2021年12月18日，黑龙江某风电场18号风机发生倒塔事件，综合现场检查情况、数据分析以及现场检测试验情况，综合分析认为：超速模块电压小于最低工作电压，抗干扰性差，误动作概率较大；超速保护误动后，触发安全链动作，变桨系统未完成收桨，风机发生超速，塔架剧烈振动失稳倒塔。
18号风机倒塔事件分析报告
2021年12月18日，黑龙江某风电场18号风机发生倒塔事件。公司生产部、某公司、电科院、主机厂家迅速赶往现场，成立技术小组开展事件调查分析工作。倒塔第一现场拍照见图1-1和图1-2。黑龙江某风电场总建设规模为99MW，分两期建设。一期安装33台单机容量1.5MW机组，总装机容量为49.5MW，2009年9月24日投产运行，2015年12月31日全部退出质保，场站内部维护、定检外包；二期安装单机容量1.5MW机组，总装机容量为49.5MW，2012年全部投产，2020年8月24日全部退出质保；两期工程均已接入远程集控平台，运检模式采用自主运维、检修外委方式；18号风机为黑龙江某风电场一期机组。2020年7月，黑龙江某风电场一期风机对19、26号风电机组高强度螺栓进行100%无损探伤检测，检测结果合格。2021年6月，完成33台风电机组低电压穿越和超速主动偏航改造。2021年10月25日，完成18号风电机组定检工作，未发现异常。2021年7月，黑龙江某风电场对二期35、59号风电机组高强度螺栓进行100%无损探伤检测，检测结果合格。12月18日事件前机组运行情况：天气晴，一期全场平均风速10m/s，负荷40MW，未限电；一期110kVⅠ母线运行正常，1号主变运行正常，35kVⅠ母线运行正常，1号接地变运行正常，1号无功补偿装置检修，35kV3501、3502、3503、3504、3505、3506、3507集电线路运行正常；一期风电机组运行31台，11号机组及20号机组故障停机，18号风电机组平均风速10.89m/s，瞬时风速9.06m/s，负荷1531kW。12月18日8时00分，远程集控中心值班人员监视发现，黑龙江某风电场一期18号机组报警，查看18号机组故障信息时，1~18号机组失去通讯连接，立即通知现场人员排查处理。8时00分，现场值班员在中控室听到SCADA报警，准备查看风电机组故障信息和运行数据，突然1~18号风电机组失去通讯连接，此时值班长接到远程集控中心排查指令，立即调阅历史数据，发现机组存在超速情况，马上汇报给场长并联系就地消缺工作组（正在处理11号机组变桨电机过流消缺）前往查看情况。8时08分，就地消缺工作组到达18号风机机位，发现18号机组倒塔，风机基础环与第一级塔筒连接处螺栓全部脱开，机组整体跌落至半山坡（见图1-1、1-2）。立即使用对讲机将此情况汇报风电场场长，风场场长询问现场情况后，安排值班长将18号风电机组所在的3号集电线路3503运行转检修（8时15分操作完成）。安排安全员前往18号风电机组基础周围设立安全警戒线，现场安排人留守，防止无关人员误入危险区域。8时14分，黑龙江某风电场场长向公司生产副总经理汇报。现场值班员调取风机SCADA数据，记录显示：18号风电机组报出“塔基紧急停机（首出）”、“安全链急停”、“主轴超速模块紧停”、“主轴软超速紧停”、“塔筒1、2级左右极限”、“传动链1、2级左右极限”等故障。事件发生后，黑龙江省公司启动应急预案，直属单位成立事件调查组开展调查分析工作，同步开展倒塔风电机组拆除及修复等相关事宜。电科院分析人员查阅了风电场生产管理、工作记录等资料，详见表5-1。
经现场勘查发现风电场电脑时钟功能显示不正确，根据时钟修正结果，超速故障实际开始时间为2021年12月18日08时00分08秒（系统记录时间是2021年12月18日07时27分50秒），本报告所有分析以修正后的时间为准，见图5-1。
