系列風電機組事故分析及防范措施（四）
——機組改造帶來的問題和安全隱患

文 | 王明軍，江旭

系列風電機組事故分析及防范措施（四）
——機組改造帶來的問題和安全隱患

文 | 王明軍，江旭

風電機組的整機質量及性能與機組部件有關，也與現場管理和質量控制有關。在機組生產時，生產的各道工序如不嚴格把關可能會出現產品質量問題。對風電場機組改造時，如果設計方案考慮不夠全面，或現場施工人員責任心不強，則更可能造成質量問題，使機組性能變差，故障幾率增加，甚至還可能因機組改造而帶來安全隱患，最終導致機組燒毀、倒塌等重大事故。本文將分析近期發生的一例因改造而引發的機組燒毀事故。

某風電場機組燒毀事故

一、事故簡介

2016年5月，內蒙古某風電場發生了一起機組燒毀事故。該風電場于2006年開始吊裝興建，于2007年10月，該風電場的33臺雙饋1.5MW風電機組全部投運并進入質保服務期，按照合同約定質保期為兩年，應在2009年年底全部出保。在2011年，該風電場實施了主控和變頻器的低電壓穿越改造，2015年5月至7月，又再次實施了變頻器定子接觸器改造。

事發時，主控報“變頻器錯誤”停機，停機過后又報了一次“變頻器錯誤”。在事故發生過程中，箱變低壓側斷路器自動跳閘，最終機艙、輪轂、葉片等全部燒毀。事后勘察，塔筒內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，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，事故機組發電機定子接線箱的右側，與發電機定子接線相對應的三相接線銅排的右側被擊穿，出現了3個孔。如圖2所示，發電機定子接線盒內部三相的接線電纜燒毀嚴重，3相12根其中有7根電纜已經斷裂，定子

接線箱內部有燒熔物。

二、主控信息及事故簡要分析

事發前一天，事故機組報“變頻器錯誤”停機，其后手動停機。事發當天17點54分42秒，手動復位后；17點59分44秒，主控報“變頻器錯誤”；18點09分47秒，“變頻器錯誤”自動復位，啟機，在18點14分49秒再次報“變頻器錯誤”停機；在18點19分17秒，主控報“機艙溫度偏高”（主控設定的參數值為50℃）；18點20分01秒，機組又報“變頻器電網錯誤”；18點20分02秒，報“變頻器斷路器斷開”；18點20分06秒，“機艙溫度過高”（主控設置的參數值為55℃）。

主控在17點59分44秒、18點14分49秒和18點20分01秒，分別報過三次“變頻器錯誤”，其對應的變頻器信息為：17點59分44秒，變頻器報“機側啟動轉子三相電流瞬時值過流”，并在勵磁后因存在故障機組不能勵磁并網；18點14分49秒，變頻器報“chopper開通超時”，即：變頻器網側報故障，在此之前，機組處于正常并網狀態；18點20分01秒，變頻器報“15V電源故障”，在1秒之后，即：18點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，在報故障的次數和時間間隔上，主控所報的三次“變頻器錯誤”與變頻器內的記錄能完全對應。由此說明，主控所報相關信息是可信的。

第二，在18點14分49秒，主控報“變頻器錯誤”停機；但變頻器斷路器未斷開，直至18點20分02秒，主控報“變頻器斷路器斷開”時才斷開。

第三，由箱變低壓側斷路器自動跳閘，以及發電機定子接線箱和箱內的電纜燒毀狀況可知：發電機定子三相在接線箱處拉弧、打火，應是在變頻器斷路器和定子接觸器均未斷開時產生的。

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

第五，機艙內著火問題：從故障信息看，18點09分47秒“變頻器錯誤”自動復位啟機，到18點14分49秒主控報“變頻器錯誤”停機。現場勘察發現變頻器功率模塊和低電壓穿越部分均未損壞或燒毀，說明在主控停機后，或停機后機組轉速還很高時，定子接觸器斷開，變頻器脫網。

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

三、事故分析解讀出的安全隱患和疑問

機組改造后留下與本次事故相關的缺陷有：

第一，在定子接觸器改造時，僅是通過變頻器內部改

線實現對定子接觸器的控制，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，增加相應的定子接觸器控制板件及控制電路。兩個改造廠家之間未進行任何溝通和協調。

第二，對于保護措施完善的變頻器來講，當機組并網后，只要定子、轉子電纜對地或相間出現較小電流的拉弧、打火，變頻器就會迅速脫網，且變頻器的斷路器和定子接觸器都會斷開。因此，在正常情況下，定子、轉子回路出現短路，通常很難成為起火點。而事故機組的變頻器，在發電機定子回路出現嚴重打火、過流時，變頻器的斷路器和定子接觸器沒有及時斷開，因其短路、打火還造成了箱變低壓側斷路器跳閘，可見事發時發熱消耗的功率很大。

第三，一般情況下，當變頻器并網后，如果是因變頻器報故障停機，那么變頻器的斷路器應迅速斷開。然而，在18點14分49秒變頻器報“chopper開通超時”時，事故機組的斷路器并沒有斷開，而是18點20分01秒再次報“變頻器故障”后，到18點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措施不夠完善，或事故機組變頻器存在某種缺陷和安全隱患。

本次事故調查留下的疑問有：

第一，按照事故機組的主控參數設定，當箱變與變頻器三相之間的電流差超過70A，主控就應該報“三相電流不平衡”，然而，發電機定子接線箱處三相均出現了嚴重拉弧、打火，為何主控沒有報“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，從發電機接線箱到機艙的其他有機可燃物還有相當的距離，火勢又如何擴散蔓延到機艙的其他部位？是發電機潤滑油管及潤滑油泵受熱起火擴散？而潤滑油泵在定子接線箱的左側，且距定子接線箱3個打火孔的距離在1m以上。

