新能源發(fā)電企業(yè)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱運(yùn)維管理研究

童英杰

（中國水電建設(shè)集團(tuán)新能源開發(fā)有限責(zé)任公司，北京 100160）

1 風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障處理統(tǒng)計分析情況

目前，DJXNY公司帶齒輪箱的發(fā)電機(jī)組共376臺。齒輪箱的主要生產(chǎn)廠家為NGC（154臺）、DLZG（72臺）、CC（44臺）、SY（33臺）等9個廠家的10多種型號。各電場并網(wǎng)運(yùn)行以來共因“行星齒斷裂”（17臺）、“中、高速齒輪斷裂、磨損”（33臺）等原因更換齒輪箱或中、高速級部件50臺，占比13.30%。其中，故障數(shù)量較多的廠家為DLZG（21臺）、SY（19臺）。按適用主機(jī)容量和故障發(fā)生時間統(tǒng)計，三年內(nèi)故障率約為8.25%（不考慮未正式并網(wǎng)風(fēng)機(jī)），故障率較高的廠家型號為HJTH（2.0）40.00%、SY（1.5）27.27%，CC（2.0）20.00%，而NGC生 產(chǎn)的齒輪箱雖數(shù)量最多，但目前來看運(yùn)行較穩(wěn)定。

1.1 0.75MW機(jī)型使用齒輪箱

（1）CC：現(xiàn)共運(yùn)行34臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場金風(fēng)750機(jī)組，已運(yùn)行近10年，故障3臺，占比8.82%，主要故障現(xiàn)象是“齒輪箱內(nèi)部齒卡死”，應(yīng)為行星級故障造成，整體更換齒輪箱。

（2）NGC：現(xiàn)共運(yùn)行32臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場金風(fēng)750機(jī)組，已運(yùn)行近10年，基本無故障。

1.2 1.5MW機(jī)型使用齒輪箱

（1）NGC：現(xiàn)共運(yùn)行58臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場華銳、聯(lián)合動力、天潔機(jī)組，已運(yùn)行10年左右，故障1臺，占比1.72%，故障現(xiàn)象是“低速端保持架斷裂”，整體更換齒輪箱。

（2）DLZG：現(xiàn)共運(yùn)行47臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場華銳機(jī)組，已運(yùn)行10年左右，故障17臺，占比36.17%，第2～5年內(nèi)故障發(fā)生率較高，主要故障現(xiàn)象是“齒輪箱卡死、一級行星齒圈斷齒、行星輪破碎”“高速軸斷齒”“末級行星太陽軸花鍵異常磨損”等，高速級故障相對較多，低速級故障和早期高速級故障均整體更換齒輪箱，2015年后，高速級故障在機(jī)艙內(nèi)更換維修。

（3）SY：現(xiàn)共運(yùn)行33臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場三一機(jī)組，已運(yùn)行4年多，故障19臺，占比57.58%，主要故障現(xiàn)象是“末級齒輪斷裂、磨損”“內(nèi)齒圈斷裂、行星輪卡死”等，主要為“末級齒輪斷裂、磨損”，因齒輪箱結(jié)構(gòu)形式局限，且在質(zhì)保期內(nèi)，均要求廠家整體更換齒輪箱。

1.3 2.0MW機(jī)型使用齒輪箱

（1）NGC：現(xiàn)共運(yùn)行64臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場北車、明陽、運(yùn)達(dá)機(jī)組，已運(yùn)行2年多，目前無故障。

（2）DLZG：現(xiàn)共運(yùn)行25臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場南車機(jī)組，已運(yùn)行3年多，故障4臺，占比16.00%，主要故障現(xiàn)象是“高速軸斷齒”、“二級平行軸斷齒”等，均在機(jī)艙內(nèi)更換、修復(fù)。

（3）ZCQS：現(xiàn)共運(yùn)行14臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場南車機(jī)組，已運(yùn)行2年多，故障2臺，占比14.29%，主要故障現(xiàn)象是“行星齒斷裂”“高速中間軸斷齒”等，其中“行星齒斷裂”1臺為整體下架更換。

（4）CC：現(xiàn)共運(yùn)行10臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場海裝機(jī)組，已運(yùn)行2年多，故障2臺，占比20.00%，1臺為“行星齒斷裂”，整體下架更換，1臺為“高速軸軸承磨損”，在機(jī)艙內(nèi)更換。

