索新良，譚 袖，劉俊廷

(華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030)

0 引言

近幾十年風(fēng)力發(fā)電在我國發(fā)展迅速，裝機容量年年攀升。但隨之對應(yīng)的問題也不斷顯現(xiàn)，風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計不成熟、元器件可靠性差、現(xiàn)場專業(yè)人員技術(shù)水平薄弱等因素導(dǎo)致風(fēng)電機組火災(zāi)、飛車、倒塌等事故[1-2]時有發(fā)生。

以下介紹雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機因制動系統(tǒng)故障所導(dǎo)致的火災(zāi)，從技術(shù)和管理方面入手，提出事故處理建議及預(yù)防措施。

1 制動系統(tǒng)介紹

根據(jù)GB/T 18451.1—2012《風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計要求》，風(fēng)力發(fā)電機組必須有兩套不同原理的獨立發(fā)揮作用的制動系統(tǒng)，以便保障風(fēng)電機組在故障狀態(tài)下絕對安全。目前制動系統(tǒng)基本采取空氣動力學(xué)剎車和主軸機械剎車兩套機構(gòu)?？諝鈩恿W(xué)剎車是通過變槳系統(tǒng)來使葉片順槳實現(xiàn)氣動剎車目的。對于異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機組，機械剎車一般是通過安裝在齒輪箱輸出端即高速軸的液壓制動器，實現(xiàn)制動和機械剎車。

高速軸制動器一般有兩種方式，即主動式和被動式[3-4]。主動式是指制動器得到壓力時，制動器的活塞推動摩擦片與制動盤摩擦，實現(xiàn)剎車功能；制動器失去壓力時，活塞在彈簧的推力下，摩擦片離開制動盤，實現(xiàn)松閘。被動式是指制動器失去壓力時，制動器依靠彈簧的彈力抱閘剎車；制動器得到壓力時，制動器松閘，主軸自由轉(zhuǎn)動。主動式制動器制動動力來自液壓系統(tǒng)，被動式制動器制動動力來自彈簧的彈力，目前主動式制動器應(yīng)用較多。主動式制動器結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 高速軸制動器

2 機械剎車系統(tǒng)引發(fā)火災(zāi)分析

火災(zāi)發(fā)生的主要因素一個是可燃物，另一個是火源。風(fēng)力發(fā)電機組引發(fā)火災(zāi)的可燃物最主要的是油脂，因設(shè)備設(shè)計制造及安裝原因，風(fēng)力發(fā)電機組齒輪箱與軸承的密封可能存在問題，齒輪箱輸入輸出軸附近、主軸軸承部位、發(fā)電機軸承部位、偏航系統(tǒng)等部位可能存在漏油現(xiàn)象[5-6]；其次是機艙布置的動力電纜、通信電纜及液壓油管等橡膠管路[7]。對于雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機組，火源主要來自齒輪箱輸出端高速軸機械剎車系統(tǒng)剎車片與剎車盤摩擦產(chǎn)生的高溫碎屑或火花[8]。

異步雙饋風(fēng)力發(fā)電機組正常運行時齒輪箱輸出端屬于高速運行，若控制系統(tǒng)安全鏈因振動超限、超速、急停按鈕按下等異常情況動作，變槳系統(tǒng)會做出緊急順漿、高速軸做出剎車啟動保護(hù)動作[9]。若機械剎車系統(tǒng)在高速軸高速運轉(zhuǎn)時長時間執(zhí)行剎車動作，摩擦片與剎車盤高速摩擦，產(chǎn)生大量熱量及金屬碎屑，高溫金屬碎屑沿剎車盤飛濺，溫度較高時足以引燃周邊可燃物品。

某風(fēng)電項目1 臺風(fēng)機遠(yuǎn)程進(jìn)行PLC 重啟時，安全鏈動作，制動器抱閘。風(fēng)機再次重新啟動運行時由于制動器動作后液壓缸活塞未正?；匚?，且SCADA 系統(tǒng)未設(shè)置剎車狀態(tài)反饋信號，導(dǎo)致制動器主動側(cè)剎車片與剎車盤側(cè)摩擦近30 min，高溫產(chǎn)生火花和熔融物，引燃制動器下部易燃物，引發(fā)火災(zāi)。

某風(fēng)電項目1 臺風(fēng)機機艙著火事件，因風(fēng)機機械剎車裝置進(jìn)行主軸剎車，剎車狀態(tài)反饋信號丟失，風(fēng)機在剎車狀態(tài)下啟動并持續(xù)運行，發(fā)電機冷卻風(fēng)管的連接波紋管與機械剎車系統(tǒng)距離較近，且無有效的防火隔離措施，剎車片與剎車盤高速摩擦產(chǎn)生火花，引燃剎車系統(tǒng)上方塑料波紋管及通風(fēng)管道等可燃部件。

