文 | 王明軍，江旭

系列風(fēng)電機(jī)組事故分析及防范措施（四）
——機(jī)組改造帶來的問題和安全隱患

文 | 王明軍，江旭

風(fēng)電機(jī)組的整機(jī)質(zhì)量及性能與機(jī)組部件有關(guān)，也與現(xiàn)場(chǎng)管理和質(zhì)量控制有關(guān)。在機(jī)組生產(chǎn)時(shí)，生產(chǎn)的各道工序如不嚴(yán)格把關(guān)可能會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組改造時(shí)，如果設(shè)計(jì)方案考慮不夠全面，或現(xiàn)場(chǎng)施工人員責(zé)任心不強(qiáng)，則更可能造成質(zhì)量問題，使機(jī)組性能變差，故障幾率增加，甚至還可能因機(jī)組改造而帶來安全隱患，最終導(dǎo)致機(jī)組燒毀、倒塌等重大事故。本文將分析近期發(fā)生的一例因改造而引發(fā)的機(jī)組燒毀事故。

某風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組燒毀事故

一、事故簡(jiǎn)介

2016年5月，內(nèi)蒙古某風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生了一起機(jī)組燒毀事故。該風(fēng)電場(chǎng)于2006年開始吊裝興建，于2007年10月，該風(fēng)電場(chǎng)的33臺(tái)雙饋1.5MW風(fēng)電機(jī)組全部投運(yùn)并進(jìn)入質(zhì)保服務(wù)期，按照合同約定質(zhì)保期為兩年，應(yīng)在2009年年底全部出保。在2011年，該風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施了主控和變頻器的低電壓穿越改造，2015年5月至7月，又再次實(shí)施了變頻器定子接觸器改造。

事發(fā)時(shí)，主控報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”停機(jī)，停機(jī)過后又報(bào)了一次“變頻器錯(cuò)誤”。在事故發(fā)生過程中，箱變低壓側(cè)斷路器自動(dòng)跳閘，最終機(jī)艙、輪轂、葉片等全部燒毀。事后勘察，塔筒內(nèi)電纜未見電氣打火及其他異常；輪轂也未找到起火的可能；變頻器的斷路器和定子接觸器均處于斷開狀態(tài)，變頻器功率模塊和低電壓穿越部分等未見異常和燒毀；箱變及箱變到變頻器接線電纜也未見短路、打火及其他異常。

如圖1所示，事故機(jī)組發(fā)電機(jī)定子接線箱的右側(cè)，與發(fā)電機(jī)定子接線相對(duì)應(yīng)的三相接線銅排的右側(cè)被擊穿，出現(xiàn)了3個(gè)孔。如圖2所示，發(fā)電機(jī)定子接線盒內(nèi)部三相的接線電纜燒毀嚴(yán)重，3相12根其中有7根電纜已經(jīng)斷裂，定子

接線箱內(nèi)部有燒熔物。

二、主控信息及事故簡(jiǎn)要分析

事發(fā)前一天，事故機(jī)組報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”停機(jī)，其后手動(dòng)停機(jī)。事發(fā)當(dāng)天17點(diǎn)54分42秒，手動(dòng)復(fù)位后；17點(diǎn)59分44秒，主控報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”；18點(diǎn)09分47秒，“變頻器錯(cuò)誤”自動(dòng)復(fù)位，啟機(jī)，在18點(diǎn)14分49秒再次報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”停機(jī)；在18點(diǎn)19分17秒，主控報(bào)“機(jī)艙溫度偏高”（主控設(shè)定的參數(shù)值為50℃）；18點(diǎn)20分01秒，機(jī)組又報(bào)“變頻器電網(wǎng)錯(cuò)誤”；18點(diǎn)20分02秒，報(bào)“變頻器斷路器斷開”；18點(diǎn)20分06秒，“機(jī)艙溫度過高”（主控設(shè)置的參數(shù)值為55℃）。

主控在17點(diǎn)59分44秒、18點(diǎn)14分49秒和18點(diǎn)20分01秒，分別報(bào)過三次“變頻器錯(cuò)誤”，其對(duì)應(yīng)的變頻器信息為：17點(diǎn)59分44秒，變頻器報(bào)“機(jī)側(cè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)子三相電流瞬時(shí)值過流”，并在勵(lì)磁后因存在故障機(jī)組不能勵(lì)磁并網(wǎng)；18點(diǎn)14分49秒，變頻器報(bào)“chopper開通超時(shí)”，即：變頻器網(wǎng)側(cè)報(bào)故障，在此之前，機(jī)組處于正常并網(wǎng)狀態(tài)；18點(diǎn)20分01秒，變頻器報(bào)“15V電源故障”，在1秒之后，即：18點(diǎn)20分02秒，變頻器斷路器斷開。