第三，是否因發電機軸承內部的油脂受熱蒸發導致火勢迅速蔓延？還需進一步求證。如果成立，油脂蒸發的熱量來自定子接線箱打火、變頻器沒有及時脫網定子線圈加熱所致，還是在軸承處導電、電擊加熱，或其他原因造成？仍需進一步分析。

第四，是何種原因造成發電機定子接線箱內的拉弧、打火？打火的具體過程是怎樣的呢？

機組在經過風電場的擅自改造后，眾多性能已經改變，僅變頻器就涉及多個廠家，該機組及變頻器已不單屬于哪一個廠家的產品，因不了解其性能，又缺乏此類機組的運維經驗，加之，在短時間所能收集的信息有限。因此，不能準確鎖定此次事故定子接線箱打火的原因及火勢得以擴散、蔓延的整個過程。

為避免事故的再次發生，該風電場機組首先應該盡快規范變頻器“定子接觸器改造”，重點檢查變頻器改造存在的安全隱患。

該風電場機組的原配置狀況及特點

該風電場的風電機組在國內投運較早，技術也很成熟。在技術引進時，根據與REpower廠家簽訂的“Licence協議”，機組如有任何改動，必須通知REpower廠家確認，這既是對用戶負責，同時又是質量管控不可或缺的環節。

該風電場機組的基本配置為：LUST直流變槳輪轂系統，丹麥Mita公司WP3100主控，德國ALSTOM公司生產的1.5MW雙饋變頻器，通訊控制器為IC500，后臺軟件為Gateway，以上機組部件均為國外原裝進口。這些配置和技術參數均由REpower廠家確定。主控、變頻器均能與通訊控制器的軟硬件配套，主控和變頻器數據可通過互聯網實時地傳到設備廠家的公司總部，主控的遠程故障診斷工具也較為完善，因此，能便捷地實現“集中監控，區域維修”。

該機型雖然技術成熟、保護電路完善。也正因如此，在維修變頻器及機組時，技術難度較大。如果運維人員技術水平不夠高，往往會因機組故障判斷困難造成備件消耗量大，停機次數多等問題；而經驗豐富的維修人員嚴重缺乏；充分了解、運用和體會到該機型優點的從業人員更少。因此，該機型并不普遍被業主看好，這可能是業主實施機組改造的原因之一。

機組改造的原因及隱患

一、機組改造的原因及問題

國家電監會于2012年3月1日印發的《關于加強風電安全工作的意見》要求：“并網風電機組應具備低電壓穿越能力，并具備一定的過電壓能力。”

為了適應電網的要求，該風電場也實施了低電壓穿越、數據上傳和功率管理改造。于是，把Mita公司WP3100主控及面板（人機界面）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，因主控更換、數據上傳和功率管理要求，通訊控制器IC500與后臺Gateway軟件也全部更換。

經過對變頻器、主控和環網改造之后，盡管達到了部分目的，但改變了原機組的整體性能，更給現場機組維修、遠程故障診斷和安全檢查等帶來了不便，機組運行安全和運行質量難以保證。

二、機組的現場改造其質量難以得到有效控制，可能帶來安全隱患

機組改造的實施過程欠科學與嚴謹，應是此次事故產生的重要原因。機組在進行低電壓穿越把原ALSTOM變頻器的控制板件全部更換，完全改變了原機的控制邏輯和安全保護，致使質量優異、保護措施完善的變頻器性能和安全性大大降低。

此外，這些機組的大規模改造都是在現場進行，工作條件差，改造人員的技術水平和工作的嚴謹程度不能得到有效的保證，也沒有嚴格的質量管控體系，改造的每一個環節都可能帶來問題和安全隱患。

例如：某風電場在實施“輪轂電池更換”整改方案時，廠家派了專職人員到風電場更換輪轂電池，而這些人員因為沒有機組維修經驗，不會對機組進行檢查。當更換了9臺輪轂電池后，設備廠家維修技術人員因處理機組故障來到現場，順便對更換后的機組作了檢查，結果發現：有2臺分別有一支葉片不能電池順槳，還有一臺有2支葉片不能電池順槳。從該事例可以看出，如沒有專業人員的檢查，從表面上看現場整改的實際效果，是為了機組安全；而實際情況則是更換電池之后，機組安全性降低。

結語

在實施風電機組的技術革新與風電場機組改造時，需綜合考慮各種影響因素。避免出現安全隱患和發生重大事故。

該風電場的機組燒毀事故與機組改造有著密切的聯系。在增加低電壓穿越功能，實施數據上傳和風電場功率管理時，把技術成熟、質量優異的ALSTOM變頻器主板、WP3100主控及與之配套的IC500通訊控制器和后臺Gateway軟件全部更換，這不僅是對社會資源的極大浪費，而且，機組改造使質量優異的風電產品淪為帶有安全隱患的劣質產品，這值得深思。

在實施低電壓穿越等機組改造時，如能選擇技術、質量可靠，風電場業績優異的廠商，或由原部件生產廠家進行改造，可能會取得更好的效果。或者，國家相關部門在制定政策時，能根據我國的實際情況，采取較為靈活的政策、措施，例如：對于安裝較早的風電機組適當降低功率管理的傳輸速率要求等。這樣不僅可以避免社會資源的巨大浪費，節約成本，還可以避免風電機組的整體性能因改造而出現風險。

（作者單位：王明軍：東方電氣風電有限公司；江旭：遼沈工業集團有限公司）