（5）HJTH：現(xiàn)共運(yùn)行5臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場南車機(jī)組，已運(yùn)行2年多，故障2臺，占比40.00%，2臺均為“行星齒斷裂”，整體下架更換。

1.4 2.5MW機(jī)型使用齒輪箱

WNG：現(xiàn)共運(yùn)行32臺，應(yīng)用于某風(fēng)電場上海電氣機(jī)組，已運(yùn)行2年左右，目前無故障。

1.5 總體統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析

（1）根據(jù)現(xiàn)場情況和部分故障齒輪箱質(zhì)量問題分析報告，雖然齒輪箱設(shè)計壽命為20年，但5年內(nèi)即發(fā)現(xiàn)較多故障損壞，體現(xiàn)為“行星齒斷裂、磨損”或“中、高速齒輪斷裂、磨損”，主要為齒輪箱設(shè)計、材料、制造、裝配工藝缺陷和生產(chǎn)質(zhì)量控制問題造成，其中高速級故障比例約為低速級故障的2倍。根據(jù)齒輪箱結(jié)構(gòu)形式，如為低速級行星齒斷裂等故障，一般均需整體更換齒輪箱，含齒輪箱采購和吊裝費(fèi)用，總體費(fèi)用在120～200萬元，而如為齒輪箱中、高速級故障，部分型號可支持在機(jī)艙內(nèi)更換故障部件，一般約需5～20萬元。

（2）因風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況惡劣、受力復(fù)雜、載荷大，隨運(yùn)行時間增長，齒輪箱工況呈下降趨勢。如某風(fēng)電場機(jī)組運(yùn)行8年后，根據(jù)內(nèi)窺鏡和油樣檢測報告，普遍出現(xiàn)“油品性能下降、油品鐵含量超標(biāo)、發(fā)現(xiàn)塊狀金屬鐵削”“齒面有輕微剝落及點蝕”等現(xiàn)象，后期故障將呈上升趨勢，相應(yīng)維護(hù)費(fèi)用將逐步增加。

（3）目前，齒輪箱運(yùn)行2～5年故障率往往會有一個較大躍升，此現(xiàn)象與行業(yè)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組可靠性數(shù)據(jù)分析結(jié)果相符（參見圖1）,故如質(zhì)保期較短，可能較難在質(zhì)保期內(nèi)充分發(fā)現(xiàn)、消除齒輪箱固有設(shè)計和制造、裝配缺陷，會對出保后檢修工作和成本控制帶來較大壓力。

圖1

2 風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障保險理賠情況

目前，各風(fēng)電場可根據(jù)電場運(yùn)營期保險合同中的“財產(chǎn)一切險”（針對自然災(zāi)害或意外事故等造成的物質(zhì)損壞或滅失）、“機(jī)器損壞險”（針對設(shè)計、制造或安裝錯誤、鑄造和原材料缺陷等造成的物質(zhì)損壞或滅失）對風(fēng)機(jī)大部件損壞造成的修復(fù)、更換、運(yùn)輸、吊裝等費(fèi)用向保險公司進(jìn)行索賠；可根據(jù)“財產(chǎn)一切險或機(jī)器損壞險下營業(yè)中斷險”對因大部件損壞造成的電量（利潤）損失進(jìn)行索賠。現(xiàn)場理賠過程中，因風(fēng)電場每年保險費(fèi)用（保險標(biāo)的含場內(nèi)所有設(shè)備、建筑物、道路等）遠(yuǎn)低于齒輪箱故障恢復(fù)所需齒輪箱及配件采購、運(yùn)輸、吊裝、清理及安裝調(diào)試等費(fèi)用，故如出現(xiàn)齒輪箱等大部件故障，一般理賠難度較大，周期較長。

3 對于風(fēng)電機(jī)組齒輪箱選型、質(zhì)保、理賠、運(yùn)維工作的管理要求

3.1 選型

風(fēng)機(jī)主機(jī)設(shè)備選型應(yīng)考慮對齒輪箱等關(guān)鍵大部件生產(chǎn)廠家范圍和型號、參數(shù)提出要求，避免主機(jī)廠商采用已在實際應(yīng)用中反映故障率偏高的產(chǎn)品。齒輪箱的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量支持中高速級故障可在機(jī)艙內(nèi)處理，不用整體下架更換。建立設(shè)備定期評價機(jī)制，對于風(fēng)機(jī)齒輪箱等大部件應(yīng)用情況進(jìn)行評估，逐步建立正面清單或負(fù)面清單，對于故障率較高、排名靠后的齒輪箱廠家型號，一定時間內(nèi)不再建議使用。

