1倒塔事件

2021年12月18日，黑龍江某風電場18號風機發生倒塔事件。公司生產部、某公司、電科院、主機廠家迅速趕往現場，成立技術小組開展事件調查分析工作。倒塔第一現場拍照見圖1-1和圖1-2。

圖1-118號風機倒塔后現場情況

圖1-218號風機倒塔后第3節塔筒變形形貌情況

2風電場簡介

黑龍江某風電場總建設規模為99MW，分兩期建設。一期安裝33臺單機容量1.5MW機組，總裝機容量為49.5MW，2009年9月24日投產運行，2015年12月31日全部退出質保，場站內部維護、定檢外包；二期安裝單機容量1.5MW機組，總裝機容量為49.5MW，2012年全部投產，2020年8月24日全部退出質保；兩期工程均已接入遠程集控平臺，運檢模式采用自主運維、檢修外委方式；18號風機為黑龍江某風電場一期機組。

3設備檢測及改造概況

2020年7月，黑龍江某風電場一期風機對19、26號風電機組高強度螺栓進行100%無損探傷檢測，檢測結果合格。2021年6月，完成33臺風電機組低電壓穿越和超速主動偏航改造。2021年10月25日，完成18號風電機組定檢工作，未發現異常。

2021年7月，黑龍江某風電場對二期35、59號風電機組高強度螺栓進行100%無損探傷檢測，檢測結果合格。

4事件經過

12月18日事件前機組運行情況：天氣晴，一期全場平均風速10m/s，負荷40MW，未限電；一期110kVⅠ母線運行正常，1號主變運行正常，35kVⅠ母線運行正常，1號接地變運行正常，1號無功補償裝置檢修，35kV3501、3502、3503、3504、3505、3506、3507集電線路運行正常；一期風電機組運行31臺，11號機組及20號機組故障停機，18號風電機組平均風速10.89m/s，瞬時風速9.06m/s，負荷1531kW。

12月18日8時00分，遠程集控中心值班人員監視發現，黑龍江某風電場一期18號機組報警，查看18號機組故障信息時，1~18號機組失去通訊連接，立即通知現場人員排查處理。

8時00分，現場值班員在中控室聽到SCADA報警，準備查看風電機組故障信息和運行數據，突然1~18號風電機組失去通訊連接，此時值班長接到遠程集控中心排查指令，立即調閱歷史數據，發現機組存在超速情況，馬上匯報給場長并聯系就地消缺工作組（正在處理11號機組變槳電機過流消缺）前往查看情況。

8時08分，就地消缺工作組到達18號風機機位，發現18號機組倒塔，風機基礎環與第一級塔筒連接處螺栓全部脫開，機組整體跌落至半山坡（見圖1-1、1-2）。

立即使用對講機將此情況匯報風電場場長，風場場長詢問現場情況后，安排值班長將18號風電機組所在的3號集電線路3503運行轉檢修（8時15分操作完成）。

安排安全員前往18號風電機組基礎周圍設立安全警戒線，現場安排人留守，防止無關人員誤入危險區域。

8時14分，黑龍江某風電場場長向公司生產副總經理匯報。現場值班員調取風機SCADA數據，記錄顯示：18號風電機組報出“塔基緊急停機（首出）”、“安全鏈急停”、“主軸超速模塊緊停”、“主軸軟超速緊停”、“塔筒1、2級左右極限”、“傳動鏈1、2級左右極限”等故障。

事件發生后，黑龍江省公司啟動應急預案，直屬單位成立事件調查組開展調查分析工作，同步開展倒塔風電機組拆除及修復等相關事宜。

5現場檢查情況

5.1文件查閱

電科院分析人員查閱了風電場生產管理、工作記錄等資料，詳見表5-1。

通過查閱，現場文件資料齊全。

表5-1現場文件

5.2SCADA數據收集

電科院事件分析人員收集了18號風電機組SCADA數據、臨近風機SCADA數據，詳見表5-2。

5.3數據分析

5.3.1時間修正

經現場勘查發現風電場電腦時鐘功能顯示不正確，根據時鐘修正結果，超速故障實際開始時間為2021年12月18日08時00分08秒（系統記錄時間是2021年12月18日07時27分50秒），本報告所有分析以修正后的時間為準，見圖5-1。

