新能源发电企业风电机组齿轮箱运维管理研究

童英杰

（中国水电建设集团新能源开发有限责任公司，北京 100160）

1 风电机组齿轮箱故障处理统计分析情况

目前，DJXNY公司带齿轮箱的发电机组共376台。齿轮箱的主要生产厂家为NGC（154台）、DLZG（72台）、CC（44台）、SY（33台）等9个厂家的10多种型号。各电场并网运行以来共因“行星齿断裂”（17台）、“中、高速齿轮断裂、磨损”（33台）等原因更换齿轮箱或中、高速级部件50台，占比13.30%。其中，故障数量较多的厂家为DLZG（21台）、SY（19台）。按适用主机容量和故障发生时间统计，三年内故障率约为8.25%（不考虑未正式并网风机），故障率较高的厂家型号为HJTH（2.0）40.00%、SY（1.5）27.27%，CC（2.0）20.00%，而NGC生 产的齿轮箱虽数量最多，但目前来看运行较稳定。

1.1 0.75MW机型使用齿轮箱

（1）CC：现共运行34台，应用于某风电场金风750机组，已运行近10年，故障3台，占比8.82%，主要故障现象是“齿轮箱内部齿卡死”，应为行星级故障造成，整体更换齿轮箱。

（2）NGC：现共运行32台，应用于某风电场金风750机组，已运行近10年，基本无故障。

1.2 1.5MW机型使用齿轮箱

（1）NGC：现共运行58台，应用于某风电场华锐、联合动力、天洁机组，已运行10年左右，故障1台，占比1.72%，故障现象是“低速端保持架断裂”，整体更换齿轮箱。

（2）DLZG：现共运行47台，应用于某风电场华锐机组，已运行10年左右，故障17台，占比36.17%，第2～5年内故障发生率较高，主要故障现象是“齿轮箱卡死、一级行星齿圈断齿、行星轮破碎”“高速轴断齿”“末级行星太阳轴花键异常磨损”等，高速级故障相对较多，低速级故障和早期高速级故障均整体更换齿轮箱，2015年后，高速级故障在机舱内更换维修。

（3）SY：现共运行33台，应用于某风电场三一机组，已运行4年多，故障19台，占比57.58%，主要故障现象是“末级齿轮断裂、磨损”“内齿圈断裂、行星轮卡死”等，主要为“末级齿轮断裂、磨损”，因齿轮箱结构形式局限，且在质保期内，均要求厂家整体更换齿轮箱。

1.3 2.0MW机型使用齿轮箱

（1）NGC：现共运行64台，应用于某风电场北车、明阳、运达机组，已运行2年多，目前无故障。

（2）DLZG：现共运行25台，应用于某风电场南车机组，已运行3年多，故障4台，占比16.00%，主要故障现象是“高速轴断齿”、“二级平行轴断齿”等，均在机舱内更换、修复。

（3）ZCQS：现共运行14台，应用于某风电场南车机组，已运行2年多，故障2台，占比14.29%，主要故障现象是“行星齿断裂”“高速中间轴断齿”等，其中“行星齿断裂”1台为整体下架更换。

（4）CC：现共运行10台，应用于某风电场海装机组，已运行2年多，故障2台，占比20.00%，1台为“行星齿断裂”，整体下架更换，1台为“高速轴轴承磨损”，在机舱内更换。

（5）HJTH：现共运行5台，应用于某风电场南车机组，已运行2年多，故障2台，占比40.00%，2台均为“行星齿断裂”，整体下架更换。

1.4 2.5MW机型使用齿轮箱

WNG：现共运行32台，应用于某风电场上海电气机组，已运行2年左右，目前无故障。

1.5 总体统计数据分析

（1）根据现场情况和部分故障齿轮箱质量问题分析报告，虽然齿轮箱设计寿命为20年，但5年内即发现较多故障损坏，体现为“行星齿断裂、磨损”或“中、高速齿轮断裂、磨损”，主要为齿轮箱设计、材料、制造、装配工艺缺陷和生产质量控制问题造成，其中高速级故障比例约为低速级故障的2倍。根据齿轮箱结构形式，如为低速级行星齿断裂等故障，一般均需整体更换齿轮箱，含齿轮箱采购和吊装费用，总体费用在120～200万元，而如为齿轮箱中、高速级故障，部分型号可支持在机舱内更换故障部件，一般约需5～20万元。

（2）因风机运行工况恶劣、受力复杂、载荷大，随运行时间增长，齿轮箱工况呈下降趋势。如某风电场机组运行8年后，根据内窥镜和油样检测报告，普遍出现“油品性能下降、油品铁含量超标、发现块状金属铁削”“齿面有轻微剥落及点蚀”等现象，后期故障将呈上升趋势，相应维护费用将逐步增加。

