李 鵬 陳 亮 呂 晰 任 為 王宇航

（1.浙江華東工程咨詢有限公司 2.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司3.華東建筑設(shè)計研究院有限公司 4.重慶大學(xué)土木工程學(xué)院）

0 引言

目前，風(fēng)電作為技術(shù)成熟、環(huán)境友好的可再生能源，已在全球超過90個國家開發(fā)應(yīng)用，其中9個國家的風(fēng)電裝機(jī)容量超過1萬MW；30個國家（遍及歐洲、亞洲、北美洲、拉丁美洲和非洲）的風(fēng)電裝機(jī)容量超過1千MW。截至2017年12月底，全球累計風(fēng)電裝機(jī)容量為539.1 GW；我國風(fēng)電機(jī)組累計吊裝114242臺，累計裝機(jī)容量達(dá)到1.88億kW，就年度裝機(jī)容量而言保持了領(lǐng)先地位。2017年，我國風(fēng)力發(fā)電量達(dá)3057億kWh，比2016年同期增長28.7%，約占全國電源總發(fā)電量（6.5萬億kWh）的4.77%［1］。傳統(tǒng)發(fā)電模式主要依賴有限的化石能源儲藏量和開采量，耗能大、效率低且污染環(huán)境嚴(yán)重。而風(fēng)能相較于傳統(tǒng)能源，具有無污染、可再生、開發(fā)利用率高的優(yōu)勢。在化石能源日趨枯竭、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求量日益增加、人類環(huán)保意識不斷增強(qiáng)的全球背景下，風(fēng)能作為一種儲量豐富的可再生能源正以前所未有的速度得到發(fā)展利用。

風(fēng)電建設(shè)大力推進(jìn)的同時，葉片損壞、火災(zāi)、結(jié)構(gòu)損毀、人員傷亡等安全事故的頻頻發(fā)生也不容忽視。風(fēng)電事故給風(fēng)場造成了巨額的經(jīng)濟(jì)損失，也有損企業(yè)聲譽，甚至危及作業(yè)人員及公眾的生命安全，成了風(fēng)電行業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。我國國家能源局下發(fā)了《關(guān)于匯報風(fēng)電設(shè)備質(zhì)量和運行情況的通知》，風(fēng)電行業(yè)各企業(yè)也積極響應(yīng)。但由于風(fēng)電事故對廠家和風(fēng)電開發(fā)商的負(fù)面影響較大，業(yè)內(nèi)往往對事故消息采取保密措施，行業(yè)透明度較差。本文通過互聯(lián)網(wǎng)和其他渠道收集信息，在研究全球風(fēng)電行業(yè)典型事故的基礎(chǔ)上，分析了風(fēng)電結(jié)構(gòu)事故發(fā)生的主要原因并提出相應(yīng)的防治措施。

1 典型事故分析

據(jù)2018年的凱思內(nèi)斯風(fēng)電場信息論壇（CWIF）報道，截至2018年9月30日，經(jīng)過媒體報道和官方信息確認(rèn)，全球風(fēng)電行業(yè)暴露出的事故共計2314起，其中葉片損壞事故共計388起，火災(zāi)共計337起，結(jié)構(gòu)損毀事故共計202起［1］。CWIF數(shù)據(jù)清楚地顯示，葉片損壞事故是風(fēng)機(jī)最常見的事故，其次是火災(zāi)、結(jié)構(gòu)損毀事故。目前風(fēng)電行業(yè)公認(rèn)的是，實際發(fā)生的事故數(shù)量是現(xiàn)有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的10倍，如果不系統(tǒng)地采取防治措施，事故數(shù)量將保持直線上升的趨勢［2］。本文就典型事故案例進(jìn)行簡單分析，歸納出事故發(fā)生的原因主要有七類，見下表。

