歌美飒G5X-850kW风电机组火灾事故原因分析及管控马驰

马驰

摘要：2011年11月某风电场#39风电机组发生火灾事故，事故造成机组机舱严重烧毁，两支叶片根部过火。经过调查分析，该事故是由于齿轮箱更换完成后，未对刹车盘间隙进行调整，机组投运后刹车盘在运行中与刹车片摩擦过热，引燃了刹车盘底部的可燃物质，造成机舱烧毁。此次事故引人深思，风电机组由于其高空特殊性，火灾一旦形成，救援的可能性几乎为零。本文仅针对歌美飒G5X-850kW型机组进行讨论分析，分析可能引发此型号机组导致火灾的“七宗罪”，并且提出了避免这些火灾事故的具体管控措施。

关键词：风力发电;火灾事故;原因;措施

1发生风力发电机组火灾事故的危害

2014年我国全年风电新增装机容量1981万千瓦，新增装机容量创历史新高，累计并网装机容量达到9637万千瓦，占全部发电装机容量的7%，占全球风电装机的27%。全年风电上网电量1534亿千瓦时，占全部发电量的2.78%。在风电产业继续保持强劲增长势头的形势下，如何保证风电机组安全、优质的运行是风电行业面临的重要问题之一。

根据英国CAITHNESS风电信息统计，仅截止2013年12月底，除了中国外全球发生的1485起风电事故中，火灾占了220起，成为风电行业第一大毁灭性灾害。而我国仅2010年-2013年底之间共计发生了近50起毁灭性的风电机组火灾，直接与间接造成了数名工作人员与近10亿人民币财产损失。风电机组发生的火灾与常规民建火灾不同，一般风电场建设的地理位置都比较偏远，消防部门不能及时参与救援工作，即便消防部门及时赶到火灾现场，常规的救援方法在面对机组高度过高以及机组密闭等问题时也是无从下手。当风电机组发生火灾时，塔筒内发生“烟囱效应”会令机舱迅速燃烧，并导致机舱、塔筒内氧气稀薄，一旦存在人员被困的情况，后果不堪设想。

2歌美飒G5X-850机组基本情况

歌美飒G5X-850kW型机组为我国风电行业引进较早的双馈式异步发电机组，由叶轮、主轴、齿轮箱、发电机、液压站、偏航系统、控制柜、变频器、塔筒等多个部分组成，具有较为稳定的发电能力。目前，因风电行业装机趋势向单机机组大容量化发展，故该型机组的总装机容量基本饱和。但在我国该型机组已有两千多台，在所有同类单机容量机组中仍占有较大比例，面临该型机组投产较早、设备逐年老化等问题，对其维护的重要性更为凸显。在做好常规维护工作的基础上，同时应重点落实好各类事故预防的必要措施，才能保证G5X-850型及同类机组的长期安全稳定运行。

3导致G5X-850机组火灾的原因分析及管控措施

下面，将针对可能导致G5X-850kW风电机组失火原因进行七个方面的分析，并提出了相应的管控措施，以降低该型机组发生火灾的可能性。

3.1机组高速刹车异常

原因：机组发生触发紧急停机故障时，运检人员未经检查处理，反复进行强制就地复位，因实质故障并未消除，导致高速轴刹车多次发生瞬时抱死现象，刹车盘与刹车蹄片摩擦出的高温碎末溅落在刹车盘下端的电缆、油污、灰尘、杂物上而引发火灾的因素。再者，在更换刹车盘或刹车蹄片部件时，因安装位置调整不当致使刹车间隙过小，造成刹车盘与刹车蹄片长时间摩擦过热而引发周边可燃物起火的因素。

措施：定期维护时，重点检查刹车盘下端电缆隔板是否齐全、安装是否牢固，必要时在电缆上粉刷阻燃涂料，及时清理该部位的油污、灰尘及各种杂物；同时需要检查为机械刹车系统延时供电的可持续供电系统，确保在没有触发紧急停机故障时，该系统能够先气动刹车、后机械刹车的正常执行。在检修更换刹车盘或刹车蹄片作业后，应仔细检查刹车间隙是否满足运行规定的距离，确定转动时无相对摩擦方可启机运行。