由主控和事故勘察得到的信息可知：

第一，在報(bào)故障的次數(shù)和時(shí)間間隔上，主控所報(bào)的三次“變頻器錯(cuò)誤”與變頻器內(nèi)的記錄能完全對(duì)應(yīng)。由此說明，主控所報(bào)相關(guān)信息是可信的。

第二，在18點(diǎn)14分49秒，主控報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”停機(jī)；但變頻器斷路器未斷開，直至18點(diǎn)20分02秒，主控報(bào)“變頻器斷路器斷開”時(shí)才斷開。

第三，由箱變低壓側(cè)斷路器自動(dòng)跳閘，以及發(fā)電機(jī)定子接線箱和箱內(nèi)的電纜燒毀狀況可知：發(fā)電機(jī)定子三相在接線箱處拉弧、打火，應(yīng)是在變頻器斷路器和定子接觸器均未斷開時(shí)產(chǎn)生的。

第四，在機(jī)組定子接線箱嚴(yán)重打火、過流時(shí)，變頻器的斷路器和定子接觸器未能斷開，過流嚴(yán)重以至于箱變過流跳閘。

第五，機(jī)艙內(nèi)著火問題：從故障信息看，18點(diǎn)09分47秒“變頻器錯(cuò)誤”自動(dòng)復(fù)位啟機(jī)，到18點(diǎn)14分49秒主控報(bào)“變頻器錯(cuò)誤”停機(jī)?，F(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)變頻器功率模塊和低電壓穿越部分均未損壞或燒毀，說明在主控停機(jī)后，或停機(jī)后機(jī)組轉(zhuǎn)速還很高時(shí)，定子接觸器斷開，變頻器脫網(wǎng)。

在18點(diǎn)14分49秒機(jī)組停機(jī)，其后不到5分鐘，主控報(bào)“機(jī)艙溫度偏高（18點(diǎn)19分17秒）”，又經(jīng)歷49秒，“機(jī)艙溫度過高（18點(diǎn)20分06秒）”，其間溫度升高5℃。由以上信息可知，在機(jī)組停機(jī)后，機(jī)艙溫度不斷升高。在變頻器脫網(wǎng)后，定子接線箱不再拉弧、打火時(shí)，機(jī)艙溫度還在不斷上升，并且溫度的上升速度較快，說明停機(jī)過后機(jī)艙已有明火產(chǎn)生，起火的時(shí)間應(yīng)在機(jī)組停機(jī)之前，或停機(jī)之后不久產(chǎn)生。

三、事故分析解讀出的安全隱患和疑問

機(jī)組改造后留下與本次事故相關(guān)的缺陷有：

第一，在定子接觸器改造時(shí)，僅是通過變頻器內(nèi)部改

線實(shí)現(xiàn)對(duì)定子接觸器的控制，定子接觸器改造廠家沒有要求低電壓穿越改造廠家修改變頻器的控制程序，增加相應(yīng)的定子接觸器控制板件及控制電路。兩個(gè)改造廠家之間未進(jìn)行任何溝通和協(xié)調(diào)。

第二，對(duì)于保護(hù)措施完善的變頻器來講，當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后，只要定子、轉(zhuǎn)子電纜對(duì)地或相間出現(xiàn)較小電流的拉弧、打火，變頻器就會(huì)迅速脫網(wǎng)，且變頻器的斷路器和定子接觸器都會(huì)斷開。因此，在正常情況下，定子、轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)短路，通常很難成為起火點(diǎn)。而事故機(jī)組的變頻器，在發(fā)電機(jī)定子回路出現(xiàn)嚴(yán)重打火、過流時(shí)，變頻器的斷路器和定子接觸器沒有及時(shí)斷開，因其短路、打火還造成了箱變低壓側(cè)斷路器跳閘，可見事發(fā)時(shí)發(fā)熱消耗的功率很大。

第三，一般情況下，當(dāng)變頻器并網(wǎng)后，如果是因變頻器報(bào)故障停機(jī)，那么變頻器的斷路器應(yīng)迅速斷開。然而，在18點(diǎn)14分49秒變頻器報(bào)“chopper開通超時(shí)”時(shí)，事故機(jī)組的斷路器并沒有斷開，而是18點(diǎn)20分01秒再次報(bào)“變頻器故障”后，到18點(diǎn)20分02秒，變頻器斷路器才得以斷開。這也說明變頻器的控制程序和保護(hù)措施不夠完善，或事故機(jī)組變頻器存在某種缺陷和安全隱患。