12月18日08时00分前，18号风电机组处于额定功率运行状态，10分钟平均风速0.89m/s，瞬时风速9.06m/s，负荷1531kW，风速风向变化平稳。12月18日08时00分08秒风电机组主断路器跳开，机组SCADA系统首发报出塔基紧急停机故障，同时报出主轴超速模块紧停、安全链紧停（见图5-1）。主控执行紧急停机程序，此时桨叶未收桨，风机脱网后转速迅速上升，08时00分38秒时，发电机转速升至4480r/min。08时00分52秒至01分03秒报出传动链上下振幅2级超限、传动链左右振幅2级超限、塔筒左右振幅2级超限等振动超限故障，风机超速后偏航电机启动，由于转速过快，转矩过大，偏航电机过载，08时00分54秒偏航电机13热继跳闸，08时01分08秒报停机失效应急偏航故障，见图5-2、5-3。
图5-2SCADA系统18号风机执行紧急停机程序后桨叶、发电机转速变化情况
图5-3SCADA系统18号风机执行紧急停机程序传动链及振塔筒动情况12月18日08时08分，就地消缺工作组到达18号风机机位，发现18号机组倒塔，风机基础环与第一级塔筒连接处螺栓全部脱开，机组整体跌落至半山坡，见图1-1、1-2。查看28号风机就地视频监控回放（28号风机就地视频监控可以远处看见18号风大致运行状况，其他风机视频监控无法看到全貌），发现18号风机倒塔前叶轮转速逐渐上升，一叶片断裂，风机塔筒出现倾斜，最后完全倒塌，见图5-4、5-5、5-6。
12月22日14时03分，在电科院、风场人员及主机厂家共同见证下，就地取回塔基前置机。查阅18号机组SCADA系统和塔基前置机数据，SCADA系统显示“塔基紧急停机”故障信息，但在风机PLC和塔基前置机中无此故障信息，见图5-7。抽取30号风机做主轴超速触发安全链动作试验，发现SCADA系统报“安全链紧停”、“主轴超速模块紧停”、“塔基紧急停机”故障信息，且显示塔基紧急停机为首发故障，但塔基前置机也并未报出“塔基紧急停机”故障信息，见图5-8、图5-9。经现场查验，该故障信息为涉网改造过程中SCADA系统与风机PLC点表映射错误所致：“0”代表正常状态，“1”代表动作状态。“塔基急停机”信号状态应设置“0”，但实际设置的是“1”。当主轴超速模块动作启动安全链后，主轴超速信号状态变为“1”，此时塔基急停虽未真正动作，但因塔基急停信号设置的是“1”（见图5-10），当“主轴超速”等故障报出时，PLC最先接收到塔基急停机“1”信号，其后才相继接收到主轴超速动作等信号。故当超速模块等保护动作时，SCADA系统均会伴随报出“塔基紧急停机”信息且为首发故障。经检查确认，一期33台风机均存在此错误。主机厂家技术人员将一期33台风机的SCADA系统改正升级后，再次现场测试30号风机主轴超速安全链，SCADA系统与就地前置机故障报送一致，未报塔基急停机故障信号，详见图5-11。抽取23号风机做超速试验，结果与30号风机相同。结论：“塔基紧急停机”系SCADA系统设置错误造成的误发信号，与本次风机倒塔事件无关联性。
通过静态和动态运行测试数据可知，发电机系统电磁场是超速模块24V工作电压的干扰电源，风电机组在并网瞬间和并网后运行时产生的电磁场对超速模块24V电源干扰值达到±2V。因安全原因，现场未进行高转速的干扰电压测试，如在额定转数条件下测试干扰电压数值一定≥2V。18号风机最近的快照日志显示：11月24日13：00超速误动作但收桨成功，此时主轴转速为19.0rpm，机为额定功率运行状态，说明发电机系统额定功率工况下的电磁场对超速模块24V电源干扰最大。抽查30号风机发现12月14日、12月15日超速保护模块各误动作一次，对应主轴转速分别为19.05rpm、19.01rpm。结论：18号风机在不满足触发条件情况下报出“主轴超速模块紧停”引起安全链动作，是主轴超速保护误动作；风电机组主轴超速模块24V电压降低后抗干扰性差，误动作现象频发。风机正常运行时变桨距或正常停机时的收桨电源采用驱动器供电，安全链启动时属于事故停机，收桨电源切换至蓄电池。12月25日上午，安全措施完成后，在公司、电科院、厂家共同见证下，进入18号风机轮毂内检查发现：桨叶1蓄电池出厂时间部分是2015年，部分是2016年，桨叶2、桨叶3蓄电池出厂时间均是2016年（主机厂家规定蓄电池更换周期为3.5年）；现场测量蓄电池电压，桨叶1、2、3电压分别为0V、10V、0V，说明蓄电池均已处于无容量状态。查看图纸（见附录），蓄电池供电时6K1接触器、6K2接触器是关键电气元器件：6K1接触器为电池供电时收桨电机电气主回路元器件，只有其主触头接通，电机才能转动收桨；6K2接触器为电池供电时收桨电机轴承刹车装置的电气主回路元器件，只有其主触头接通，刹车装置才能释放，否则刹车装置会将收桨电机抱死使其无法转动收桨。