編輯 | 風電頭條 信風

【摘要】本文從機組設計、運維管理和質量控制等角度，分析倒塔事故發生的原因。運行過程中超速飛車是倒塔事故發生的主要原因，機組設計存在不足沒有從源頭上阻止事故的發生。在運維過程中，人員的不規范操作是事故發生的另一個重要原因。本文通過分析可能導致倒塔的原因，為減少此類事故的發生提供幫助。

【關鍵詞】倒塔事故 超速飛車變槳控制 運維管理 葉片質量

一、引言

隨著風電行業的快速發展，風電機組倒塔事故時有發生，給風電運營商、風機制造商及相關各方造成重大經濟損失，甚至嚴重的人身傷亡事故吊車，嚴重影響行業健康發展。倒塔事故發生后，無論是主機制造商還是運營商，為減少事故的負面影響，都采取低調處理的方式，并沒有采取“四不放過原則”處理事故，事故原因并沒有徹底調查清楚，而是匆忙更換新機組。事故發生后，行業內沒有交流共享，導致同樣的事故屢次發生，給行業造成本可避免的損失。

發生倒塔事故是小概率事件，設計上的不足風電機組倒塔事故，工作人員的不規范操作，質量問題都可能導致倒塔，本文通過分析可能導致倒塔的原因，為以后減少此類事故的發生提供幫助。

二、運行過程中超速飛車引起倒塔

風電機組倒塔大部分是在運行過程中，超速飛車引起倒塔，之所以在運行過程中超速飛車，主要還是因為機組和變槳系統設計存在不合理之處。

我國風電早期主要靠引進技術，后期消化吸收，目前已基本具備再研發能力。變槳系統作為風電機組獨立的的子系統，其自身具有縝密的邏輯判斷和故障診斷功能，與風機主控的關聯主要包括通訊、供電、安全鏈回路。

風電機組停機方式主要有：正常停機、快速停機和緊急停機三種方式，根據機組設計載荷不同風電機組倒塔事故，三種停機方式的控制速度也不同。其中，正常停機和快速停機方式下，變槳系統均是接受風機主控指令完成順槳；緊急停機是觸發安全鏈停機，并分為兩種情況：一是變槳系統報故障，主動斷開安全鏈按照預期速度執行順槳；二是風機其他系統安全鏈斷開，導致變槳安全鏈斷開執行順槳。

（1）輪轂沒有超速保護

變槳系統自身不具備監測葉輪轉速功能，目前通常的做法是機艙柜內安裝的超速模塊檢測葉輪轉速，當超速模塊檢測到超速時，通過安全鏈模塊控制EFC回路完成緊急順槳。如果PLC死機的情況下，安全鏈模塊不能完成順槳。從監測到超速，到控制緊急順槳，控制回路較長，任何環節出現問題，都可能導致不能安全順槳。

目前的系統設計中，葉輪超速發生后，小概率情況下主控并未將該信號傳遞到變槳系統，某些情況下（經實際驗證，發生概率不低）此類故障并不能可靠順槳，導致嚴重故障甚至倒塔情況發生。

（2）順槳邏輯不合理

如圖1所示，早期風電機組的變槳系統，to當系統發生一般故障時，主控將發送收槳命令給變槳系統，由變槳PLC控制驅動器收槳；當系統發生嚴重故障時，系統第一收槳邏輯是切斷EFC信號，由后備電源控制電機直接順槳。

圖2 順槳邏輯圖

如圖2所示，當出現較嚴重故障時，直接切換到電池順槳，此時如果電池出現問題，則機組無法安全順槳，機組可能出現超速飛車。除此之外，還有如下劣勢：

通常情況下，嚴重故障發生頻次較高，故障未作歸類，起動收槳的次數十分頻繁，后備電池使用率居高不下，電池壽命大大縮短；

電池直接驅動直流電機運行，由于電池電壓一般在216V左右，即使系統里加入限流電阻，效果也十分有限，電機運行速度不可控，在撞到限位開關之前，速度很快，給風機塔筒造成很大沖擊。

（3）安全鏈回路元器件安全等級不夠

圖3 變槳安全鏈示意圖

圖3中，安全鏈模塊為經過安全認證的模塊，可靠性較高，但是控制EFC順槳回路的繼電器為一般繼電器，安全等級較低，可靠性較差，如果緊急順槳情況下，不能有效斷開，則會發生超速飛車等故事。

三、人為操作不當引起倒塔

2019年4月12日甘肅民勤某風電場發生一起風機倒塔事故,造成四人死亡，一人重傷，一人輕傷，損失慘重。

圖4 事故現場

事后分析得知，由于該風機變槳控制手動模式下開槳后，未及時收槳到基準位置（89°），三只葉片槳葉均處于開槳位置0°左右，此時松開葉輪制動剎車，當時平均風速約6m/s，發現風機轉動后，現場人員未有效進行收槳操作，變槳在手動模式下（權限最高）吊車公司，風機超速后不執行緊急收槳。風機在槳葉全開時持續空轉，迅速加速進入超速狀態，一只葉片無法承受過大的離心力而開裂，進而導致動力失衡，最終風機倒塔。

事故發生原因分析：

1、近幾年定檢維護工作價格持續下降，導致維護人員素質不高，很多都是由第三方公司完成，第三方公司為了降低成本，只能招聘素質不高的人員，這些人員無論技術能力還是安全意識都達不到要求。

2、機組設計存在不足，在超速發生后，沒有緊急停機機制，在超速發生時，需要設置簡單易操作的停機按鈕，保證機組能安全停機。

這是一起典型的違規操作引起的事故，但這并不是第一起在維護過程中發生的倒塔事故。在2014年新疆某風場調試過程中，調試人員將三個葉片開槳，導致超速飛車倒塔，引起1死2傷的慘痛事故。除了人員操作的問題，機組研發人員更應該從事故中，吸取教訓，從源頭上避免此類事故的發生。

四、其它原因導致倒塔

2017年寧夏某風電場2MW機組倒塔，經調查，該機組葉片存在質量問題，在運行過程中葉片撞擊塔筒，導致葉片斷裂，塔筒折斷。除去葉片質量問題，如果工作人員能定期檢查葉片，或者能使用一些智能設備監測葉片，在葉片出現小的裂紋時能及時采取措施，或許可以避免倒塔事故的發生。

在行業發展早期，出現過因為層層轉包，最后施工質量不達標，出現倒塔情況，隨著政策的完善，此類事故近幾年較少發生。但日常運維過程中，應多注意塔筒基礎的異常情況。

五、總結

從2005年開始，風電行業進入快速發展期，國內整機制造商一哄而上，出現風電大躍進。在這一特殊時期，機組的質量和安全存在諸多隱患，不利于行業健康發展。通過梳理倒塔事故，主要是在運行過程中發生超速飛車，導致倒塔。國內整機制造商引進技術后，基本不做修改，現在的技術和引進時的技術差別不大，即使存在不完善之處，也不敢在安全方面做出改進。另外全行業都在追求更高更大的機組，沒有將注意力集中于早期機組，也是行業非良性發展的一個原因。

要減少倒塔事故的發生，首先要從設計上提高機組安全可靠性，從源頭上堵住安全漏洞。此外在后期維護過程中，提高員工的技術能力和安全意識，只有全產業鏈從上到下共同采取行動，才能杜絕事故的發生。