机组新机型的大规模上市，需经历一个较为漫长的过程。也只有这样，才能有效地降低机组寿命期内的度电成本。
相关阅读：典型风电机组烧毁事故解析（一）
如部件或机组开发没有经过现场充分的实验和现场验证，则可能将有设计缺陷，甚至存在安全隐患的不成熟部件或机型投放市场，这无疑会增加后期的运行和维护费用。因竞争激烈机组大幅度降价，关键元器件质量大大降低，则可能使机组在出厂时就埋下致命缺陷和安全隐患。这不仅会造成机组故障几率大增，运行维护费用增加，还可能直接导致机组飞车、倒塌和烧毁事故的发生。
事故及现象
下午13时左右，内蒙某风场碧空万里，事故机组报故障停机，并触发电池顺桨，三支叶片顺桨到安全位置。不久，有人在现场发现机组冒烟，其后出现浓烟，大约在1小时之后，轮毂有明火出现，浓烟滚滚。事发时状况，如图1所示。
机组燃烧过程中处于对风位置，风向一直未变，风速在10米/秒以上。事故机组调试并网距离发生烧毁的时间仅有16天。
事故分析
1 从现象入手进行分析
轮毂罩壳和叶片的烧毁状况，如图1所示。事故机组在组燃烧过程中一直处于对风位置。据常理推断，火势应从起火位置随着风向向后燃烧。这就是说，火的燃烧方向是从轮毂起火燃向机舱，而不应是从机舱起火反向串到轮毂。并且，在轮毂罩壳前方有大量的明火出现，轮毂罩壳的前部挡板已被烧毁脱落，如图2所示。更进一步说明：事故机组的起火点在轮毂的可能性最大。
风电机组上的材料大都为非易燃品，尤其是轮毂罩壳等如果不是被外界长时间的烘烤是很难燃烧的，更不可能出现明火。因此，从事故图片和录像资料判断，事故机组不仅起火位置应当在轮毂，而且，在轮毂内部一定还有长时间的持续火源。否则，不可能把轮毂罩壳前端的挡板烧掉，还把轮毂罩壳等非易燃品点燃，并燃起熊熊大火，如图2所示。
事故机组的轮毂吊下来后发现，有一个轮毂轴控柜处于打开状态，内部仅剩铜芯和变桨驱动器，如图3所示。其他两个变桨轴控柜则处于盖住状态，如图4所示。
在通常情况下，变桨轴控柜应当由盖板盖住，而不应处于打开状态。变桨轴控柜打开与机组着火有何联系？
图3仅剩铜线和变桨驱动器的变桨轴控柜
图4 过火后的轮毂内部状况
2 海因里希事故法则分析
由海因里希事故法则可知：一起重大事故的背后必然有众多的安全隐患及小事故的发生。这就是说，就本次事故而言，如果起火部位是轮毂内部的变桨系统，而且有长时间的持续火源，那么，在同种类型质量的变桨系统中，必然可以找到此事故的安全隐患，甚至还能找到一些小事故的发生。因此，我们不仅可以从事故风场去找寻找事故原因，还可以从采用同样质量变桨系统的其他风场去寻找事故发生的蛛丝马迹。
在机组烧毁事故发生之前，机组现场调试时，不仅该风场不断出现变桨系统接触器故障及烧毁问题。而且，其他风场也不断有接触器损坏和变桨轴控柜烧毁。
第一，某个风场在机组调试时出现了变桨轴控柜烧毁事故。
大约在此次事故发生的一年之前，采用同批次变桨系统的某风场，机组调试时，闭合变桨轴控柜上的电池供电开关后，变桨电机电池供电接触器吸合，立即出现剧烈放电打火，并迅速烧着了接触器和接触器附近的接线。于是，迅速到机舱去取来便携式干粉灭火器灭火。由于关闭变桨轴控柜上的电池供电开关不够及时，轴控柜内多个元器件及供电线路已被严重烧毁。用灭火器灭火后的变桨轴控柜状况，如图5所示。变桨电机电池供电接触器的接线端子烧毁状况，如图6所示。
该风场机组调试时，不仅出现了轴控柜严重烧毁问题，还因三个接触器同时被卡造成三支桨叶同时不能顺桨。
图5 变桨轴控柜烧毁后的状况
图6 变桨电机电池供电接触器和接线端子烧毁状况
第二，另一风场机组调试出现的电机供电接触器烧毁。
在机组调试时，合上变桨轴控柜上的电池供电开关后，第二面叶片不能电池顺桨，打开轴控柜发现，变桨电机电池供电接触器已被烧坏。其后，又在其他未调试机组的变桨系统上拆了一个同样规格型号的接触器继续调试，当重新合上轴控柜的电池供电开关时，立即在变桨电机电池供电接触器底座处冒出火焰。此时，迅速关闭轴控柜电池供电的电源开关，并将明火扑灭。因关闭电池供电开关及时，事故没有进一步扩大。烧毁的电池供电接触器，如图7所示。电池供电线路的烧毁状况，如图8所示。
机组调试时，在一个轴控柜上就烧毁了两个电池供电接触器。从一个侧面说明了该接触器的故障几率相当高。
图7 变桨电机电池供电接触器烧毁后的状况
图8 电池供电线路的烧毁状况
从以上两个风场的变桨系统调试可知，此次事故可能与变桨电机供电接触器质量有必然的联系。