本次事故調(diào)查留下的疑問有：

第一，按照事故機(jī)組的主控參數(shù)設(shè)定，當(dāng)箱變與變頻器三相之間的電流差超過70A，主控就應(yīng)該報(bào)“三相電流不平衡”，然而，發(fā)電機(jī)定子接線箱處三相均出現(xiàn)了嚴(yán)重拉弧、打火，為何主控沒有報(bào)“三相電流不平衡”故障？

第二，如果定子接線箱的拉弧、打火是本次事故的起火點(diǎn)，從發(fā)電機(jī)接線箱到機(jī)艙的其他有機(jī)可燃物還有相當(dāng)?shù)木嚯x，火勢(shì)又如何擴(kuò)散蔓延到機(jī)艙的其他部位？是發(fā)電機(jī)潤(rùn)滑油管及潤(rùn)滑油泵受熱起火擴(kuò)散？而潤(rùn)滑油泵在定子接線箱的左側(cè)，且距定子接線箱3個(gè)打火孔的距離在1m以上。

第三，是否因發(fā)電機(jī)軸承內(nèi)部的油脂受熱蒸發(fā)導(dǎo)致火勢(shì)迅速蔓延？還需進(jìn)一步求證。如果成立，油脂蒸發(fā)的熱量來自定子接線箱打火、變頻器沒有及時(shí)脫網(wǎng)定子線圈加熱所致，還是在軸承處導(dǎo)電、電擊加熱，或其他原因造成？仍需進(jìn)一步分析。

第四，是何種原因造成發(fā)電機(jī)定子接線箱內(nèi)的拉弧、打火？打火的具體過程是怎樣的呢？

機(jī)組在經(jīng)過風(fēng)電場(chǎng)的擅自改造后，眾多性能已經(jīng)改變，僅變頻器就涉及多個(gè)廠家，該機(jī)組及變頻器已不單屬于哪一個(gè)廠家的產(chǎn)品，因不了解其性能，又缺乏此類機(jī)組的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，加之，在短時(shí)間所能收集的信息有限。因此，不能準(zhǔn)確鎖定此次事故定子接線箱打火的原因及火勢(shì)得以擴(kuò)散、蔓延的整個(gè)過程。

為避免事故的再次發(fā)生，該風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組首先應(yīng)該盡快規(guī)范變頻器“定子接觸器改造”，重點(diǎn)檢查變頻器改造存在的安全隱患。

該風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的原配置狀況及特點(diǎn)

該風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組在國(guó)內(nèi)投運(yùn)較早，技術(shù)也很成熟。在技術(shù)引進(jìn)時(shí)，根據(jù)與REpower廠家簽訂的“Licence協(xié)議”，機(jī)組如有任何改動(dòng)，必須通知REpower廠家確認(rèn)，這既是對(duì)用戶負(fù)責(zé)，同時(shí)又是質(zhì)量管控不可或缺的環(huán)節(jié)。

該風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組的基本配置為：LUST直流變槳輪轂系統(tǒng)，丹麥Mita公司W(wǎng)P3100主控，德國(guó)ALSTOM公司生產(chǎn)的1.5MW雙饋?zhàn)冾l器，通訊控制器為IC500，后臺(tái)軟件為Gateway，以上機(jī)組部件均為國(guó)外原裝進(jìn)口。這些配置和技術(shù)參數(shù)均由REpower廠家確定。主控、變頻器均能與通訊控制器的軟硬件配套，主控和變頻器數(shù)據(jù)可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)地傳到設(shè)備廠家的公司總部，主控的遠(yuǎn)程故障診斷工具也較為完善，因此，能便捷地實(shí)現(xiàn)“集中監(jiān)控，區(qū)域維修”。

該機(jī)型雖然技術(shù)成熟、保護(hù)電路完善。也正因如此，在維修變頻器及機(jī)組時(shí)，技術(shù)難度較大。如果運(yùn)維人員技術(shù)水平不夠高，往往會(huì)因機(jī)組故障判斷困難造成備件消耗量大，停機(jī)次數(shù)多等問題；而經(jīng)驗(yàn)豐富的維修人員嚴(yán)重缺乏；充分了解、運(yùn)用和體會(huì)到該機(jī)型優(yōu)點(diǎn)的從業(yè)人員更少。因此，該機(jī)型并不普遍被業(yè)主看好，這可能是業(yè)主實(shí)施機(jī)組改造的原因之一。

機(jī)組改造的原因及隱患

一、機(jī)組改造的原因及問題

國(guó)家電監(jiān)會(huì)于2012年3月1日印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)風(fēng)電安全工作的意見》要求：“并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組應(yīng)具備低電壓穿越能力，并具備一定的過電壓能力。”

