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      風電機變槳控制策略設置不當造成的葉片折斷事件分析

      2022-10-20 來源:《風能產業》2022.06 瀏覽數:225

      變槳控制策略與葉片實際型式不符,可造成風電機長期在不良工況下運行,給葉片帶來疲勞損傷。遭遇惡劣氣象條件時,如果又存在保護屏蔽的問題,葉片折斷這樣的惡性事件可能就難以避免了?,F代大型風電機高自動化形態下,控制系統和軟件的管控和掌握變得越來越重要。本文詳細說明了本次葉片折斷事件的經過、原因和防范措施,希望能給大家警示,避免類似事件再次發生。

      一、引言

      黑龍江某風電場裝機容量49.5MW,安裝了33臺1.5MW風力發電機組。該風電場于2012年12月19日首臺風電機并網發電,2013年01月22日實現33臺風電機全部并網發電,風電機全部使用艾朗44米葉片。該風電場發生的葉片折斷事故很具有典型性,非常值得大家借鑒與反思。

      二、事件經過

      (一)2016年10月17日,風電場遭遇大風并伴有雨夾雪的惡劣天氣,當天風電場的平均風速為10.25米/秒,最高風速為20.38米/秒(數據來源于風電場SCADA系統)。從測風塔數據來看,2016年10月17日09時開始風速由10米/秒迅速增大到18米/秒,12時20分風速再次陡增到24米/秒,直到17時才降至10米/秒以下。風電場在此期間風速波動也是比較明顯的(如圖1)。

      (二)2016年10月17日10時至15時#19風電機故障總次數為40次,其中偏航變頻器過流故障20次,變槳角度類故障17次,超速故障1次,其他故障2次。故障時發電機轉速超過額定轉速的為10次,發電機最高轉速為1980轉/分。風電場值班人員未及時到現場查看故障情況而反復復位重啟風電機。

      (三)2016年10月18日,風電場運維人員在巡視風電機時發現#19風電機葉片發生折斷的情況下仍處于運行狀態,折斷部位為距葉尖10米左右位置,如圖2所示。

      (四)10月18日下午,廠家人員和風電場一起將#19風電機葉輪鎖上鎖并按下緊急停機按鈕,做好安全措施。

      (五)10月20日,葉片廠家技術人員到達現場檢查葉片折斷情況,對損壞的部分進行拍照、取樣、測量,將數據帶回廠家。項目公司安排技術人員通過現場考察、數據調取分析、相關人員現場談話等方式對事件進行了調查。

      三、原因分析

      (一)風電場在10月17日遭受大風惡劣天氣,#19風電機的機位地形地貌復雜,當天來風的湍流強度大是葉片折斷的直接原因。

      (二)經過現場核查發現該臺風電機變槳控制策略與實際需求不符。#19風電機變槳控制選型錯誤,風電機使用的是A型葉片,但主控系統使用的是控制B型葉片的控制策略。由于A型葉片設計變槳角度為90度至0度,B型葉片設計變槳角度為90度至-2度,因此該臺風電機葉片在風電機正常運行時變槳角度超出極限角度2度,導致A型葉片變槳至0度到-2度的工況時其多處截面為過載運行狀態,葉片存在長期過載運行的問題。A型葉片和B型葉片結構簡圖如圖3.

      由圖3可知,A型葉片和B型葉片總長度和最大弦長以及最大弦長處距葉根的距離均不同,因此兩種葉片各橫截面的疲勞強度不同。

      葉片構件疲勞循環數理論上可以用系列載荷譜來反映,載荷譜技術參數如表1.

        表1

      因此葉片設計完成后,其使用壽命也就基本成形,即耐受的載荷循壞數量。然而,基于Miner損傷累計理論,疲勞強度在設計時允許構件上危險點應力循環中最大應力值超過疲勞極限,但內部會產生累積性的損傷,當損傷累積達到臨界值時,便會發生疲勞破壞。因此,#19風電機葉片控制策略與實際不符是本次事件的主要原因。

      (三)在后臺服務器上發現該風電機存在故障屏蔽情況,主要有機組振動、輪轂轉速差、偏航功率。使風電機葉片在異常舞動時不能及時故障停機,造成了事故的擴大,是本次事故的次要原因。

      (四)2016年10月17日10時至15時#19風電機多次故障,風電場值班人員未及時到現場查看故障情況而反復復位重啟風電機,葉片損壞前未及時發現,導致損壞加劇,是本次事故的間接原因。

      四、措施及效果

      (一)對風電場各類軟件和系統采取分級管控,制定管控制度。在服務器登錄界面和系統登錄界面根據登錄級別分配操作權限,參數修改、機組選型、系統配置等重大操作必須2人以上操作。根據風場實際情況增設指紋登錄系統。

      (二)優化設備控制程序和軟件,風電機調試運行后的定版程序應進行加密封裝,將需要的參數修訂操作設定到人機界面,杜絕在程序內部修訂,取消一切故障屏蔽的接口。在系統內增設報警功能,當發生既定參數變化時發出報警并需場長進行確認消除。

      (三)風電機程序變更、參數修改、軟件升級、故障屏蔽等操作必須履行設備異動流程,經審核批準后方可實施。

      (四)重新審核設備參數表,風電場按照設備參數表開展一次排查,務必保證設備運行參數正確。

      (五)強化員工學習意識,加強技術培訓,提高員工技術能力。使員工熟悉掌握風電機系統構造、參數設定、設備原理、設備運行性能,提高運維人員故障分析、處理的能力。

      (六)加強對風電場巡回檢查的管理,運維人員在巡視、檢查中,即使發現風電機有較小的異聲,也要引起足夠的重視,必要時進行停機檢查。

      (七)加強運行人員的監盤質量,發現缺陷及時匯報、處理,1小時內同一故障連續出現三次時,應組織人員進行現場檢查,確認無問題后方可繼續運行。

      五、總結

      本次葉片折斷事件給我們敲響了警鐘,該風電場存在的問題很多風電場都存在,暴露的問題很具有代表性。風電場對風電機控制系統疏于管理,未能定期對照設備參數清單核對系統參數設置,風電機廠家技術管理混亂,隨意修訂設備參數和設置等等的問題大家一定要杜絕再次發生。風電場對風電機各個軟件、系統要加強管理,任何時間不可處于脫管狀態。風電機更換程序、改變參數、屏蔽故障等均應按照要求履行設備異動程序,避免風電機控制程序版本混亂、參數不一、并且沒有可追溯性。希望大家能夠在今后的工作中舉一反三,避免類似事件再次發生。
       

      參考文獻:

      [1]《SL1500電控系統說明說》

      [2]《SL1500風電機組安裝手冊》

      [3]《SL1500風電機組用戶手冊》

      [4]《SL1500風電機組運行維護手冊》

      [5]《艾郎葉片技術規格書》

      [6]《中復葉片用戶手冊》

      [7]《風力發電機葉片》(中國水利水電出版社,2014.1)

      作者: 黑龍江省華富電力投資有限公司 楊桐軒

      【延伸閱讀】

      閱讀上文 >> 麥加芯彩在葉片新材料領域降本提效的研究與探索
      閱讀下文 >> ?《風能》技術|基于主動偏航側風控制的風電機組防飛車方法研究

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