某風(fēng)電項目1 臺風(fēng)機運行時剎車系統(tǒng)頻繁啟停，且該故障可以自動復(fù)位，剎車系統(tǒng)頻繁啟停導(dǎo)致剎車片與剎車盤高速摩擦產(chǎn)生火花，引燃制動器下部易燃物，引發(fā)火災(zāi)。

3 機械剎車系統(tǒng)火災(zāi)預(yù)防措施

3.1 技術(shù)方面

針對常見機械剎車故障提出以下預(yù)防措施。

1) 將剎車位置狀態(tài)信號接入SCADA 系統(tǒng)，剎車位置異常時及時報警停機，提醒運維人員現(xiàn)場檢查。

2) 從剎車系統(tǒng)啟動邏輯分析，機組未超速時，可以采用軟件和硬件設(shè)計，避免主軸在高速轉(zhuǎn)動情況下機械剎車裝置動作。軟件設(shè)計是主軸在高速轉(zhuǎn)動時不允許機械剎車。在硬件設(shè)計方面可以在機械剎車系統(tǒng)的信號線路上加裝一個轉(zhuǎn)速繼電器，當(dāng)主軸處于高轉(zhuǎn)速時保證剎車系統(tǒng)不動作，當(dāng)轉(zhuǎn)速低至一定的轉(zhuǎn)速(例如200 r/min)時，再將安全鏈或手動剎車信號傳輸至剎車系統(tǒng)，該方法可以保證在非超速故障情況下，風(fēng)力發(fā)電機組機械剎車。

3) 配備兩套剎車反饋壓力開關(guān)，實現(xiàn)重要保護(hù)雙重化配置。

4) 機組故障實行分級管理，設(shè)置禁止遠(yuǎn)程復(fù)位(需就地檢查復(fù)位)、可遠(yuǎn)程復(fù)位等級別。安全鏈動作、剎車位置異?；騽x車信號消失等故障應(yīng)設(shè)置為最高等級故障，禁止遠(yuǎn)程復(fù)位，運維人員需現(xiàn)場檢查，確認(rèn)無異常時方可就地復(fù)位。

5) 高速軸剎車系統(tǒng)設(shè)置剎車片磨損監(jiān)測功能，超過限值能及時報警停機；高速軸剎車系統(tǒng)設(shè)置溫度保護(hù)功能，剎車盤（片）設(shè)置溫度測點或熱敏開關(guān)，超過規(guī)定溫度報警停機；液壓系統(tǒng)設(shè)置油位油壓異常報警功能，液壓管路做好防磨、防漏措施，合理設(shè)置滲漏油接油盤或接油槽。

3.2 設(shè)備及管理方面

1) 機械剎車系統(tǒng)制動器和剎車盤配置耐高溫材料的防護(hù)罩，避免剎車盤摩擦產(chǎn)生的火花或高溫碎屑引發(fā)火災(zāi)。剎車盤配置擋油裝置，避免因制動盤表面油污導(dǎo)致制動力下降或引發(fā)火災(zāi)。

2) 高速軸剎車系統(tǒng)周邊的電纜、管路、接線槽(盒)完善防火隔離措施，如涂刷防火涂料、防火板隔斷、防火泥(包)封堵等。

3) 機艙配備自動消防裝置，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，通過自動檢測判斷，啟動消防設(shè)施，達(dá)到滅火目的。

4) 對于可燃物問題，消除風(fēng)電機組油污，降低火災(zāi)威脅。機組巡檢時，發(fā)現(xiàn)油污應(yīng)及時清理干凈，保證高速軸附近無油污出現(xiàn)。

5) 定期檢查高速軸剎車系統(tǒng)是否可靠動作，液壓缸活塞及制動鉗應(yīng)無卡澀；定期檢查制動盤剎車間隙和剎車片厚度，制動盤剎車間隙定位裝置可靠固定，不應(yīng)因為彈簧等裝置的應(yīng)力變化而導(dǎo)致間隙大小變化。發(fā)現(xiàn)間隙超限、剎車片磨損不均勻、剎車盤受損等異常情況，應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)整或更換處理；對高速軸剎車制動時間、液壓泵的自動啟停進(jìn)行測試，不滿足要求時禁止啟動風(fēng)力發(fā)電機組。

4 結(jié)束語

高速軸剎車系統(tǒng)在風(fēng)機高速轉(zhuǎn)動過程中動作，剎車片與剎車盤側(cè)摩擦，產(chǎn)生高溫火花和熔融物，引燃制動器周圍易燃物，極易引起火災(zāi)。以上從剎車系統(tǒng)常見異常剎車原因著手，在著火源、可燃物方面，從技術(shù)、設(shè)備及管理方面分析，提出解決異常剎車引發(fā)火災(zāi)的措施和建議。