一起风电机组倒塔变乱原因分析

摘要：近年来，我国风力发电发展迅速，随着大量风电机组 的投入运行，因风电机组高强螺栓断裂导致的事故时有发 生，本文通过一起风电机组倒塔事故，利用力学性能试验、 金相组织分析、扫描电镜分析等试验手段，分析高强螺栓 在运行中失效的原因，并提出了避免发生此类事故的建议。

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作者：赵海1，胡冰2 （1华电电力科学研究院有限公司；2北方重工集团输送设备分公司 ）

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来源：《风能》2018年3月

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试验与分析

图1 为某风力发电场风电机组倒塔事故的现场照片，倒塔是由风电机组基础与塔架连接螺栓断裂造成的，试验用的4 根高强螺栓为本次事故中的断裂螺栓，螺栓设计材质为42CrMoA，规格M36，将这4 根螺栓分别编号为1# － 4#。试验项目包括：宏观形貌检查、光谱成分分析、金相及夹杂物检验、断口SEM 分析及力学性能试验。

一、宏观形貌检查

图2 为4 根断裂螺栓的断口宏观形貌照片，可见4 根螺栓全部在螺纹部位断裂。1# 样品断口表面可见由螺纹根部向螺栓内部扩展的疲劳辉纹，具有明显的疲劳断裂特征；2# － 4# 样品断口的宏观形貌相似，均为在大的剪切应力作用下发生的瞬时断裂断口特征。由于风电机组特殊的工作环境，特别是在倒塔事故发生时正值阴雨天气，断口表面氧化比较严重。

图1 风电机组倒塔现场照片

1#样品

2#样品

3#样品

4#样品

二、光谱成分分析

采用德国Spectrolab-M11 型直读光谱仪对4 根断裂螺栓进行化学成分分析，其结果如表1 所示。螺栓设计材质为42CrMoA，根据试验结果，除Mn 含量略高于GB/T3077 － 2015《合金结构钢》要求的成分上限外，主要合金元素Cr、Mo 含量与设计材质相符，S、P 含量不超标。

三、金相及夹杂物检验

采用Olympas GX71 金相显微镜对试样进行夹杂物测定及金相显微组织分析，由图3a 可见，1# 样品中存在少量夹杂物，其尺寸不超过20μm，参照GB/T10561 － 2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》，夹杂物评级为C 类0.5 级。

螺栓基体金相组织为回火马氏体（图3b），在螺纹处存在由螺纹根部向螺栓内部扩展的微裂纹（图3c）。图4 为2# － 4# 样品母材基体内夹杂物形态照片，可见3 个样品中均存在少量尺寸不超过5μm 的夹杂物，参照GB/T10561 － 2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》，夹杂物评级为D 类0.5 级。