风电机组重大事故成因及预防措施

风电机组重大事故成因及预防措施

赵小东1  胡雪义2

身份证号： 152632198208274831

身份证号：152631198503062413

摘要：随着我国风电机组运行总量的增加，叶片断裂、脱落，机组烧毁、倒塌等重大事故时有发生。近年来，随着国内出质保机组数量的不断增加，机组烧毁、倒塌等重大事故更有增多的趋势。这不仅要从机组及部件质量上找原因，更应从现场施工、机组运维、备件采购、风电场管理和现场机组改造等多方面查找原因。

关键词：风电机组，重大事故，措施

一、前言

近年来，新能源发电行业迅猛发展，随着新能源占比不断增加，电力市场对风电机组运行可靠性要求也越来越高。通过对近年来风电行业火灾、飞车、倒塔及叶片折断典型事故，结合现场工作经验对重大事故的成因及预防措施进行了深入分析，提出一些实用性强且效果明显的预防措施。

二、研究背景

随着国家“碳达峰、碳中和”目标的提出，新能源发电行业又进入一个高速发展的时期。当前，国家又出台了“构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统”这一重大方针，要求在新能源安全可靠替代的基础上，逐渐降低传统能源比重。风力发电是新能源发电技术最成熟且前景最广阔的发电方式，但随着风电机组装机容量快速增长，风电事故时有发生，为保证新能源发电的安全性和可靠性，构建新型电力系统、建设智慧运维体系势在必行。

如何完善风电机组的保护、控制和安全监控功能，进一步提升现场设备运行可靠性、自我生存能力，成为风电行业重点关注和研究的课题。对近几年行业内典型重大事故案例分析，从设备、环境、管理多维度出发，总结提炼多项行之有效的预防措施。

三、研究内容

（一）风电机组火灾事故成因及预防措施

风电机火灾事故主要成因主要有以下几个方面：

1.电气故障，如变频器、并网接触器及机舱加热器故障产生电弧、高温或火花，引发电气火灾事故。

2.机械故障，如高速刹车机械故障、轴承故障导致旋转部位异常高温，引燃可燃物引发机舱着火。

3.风机控制功能设计不合理或保护功能不全，导致机组发生紧急故障时频繁自复位启停机，高速刹车频繁制动产生高温，引燃溢出的液压油进而引发火灾。 

4.外部环境原因，风电场多地处高原地带或山顶，雷雨季节风机易遭受雷击引发着火。

针对这些造成风电机火灾事故的原因，我们可采取以下一些措施：

1.针对电气故障引发的火灾，一是更换分断能力更强的并网接触器、进行并网回路改造、增加发电机组微机保护系统、风电机舱可视化监管平台，及时可靠切除故障点。二是在易起火部位安装带有温感、烟感探测器的自动灭火装置。三是对各柜体及电缆出入口做好防火封堵、电缆涂刷防火涂料；对长期高温运行部件，粘贴测温贴，定期分析运行温度。

2.针对机械故障引发的火灾，增加高速刹车测温功能，检测到高温时立即停机。其次，高速刹车盘采用钢制防护罩进行封闭，下方如有电缆采用防火布进行隔离。第三，应定期检查高速刹车夹钳活塞伸缩功能正常，如有渗漏油应及时处理，不得有油污。

3.针对对于控制和保护设计缺陷问题，通过完善保护逻辑，解决风力发电机组无限次自动复位重启问题。

4.针对天气原因引发的火灾，定期检查叶片、机舱及塔架防雷接地系统，确保防雷系统安全可靠。叶片避雷系统应采用直接接触导电方式。

（二）风电机组飞车事故成因及预防措施

飞车事故主要成因主要有以下几个方面：

1.设计缺陷，如风电机组变桨控制逻辑存在设计缺陷，有些机组故障收桨优先使用后备电源，如果故障时恰好后备电源损坏或容量不足，则无法收桨导致发生飞车事故。

2.变桨控制功能、变桨后备电源、变桨轴承、存在异常或故障，机组故障时不能正常收桨，导致飞车事故发生。

3.检修作业时风险辨识不足，在未进行风险辨识、做好安全措施的情况下开展变桨测试及维护工作，导致机组飞车事故。

针对这些造成飞车事故的原因，我们可采取以下预防措施：

1.针对风电机组故障未能优先使用电网电源收桨，技改为在任何工况下，变桨系统优先使用电网电源，只有当电网电源失电时才可使用后备电源收桨。

2.定期开展变桨后备电源电压、内阻测试，发现电池异常立即更换；定期检修变桨控制回路的重要接触器、继电器，如有异常及时更换；定期检查维护变桨轴承、齿圈，确保轴承无卡滞、齿圈无断齿。