表 風(fēng)電行業(yè)典型事故

（續(xù)）

2 事故原因及防治措施

總結(jié)目前國內(nèi)外常見的風(fēng)電事故，可以發(fā)現(xiàn)事故原因主要可分為機(jī)組及部件質(zhì)量不合格，現(xiàn)場施工、安裝質(zhì)量不合格，機(jī)組基礎(chǔ)質(zhì)量不合格，風(fēng)機(jī)設(shè)計存在缺陷，電氣及機(jī)械設(shè)備故障，違章作業(yè)，機(jī)組運維、風(fēng)電場管理工作不到位等七個方面，應(yīng)當(dāng)針對性地采取防治措施，以防止類似事故的再次發(fā)生。

2.1 機(jī)組及部件質(zhì)量不合格

對于由于機(jī)組及部件質(zhì)量不合格導(dǎo)致的事故，相應(yīng)采取的防治措施如下：

2）風(fēng)電機(jī)組制造廠家要提高風(fēng)機(jī)各部件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對下料、焊接等生產(chǎn)過程的控制，并嚴(yán)格執(zhí)行各項指標(biāo)（尤其是法蘭平行度）的檢測。必須在出場前對風(fēng)機(jī)塔筒、法蘭、螺栓等所用原材料各項指標(biāo)（如法蘭的低溫沖擊韌性、螺栓強(qiáng)度等）進(jìn)行測驗，以確保材料達(dá)標(biāo)。

3）風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計應(yīng)達(dá)到國標(biāo)要求，選用材料滿足重量輕，強(qiáng)度和剛度大，耐高溫，抗疲勞性能、減振性能好等要求；同時加大對于風(fēng)機(jī)葉片生產(chǎn)過程的監(jiān)督力度，完善葉片生產(chǎn)工藝，嚴(yán)格控制其生產(chǎn)質(zhì)量［4］。

4）風(fēng)電機(jī)組防雷產(chǎn)品生產(chǎn)廠家要嚴(yán)格按照相關(guān)工藝流程、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行原材料的選用、生產(chǎn)、檢測檢驗。在采購時選擇技術(shù)成熟的廠家，其質(zhì)保體系要完整；防雷產(chǎn)品的材料以及絕緣程度要經(jīng)過測試合格，且各項指標(biāo)符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 現(xiàn)場施工、安裝質(zhì)量不合格

對于由于現(xiàn)場施工、安裝質(zhì)量不合格導(dǎo)致的事故，相應(yīng)采取的防治措施如下：

1）風(fēng)電機(jī)組安裝時必須嚴(yán)格審查施工單位的資質(zhì)。

2）必須保證用于連接塔筒的高強(qiáng)螺栓經(jīng)過第三方檢驗合格，塔筒吊裝完成后還應(yīng)按照風(fēng)電機(jī)組安裝作業(yè)指導(dǎo)書和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對焊縫質(zhì)量、螺栓力矩等進(jìn)行復(fù)檢［4］。

2.3 機(jī)組基礎(chǔ)質(zhì)量不合格

對于由于機(jī)組基礎(chǔ)質(zhì)量不合格導(dǎo)致的事故，相應(yīng)采取的防治措施如下：

畢業(yè)要求中提到“基于科學(xué)原理”進(jìn)行研究,運用“自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識”,可見機(jī)械工程材料的基本科學(xué)原理是教學(xué)的重點內(nèi)容。課程體系中的主要原理包括:力學(xué)、晶體學(xué)、材料凝固過程和二元合金相圖、鋼的非平衡相變和鋼的熱處理原理等。這些內(nèi)容較多且比較零碎,是重點又是難點。在教學(xué)過程中,需要把握抽象理論的內(nèi)在聯(lián)系規(guī)律,即以成分、組織、工藝和性能為主線講解,最終目標(biāo)是實現(xiàn)材料的應(yīng)用。從晶體結(jié)構(gòu)角度設(shè)計材料成分,通過制定和改進(jìn)熱處理工藝改變組織,達(dá)到期望的力學(xué)性能。

1）風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)澆筑時，要對原材料的質(zhì)量及配比嚴(yán)格把關(guān)，并做到全方位監(jiān)督施工，保證基礎(chǔ)的施工質(zhì)量。