圖5-1機組故障后故障情況截圖

5.3.2事件還原

12月18日08時00分前，18號風電機組處于額定功率運行狀態，10分鐘平均風速0.89m/s，瞬時風速9.06m/s，負荷1531kW，風速風向變化平穩。

12月18日08時00分08秒風電機組主斷路器跳開，機組SCADA系統首發報出塔基緊急停機故障，同時報出主軸超速模塊緊停、安全鏈緊停（見圖5-1）。

主控執行緊急停機程序，此時槳葉未收槳，風機脫網后轉速迅速上升，08時00分38秒時，發電機轉速升至4480r/min。08時00分52秒至01分03秒報出傳動鏈上下振幅2級超限、傳動鏈左右振幅2級超限、塔筒左右振幅2級超限等振動超限故障，風機超速后偏航電機啟動，由于轉速過快，轉矩過大，偏航電機過載，08時00分54秒偏航電機13熱繼跳閘，08時01分08秒報停機失效應急偏航故障，見圖5-2、5-3。

圖5-2SCADA系統18號風機執行緊急停機程序后槳葉、發電機轉速變化情況

圖5-3SCADA系統18號風機執行緊急停機程序傳動鏈及振塔筒動情況

12月18日08時08分，就地消缺工作組到達18號風機機位，發現18號機組倒塔，風機基礎環與第一級塔筒連接處螺栓全部脫開，機組整體跌落至半山坡，見圖1-1、1-2。

查看28號風機就地視頻監控回放（28號風機就地視頻監控可以遠處看見18號風大致運行狀況，其他風機視頻監控無法看到全貌），發現18號風機倒塔前葉輪轉速逐漸上升，一葉片斷裂，風機塔筒出現傾斜，最后完全倒塌，見圖5-4、5-5、5-6。

圖5-418號風機超速后已葉片斷裂前

圖5-518號風機超速后正在倒塔

圖5-618號風機超速后完全倒塔前

5.3.3運行數據分析

12月22日14時03分，在電科院、風場人員及主機廠家共同見證下，就地取回塔基前置機。

5.3.3.1“塔基緊急停機”信號分析

查閱18號機組SCADA系統和塔基前置機數據，SCADA系統顯示“塔基緊急停機”故障信息，但在風機PLC和塔基前置機中無此故障信息，見圖5-7。抽取30號風機做主軸超速觸發安全鏈動作試驗，發現SCADA系統報“安全鏈緊停”、“主軸超速模塊緊停”、“塔基緊急停機”故障信息，且顯示塔基緊急停機為首發故障，但塔基前置機也并未報出“塔基緊急停機”故障信息，見圖5-8、圖5-9。

經現場查驗，該故障信息為涉網改造過程中SCADA系統與風機PLC點表映射錯誤所致：“0”代表正常狀態，“1”代表動作狀態。“塔基急停機”信號狀態應設置“0”，但實際設置的是“1”。當主軸超速模塊動作啟動安全鏈后，主軸超速信號狀態變為“1”，此時塔基急停雖未真正動作，但因塔基急停信號設置的是“1”（見圖5-10），當“主軸超速”等故障報出時，PLC最先接收到塔基急停機“1”信號，其后才相繼接收到主軸超速動作等信號。故當超速模塊等保護動作時，SCADA系統均會伴隨報出“塔基緊急停機”信息且為首發故障。經檢查確認，一期33臺風機均存在此錯誤。

主機廠家技術人員將一期33臺風機的SCADA系統改正升級后，再次現場測試30號風機主軸超速安全鏈，SCADA系統與就地前置機故障報送一致，未報塔基急停機故障信號，詳見圖5-11。抽取23號風機做超速試驗，結果與30號風機相同。