（3）目前，齿轮箱运行2～5年故障率往往会有一个较大跃升，此现象与行业内风电机组可靠性数据分析结果相符（参见图1）,故如质保期较短，可能较难在质保期内充分发现、消除齿轮箱固有设计和制造、装配缺陷，会对出保后检修工作和成本控制带来较大压力。

图1

2 风电机组齿轮箱故障保险理赔情况

目前，各风电场可根据电场运营期保险合同中的“财产一切险”（针对自然灾害或意外事故等造成的物质损坏或灭失）、“机器损坏险”（针对设计、制造或安装错误、铸造和原材料缺陷等造成的物质损坏或灭失）对风机大部件损坏造成的修复、更换、运输、吊装等费用向保险公司进行索赔；可根据“财产一切险或机器损坏险下营业中断险”对因大部件损坏造成的电量（利润）损失进行索赔。现场理赔过程中，因风电场每年保险费用（保险标的含场内所有设备、建筑物、道路等）远低于齿轮箱故障恢复所需齿轮箱及配件采购、运输、吊装、清理及安装调试等费用，故如出现齿轮箱等大部件故障，一般理赔难度较大，周期较长。

3 对于风电机组齿轮箱选型、质保、理赔、运维工作的管理要求

3.1 选型

风机主机设备选型应考虑对齿轮箱等关键大部件生产厂家范围和型号、参数提出要求，避免主机厂商采用已在实际应用中反映故障率偏高的产品。齿轮箱的结构形式应尽量支持中高速级故障可在机舱内处理，不用整体下架更换。建立设备定期评价机制，对于风机齿轮箱等大部件应用情况进行评估，逐步建立正面清单或负面清单，对于故障率较高、排名靠后的齿轮箱厂家型号，一定时间内不再建议使用。

3.2 质保

约定主机（含大部件）质保（代维）期为5年，可较好规避质保期较短情况下因机组设计或制造、材料缺陷引起出保后设备故障频发带来损失的风险，平衡初始投资和运维成本。对于拟采用2年及以内或5年以上质保期等特殊情况应做经济技术评估，对于新机型或复杂应用环境质保期不宜太短。风机主机设备采购合同中应明确齿轮箱等大部件范围，并约定因卖方责任（如存在设计、材料、制造缺陷等）造成的大部件故障，应由卖方负责免费修复，并在修复验收合格后重新计算该台风机质保期。如为超过一定比例（如1/10或1/8以上）的共性问题，则该项目所有风机质保期从最近一台风机故障修复验收合格后计算并顺延。如因此故障停机时长超过规定时间，卖方应同时承担停机造成的电量（利润）损失。

3.3 保险

保险合同中，应明确齿轮箱等大部件故障恢复所需设备及配件采购、运输、吊装、清理及安装调试等费用均在标的范围内。保险理赔相关人员应认真研读保险条款，如发生大部件损坏，应根据保险合同积极开展保险理赔工作，充分减少设备故障损失和电量（利润）损失。

3.4 运维

加强对齿轮箱等大部件的日常维护和专项检验工作，及时发现早期设备缺陷、采取处理措施，避免缺陷和损失扩大。加强检修队伍建设和培养，制定合理的检修制度、流程，持续完善检修维护手册和现场执行过程，强化对质保期内代维工作的监管，出保前应组织第三方专业检测，严把质量验收关。保证合理的备品备件库存，及时关注、跟踪齿轮箱等大部件生产、维修信息和产品替代情况，避免采购周期过长或成本过高。齿轮箱等大部件出现故障后，要迅速协调组织，快速消除故障，减少造成的电量损失。

与风机厂家积极探究，考虑根据现场实际情况对机组控制策略进行调节和优化，减少地形复杂风场频繁变化的风速、载荷对齿轮箱的冲击。

4 运维工作注意事项

严格执行维护及保养工作，日常维护与检查：油密封、润滑管路、油温、油位、运行噪声、传感器等接线状态。定期维护与检查：螺栓力矩、散热器清理、过滤系统、辅助装置功能、齿轮状态、润滑脂补充与发电机对中等。认真开展油品检测和内窥镜检查等专项工作，定期开展油品检测，通过油品性能和内窥镜检查结果判断齿轮箱状态，及时采取滤油、换油等技术措施；通过对振动监测数据分析，判断发展趋势，识别故障类型，提前安排维修活动；根据设备状况，与厂家或第三方合作，对齿轮箱开展专项检测。