沿海風(fēng)電機(jī)組如何提高抗臺(tái)風(fēng)能力？

　　近年來，風(fēng)力發(fā)電成為福建省電力能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，截至2010年底，福建全省風(fēng)電總裝機(jī)容量55.77萬千瓦。風(fēng)力發(fā)電帶動(dòng)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也時(shí)常飽受臺(tái)風(fēng)侵?jǐn)_之惑，給安全生產(chǎn)工作帶來影響。

　　本文以福建大唐漳州六鰲風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備事故為案例，從技術(shù)手段和管理措施兩個(gè)層面，詳細(xì)闡述沿海地區(qū)如何加強(qiáng)和提高風(fēng)電機(jī)組抗擊臺(tái)風(fēng)的能力。

　　臺(tái)風(fēng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的影響特征包括極端風(fēng)速、突變風(fēng)向和非常湍流等，這些因素單獨(dú)或共同作用往往使風(fēng)電機(jī)組不同程度受損，如葉片因扭轉(zhuǎn)剛度不夠出現(xiàn)通透性裂紋或被撕裂;風(fēng)向儀、尾翼被吹毀;偏航系統(tǒng)和變槳系統(tǒng)受損等，以及最嚴(yán)重的風(fēng)電機(jī)組倒塔。

　　六鰲風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備損壞事故分析

　　六鰲風(fēng)電場(chǎng)位于福建省漳浦縣六鰲半島東側(cè)的海岸線地帶，目前在役總裝機(jī)容量為101.6兆瓦，總計(jì)85臺(tái)風(fēng)機(jī)。工程分三期開發(fā)，共用一個(gè)升壓站集中控制。

　　2010年10月23日12時(shí)55分，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“鲇魚”在福建漳浦縣六鰲鎮(zhèn)正面登陸，登陸時(shí)近中心最大風(fēng)力13級(jí)(38米/秒)，中心最大氣壓為970百帕，是2010年最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。

　　強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“鲇魚”的正面登陸造成六鰲風(fēng)電場(chǎng)三期Z13號(hào)風(fēng)機(jī)倒塔、Z10號(hào)風(fēng)機(jī)葉片折斷。造成一期兩臺(tái)箱變線圈短路燒損;二期兩臺(tái)風(fēng)機(jī)輪轂進(jìn)水，控制柜內(nèi)元器件損壞;三期Z2、Z13號(hào)兩臺(tái)箱變繞組短路燒損。

　　事故原因分析：1.臺(tái)風(fēng)造成的瞬時(shí)風(fēng)速、湍流強(qiáng)度和入流角超過受損風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，是事故的直接原因。

　　依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)，Z72-2000型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可承受極端風(fēng)速 (50年一遇3秒平均)為70米/秒，最大湍流強(qiáng)度為0.16，最大入流角為8°。

　　根據(jù)福建省氣候中心的風(fēng)速計(jì)算報(bào)告結(jié)果，在Z13號(hào)風(fēng)機(jī)倒塔時(shí)段內(nèi)瞬時(shí)計(jì)算風(fēng)速(3秒鐘平均)達(dá)70.2米/秒，湍流強(qiáng)度達(dá)0.3以上，超出了風(fēng)機(jī)可承受的極端風(fēng)速及湍流極大值;在Z10號(hào)風(fēng)機(jī)葉片折斷時(shí)段內(nèi)湍流強(qiáng)度高達(dá)0.3以上，入流角20°以上，湍流強(qiáng)度和入流角均大大超出風(fēng)機(jī)可承受的最大湍流強(qiáng)度和最大入流角。

　　2.臺(tái)風(fēng)造成箱變進(jìn)水短路，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)失去電網(wǎng)電源，是事故擴(kuò)大的原因。

　　強(qiáng)臺(tái)風(fēng)將三期Z2、Z13號(hào)兩臺(tái)箱變頂蓋掀開，致使雨水進(jìn)入，箱變發(fā)生短路。

　　Z13號(hào)風(fēng)機(jī)葉片由于超強(qiáng)風(fēng)速和高湍流帶來的瞬時(shí)極大變槳扭矩超出變槳伺服電機(jī)尾部剎車所能承受的極限，被迫向工作位置(0°)變槳。當(dāng)葉片向工作位置旋轉(zhuǎn)后，風(fēng)機(jī)變漿系統(tǒng)又自動(dòng)動(dòng)作對(duì)葉片進(jìn)行收槳操作。由于Z13號(hào)箱變短路，Z13號(hào)風(fēng)機(jī)失去電網(wǎng)電源，葉片收漿只能靠蓄電池提供控制動(dòng)力。因持續(xù)大風(fēng)及高湍流，葉片多次被吹至工作位置并反復(fù)收槳。葉片反復(fù)收漿，導(dǎo)致蓄電池電量耗盡，最終葉片無法收漿。由于此時(shí)風(fēng)機(jī)處于空載狀態(tài)，葉輪不斷加速直至飛車，輪轂轉(zhuǎn)速急劇上升造成風(fēng)機(jī)其它部分(葉片及塔筒)載荷也隨之急劇增大，葉片及塔筒螺栓承受載荷超出其設(shè)計(jì)載荷，最后導(dǎo)致風(fēng)機(jī)倒塔、葉片斷裂。

　　事故暴露的問題1.沿海地區(qū)的風(fēng)電機(jī)組不具備抗強(qiáng)臺(tái)風(fēng)能力。

　　本次事故的Z72-2000型風(fēng)機(jī)變槳制動(dòng)力矩在設(shè)計(jì)時(shí)考慮50年一遇3秒鐘平均70米/秒的極端風(fēng)速情況和0.16的湍流強(qiáng)度，相對(duì)于強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“鲇魚”正面登陸帶來的極端風(fēng)速伴隨的高湍流和大入流角，變槳制動(dòng)力矩不足，制動(dòng)策略不能滿足抗強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的要求。風(fēng)電機(jī)組箱變頂蓋與箱體的聯(lián)接強(qiáng)度不夠，抗臺(tái)風(fēng)能力不足，致使箱變頂蓋被強(qiáng)臺(tái)風(fēng)掀開，雨水進(jìn)入變壓器及盤柜的電氣元件，造成短路。

　　2.風(fēng)電機(jī)組微觀選址工作中部分計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況偏差較大。

　　六鰲三期風(fēng)電機(jī)組微觀選址時(shí)對(duì)局部區(qū)域的湍流強(qiáng)度分析計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在較大差別。根據(jù)湘電公司提供的六鰲三期風(fēng)機(jī)安全性復(fù)核報(bào)告，微觀選址的13個(gè)機(jī)位根據(jù)12個(gè)月的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)計(jì)算出的平均湍流強(qiáng)度為0.109，最大湍流強(qiáng)度為0.128，遠(yuǎn)小于此次臺(tái)風(fēng)登陸后實(shí)際的湍流強(qiáng)度(0.3以上)，軟件計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符。

　　3.設(shè)備制造未滿足合同要求。

　　Z10、Z13號(hào)風(fēng)機(jī)失控表明，風(fēng)機(jī)制造沒有滿足設(shè)備技術(shù)規(guī)范書“風(fēng)電機(jī)組必須至少配有兩套獨(dú)立的制動(dòng)