結論：“塔基緊急停機”系SCADA系統設置錯誤造成的誤發信號，與本次風機倒塔事件無關聯性。

圖5-7 18號風機SCADA系統與塔基前置機記錄的機組故障差異

圖5-83 0號風機超速安全鏈測試后SCADA系統故障日志情況

圖5-9 30號風機超速安全鏈測試后機艙前置機故障顯示情況

圖5-10 18號風機超速安全鏈動作后塔基急停信號狀態

圖5-11SCADA系統升級后30號風機主軸超速安全鏈測試后SCADA與前置機故障顯示情況

5.3.3.2主軸超速模塊動作分析

根據2021年12月18日事件前后18號風機前置機快照數據繪制的主軸轉速與主軸超速狀態表變化曲線，發現“主軸超速模塊緊停”故障觸發時刻風機主軸實際轉速為19.05rpm，見圖5-12，并未達到廠家給出的“主軸超速模塊急停（B200_7）”故障觸發條件（轉速超過23.1rpm觸發），主軸保護動作值小于廠家給出的故障觸發邏輯定值，見圖5-13。

經與風電場現場人員交流，一期33臺風電機組涉網改造后，除4、5號機組主軸轉速被限制在18rpm未發生過主軸超速模塊動作外，其他31臺機組均發生過主軸超速模塊動作，累計182臺次，經黑龍江某風電場技術人員檢查確認全部為誤動作。調取部分運行記錄故障，發現主軸超速模塊動作均發生在滿負荷，主軸轉速均在19rpm左右。針對主軸超速報出故障，公司在2021年6月28日向主機廠家發函，主機廠家未對此問題作出回應。2021年8月20日在涉網改造驗收會再次發函要求處理此故障，截至目前仍未作出回應，詳見附件1、2。

圖5-12塔基前置機故障日志存儲情況

圖5-13主軸軟硬超速故障觸發邏輯表

經分析認為，本次倒塔事件中，18號風機在不滿足觸發條件情況下報出“主軸超速模塊緊停”引起安全鏈動作，是主軸超速保護誤動作。

18號風機主軸超速模塊出廠日期為2011年3月7日，查閱主軸超速模塊DN2131脈沖繼電器相關資料，DN2131說明書內技術參數，工作電壓范圍為24V±10%（21.6V~26.4V)。

現場分別選取報出“主軸超速模塊緊停”故障較多的14號、故障數一般的17號、故障數較少的29號風機超速模塊（DN2131）進行動作試驗。首先利用DN2131轉速監測保護模塊組態顯示軟件讀取超速模塊設置值10Hz，可確定超速模塊設置值與手動旋鈕設置值一致，排除東方電氣提出的手動旋轉設置值未被固化到模塊內的可能。利用方波發生器模擬風機轉速脈沖，每個模塊做三次動作試驗，9次試驗結果顯示，模塊均能在設定值10Hz（相當于高速軸2400rpm）時準確動作。當測速探頭的脈沖信號幅值低于17.6VDC時，模塊對采集的頻率值判斷失效，無論頻率高于10Hz還是低于10Hz，超速模塊均不動作，因不是誤動作，故不做進一步論述。

檢查現場安全鏈供電模塊設計圖以及現場配置發現：現場供電系統中接入光端機和塔基前置機等附屬裝置，安全鏈電源未能實現獨立供電；超速模塊24V電源供電模塊功率為120W，光端機功率24W，前置機功率23W。

現場選擇28號風機對安全鏈供電模塊及回路電壓進行測量，測量儀器為萬用表與示波器，示波器信號輸入端測點選擇主軸超速模塊MS22.1電源接線端子2，見附件，萬用表的測點為安全鏈各個節點處。測試發現：電源24V始端電壓穩態值為23.8V，測試超速模塊MS22.1電源接線端子2處電壓穩態值為20.4V(小于最低工作電壓21.6V)，干擾信號微弱，見圖5-14；啟動風電機組模擬正常運行狀態，再次測試主軸超速模塊MS22.1電源接線端子2處，示波器顯示電壓值在20.4V±2V內波動，表明現場客觀存在干擾源，見圖5-15、5-16；經多次模擬測試，超速模塊在17-18V工作電壓范圍內有誤動作現象，見圖5-17；抽查風場內其余改造機組進行同樣試驗，發現超速模塊工作電壓均處于低壓狀態。

