2018年3月25日,由某风能有限公司(以下简称“主机厂家”)委托某机械科技(北京)有限公司(以下简称“维护单位”)定检维护的宁夏某新能源发电有限公司(以下简称“宁夏新能源公司”)某风电场三期未进入240h考核期的C04风机,在定检维护过程中,发生风机倒塌事件。

事件发生后,宁夏公司有关领导及安全生产部主要负责人立即赶赴现场,组织开展紧急抢修及事件调查工作,成立了事件调查组,按照《集团公司电力生产事故调查规程(2014 年版)》和“四不放过”、“科学严谨、依法依规、实事求是、注重实效”的原则,进行了全面深入的调查分析。通过现场勘验、查阅资料、调查取证、试验测试、和专家分析论证,查明了事件发生的经过、原因等情况。

在查明事件经过与事实的基础上,依据各级公司安全规章制度,对事件责任提出初步认定意见,并针对事件暴露出的问题提出了防范措施。

一、事件经过及应急处置情况

(一)事件经过

3月25日14:45,风场检修班技术员武某某联系维护单位现场负责人刘某某,开展风机桨叶标定、清理齿轮箱油冷散热器、主轴端盖检查和废油清理4项工作。风场检修班作业员刘建某办理工作票,15:00办理了“南风C线C04风机巡检工作票”(工作票编号:279GZ20180301430)。

15:27刘建某和维护单位工作人员刘某某、熊某某、王某、张某某前往C04风机,并将风机手动停机,切至塔底服务模式,工作负责人刘建某进行安全技术交底、“安全双述”、组织签订“人盯人”互保协议。

在刘建某布置完安全措施后,刘某某、熊某某、王某、张某某登机进入机舱开展以上4项工作,刘建某负责在塔基处监视并操作控制柜,刘某某、张某某负责清理齿轮箱油冷散热器、主轴端盖检查和废油清理工作,王某、熊某某负责桨叶标定工作。

约16:40标定工作结束,王某、熊某某出轮毂,并摇出叶轮锁定位销,关闭液压站高速制动器控制阀,液压刹车钳打开,叶轮开始旋转。刘某某发现后,16:42’16″按下“手动急停按钮”,停机失败。16:42’28″C04风机报“超速故障”信号,王某、熊某某大声提醒“跑桨启机了”。16:43:07,刘某某手动采取高速轴制动试图停车,风机报“本地手动停止、液压刹车未释放”故障,但刹车未动作,风机转速快速上升。

机舱4名人员立即开始紧急逃生,王某、熊某某、刘某某、张某某依次通过爬梯下塔。塔底刘建某发现运行异常,立即电话联系刘某某(电话未接通),随即电话联系中控室、班组技术员武某某,该风机附近手机信号弱,均未接通。16:45 风机发电机最大转速达到3946.98rpm。由于风机转速继续加快,刘建某由下风向紧急转移至上风向。

16:46刘建某电话联系上宁夏新能源公司检修部操作班班长赵某某,并紧急报告“C04风机飞车”。在汇报的同时,C04风机发生倒塌。此时王某、熊某某、刘某某已逃离至风机约20米处。

刘建某、刘某某、熊某某发现缺少张某某,立即组织对张某某进行搜索,在确认塔筒一、二级之间电缆全部断裂,上级塔筒不存在触电危险的情况下,刘建某、刘某某、熊某某在二、三级塔筒平台盖板后发现身穿安全带悬挂在靠近三层平台爬梯上的张某某,查看人员受伤情况,无明显外伤,意识清醒。16:52风场救援人员到达现场,16:55操作班赵某某拨打120急救中心电话,说明现场人员伤情,请求急救。17:20张某某被送至县人民医院。

(二)应急处置情况

事件发生后,宁夏公司及宁夏新能源公司领导及相关部室主要负责人立即赶赴现场,组织开展事件的紧急抢修及事件应急处理,宁夏新能源公司成立了“某风电场C04风机倒塌事件应急处置机构”,制定了风机抢修组织安全技术措施,对现场进行警戒保护,由于应急处置得当,避免了事件扩大。

张某某经医院诊断,其左手腕骨折,一处肋骨骨折;B超检查心肺结构运动及血流分布未见异常,左室、肝胆、脾、双肾未见异常;脑部CT检查未见异常,情绪稳定。目前,张某某正在宁夏医科大学总医院骨科普通病房进行康复治疗。

(三)现场检查情况

C04风机向东倒塌(见图1),风机第二层塔筒与第一层塔筒脱开,塔筒法兰连接螺栓全部断裂,第二层及以上塔筒连同机舱整体倾倒,第一层塔筒未倾倒且未见明显异常。二层以上塔筒倒地后塔筒及法兰变形严重,发电机、齿轮箱未见明显变形,叶片损毁。机舱断成两截,发电机和齿轮箱脱开。机舱控制柜散架变形,器件及线路凌乱散落。刹车制动器未抱闸,未见异常刹车痕迹。三支叶片角度均处于0°附近,1支叶片完全埋入地下,另外两支叶片碎片散落于塔筒旁。变桨系统处于“专家模式”(即“就地控制模式”,见图2),风机基础、35kV箱变和集电线路均正常。

