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風電機組重大事故分析(四)

2015-02-06 來源:中國風能協會 瀏覽數:1727

  四、油脂氣化與軸承發熱的能量來源
  15:13:10 之前,機組一直處于滿發負荷發電狀態,功率基本穩定在1.53MW 左右,在15:13:10 機組功率1537kW ;15:13:11 機組功率1495kW ;15:13:12 機組功率1449kW ;15:13:13 機組功率1376kW ;15:13:14 機組功率915kW ;機組高速軸轉速與低速軸轉速匹配,不存在聯軸器打滑現象,例如在15:13:13 機組的實際發電機轉速1733.8rpm ,低速軸轉速18.3rpm ,依據齒輪箱速比計算率1449kW ;15:13:13 機組功率1376kW ;15:13:14 機組功率915kW ;機組高速軸轉速與低速軸轉速匹配,不存在聯軸器打滑現象,例如在15:13:13 機組的實際發電機轉速1733.8rpm ,低速軸轉速18.3rpm ,依據齒輪箱速比計算的高速軸轉速1733rpm 。按照當時風速和機組特性,機組在脫網之前的15:13:11 到15:13:14 ,本應在1.53MW 左右發電,機組被不斷拉低的發電功率主要消耗在了軸承發熱上,從而使軸承和發電機轉子溫度不斷上升。
  如圖3 所示為正常機組的聯軸器的力矩限制器線和聯軸器螺栓、螺帽和鎖緊螺栓的相對位置狀況。
  15:13:15 機組執行發電機超速甩負荷停機,電功率為0kW ,此時機組本應出現一個較高的飛升轉速,實際的低速軸轉速19.1rpm (高速軸轉速應為1818rpm),這與停機前的轉速相差不大,沒有明顯的甩負荷飛升轉速。一般在這種情況下,機組甩負荷停機,此時的高速軸飛升轉速要達到2000rpm 以上,這就是說,因風電機組軸承卡死,轉速上升受阻,從而造成機組的高速軸轉速比正常情況低200rpm 左右,而實際的高速軸轉速(發電機轉速)則僅為899.7rpm 。
  再查看機組在執行停機命令期間的高速軸與低速軸轉速,15:13:15 到15:13:28 通過低速軸轉速計算出的高速軸轉速與主控顯示值比較,顯示值明顯偏低。
  例如,15:13:16 低速軸轉速18.7rpm ,計算出的高速軸轉速應1771rpm ,實際值為882.5rpm ;15:13:17 低速軸轉速16.8rpm ,高速軸轉速應1591rpm ,實際值778.3rpm ;15:13:28 低速軸轉速2.8rpm ,高速軸轉速應265rpm ,實際值154.4rpm 。從諸多數據證實,脫網后發電機端的阻力超過了聯軸器的力矩限制器扭矩,聯軸器發生了打滑現象。再從實物解剖也得到證實,力矩限制器有劇烈的摩擦和發熱。如圖4 所示,事故機組的力矩限制器線兩邊不一致。因此,在脫網后的這一段時間內,在聯軸器上驅動發電機的扭矩超過了力矩限制器的力矩(約為2 倍左右的滿負荷扭矩)。
  由公式P=N×ω可知,發電機軸承因摩擦產生熱量的功率= 力矩限制器扭矩× 發電機實際轉速。而這部分功率和部分機組甩負荷的儲能消耗在了發電機軸承1 的摩擦發熱上,致使發電機前軸承和發電機軸前端的溫度迅速上升。同時,因聯軸器打滑,巨大扭矩使聯軸器在打滑處也產生很高的熱量。聯軸器打滑產生熱量的功率=力矩限制器扭矩×(低速軸換算出的發動機轉速-實際發電機轉速),聯軸器力矩限制器處溫升迅速,并迅速傳熱,因此,拆卸時多個鎖緊螺栓發生斷裂,如圖5 所示。在事故機組聯軸器上靠發電機的連接螺栓、螺帽、鎖緊螺栓有淬火現象,如圖5、圖6 所示。同時,因在聯軸器的力矩限制器處的溫度很高,還可點燃易燃物品。
  當軸承出現嚴重卡死時,在執行停機命令之前,通過拉低機組的實際功率產生熱量;機組停機時甩負荷轉速上升受阻;在執行停機命令后,軸承卡死后,發電機軸仍然在旋轉,劇烈摩擦使軸承內部產生熱量。以上為軸承內部油脂氣化提供了熱量,也使得在發電機軸前端的溫度很高,為點燃可燃物品準備了條件。

 

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