辽宁某风电场33机组叶轮坠落事故调查报告

1.事故简称：#33机组叶轮坠落事故

2.事故起止时间：2021年12月05日06时33分-12月05日06时35分

3.事故发生时气象及自然灾害情况：

气温：-8℃  风速：9.05m/s  风向：西南  天气：阴

4.事故等级（事故性质）：C类一般事故

5.本次事故损失及影响情况

#33机组齿轮箱主轴断裂，叶轮整体坠落损坏；三线#15转角塔损坏，6根水泥杆损坏，LGJ-150导线约1500米损坏。

6.事故前工况

事故发生前风速9.05m/s，发电机转速1801rpm，桨距角-1°，#33机组出力1533kW。

7.事故设备情况

机组类型：1500kW

8.事故经过

（1）故障象征

2021年12月5日6时35分，三线限时电流速断保护动作，故障电流Ia=47.52A，故障录波器显示BC相间短路（附件2.继电保护信息），测量线路绝缘为零。

7时05分，检修人员巡视三线，未见异常。

10时03分，对通讯中断的#33风机进行检查，发现#33风机叶轮掉落；塔筒划痕约20米；叶片掉落导致相邻东升三线15号转角塔折断，16号至21号共6根水泥杆不同程度损坏，其中杆顶头铁8个变形弯曲，横担及其他相关金具6套损坏；线路光缆金具损坏，光缆存在磨损（附件3.事故现场照片图1-4）。

10时10分，安排检修人员登机检查发电机、控制柜、电气元件等其他部件损坏情况，未见异常。

（2）保护装置动作信息

从服务器导出PLC记录数据，查看该机组事件日志中风机控制系统采集和发出的指令信息：轮毂掉落前，发电机转速1872rpm，风电机组驱动链方向的摆动为1.5%；机组机舱加速度传感器测得的驱动和非驱动加速度为0.01m/s²。

9.事故报告情况

12月5日10时57分，省公司向上级单位安环部、生技部、运营监控中心汇报事故初报。12月6日上级单位安环部前往现场指导事故调查。

10.事故处置情况

为防止次生事故发生，在事故发生的关键路口设置警戒隔离带，组织人员现场值守。辽宁公司组织成立事故调查组，分为数据分析、事故调查、设备恢复三个工作组，迅速开展事故调查和设备恢复工作。

11.事故原因分析

（1）调取省级监控系统秒级数据绘制时间、风速、功率、转速、桨叶角度等数据进行控制逻辑分析，未见异常。 

6时33分，机组报出“52变桨2驱动错误”、“19轮毂驱动故障”、“14 振动传感器”、“34制动器转子过速”故障。6时34分，机组变桨系统通讯中断、400V电源中断、主控系统通讯中断。（附件4.图1）

06:33:47#2叶片变桨电机扭矩由42.44Nm变为0Nm，桨叶角度从此刻开始一直为0.13°；#1和#3叶片角度及扭矩数据变化符合桨距角调节逻辑。推断#2叶片变桨变频器进入异常状态。（附件4.图2）

06:33:48机组报出“52 变桨2驱动错误”、“19 轮毂驱动故障”故障，机组状态由“7发电状态”变至“1故障状态”。

06:33:48-06:33:53瞬时风速由9.05m/s降到8.81m/s；机组停机过程中，叶轮转速由1772转下降至1761转；发电机转速由1811转升高至1872转。在53秒时刻，叶轮转速1和叶轮转速2数据丢失。从叶轮转速和发电机转速变化趋势不一致及叶轮转速1和叶轮转速2数据丢失推断，主轴在53秒时刻断裂。（附件4.图3）

（2）现场勘查情况

机组主轴断裂位置为圆度段主受力区（附件5.图1），断口两侧呈现疲劳源、扩展及特征区，中间区域为瞬断区（附件5.图2）。发现两处主要问题：一是主轴断口边缘存在大面积异常锈蚀坑（附件5.图3），并形成贝纹扩展区，二是主轴断口两侧出现条状疲劳断裂区，有明显疲劳源和贝纹扩展区，且有清晰锈蚀（附件5.图4）。

（3）上海宝冶工程技术有限公司《失效分析报告》（附件6）结论：送检主轴断裂模式为多源疲劳断裂。其中12点区域明显可见轴向深度33mm、长度430mm的疲劳裂纹；6点区域明显可见轴向深度43mm，长度440mm的疲劳裂纹。

综上，本次事故原因为：齿轮箱内嵌主轴主受力区存在两处隐性裂纹，分别为12点区域深度33mm、长度430mm的疲劳裂纹和6点区域深度43mm、长度440mm的疲劳裂纹（安装位置所限，外观检查无法发现），在机组运行过程中，受风轮交变载荷作用催化主轴裂纹扩展，最终造成主轴断裂，叶轮整体坠落。

12.事故暴露问题

齿轮箱维修厂家提供的主轴存在质量问题

齿轮箱内嵌主轴的主受力区存在隐形裂纹；齿轮箱出厂前未对主轴开展探伤检测，未提供主轴探伤检测报告。对本次事故负有全部责任。

13.预防事故重复发生的措施

（1）立即开展该品牌机组该厂家齿轮箱专项检查。全面检查该品牌机组该厂家齿轮箱油温、轴承温度、地脚螺栓等运行情况，发现异常立即分析原因采取措施。

（2）开展该品牌机组该厂家齿轮箱主轴探伤。厂家维修且在质保期内的齿轮箱，厂家负责开展主轴探伤工作，出具检测报告；其他该品牌机组该厂家齿轮箱主轴探伤检测工作委托工程技术公司开展，发现问题立即处理。

（3）加强大部件返厂维修质量管控。制定大部件返厂维修质量管控标准，维修过程的关键节点应派遣技术人员现场见证和监督。

（4）加强返厂维修后设备验收管理。完善设备检修管理办法，要求设备返厂维修后维修厂家必须出具全面的产品质量合格报告，报告应包括各部件质量检测报告和整体传动试验报告。

14.对事故的责任分析和对责任人的处理意见

《#33风机齿轮箱维修合同》（KP2020-43）7.3条款“质保期间乙方负责针对维修中更换的零件实行“三包”:质保期间出现质量问题的，由乙方承担齿轮箱维修及恢复正常运行的所有费用，赔偿给甲方造成的直接损失和间接损失”的约定（附件10）。

由厂家承担全部经济损失，包括设备恢复和电量损失。

15.附件

图1 线路跳闸保护信息

图2 故障录波信息

图3 事故现场整体情况

图4 主轴断裂断面

图5 损坏铁塔

图6 受损水泥杆塔

图7 #33机组故障时刻信息

图8 #33机组桨距角控制数据

图9 #33机组叶轮转速和发电机转速对比

图10 主轴装配结构示意图

图11 主轴断口图

图12 片状锈蚀区域