图1 C04风机倒塔照片

2C04风机变桨控制柜处于“专家模式”

C04机组16:40至16:45之间风速数据:最大风速为13.324m/s、最小风速为5.492 m/s、平均风速为10.377m/s(见图3、图4)。

图3风速曲线图

图4 5分钟风速记录

Event Log(事件记录)、PLC控制器5分钟数据记录:C04机组于15:27 HMI停机、并切换到塔底服务模式,到16:45控制系统一直处于服务模式。

PLC控制器5分钟数据记录:

C04机组在15:45偏航模式由自动模式切换至手动模式,此模式一直保持到16:45(见图5);机组于15:50进行了高速轴液压制动,16:40至16:45区间操作释放了高速轴液压制动(16:40刹车处于制动状态,16:45刹车处于释放状态)(见图6)。

图5 偏航模式状态图

图6 制动器状态图-2

16:25至16:30区间:C04机组1号桨叶角度平均角度为56.565°,最大角度为87.54°,最小角度为-0.26°;2号桨叶角度始终为87.54°、3号桨叶角度始终为87.54°。此时刻已经开始对1号桨叶进行标定工作(见图7、图8)。

图7 桨叶1、桨叶2角度图

图8 桨叶2、桨叶3角度图

16:30至16:35区间:C04机组2号桨叶角度平均角度为40.049°,最大角度为87.54°,最小角度为0.18°;3号桨叶角度始终为87.54°;此时刻已经开始对2号桨叶进行标定工作,1号桨叶处于0°附近开桨位置(见图9、图10)。

图9 桨叶1、桨叶2角度图

图10桨叶2、桨叶3角度图

16:35至16:40区间:C04机组3号桨叶角度平均角度为23.396°,最大角度为87.54°,最小角度为-10.89°。此时刻已经开始对3号桨叶进行标定工作,1号、2号桨叶均处于0°开桨位置(见图11、图12)。

图11桨叶1、桨叶2角度图

图12桨叶2、桨叶3角度图

16:40至16:45区间:C04机组高速轴刹车进行了释放操作,发电机转速从0rpm开始上升,发电机最大转速为3946.98rpm,最小转速为0rpm,平均转速为1904.045rpm;主轴最大转速为40.14rpm,最小转速为0rpm,平均转速为18.893rpm,根据SCADA(数据采集监控系统)故障记录,16:42’16″进行了机舱急停操作;16:42’28″机组激活发电机超速故障;16:42’33” 激活主轴超速故障;可知16:42’16″机组的转速低于1980rpm(发电机转速软件保护值为1980rpm)(见图13、图14)。

图13发电机转速图

图14轮毂转速图

16:45:37,风机SCADA系统报“塔底急停”故障,此时塔筒剧烈晃动,机组振动值为0.506g,超出0.2g的规定值,导致常闭触点的塔底急停线路断电。

16:45:57,风机SCADA系统报“刹车盘磨损”,此时机舱晃动加剧,联轴器已不规则运行导致刹车盘磨损。

16:46,风机附近人员电话上报C04飞车,风机倒塌。

(四)文件查阅情况

1.主机厂家《1.5MW风力发电风机维护维修手册》中无桨叶标定工作的具体操作工序。

2.主机厂家《C04风机动态调试报告》、《C04风机静态调试报告》中无桨叶标定记录。

3. 未查到主机厂家对维护单位外委人员的技能培训记录,询问主机厂家、维护单位现场工作人员,相关技能培训工作未开展。

4.“南风C线C04风机巡检工作票”中,工作内容为“巡检”,无具体工作内容,工作票负责人为刘建某,各项措施已执行确认人为刘建某,实际措施已执行确认人为刘某某。

(五)风机恢复情况

宁夏新能源公司已与主机厂家制定了C04风机恢复方案,风机恢复所需备件准备完成(叶片自通辽发货、机舱使用主机厂家备品,塔筒自呼和浩特发货)。主机厂家运输队伍、吊装队伍4月12日定标,计划4月20日恢复完成。

二、原因分析

(一)风机转动原因

1.由于C04风机标桨工序错误,将三个桨叶标定后,桨叶均处于开桨位置(0°),变桨系统缺少桨叶标定相互闭锁功能;

2.该型号风机西门子变桨控制系统在“专家模式”下,叶片标0完毕拔出手操盒后,没有叶片自动回位功能;

3.在“专家模式”下,缺少液压刹车闭锁功能。现场人员摇出叶轮锁定位销后,此时风速为5m/s以上,风机叶轮开始转动,速度不断上升。

(二)风机倒塌原因

1.发现风机转动后,由于该风机控制系统设计不完善,现场人员按紧急停止按钮操作,风机无法停止转动;

