研討時刻 | 淺析國內西部某風場風機倒塔事故原因

     

【生產動態】

淺析國內西部某風場風機倒塔事故原因

本文由大唐新能源試驗研究院供稿

孫廣超執筆

摘要:槳葉零度角校驗和標定工作屬風機調試和維護工作中的常規項目,需要經技術培訓合格的技術人員來開展,並做好相應的鎖定輪轂和激活液壓刹車等安全措施,如果技術人員未經過相關培訓或培訓不到位,加之安全風險意識不足,將會導致機組發生重大安全事故,危及人身和設備安全。

關鍵詞:槳葉標定  超速  安全鏈  機械刹車  緊急順槳

近期,國內西部某風電場風機在標定槳葉零度角作業中,由於作業人員安全風險意識不足、作業方法不安全和風機控製策略不科學導致飛車,造成風機倒塔。

一、事件經過

辦理工作票。

計劃開展槳葉標定,清理齒輪箱油冷散熱器、主軸端蓋檢查和廢油清理工作。

手動停機,布置安全措施。

工作負責人在塔底監視,工作班成員登塔工作。

標定完成,專家模式未解除。

槳葉保定工作完成後,2人輪轂內撤出,3隻槳葉均在0°,變槳控製櫃“專家模式”鑰匙未恢複。

高速軸刹車和輪轂鎖定解除。

維護人員手動解除高速軸刹車和輪轂鎖定裝置。

轉速上升,手動急停按鈕激活。

維護人員發現機組轉速快速上升,手動按下急停按鈕,停機失敗,變槳係統未執行緊急收槳功能。

機組報“發電機超速”故障。

機組報“主軸超速”故障。

手動製動失敗,轉速持續上升。

機艙4名人員立即開始緊急逃生,一次通過爬梯下塔。

風機最大轉速達到3946.98rpm。

工作負責人及機艙3名維護人員緊急逃離至上風向,1名維護人員未逃生成功。

風機倒塔。

第二層及以上塔筒連同機艙整體傾倒,第一層塔筒未傾倒並未見明顯異常,變槳係統處於“專家模式”,三支葉片角度均處於0°附近。

組織救援。

被困人員身穿安全帶懸掛在靠近三層平台爬梯上,無明顯外傷,意識清醒,17:00受傷人員被送往縣人民醫院,一根手指骨折,一個肋骨骨折,其他指標無異常。

二、現場情況

X號風機第二節及以上塔筒連同機艙整體向東倒塔,塔筒法蘭連接螺栓全部斷裂,第一節塔筒未傾倒且未見明顯異常。刹車製動器未抱閘,未見異常刹車痕跡。三支槳葉角度均處於0°位置附近,變槳控製係統為“專家模式”。

三、暴露的問題

管理原因

1.違反安全規程規定,作業風險管控不嚴格。機組16:40至16:45之間最大風速為13.324m/s,最小風速為5.492 m/s,《風力發電場安全規程》規定,風速超過12米/秒,不應在機艙外和輪轂內工作。本次輪轂槳葉標定作業時,最大風超出規定值。

2.風場兩票管理不規範,工作任務與工作內容不符。本次檢修作業的實際內容為標定風機槳葉零度角、清理齒輪箱油冷散熱器、主軸端蓋檢查和廢油清理工作 ,辦理的卻是風機巡檢工作票。

3.工作負責人未履行工作職責。工作票麵記錄各項措施已執行確認人為A某,實際措施已執行確認人為B某,工作負責人未能落實各項安全措施和實施全過程監護,也未能及時發現和製止工作班成員在槳葉處於0°位置和“專家模式”時撤出輪轂。

4.檢修作業標準不完善。風機廠家安全手冊無標定槳葉操作風險提示和防範措施,維護手冊無標定風機槳葉零度角的相關作業標準和要求,上述手冊不能對現場作業實現完整有效的指導。

5.檢修維護人員培訓不到位。風機廠家未開展風機檢修作業的常規項目培訓,檢修維護人員不掌握現場作業關鍵性作業技術要求和作業工序。

技術原因

1. 變槳控製係統在“專家模式”下,拔出手操盒後,沒有槳葉自動回位功能。下圖可以看出, “專家模式”與手動操作盒是兩個控製回路,拔出手動操作盒並不能對 “專家模式”啟動閉鎖控製,且手動操作盒也未設置係統反饋回路,係統並不能識別手動操作盒的安裝與否,隻能根據“專家模式”的反饋點來判斷是否在手動操作模式,所以手動操作盒拔出以後係統並未執行順槳動作。

2. 緊急停機按鈕不能連鎖激活高速軸刹車。製動係統對風電機組的安全運行起著至關重要的作用,風機機械製動係統根據緊急情況不同分為多個級別,一般緊急情況下,機組轉速降到300rpm,機械刹車開始製動,直到機組轉速降到0rpm;特別緊急情況下,機械製動應配合緊急變槳同時投入,避免機組速度持續上升離心力過大導致機組倒塔。

上圖為某機組超速故障(2971rpm)時機械刹車製動後部分部件損毀的情況,可見刹車片完全磨損,刹車盤嚴重磨損,兩側均存在較深的磨痕,刹車保護罩嚴重變形且部分燒熔,發電機側的柔性連接片已經全部脫落,最終機械製動配合緊急瞬間使機組停機,未發生倒塔事故。

就本次X號風機事故而言, B某在“超速故障”報警之前(保護值為1980rpm)按下了緊急停機按鈕,機械刹車應該無延時進行緊急製動,被動刹車力矩一般按照滿發轉矩的兩倍設計,可以有效抑製轉速上升,並實現機組停機。