3.2机组大功率器件发热

原因：机组功率变频器、内部变压器等大功率部件因散热通风不良，长期发热引发周围可燃物燃烧起火。再者，当低温型机组内机舱加热器出现不受控故障，连续加热运行导致该部分线路、端子排过载发热融化，造成相间绝缘降低而短路放电起火的因素。

措施：定期维护时，通过调节温度控制开关旋钮检查机舱加热器启动、停止是否正常受控，同时检查加热器内部端子排及接线是否存在过热现象，加热器内部热敏电阻断路保护元件是否损坏，如发现异常必须立即更换，并及时清理加热器本体及其周围的灰尘及杂物。再者，需检查变频器、变压器等大功率发热元件的通风散热是否良好，散热启动控制开关档位是否指向规定位置。检查各开关、接触器与接线螺丝力矩是否紧固，避免出现螺丝松动而造成连接不良，导致放电打火的现象。

3.3机组发电机轴承异常

原因：发电机轴承因油脂注油超量，造成轴承散热不良而导致可燃物被高温引燃。当发电机轴承因缺少润滑油脂，轴承运转时造成内部损伤，损伤会产生轴承卡涩现象，发电机高速运转时轴承因卡涩发生高速磨擦，当摩擦发热的温度过高时引发周边可燃物起火；甚至当摩擦发热的温度达到油脂燃点时，同样存在油脂直接自燃的可能性因素。

措施：定期维护时，按规定用量进行轴承油脂注入，检查排废油孔是否堵塞，必须保证在注入新油脂的同时轴承内部原有多余的废油脂能够及时排出，避免油脂过量导致轴承运转时散热不良现象的发生；同时，要对轴承注油管管路进行检查，避免油脂泄露导致轴承注油量不足引发的轴承损坏。定期开展振动测试，根据报告结果及时更换运行不良的发电机轴承。

3.4机组齿轮箱、液压站渗漏油的隐患

原因：机组液压站、齿轮箱等油液因渗漏未得到及时处理，在发生电气短路或用火作业不当时，引发废油燃烧而导致机组失火的因素。

措施：定期维护时，必须将机组内渗漏的油液清理干净，尤其仔细清理高速刹车盘下端电缆槽内的废油；当机组报“液压站油位低”、“齿轮箱油位低”等故障时，必须登机检查并将渗漏点恢复正常，不可以在渗漏点不明或者渗漏点未得到处理的情况下直接补充润滑油。清理油液的吸油纸、抹布必须全部带离机组，不得有遗留形成更大的隐患。

3.5机组电力电缆磨损短路放电

原因：塔筒塔段内或电缆马鞍支架上的“电缆防摆环”、“电缆卡具”等附件损坏、缺失，690V、220V电缆因固定不牢靠导致电缆磨损严重，造成电缆相间放电或对地放电，从而引发机组电缆失火的因素。

措施：定期维护时，重点检查电缆与马鞍支架之间的受力部位，若存在电缆磨损或者卡具螺丝松动现象，应立即进行绝缘加固或者螺栓紧固处理；每次登塔过程都应该检查“电缆防摆环”的绑扎固定情况，应及时补充“电缆防摆环”上脱落的绑扎带。应及时修复塔筒内损坏的灯具，一是避免灯具损坏引发的短路故障，二是没有灯具照明的情况无法满足电缆的检查及紧固工作。

3.6机组受到雷击等恶劣天气影响

原因：机组引雷通道存在接触不良（通路电阻>0.5Ω）、叶片引雷线存在断股（直径不足70mm）现象；再者，建设在山区的风电场因地质结构原因，可能存在机组机位土壤电阻率不达标，接地网电阻超过4Ω规定值。当雷电击中机组时，因引雷通路导线过热引发的机组起火的因素。

措施：定期维护时，使用高倍望远镜观察叶片前端接闪点是否损坏，叶片腔体内根部的引雷线是否有断股或松动情况，如有异常立即进行处理；机舱与塔筒、塔段与塔段、塔筒与基础连接的导线是否连接可靠，引雷通路电阻是否<0.5Ω；每年雷雨季前，及时开展风电机组机位的电阻率实验，确保机位接地网的电阻满足运行要求。