圖5-14靜態回路最低電壓為20.4V與干擾情況

圖5-15并網后24V電壓波動圖

圖5-16并網瞬間24V電壓波動圖

圖5-17超速模塊測試試驗

通過靜態和動態運行測試數據可知，發電機系統電磁場是超速模塊24V工作電壓的干擾電源，風電機組在并網瞬間和并網后運行時產生的電磁場對超速模塊24V電源干擾值達到±2V。因安全原因，現場未進行高轉速的干擾電壓測試，如在額定轉數條件下測試干擾電壓數值一定≥2V。18號風機最近的快照日志顯示：

11月24日13：00超速誤動作但收槳成功，此時主軸轉速為19.0rpm，機為額定功率運行狀態，說明發電機系統額定功率工況下的電磁場對超速模塊24V電源干擾最大。抽查30號風機發現12月14日、12月15日超速保護模塊各誤動作一次，對應主軸轉速分別為19.05rpm、19.01rpm。

結論：18號風機在不滿足觸發條件情況下報出“主軸超速模塊緊停”引起安全鏈動作，是主軸超速保護誤動作；風電機組主軸超速模塊24V電壓降低后抗干擾性差，誤動作現象頻發。

5.3.3.3槳葉未及時回槳分析

風機正常運行時變槳距或正常停機時的收槳電源采用驅動器供電，安全鏈啟動時屬于事故停機，收槳電源切換至蓄電池。12月25日上午，安全措施完成后，在公司、電科院、廠家共同見證下，進入18號風機輪轂內檢查發現：槳葉1蓄電池出廠時間部分是2015年，部分是2016年，槳葉2、槳葉3蓄電池出廠時間均是2016年（主機廠家規定蓄電池更換周期為3.5年）；現場測量蓄電池電壓，槳葉1、2、3電壓分別為0V、10V、0V，說明蓄電池均已處于無容量狀態。

查看圖紙（見附錄），蓄電池供電時6K1接觸器、6K2接觸器是關鍵電氣元器件：6K1接觸器為電池供電時收槳電機電氣主回路元器件，只有其主觸頭接通，電機才能轉動收槳；6K2接觸器為電池供電時收槳電機軸承剎車裝置的電氣主回路元器件，只有其主觸頭接通，剎車裝置才能釋放，否則剎車裝置會將收槳電機抱死使其無法轉動收槳。

（1）1號槳葉未及時回槳分析

將1號槳葉塔基前置機存儲數據繪制成曲線（圖5-18）并分析可以發現：7:46:33（修正前時間）1號槳葉電機啟動，啟動電流約22安培，并平滑下降，槳葉角度未變化，一直處于0度位置，40秒后，電機電流下降至6安培左右，此時槳距角開始變化，并迅速到達70度位置（電池變槳速率最快20度/秒）。對6K2接觸器進行試驗，發現動作時主觸頭時而接通、時而不通，拆開解體后發現有主觸頭燒熔現象，見圖5-19。

因此分析判斷：當事故收槳信號發出后，6K1接觸器吸合，1號電機有電流，但由于接觸器6K2主觸頭燒熔造成接觸不良導致此時不通電，剎車裝置抱死，造成收槳電機無法轉動，葉片角度不變；由于電池本身性能下降，40秒左右后電池電壓跌落到80V（接觸器脫扣動作電壓）左右，6K1接觸器釋放，直流電機斷電；停止供電后電池電壓有所上升，6K1接觸器又重新吸合，而此時6K2接觸器處于吸合導通狀態，剎車裝置通電釋放，葉片迅速收槳；待葉片收槳到70度左右后，因電池電量最終消耗殆盡而終止，事故收槳系統停止工作。6K2接觸器燒熔的原因：直流電和交流電最大的不同點是交流電弧過零點而直流電弧不過零點，接觸器開斷時，直流電弧由于其不過零點，接觸器頻繁動作時導致其主觸頭易損壞。

