文 王明軍① 高原生① 梅國剛① 邵勤豐②
東方汽輪機有限公司風電事業(yè)部① 東方電氣自控研發(fā)中心②
摘 要：本文介紹某風電場的1.5MW 風電機組，因發(fā)電機前軸承抱死，而引發(fā)的聯(lián)軸器及聯(lián)軸器罩殼燒毀事故。
本文就事故原因進行分析，以找出有效的預防措施，防止類似事故及機組燒毀事故的再次發(fā)生。
前 言
據(jù)英國風能機構不完全統(tǒng)計，截至2009 年12 月31 日， 全球共發(fā)生風電機組重大事故715 起，其中火災事故138 起，占總數(shù)的19．3％，位列第二位。2010 年歐美等國新增火災事故7 起，其中2 起火災對作業(yè)工人造成了嚴重燒傷。因此，火災已成為繼雷擊后第二大毀滅性風電機組災害。2006 年中國臺灣燒毀了2 臺2MW 的風力發(fā)電機組[1]。在近期的《火災科學》雜志上，來自倫敦帝國理工學院、愛丁堡大學和瑞典SP 技術研究院的幾位研究人員聯(lián)合發(fā)表了他們的研究成果。在對全球20 萬臺風電機組進行了評估之后，這個研究小組認為，風電機組的火災發(fā)生率比業(yè)內普遍認為的幾率高出10 倍。當前，公開報道的全球風電機組火災發(fā)生率平均為每年11.7 起，而研究人員認為， 每年至少有超過117起風電機組著火事故發(fā)生[2]。
風電機組火災事故中國有，國外也有。如果對眾多機組起火和燒毀事故認真分析，找出事故真實原因，采取有效預防措施，相信絕大部分的機組火災事故是可以預防和避免的。然而，在降低和避免重大事故發(fā)生的同時，我們不僅要講求科學，還需要綜合考慮成本，以利于度電成本的降低。
1. 事故簡介
某風電場在后臺軟件上發(fā)現(xiàn)一臺機組報“發(fā)電機超速”停機，其后觸發(fā)了“發(fā)電機軸承1 溫度偏高”、“發(fā)電機軸承1 溫度過高”等多個故障。事故后發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器及聯(lián)軸器罩殼完全燒毀。該機組在更換發(fā)電機、聯(lián)軸器、聯(lián)軸器罩殼、燒毀的部分線路和傳感器后，順利并網(wǎng)發(fā)電。該事故機組因燃燒部位較少，沒有危及主控和數(shù)據(jù)的采集、處理，且機組斷電較晚，事后得到的主控數(shù)據(jù)較為完備，現(xiàn)場保持完好，這給本次事故分析帶來了極大的方便。
2. 事故勘測
2.1 現(xiàn)場查看與分析
在拆解事故機組發(fā)電機前軸承時，發(fā)現(xiàn)軸承保持架完全破損。從事故部位實物觀察，發(fā)電機軸與前軸承內圈之間已經(jīng)發(fā)生了劇烈的相對運動，且磨損相當嚴重，發(fā)電機軸和軸承內圈的部分材料已經(jīng)融化（見圖1）；發(fā)電機軸承前端蓋、后端蓋、軸承滾動體、軸承滾道以及軸承內部的所有油脂干澀、發(fā)黑（見圖9）；力矩限制器發(fā)生了相對位移（見圖4）；聯(lián)軸器及聯(lián)軸器罩殼被碳化燒黑，形狀保持較為完好。
聯(lián)軸器與發(fā)電機側的連接螺栓、螺帽和鎖緊螺栓均有明顯淬火跡象；發(fā)電機側的聯(lián)軸器連接螺栓拆卸困難，不少鎖緊螺栓在拆卸時發(fā)生斷裂。而聯(lián)軸器與齒輪箱側的連接端，連接螺栓拆卸正常，與正常的連接螺栓拆卸沒有太大的區(qū)別。
聯(lián)軸器罩殼的上半靠發(fā)電機端燒毀嚴重，聯(lián)軸器罩殼上半有部分已變成白色灰燼。整個機艙內布滿煙塵。在發(fā)電機前軸承前端的正上面，機艙保溫層燒毀，周圍被燒成黑色。
發(fā)電機前軸承前端蓋以上的發(fā)電機大端蓋面上被煙熏成一個較大的V形黑色印跡（見圖10），在發(fā)電機前軸承上端的發(fā)電機冷卻風扇有被明火嚴重燒過的跡象（見圖10）。
因此，綜合以上諸多現(xiàn)象分析，事發(fā)時發(fā)電機前軸承端有長時間明火出現(xiàn)，火源應來自發(fā)電機前軸承端。
2.2 事故發(fā)生時發(fā)電機前軸承的溫度變化趨勢
根據(jù)事故回放每秒采集到的數(shù)據(jù)，把低速軸轉速和發(fā)電機軸承1溫度，按照時間順序繪制到同圖形上， 如圖2 所示。從15:12:52 至15:13:14，22s 上升15.4K， 溫升梯度0.7K/s；從15:13:14 至15:15:14，120s 上升26.9K，溫升梯度0.22K/s。從事故回放記錄來看，在15:13:13機組發(fā)電機轉速為1733.8rpm， 當發(fā)電機前軸承卡死后，發(fā)動機測速故障， 在15:13:14 高速軸轉速達到3713.6rpm，觸發(fā)“發(fā)電機超速”軟件停機（見表1），按照機組低速軸轉速18.2rpm 計算，高速軸端的轉速應為1725rpm。15:13:15 高速軸速度為899.7rpm，發(fā)電機端的高速軸測速恢復正常。因此，在15:13:28“發(fā)電機超速”自動復位。