2.风机在桨叶全开时持续空转,迅速加速传动链进入超速状态,持续几分钟后发电机转速超过3900rpm,一只叶片无法承受过大的离心力而开裂,进而导致动力失衡,最终风机倒塔。

三、暴露的主问题

(一)风机控制系统存在设计缺陷。对比其他类型风机设计,该风机机型存在以下设计缺陷:缺少独立桨叶标定的保护功能;西门子变桨控制系统在“专家模式”下,叶片标0后,无液压刹车闭锁功能;风机超速后,缺少自动偏航侧风90°保护功能。

(二)主机厂家相关技术资料不完善。主机厂家《1500风力发电机组吊装及调试安全手册》、《1500风力发电机组调试手册》、《1500 87DF风机变桨系统调试手册》对风机叶片标定工序不明确,作业人员没有明确的指导依据。

(三)主机厂家对维保人员技能培训不到位。主机厂家对维护单位维护人员的培训工作不重视,未对现场维保人进行定检、叶片标定等常规巡检项目培训。

(四)现场维保人员技能不足。维护单位两名负责标定桨叶的工作人员对桨叶标定工作操作流程不掌握,业务技能欠缺,对标定桨叶存在风险预判不足。

(五)对外委工程、外协用工监管不到位。宁夏新能源公司对厂家提供的操作手册等技术资料审查不细致,对外委人员的培训工作缺少监管,未及时发现维保人员技能不足。对于外委工程工作票管理不严格,工作票工作内容不具体。

四、性质认定

按照《集团公司电力生产事故调查规程(2014年版)》规定,结合该事件发生在风机厂家调试期间,且C04 风机还未进入240h考核的实际情况,将该事件定性为内部统计事故。

五、责任划分

(一)主机厂家风机西门子控制系统存在设计缺陷,提供的技术资料内容不全,对维保人员未培训,派驻现场维保人员技能不满足实际工作要求,负有主要管理责任

(二)宁夏新能源公司对风机外委单位监管不到位,负有一定的监管责任

六、处理意见

(一)对主机厂家处理意见

按照宁夏新能源公司与主机厂家签订的《49.5MW风电机组及辅助设备采购合同》规定进行处罚,由主机厂家承担C04风机恢复及倒塌造成的所有经济损失。

(二)对维护单位处理意见

关于对维护单位的处理意见,由主机厂家负责根据合同等相关规定进行处罚。

(三)对宁夏新能源公司的处理意见

按照《宁夏公司电力安全生产、环境保护奖惩管理办法(2018 年版)》第四十八条规定,扣罚宁夏新能源公司当年度工资总额的 1%。对有关责任部门、责任人的处理意见,由宁夏新能源公司负责按照本单位相关规定进行落实,并报宁夏公司。

七、防范措施

(一)认真做好风机控制系统隐患治理工作。对主机厂家存在设计缺陷的西门子控制系统风机,督促主机厂家制定整改措施,修改变桨系统控制逻辑,完善防护措施,在整改措施完成之前暂停该机型风机的桨叶标定工作。对采用其他控制系统的风机,要求风机厂家提供控制逻辑详细说明,联合电科院对控制逻辑进行分析,对逻辑存在问题的风机要彻底整改。

(二)加强人员技能培训和技术文件完善。做好现场工作人员及外包人员技能培训,尽早熟悉风机操作工艺工序,建立培训档案,确保现场工作人员及外包人员技能满足现场工作需要。细化、完善风机作业指导书和作业文件包,明确各项作业工艺工序。

(三) 规范现场作业,加强风险管控。严格执行工作票管理规定,加强危险点防范和预控管理,认真分析作业中可能存在的风险,采取针对性的防范措施,现场作业严格执行检修作业文件包,按照规程、规定进行操作。

(四)举一反三开展风机重大设备事故专项检查。对照集团公司《风电机组重大设备事故防范技术措施》,从管理、设备和运行维护方面逐条查找存在的隐患和不足,对于发现的隐患,严格按照隐患排查治理“五落实”要求,及时开展治理工作。

(五)对所有风机控制功能进行全面排查验证。协调电科院对宁夏新能源公司风场所有型号风机的控制逻辑进行全面排查,验证程序逻辑控制功能,细化检修作业文件包内容,指导现场工作人员规范作业。

(六)加强外委工程、外协用工管理。严把外委队伍、外协用工入厂关,确保单位资质、人员资格满足现场工作需要,加强对外委人员的安全技术培训的监管,全面做好安全技术交底,加强外委人员现场作业的监护、监督,有效全面防范风险。

(七)加强应急管理,提升应急处置能力。针对风电机组倒塌、火灾事故,完善应急处置措施,开展专项应急培训和演练;排查应急物资配备情况,保证应急物资充足且可靠备用,切实提升应急处置能力。