查看18號風機收槳動作記錄，4月19日-11月24日共發生收槳15次，見下圖。

圖5-18 1號槳葉電機電流和槳矩角曲線（右縱坐標單位為安培）

圖5-19 18號風機槳葉1接觸器6K2主觸頭燒熔

（2）2號槳葉未及時回槳分析

將2號槳葉塔基前置機存儲數據繪制成曲線（圖5-20，左縱坐標單位為安培）并分析可以發現：7:46:33（修正前時間）2號電機電流為零，收槳電機未通電轉動，葉片角度維持在3.8度左右不動。拆開2號6K1接觸器后發現線圈的鐵心有凸出部分，導致其無法吸合，故主觸頭無法接通，收槳電機未通電轉動；測量6K1接觸器線圈，發現其直流電阻比其他兩個槳葉未損壞的6K1接觸器線圈少189歐姆，且鐵心凸出部分的線圈已變色并有燒糊的氣味（見圖5-21），判斷2號槳葉6K1接觸器線圈短路過熱造成變形凸出無法吸合，最終導致收槳電機未動作。

圖5-20 2號槳葉電機電流和槳矩角曲線（左縱坐標單位為安培）

圖5-21 18號風機槳葉2接觸器6K1拆開后鐵心凸出部分

（3）3號槳葉未及時回槳分析

將3號槳葉塔基前置機存儲數據繪制成曲線（圖5-22，左縱坐標單位為安培）并分析可以發現：7:46:33（修正前時間）3號槳葉電機啟動，啟動電流約27安培，并平滑下降，槳葉角度未變化，一直處于0度位置。從直流電機啟動電流大小可知，3號槳葉電池容量比1號電池容量大些。對6K2接觸器進行試驗，發現動作時主觸頭時而接通、時而不通，拆開解體后發現有主觸頭燒熔現象，見圖5-23。

因此分析判斷：當事故收槳信號發出后，6K1接觸器吸合，1號電機有電流，但由于接觸器6K2主觸頭燒熔造成接觸不良導致此時不通電，剎車裝置抱死，造成收槳電機無法轉動，葉片角度不變；如3號槳葉的電池容量也和1號槳葉電池容量一樣，或者比1號槳電池容量略低，當電池電壓跌落到只有80伏左右的時候，電池收槳主接觸器6K1也會斷開，電池電壓上升再吸合，剎車裝置接觸器6K2吸合，剎車裝置通電打開，電機通電轉動收槳。因3號電池容量比1號電池容量大些，所以無斷開又吸合的過程，剎車裝置打不開，電機無法轉動收槳。

圖5-22 3號槳葉變槳電機電流和槳葉角度曲線（左縱坐標單位為安培）

圖5-23 18號風機槳葉3接觸器6K2主觸頭燒熔

結論：槳葉1、3的接觸器6K2主觸頭燒熔，造成剎車裝置未通電，電機被抱死無法轉動收槳；槳葉2接觸器6K1部分線圈短路發熱致使鐵心變形凸出，接觸器無法吸合，直流電機無法通電轉動收槳。

5.4綜合分析

綜合現場檢查情況、數據分析以及現場檢測試驗情況，綜合分析認為：超速模塊電壓小于最低工作電壓，抗干擾性差，誤動作概率較大；超速保護誤動后，觸發安全鏈動作，變槳系統未完成收槳，風機發生超速，塔架劇烈振動失穩倒塔。本次事件中，倒塔過程事件致因邏輯見圖5-24：