将1号桨叶塔基前置机存储数据绘制成曲线（图5-18）并分析可以发现：7:46:33（修正前时间）1号桨叶电机启动，启动电流约22安培，并平滑下降，桨叶角度未变化，一直处于0度位置，40秒后，电机电流下降至6安培左右，此时桨距角开始变化，并迅速到达70度位置（电池变桨速率最快20度/秒）。对6K2接触器进行试验，发现动作时主触头时而接通、时而不通，拆开解体后发现有主触头烧熔现象，见图5-19。因此分析判断：当事故收桨信号发出后，6K1接触器吸合，1号电机有电流，但由于接触器6K2主触头烧熔造成接触不良导致此时不通电，刹车装置抱死，造成收桨电机无法转动，叶片角度不变；由于电池本身性能下降，40秒左右后电池电压跌落到80V（接触器脱扣动作电压）左右，6K1接触器释放，直流电机断电；停止供电后电池电压有所上升，6K1接触器又重新吸合，而此时6K2接触器处于吸合导通状态，刹车装置通电释放，叶片迅速收桨；待叶片收桨到70度左右后，因电池电量最终消耗殆尽而终止，事故收桨系统停止工作。6K2接触器烧熔的原因：直流电和交流电最大的不同点是交流电弧过零点而直流电弧不过零点，接触器开断时，直流电弧由于其不过零点，接触器频繁动作时导致其主触头易损坏。查看18号风机收桨动作记录，4月19日-11月24日共发生收桨15次，见下图。
图5-18 1号桨叶电机电流和桨矩角曲线（右纵坐标单位为安培）
图5-19 18号风机桨叶1接触器6K2主触头烧熔将2号桨叶塔基前置机存储数据绘制成曲线（图5-20，左纵坐标单位为安培）并分析可以发现：7:46:33（修正前时间）2号电机电流为零，收桨电机未通电转动，叶片角度维持在3.8度左右不动。拆开2号6K1接触器后发现线圈的铁心有凸出部分，导致其无法吸合，故主触头无法接通，收桨电机未通电转动；测量6K1接触器线圈，发现其直流电阻比其他两个桨叶未损坏的6K1接触器线圈少189欧姆，且铁心凸出部分的线圈已变色并有烧糊的气味（见图5-21），判断2号桨叶6K1接触器线圈短路过热造成变形凸出无法吸合，最终导致收桨电机未动作。
图5-20 2号桨叶电机电流和桨矩角曲线（左纵坐标单位为安培）
图5-21 18号风机桨叶2接触器6K1拆开后铁心凸出部分将3号桨叶塔基前置机存储数据绘制成曲线（图5-22，左纵坐标单位为安培）并分析可以发现：7:46:33（修正前时间）3号桨叶电机启动，启动电流约27安培，并平滑下降，桨叶角度未变化，一直处于0度位置。从直流电机启动电流大小可知，3号桨叶电池容量比1号电池容量大些。对6K2接触器进行试验，发现动作时主触头时而接通、时而不通，拆开解体后发现有主触头烧熔现象，见图5-23。因此分析判断：当事故收桨信号发出后，6K1接触器吸合，1号电机有电流，但由于接触器6K2主触头烧熔造成接触不良导致此时不通电，刹车装置抱死，造成收桨电机无法转动，叶片角度不变；如3号桨叶的电池容量也和1号桨叶电池容量一样，或者比1号桨电池容量略低，当电池电压跌落到只有80伏左右的时候，电池收桨主接触器6K1也会断开，电池电压上升再吸合，刹车装置接触器6K2吸合，刹车装置通电打开，电机通电转动收桨。因3号电池容量比1号电池容量大些，所以无断开又吸合的过程，刹车装置打不开，电机无法转动收桨。
图5-22 3号桨叶变桨电机电流和桨叶角度曲线（左纵坐标单位为安培）
图5-23 18号风机桨叶3接触器6K2主触头烧熔结论：桨叶1、3的接触器6K2主触头烧熔，造成刹车装置未通电，电机被抱死无法转动收桨；桨叶2接触器6K1部分线圈短路发热致使铁心变形凸出，接触器无法吸合，直流电机无法通电转动收桨。综合现场检查情况、数据分析以及现场检测试验情况，综合分析认为：超速模块电压小于最低工作电压，抗干扰性差，误动作概率较大；超速保护误动后，触发安全链动作，变桨系统未完成收桨，风机发生超速，塔架剧烈振动失稳倒塔。本次事件中，倒塔过程事件致因逻辑见图5-24：▓来源：电力安全生产
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