2）風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)施工完畢后，吊裝作業(yè)前應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度、基礎(chǔ)環(huán)上法蘭水平度檢驗及接地電阻測試，確保結(jié)果合格［4］。

3）應(yīng)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組設(shè)計手冊中的相關(guān)要求嚴(yán)格執(zhí)行基礎(chǔ)土方的回填施工流程。

2.4 風(fēng)機(jī)設(shè)計存在缺陷

對于由于風(fēng)機(jī)設(shè)計存在缺陷導(dǎo)致的事故，相應(yīng)采取的防治措施如下：

1）選擇具備專業(yè)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)場選址和風(fēng)電機(jī)組設(shè)計。風(fēng)場選址應(yīng)嚴(yán)格遵守《風(fēng)電場廠址工程地質(zhì)勘查技術(shù)規(guī)定》，臺風(fēng)、覆冰等極端因素也應(yīng)予以考慮；機(jī)組設(shè)計時，應(yīng)保證控制邏輯合理、變槳及主控程序穩(wěn)定以及機(jī)組自檢項目完善，并設(shè)置冗余保護(hù)［5－7］。

2）風(fēng)電機(jī)組葉片設(shè)計中應(yīng)考慮風(fēng)電場煙霧、低溫、雷擊等自然環(huán)境對葉片的影響。對引進(jìn)技術(shù)要充分消化吸收，不能只進(jìn)行簡單的幾何放大，在設(shè)計研發(fā)階段就要識別問題所在。

3）企業(yè)增加研發(fā)投入，開發(fā)本質(zhì)安全型風(fēng)電設(shè)備，從根本上提升風(fēng)機(jī)的質(zhì)量和發(fā)電效率，從源頭上避免事故的發(fā)生。

2.5 電氣及機(jī)械設(shè)備故障

對于由于電氣及機(jī)械設(shè)備故障導(dǎo)致的事故，相應(yīng)采取的防治措施如下：

1）按照風(fēng)電機(jī)組維護(hù)手冊做好常規(guī)監(jiān)測診斷工作；定期完成機(jī)組各部件火災(zāi)隱患部位的巡檢以及溫度測試（尤其是發(fā)電機(jī)的缺陷檢測），一旦發(fā)現(xiàn)缺陷立即維護(hù)以減少停機(jī)和事故的發(fā)生［8］。

2）實時監(jiān)測機(jī)組各部件的重要操作參數(shù)（包括機(jī)械及電氣系統(tǒng)的變壓器、發(fā)電機(jī)繞組、齒輪箱、液壓系統(tǒng)等部件的溫度和工作壓力等），確保任一參數(shù)達(dá)到預(yù)定設(shè)計值監(jiān)測系統(tǒng)便會發(fā)出警報，并實現(xiàn)自動停機(jī)［4］。

3）風(fēng)電機(jī)組調(diào)試期間以及運行期間固定的時間間隔都要做好超速保護(hù)試驗，以保證超速保護(hù)參數(shù)設(shè)置正確、各模塊全部可以正常工作。

4）嚴(yán)格對待風(fēng)電機(jī)組制動控制系統(tǒng)的定檢工作與參數(shù)核對工作，確保機(jī)組沒有異常動作。

2.6 違章作業(yè)

對于由于違章作業(yè)導(dǎo)致的事故，相應(yīng)采取的防治措施如下：

1）加強(qiáng)安全教育和培訓(xùn)工作，確保其覆蓋施工現(xiàn)場的全體人員（包括分包單位人員），貫穿從施工準(zhǔn)備、工程施工到竣工交付、檢修維護(hù)的各個階段和方面，通過動態(tài)控制確保只有具備良好的安全意識和安全知識的人員才能上崗。

2）提高風(fēng)電機(jī)組運行人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)，充分調(diào)動運行人員的工作積極性，加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督，夯實安全生產(chǎn)基礎(chǔ)，確保風(fēng)電機(jī)組設(shè)備運行狀態(tài)穩(wěn)定［9］。