3.严格按照检修规程开展设备维护工作，轮毂内工作应锁好所有叶轮锁，维护模式下不允许同时将两支以上叶片置于0度位置；通过技术改造，使变桨系统增加维护模式桨叶互锁功能。

4.另外，可通过技术改造，使机组增加自动偏航侧风功能。

（三）风电机组倒塔事故成因及预防措施

除飞车造成倒塔以外，风电机组倒塔事故成因主要有以下几个方面：

1.塔筒、基础环及连接螺栓设计、制造缺陷，包括设计强度，焊接及制造工艺，以及原材料质量问题等。

2.设备安装未按相关指导手册执行，未执行有关工艺要求。

3.生产运行阶段未按要求开展相关检查、检测工作。

针对这些造成风电机组倒塔事故的原因，我们可采取以下措施：

1.所采购的塔筒、螺栓等设备应符合有关国家或行业标准；工程期应做好到货验收，螺栓应按要求抽样检测。

2.做好设备安装监督及质检验收，设备安装要严格执行工序、工艺要求，防止遗漏工序、螺栓力矩不足等情况发生。

3.按要求做好设备投运后定期巡检及相关技术监督工作，定期进行力矩检查、塔筒外观检查、机组基础外观检查，开展塔筒焊缝及连接螺栓无损检测、塔筒水平及垂直度检测等工作。

4.随着大功率、高塔筒、长叶片机组的普遍应用，这类机组应具备抗涡流功能，有效避免塔筒受涡流影响产生晃动或振动。其次建议选用智能螺栓并接入主控程序，可监测塔筒螺栓运行状态，通过数据分析判断塔筒实时工况，发现塔筒早期缺陷后及时落实预防措施。

（四）叶片折断事故的主要成因及预防措施

叶片折断事故成因主要有以下几个方面：

1.叶片本体空鼓、褶皱、分层、贫胶等质量问题造成运行时断裂。

2.叶片初期损坏未能及时发现和维修，导致损坏越来越严重最终断裂。

3.雷击导致叶片断裂。

4.恶劣自然环境如台风、风暴、极端温度、叶片覆冰导致叶片断裂。

针对这些造成叶片折断事故的原因，我们可采取以下一些措施：

1.在工程期，对叶片制造过程资料、出厂检验报告等进行查验，对叶片外观、叶片内部进行详细检查，及时发现缺陷并处理。

2.对于维修维护不及时造成的叶片折断，首先应加强叶片常规巡视检查，可借助望远镜、高倍相机等工具，确保早发现早维修。其次可对叶片进行专业化探伤检测，如使用无人机检测、超声波探伤等。

3.对于雷击导致叶片折断，应加强叶片防雷工作，如对防雷设计不完善的叶片进行技改、定期进行叶片防雷通道检测维护、雷雨天气之后及时进行巡检。

4.对于台风、风暴易发多发地区，选用抗台风叶片；运行期间做好应对恶劣天气工作。

四、结语

安全性和可靠性是电力设备基础指标，新能源高质量发展需要不断提高设备的安全性和可靠性。通过对近年来典型风电机组重大事故案例的综合分析，总结提炼出造成设备重大事故的主要原因及预防措施。这样的研究分析对新能源安全生产技术管理有着重大的意义，同时又在警示着我们安全生产任重而道远。随着新能源的高速发展，风电智慧运维体系构建、大数据、能效管理平台、故障诊断平台、风电机舱可视化监管平台及风电营销系统的研究与应用，将为新能源大发展保驾护航，确保风电场安全、稳定、高效运营。

我们需不断努力，助力新能源事业发展，不负“奉献清洁能源，创造美好生活”的使命！

参考文献：

[1] 基于关联分析的生成式对抗神经网络的风电机组故障诊断研究. 于浩;张东;方文墨;孙明;孙志强;宁兆秋;白佳庆;崔馨元.沈阳工程学院学报(自然科学版),2022

[2] 风电机组关键部件磨蚀现状及防治研究进展. 李太江;李巍;刘立营;李聚涛;王彩侠;李生文;孙琦.中国表面工程,2023