為了適應(yīng)電網(wǎng)的要求，該風(fēng)電場(chǎng)也實(shí)施了低電壓穿越、數(shù)據(jù)上傳和功率管理改造。于是，把Mita公司W(wǎng)P3100主控及面板（人機(jī)界面）全部更換、ALSTOM變頻器的控制板件全部更換，并增加低電壓穿越部分。同時(shí)，因主控更換、數(shù)據(jù)上傳和功率管理要求，通訊控制器IC500與后臺(tái)Gateway軟件也全部更換。

經(jīng)過對(duì)變頻器、主控和環(huán)網(wǎng)改造之后，盡管達(dá)到了部分目的，但改變了原機(jī)組的整體性能，更給現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組維修、遠(yuǎn)程故障診斷和安全檢查等帶來了不便，機(jī)組運(yùn)行安全和運(yùn)行質(zhì)量難以保證。

二、機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)改造其質(zhì)量難以得到有效控制，可能帶來安全隱患

機(jī)組改造的實(shí)施過程欠科學(xué)與嚴(yán)謹(jǐn)，應(yīng)是此次事故產(chǎn)生的重要原因。機(jī)組在進(jìn)行低電壓穿越把原ALSTOM變頻器的控制板件全部更換，完全改變了原機(jī)的控制邏輯和安全保護(hù)，致使質(zhì)量?jī)?yōu)異、保護(hù)措施完善的變頻器性能和安全性大大降低。

此外，這些機(jī)組的大規(guī)模改造都是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，工作條件差，改造人員的技術(shù)水平和工作的嚴(yán)謹(jǐn)程度不能得到有效的保證，也沒有嚴(yán)格的質(zhì)量管控體系，改造的每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能帶來問題和安全隱患。

例如：某風(fēng)電場(chǎng)在實(shí)施“輪轂電池更換”整改方案時(shí)，廠家派了專職人員到風(fēng)電場(chǎng)更換輪轂電池，而這些人員因?yàn)闆]有機(jī)組維修經(jīng)驗(yàn)，不會(huì)對(duì)機(jī)組進(jìn)行檢查。當(dāng)更換了9臺(tái)輪轂電池后，設(shè)備廠家維修技術(shù)人員因處理機(jī)組故障來到現(xiàn)場(chǎng)，順便對(duì)更換后的機(jī)組作了檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：有2臺(tái)分別有一支葉片不能電池順槳，還有一臺(tái)有2支葉片不能電池順槳。從該事例可以看出，如沒有專業(yè)人員的檢查，從表面上看現(xiàn)場(chǎng)整改的實(shí)際效果，是為了機(jī)組安全；而實(shí)際情況則是更換電池之后，機(jī)組安全性降低。

結(jié)語

在實(shí)施風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)革新與風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組改造時(shí)，需綜合考慮各種影響因素。避免出現(xiàn)安全隱患和發(fā)生重大事故。

該風(fēng)電場(chǎng)的機(jī)組燒毀事故與機(jī)組改造有著密切的聯(lián)系。在增加低電壓穿越功能，實(shí)施數(shù)據(jù)上傳和風(fēng)電場(chǎng)功率管理時(shí)，把技術(shù)成熟、質(zhì)量?jī)?yōu)異的ALSTOM變頻器主板、WP3100主控及與之配套的IC500通訊控制器和后臺(tái)Gateway軟件全部更換，這不僅是對(duì)社會(huì)資源的極大浪費(fèi)，而且，機(jī)組改造使質(zhì)量?jī)?yōu)異的風(fēng)電產(chǎn)品淪為帶有安全隱患的劣質(zhì)產(chǎn)品，這值得深思。

在實(shí)施低電壓穿越等機(jī)組改造時(shí)，如能選擇技術(shù)、質(zhì)量可靠，風(fēng)電場(chǎng)業(yè)績(jī)優(yōu)異的廠商，或由原部件生產(chǎn)廠家進(jìn)行改造，可能會(huì)取得更好的效果。或者，國(guó)家相關(guān)部門在制定政策時(shí)，能根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，采取較為靈活的政策、措施，例如：對(duì)于安裝較早的風(fēng)電機(jī)組適當(dāng)降低功率管理的傳輸速率要求等。這樣不僅可以避免社會(huì)資源的巨大浪費(fèi)，節(jié)約成本，還可以避免風(fēng)電機(jī)組的整體性能因改造而出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。

（作者單位：王明軍：東方電氣風(fēng)電有限公司；江旭：遼沈工業(yè)集團(tuán)有限公司）