圖5-24倒塔過程事件致因邏輯圖

6暴露的主要問題

6.1集團公司設備事故防范技術措施落實不力。《風力發電機組安全技術措施》和《風電（光伏）設備技術防范重點要求》均明確要求“安全鏈的電源應獨立設置，禁止其他用途電源并接”、黑龍江某風電場一期風電機組將通訊轉換模塊、人機交換界面、數據存儲器接入安全鏈電源，不符合反措要求，也未及時進行整改，長期存在安全隱患。

6.2設備缺陷管理不規范。黑龍江某風電場一期33臺風電機組近半年內共有31臺機組頻繁報主軸超速故障，數量達182臺次，未引起足夠重視，未及時分析查找原因，僅簡單檢查即復位啟機，安全隱患未及時消除。

6.3定期檢修管理不到位。未按要求在檢修前對設備運行情況進行分析，機組主軸超速、變槳接觸器拒動等頻發故障未列入檢修計劃，相關安全隱患未得到及時處理。

6.4技術改造工作把關不嚴。2021年6月，風電場完成低電壓穿越和偏航保護改造后，造成機組PLC和SCADA系統部分故障點表和時鐘不對應，變槳后備電源自檢參數設置錯誤，驗收時未及時發現。

6.5其他問題

（1）技術防范措施要求“在變槳系統工作電源正常供電情況下，應優先使用工作電源執行變槳動作”。黑龍江某風電場一期風電機組在安全鏈觸發后優先使用后備電源供電，不符合反措要求。

（2）黑龍江某風電場風電機組維護檢修規程不完善，相關后備電源和安全鏈測試要求不明確。

（3）技術監督工作不全面不細致。未按要求每年至少測試一次變槳蓄電池（超級電容）的內阻（容量），僅對后備電源電壓進行測量，未能及時掌握變槳蓄電池的運行狀態。對存在的主控無法監測變槳蓄電池溫度、塔基主控UPS電源容量不足等問題未能及時發現。

7防范措施

7.1立即開展風電機組飛車隱患排查治理。嚴格按照要求對風電機組故障進行分級分類管理，高度重視并認真對待風電機組SCADA系統報出的每一個故障和報警。重點檢查風電機組安全鏈是否完整、各節點是否能正確觸發，變槳系統供電電源是否存在無后備供電保障的情況，變槳系統鉛酸電池是否存在內阻、電壓、容量、放電時間不滿足要求的情況，變槳系統機械結構是否存在卡滯現象。

7.2加強檢修管理。立即修訂檢修管理制度，完善檢修項目及標準，將重要電氣回路接觸器、繼電器、蓄電池加熱系統檢修列入定期檢修計劃。加強巡檢維護人員培訓，提高人員技能水平，確保巡檢消缺工作落實到位，及時發現消除設備隱患。

7.3強化隱患排查整改力度。開展安全鏈供電回路整改，安全鏈回路必須獨立供電，嚴禁混合供電。立即開展機組隱患排查工作，重點對風電機組安全鏈保護回路、電氣保護、蓄電池電源、防雷性能等進行全面排查、試驗，確保安全鏈、蓄電池電源動作準確可靠，設備安全可靠運行。針對不具備變槳電源切換功能和電池狀態監測等問題，持續推進變槳系統直流改交流項目，實現保護功能。是否有無關負載接入機組控制系統UPS，符合要求仍然不滿足，應對UPS進行升級增容。

7.4加強缺陷管理。風電機組安全鏈故障或頻繁發生的故障，嚴禁簡單處理就復位重啟，要及時就地全面檢查處理；及時分析查找根本原因，及時采取有效措施，杜絕發生因處理不及時、不正確導致的故障擴大；強化缺陷閉環管理，嚴格執行缺陷管理制度，杜絕缺陷長期不消除、風機長期帶病運行情況的發生。

7.5深刻吸取本次事件教訓。舉一反三，對照以往發生的人身和設備事件，暴露問題和防范措施，立即組織排查，認真梳理設備本身和管理方面存在的問題，對發現的問題及時進行整改，避免類似事件發生，增加系統對時功能。

7.6規范風機技改工作管理，統一SCADA數據格式、風機故障編碼。