海因里希事故法则有这样的关系式：1:29:300:1000。每一起严重的事故背后，必然有29起较轻微事故和300起未遂先兆，以及1000起事故隐患相随。就该事故而言，一起机组烧毁背后，必然有29起变桨轴控柜烧毁事故；有300起变桨电机供电接触器烧毁事故；有上千，甚至几千个接触器安全隐患。
3 电池供电接触器控制原理分析
事故机组是直流变桨系统，仅从原理上看，直流变桨系统安全性比交流变桨系统更高一些。事故机组采用的后备电源为电池，与超级电容后备电源相比，电池容量大，供电能力强，且不易自放电。
在后备电源顺桨时，交流变桨系统必须经过变桨驱动器把直流逆变为交流，然后才能给交流变桨电机供电。因此，多了一个逆变环节，也就多了个故障点；而直流变桨系统，在电池顺桨时，经过的路径通常是：电池—接触器--直流变桨电机。减少了逆变环节，降低了故障几率，更能保证电池顺桨的安全性。然而，以上原理是假设变桨元器件不存在质量问题的前提下。如果存在器件选型或质量问题，这可能将优势变为劣势，这种直流变桨系统将更不安全。
由于国内风电机组的恶性低价竞争，机组价格不断降低。变桨系统的采购价迅速大幅度降低。这直接影响到关键元器件选型和采购质量。
电池顺桨时，直流变桨系统通过接触器吸合直接将电池与变桨电机接通，在变桨电机刚启动时，该接触器通过的电流很大，并且，只有当叶片撞到限位开关时，此变桨电机的电池供电接触器才会断开。另外，在电池顺桨时，此接触器的控制供电，也是取自电池。如该接触器容量过小或质量不佳，在执行电池顺桨时，接触器吸合，在接触器接触点上的接触电阻很大，电池供电的压降会大都集中到接触器的接触点上，造成急剧放电打火。急剧放电后，又引起电池电压迅速降低，即该接触器的控制电源电压降低。因电池电压过低，又必然使该接触器断开；断开后，线路不再有能量消耗，电池电压立即升高，接触器再次吸合打火，这样，循环往复就可形成持续火源。
变桨接触器问题及持续燃烧火源的保证：
在紧急顺桨时，如变桨电机电池供电接触器持续打火，轻则可使该接触器、轮毂轴控柜内部的器件烧毁。因电池供电有容量大，能力强，自放电弱的特点。因此，变桨电机电池供电接触器打火可持续相当长的时间。
因接触器在密闭的轴控柜中打火，打火时柜内气体温度升高迅速膨胀，如轴控柜盖板质量不好，或盖得不够严实，则可能因柜内气体膨胀顶开变桨轴控柜盖板。在无人灭火的情况下，必然导致变桨电池供电接触器，以及轴控柜内的器件和线路的迅速燃烧。持续不断地放电打火，还会点燃轮毂里的润滑油泵、油脂和供油管路等，这样就促成了机组烧毁事故的发生。另外，在电池顺桨时，变桨电机或变桨电机刹车的供电接触器出现卡塞或烧毁，还可能导致不能顺桨，引发机组飞车事故。
在通常情况下，我们特别强调后备电源一定要保持足够的电量，以保证为电池顺桨供电充足的电能。然而，就本事故而言，正是因为后备电源有充足的供电能力，从而保证了变桨电机供电接触器持续、长期地放电打火。主轴刹车器处于释放状态，叶轮会随风缓慢地自由旋转，使得三支叶片的根部都有不同程度的过火，轮毂罩壳也大面积烧毁。
事故的预防与启示
事故机组使用的是国外成熟的变桨技术，该技术用于原装进口变桨系统早已在国产风电机组上大规模使用。如果运用此技术的国产变桨系统，关键元器件完全按照国外原装进口的器件型号和质量要求，或许此次事故可以避免。
由前面分析可知，在机组投入正常运行的过程中，只要满足变桨轴控柜的变桨电机电池供电接触器持续打火，以及变桨轴控柜的盖板处于打开状态，机组烧毁事故就会再次发生。
为避免类似事故的再次发生：
首先，机组维修时，需确保变桨轴控柜盖板的每一个盖板锁扣都关锁到位；如果盖板锁扣出现问题，需及时维修或更换。
其次，应尽快提高关键元器件质量（变桨电机供电接触器、变桨电机刹车器供电接触器等），避免接触吸合放电打火。
本次事故的几点启示：
第一、在新产品（新开发产品，或国产化等）大规模用于市场之前，需在现场经过充分实验和验证，待产品完善成熟以后再投放市场。
第二、在新机型、新部件初次用于现场时，应及时到现场收集信息，并认真分析现场发生故障和事故；科学预见不利于因素，及时采取措施避免恶性事故的发生。
第三、在机组烧毁等重大事故发生之后，不应回避问题，及时纠正错误。否则，将给整机厂家、业主及社会带来无法估量的经济损失。
结语
从本案例可以看出，安装自动消防系统、防火封堵及防火涂料等被动防御措施，对此类事故很难奏效，或收效甚微。因此，在预防机组烧毁事故时，需深入实践调查研究，从风电机组运行原理出发，及时发现和排出可能的安全隐患；事故发生后，认真分析事故原因，采取积极、有效的主动防御措施。
评论