3.2 質(zhì)保

約定主機(jī)（含大部件）質(zhì)保（代維）期為5年，可較好規(guī)避質(zhì)保期較短情況下因機(jī)組設(shè)計或制造、材料缺陷引起出保后設(shè)備故障頻發(fā)帶來損失的風(fēng)險，平衡初始投資和運(yùn)維成本。對于擬采用2年及以內(nèi)或5年以上質(zhì)保期等特殊情況應(yīng)做經(jīng)濟(jì)技術(shù)評估，對于新機(jī)型或復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境質(zhì)保期不宜太短。風(fēng)機(jī)主機(jī)設(shè)備采購合同中應(yīng)明確齒輪箱等大部件范圍，并約定因賣方責(zé)任（如存在設(shè)計、材料、制造缺陷等）造成的大部件故障，應(yīng)由賣方負(fù)責(zé)免費(fèi)修復(fù)，并在修復(fù)驗收合格后重新計算該臺風(fēng)機(jī)質(zhì)保期。如為超過一定比例（如1/10或1/8以上）的共性問題，則該項目所有風(fēng)機(jī)質(zhì)保期從最近一臺風(fēng)機(jī)故障修復(fù)驗收合格后計算并順延。如因此故障停機(jī)時長超過規(guī)定時間，賣方應(yīng)同時承擔(dān)停機(jī)造成的電量（利潤）損失。

3.3 保險

保險合同中，應(yīng)明確齒輪箱等大部件故障恢復(fù)所需設(shè)備及配件采購、運(yùn)輸、吊裝、清理及安裝調(diào)試等費(fèi)用均在標(biāo)的范圍內(nèi)。保險理賠相關(guān)人員應(yīng)認(rèn)真研讀保險條款，如發(fā)生大部件損壞，應(yīng)根據(jù)保險合同積極開展保險理賠工作，充分減少設(shè)備故障損失和電量（利潤）損失。

3.4 運(yùn)維

加強(qiáng)對齒輪箱等大部件的日常維護(hù)和專項檢驗工作，及時發(fā)現(xiàn)早期設(shè)備缺陷、采取處理措施，避免缺陷和損失擴(kuò)大。加強(qiáng)檢修隊伍建設(shè)和培養(yǎng)，制定合理的檢修制度、流程，持續(xù)完善檢修維護(hù)手冊和現(xiàn)場執(zhí)行過程，強(qiáng)化對質(zhì)保期內(nèi)代維工作的監(jiān)管，出保前應(yīng)組織第三方專業(yè)檢測，嚴(yán)把質(zhì)量驗收關(guān)。保證合理的備品備件庫存，及時關(guān)注、跟蹤齒輪箱等大部件生產(chǎn)、維修信息和產(chǎn)品替代情況，避免采購周期過長或成本過高。齒輪箱等大部件出現(xiàn)故障后，要迅速協(xié)調(diào)組織，快速消除故障，減少造成的電量損失。

與風(fēng)機(jī)廠家積極探究，考慮根據(jù)現(xiàn)場實際情況對機(jī)組控制策略進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化，減少地形復(fù)雜風(fēng)場頻繁變化的風(fēng)速、載荷對齒輪箱的沖擊。

4 運(yùn)維工作注意事項

嚴(yán)格執(zhí)行維護(hù)及保養(yǎng)工作，日常維護(hù)與檢查：油密封、潤滑管路、油溫、油位、運(yùn)行噪聲、傳感器等接線狀態(tài)。定期維護(hù)與檢查：螺栓力矩、散熱器清理、過濾系統(tǒng)、輔助裝置功能、齒輪狀態(tài)、潤滑脂補(bǔ)充與發(fā)電機(jī)對中等。認(rèn)真開展油品檢測和內(nèi)窺鏡檢查等專項工作，定期開展油品檢測，通過油品性能和內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果判斷齒輪箱狀態(tài)，及時采取濾油、換油等技術(shù)措施；通過對振動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，判斷發(fā)展趨勢，識別故障類型，提前安排維修活動；根據(jù)設(shè)備狀況，與廠家或第三方合作，對齒輪箱開展專項檢測。