3.7机组内特殊作业时的措施不当

原因：当对机组更换发电机轴承、发电机集电环、高速刹车盘时，需要让部件升温使其产生热涨效应，但因现场不具备电磁烤箱等加热专用设备，通常只能利用汽油喷灯代替进行作业。此时，就存在因人员操作不当或安全措施实施不佳而引发机组失火的危险。再者，当需要在机舱内使用角磨机打磨或切割零件时，产生的高温金属颗粒溅落在易燃物上也是引发火灾的因素。

措施：需要动火作业前，按照安全规程开具“动火作业工作票”，开工前工作负责人应告知全体工作成员危险点及安全措施，设立监护人对作业成员进行监护；另外，配备两具以上的备用灭火器，并确定灭火器状态合格；准备使用汽油喷灯、角磨机前应先清理干净作业区域的杂物；当动火作业进行中时，其他工作班成员也应时刻监督监护用火人，并保证灭火器在可拿取的范围内；用火后，应仔检查确认不存在“复燃”的隐患，方可继续其他工作或离开。

4事故案例

概述：

2011年9月12日10时许，某风力发电有限公司XXX风电场39号风电机组发生了火灾事故，事故造成机组机舱严重烧毁，两支叶片根部过火。

事故经过：

某风力发电有限公司XXX风场39号风机，该电机组为S48/750定桨距机组，额定功率750kW,于2011年5月18日报闸磨损故障，经现场检查发现齿轮箱损坏致使停机。

9月08日8：50由负责维护的某电力公司成员开始更换，9月10日17：41系统恢复。

9月10日17:42报液压油位低故障,9月11日检修人员现场检查未发现明显漏油点，经补油5L处理，于11：30系统恢复。

9月11日11:34报齿轮油压力低故障，经现场检查未发现明显漏油点只有齿轮油油位偏低，补油20L，11日14:33恢复。但当时风速小风机没有并网运行。

9月11日21:52报叶轮转速传感器故障，9月12日8:33经处理系统恢复。

9月12日10:07报机舱温度PT100故障，检修人员在去往故障风机途中发现风机机舱冒烟，联系运行人员拉开XX乙线3624开关。运行人员于10:28将XX乙线3624开关拉开。在此时间段由于着火点在机舱部位人为无法控制火势蔓延，火势持续到13：40分左右自然熄灭，机舱全部烧毁。

事故原因分析：

（1）、39号机组在运行过程中刹车盘和刹车片连续摩擦是引起火灾的直接原因综合勘察情况及保存的数据分析，首先排除了电控柜、电线电缆短路及照明回路起火的可能性。通过监控数据分析，在机组投运后不久齿轮箱高速轴和发电机驱动端轴承温度异常，明显高于正常值。将损坏的机舱拆解下来后查看发现，机组刹车片有严重磨损。另外，负责齿轮箱安装的技术人员确认齿轮箱安装就位后，未对刹车盘间隙进行检查和调整，而该公司检修人员也未对该项目进行验收和检查，直接将机组投入运行。通过各类情况分析，调查组认为造成机组火灾的直接原因是刹车盘和刹车片安装后未按照作业规程的要求进行间隙测量和调整，刹车盘和刹车片投运后因摩擦产生火花，火花经由刹车盘护罩的空隙喷出，溅落在刹车盘下侧的可燃物上（初始可燃物），从而引起火灾。

（2）、机舱内的可燃物是造成事故扩大的主要原因检修人员费某在更换齿轮箱后，验收工作不到位，环境卫生打扫的不彻底，致使工作现场存有可燃或易燃物，造成了事故的扩大。

本次事故经济损失情况：

机组顶部控制箱烧毁、轮毂导流罩、齿轮箱、发电机、顶段塔筒上法兰及叶片根部过火。直接经济损失约320万元。

事故现场照片：

结论

事故案例中后期对事故原因的分析与本文中提及可能导致G5X-850型风力发电机组失火原因分析之一吻合，即“3.1机组高速刹车异常”。各风电企业在防止风电机组失火问题上也在不断寻找新办法，比如加装风电机组自动消防设备。但同样要注重定期维护中的预防性检查处置工作，唯有将造成火灾的隐患消除，才能有效的杜绝该类事故的发生。

参考文献

[1]曹勇兵.风力发电机组火灾原因分析[J/OL].《安全》.2011（5）.

[2]范必.促进风电产业健康发展的思考[J].中国能源.2009年12期