由上圖可以看出,X號風機一級、二級安全鏈與高速軸刹車無硬件閉鎖,現場實際測試(西門子係統)激活急停按鈕後,刹車也未激活,說明主控係統控製策略中也無安全鏈和刹車的軟件閉鎖,所以B某按下急停按鈕後,刹車未激活屬機組正常控製範疇,風機控製策略在製動模式和級別上存在嚴重的設計缺陷。

3.“專家模式”下不能實現緊急順槳功能。當前主流設計的緊急順槳供電模式有兩種,一種是動力電源供電,隻有電網掉電的情況下才啟動後備電源供電,這種方式一定程度上避免了由於後備電源失效不能實現順槳的情況;另一種是隻要進入緊急順槳模式,就啟動後備電源執行順槳,這種模式省去了中間判斷條件,但是增加了後備電源的使用頻率,也一定程度上存在後備電源失效的風險。

根據電氣原理圖,我們可以判斷X號風機緊急順槳供電模式為後備電源供電,因為整個作業過程主電源並未斷電,而 “專家模式”通過控製繼電器切斷了後備電源,導致機組在緊急順槳模式下後備電源不能提供驅動電源,另外,機組的交流開環收槳執行條件中對“專家模式”存在風險預判不足,未能將“專家模式”下的緊急情況列入開環收槳的觸發條件,導致機組失去了最後一次順槳機會。

四、防範措施

強化安全風險意識,嚴格遵守安全規程。

檢修維護作業前認真分析天氣、風速等作業條件,按照安全規程規定許可作業;工作過程中作業條件發生變化,立即采取措施,確保人身安全。

嚴格“兩票”管理,完善風機作業安全措施。

加大“兩票”培訓和監督檢查力度,確保“兩票”執行率100%;根據實際情況製定作業安全措施,全麵做好危險點分析工作,確保“兩票”合格率100%。

加大“雙查”力度,杜絕工作職責履行不到位問題。

深入開展安全生產“四不兩直“督查工作,對存在的問題既要查技術原因,更要查管理原因,確保各項安全生產職責落實到位。尤其要狠抓外委單位現場作業的安全管理責任落實。

完善現場檢修作業標準,嚴肅執行紀律。

根據風電場檢修維護作業內容,收集梳理相關安全、技術標準,組織編製現場檢修作業標準,規範開展風機檢修維護作業。通過培訓、考核等手段,強化製度標準的執行力。

重視技能培訓,提高檢修維護人員技術水平。

根據崗位職責有針對性地開展安全、技能培訓工作,切實提高現場檢修維護人員技術水平。建立持證上崗機製,杜絕培訓和技術水平不合格人員登塔作業。

五、建議技改措施

目前,我國的不少廠家的生產技術都是從國外引進,還沒來得及完全轉化就投入了大規模生產,部分技術關鍵點掌握不到位,其次我國風電企業的研發、技術人員實踐經驗不足,機組的安全隱患不能在控製策略中實現保護閉鎖功能,導致機組頻繁發生重大安全事故。本人就X號機組倒塔事故提出以下幾點技改建議:

“專家模式”與手操盒合並設置。

取消“專家模式”獨立回路,整合在手操盒中,一方麵簡化了變槳電氣回路和櫃體配置,另一方麵拔出手操盒直接恢複自動控製模式,避免人為失誤導致變槳係統無法恢複至自動控製模式。如下圖所示:

安全鏈斷開閉鎖激活高速軸刹車。

將二級安全鏈的保持繼電器常開節點串聯至高速軸刹車使能信號輸出繼電器回路,使高速軸刹車與安全鏈建立硬件聯係,急停按鈕、振動、超速等達到報警值進行緊急停機的同時激活高速軸刹車,以最快速和最安全的模式將機組停機,保證機組安全。如下圖所示:

完善變槳係統自主運行程序。

X號機組倒塔事故中,變槳係統默認“專家模式”為手動操作模式,急停按鈕、超速保護均不能滿足變槳係統自主運行程序的執行,可見變槳係統自主停機程序中未對“專家模式”進行全麵考慮,對“專家模式”下自主運停機模式設計不足,加之交流開環緊急順槳條件執行過於苛刻,機組失去了兩次緊急順槳的機會,最終導致機組倒塔事故的發生。為確保 “專家模式”和緊急停機同時出現時的機組安全,在變槳程序中增加對“專家模式”下葉輪轉速的判斷,超過一定轉速則執行變槳自主運行停機程序,以期達到“專家模式”下的變槳自主停機,如出現安全鏈觸發信號報警需要執行緊急停機時,無論是否在“專家模式”變槳係統均執行自主運行停機程序使機組順槳,冗餘保證機組安全。

綜合近年來倒塔事故分析的實際情況來看,為減少機組故障,避免重大事故的再次發生,一方麵要充分理解、消化和吸收國內外先進的風電技術,結合國內風電機組生產、運行的的實際情況,製定科學嚴禁的控製策略和保護模式,另一方麵要建立良好的風電場管理體製,提高現場人員的技術水平及機組維護質量,定期排查事故多發的關鍵部位和存在的控製缺陷,及時消除上述缺陷,保證機組的運行環境良好。

參考文獻:

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[4]《X型風電機組調試手冊》

[5]《X型風電機組維護手冊》

本文選自大唐新能源研究院內部資料

《新能源政策與技術研究參考》

2018年第2期

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