2.7 機(jī)組運維、風(fēng)電場管理工作不到位

對于由于機(jī)組運維、風(fēng)電場管理工作不到位導(dǎo)致的事故，相應(yīng)采取的防治措施如下：

1）健全風(fēng)電機(jī)組巡檢制度，全面執(zhí)行定期巡視檢查項目。在日常維護(hù)檢修時還應(yīng)注意觀察塔基、塔筒外形有無變化及葉片外形、表面磨損情況、是否有裂紋或沙眼，發(fā)現(xiàn)問題及時維護(hù)處理。

2）在機(jī)組維修和定檢維護(hù)時，注意重點部位安全隱患的排查，如加強(qiáng)對螺栓力矩和塔筒探傷的檢查。在風(fēng)機(jī)吊裝完成后的三個月內(nèi)應(yīng)進(jìn)行所有連接螺栓的力矩校對，機(jī)組運行階段應(yīng)嚴(yán)格按照廠家技術(shù)說明及維護(hù)手冊的要求定期抽檢螺栓力矩并校正維護(hù)［4］。

3）借鑒全球先進(jìn)電力行業(yè)（尤其是風(fēng)電行業(yè)）企業(yè)優(yōu)秀的管理制度和風(fēng)電場運作經(jīng)驗，在風(fēng)電場采用現(xiàn)代管理模式，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動風(fēng)電場現(xiàn)場精細(xì)化和安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化［10］。

4）建立風(fēng)電場安全監(jiān)控系統(tǒng)，加大現(xiàn)場經(jīng)驗豐富的片區(qū)和總部技術(shù)人員的遠(yuǎn)程監(jiān)控力度［11］，同時強(qiáng)化風(fēng)電場應(yīng)急響應(yīng)管理。

3 結(jié)束語

風(fēng)電作為一個新興行業(yè)，缺乏系統(tǒng)安全運營與管理經(jīng)驗，設(shè)備安全與質(zhì)量還有待提升，產(chǎn)業(yè)鏈條比較長且上下游之間的配合程度還不夠；因此風(fēng)電行業(yè)事故高發(fā)，主要表現(xiàn)為葉片損壞、倒塔、火災(zāi)、雷擊、拋冰、超速飛車等類型。高發(fā)的風(fēng)電事故負(fù)面影響很大，除了影響生產(chǎn)效益和造成經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡外，還會阻礙風(fēng)電行業(yè)作為先進(jìn)的可持續(xù)綠色能源行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對此需要深入分析并積極采取反事故措施。在進(jìn)行風(fēng)電事故的原因分析時，應(yīng)基于機(jī)組維護(hù)的基本原理以及不同機(jī)型各自的運行特性，查閱同種機(jī)型以往維護(hù)經(jīng)驗的相關(guān)資料，從而確定事故發(fā)生的根本原因，梳理大量事故的經(jīng)驗教訓(xùn)并轉(zhuǎn)化為正確的理論，這對于排除風(fēng)機(jī)安全隱患并維持其穩(wěn)定運行具有重要指導(dǎo)意義。為減少和避免風(fēng)電事故的發(fā)生，風(fēng)電行業(yè)企業(yè)應(yīng)建立適應(yīng)于自身發(fā)展的完善管理機(jī)制，在制定防治措施時應(yīng)密切聯(lián)系風(fēng)電機(jī)組的分布特點、運行特性以及維修經(jīng)驗，真正做到有的放矢。本文對風(fēng)電行業(yè)典型事故進(jìn)行分類分析，進(jìn)而總結(jié)出風(fēng)電事故的七個主要成因并提出有針對性的防治措施，對減少風(fēng)電事故的發(fā)生具有一定的指導(dǎo)意義。風(fēng)能相較于傳統(tǒng)發(fā)電模式具有不可替代的優(yōu)勢，風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展也契合了全球綠色環(huán)保理念，只要產(chǎn)業(yè)鏈每一環(huán)節(jié)都保持良好的事故防范意識并積極采取防治措施，風(fēng)電行業(yè)一定會取得長足的發(fā)展。