风电故障与分析——北京国际风能大会展中报道

下面是2012年和2011年制造商的机组平均可利用率的对比，有的在上升，有的在下降，下降很多。不同制造商机组故障发生的频次和故障排出的耗时也差的很多，上面的图是平均故障的发展频次，下面是耗时的情况。风电机组不同部件发生故障的占比，左边图是2010年，主要是变频器、变电机、变桨系统，2011年基本上也是这样。这是不同部件故障平均排出耗时的对比情况，实际上是总的故障发展时间与故障次数的比值和在耗费时间上的严重程度，这个差异也是比较大的。

重大事故方面，我们在2009年1月一直到2012年12月一共发生37起，机组事故34起，零部件事故7起，这反映了重大事故、人身事故和机组事故类型的占比。这是我们调查情况的一个综述，基本上可以这样说，全体机组平均可利用率的逐年提高，2012年达到97.86%，但是内资企业机组与外资企业机组仍有差距，不同制造商机组平均可利用率差异也较大。大多数机组本身并不存在设计曲线，但是机组生产制造过程中的质量控制和一致性差异导致不同制造商机组故障发生频次差异较大，实际功率曲线与担保的功率曲线差异也较大。统计周期内，共发生37起重大事故，部分机组的部件被随意替换，以及机组安装、运行、维护和零部件生产制造过程中的管理责任是导致重大事故的主要原因。这可以总结一下我们目前风电设备的质量状况和它的主要原因。

第三个方面看看问题和措施。风电设备的质量问题体现在具体的风电项目上，但是它绝对不仅仅是一个质量问题，应该是和宏观政策、环境和微观操作层面的因素都有关的。比如说我们前期的风电设备快速发展过程中我们忽视了对风电设备制造商的准入，产品质量的控制等等这方面的因素，只要是你有这个引进的技术，或者说你联合设计的技术就可以使用，然后对没有完全按照整个产品发展过程进行控制，这应该说是一个宏观政策的问题。

在宏观层面的主要问题，这个地方总结了三个方面，一个是风电并网和市场销纳的问题亟待解决，并网的瓶颈是需要进一步突破的，另外就是弃风现象严重，2011年弃风，2012年弃风。再就是风电多用途利用的政策机制急需降低。如果说电网能力提高，调度水平提高，可能现在体现的是风电设备质量问题，但是那个时候有可能就不是风电设备质量问题。风电设备制造产业的整体竞争能力有待提高，一个是核心技术能力和产业竞争实力，再一个我们的技术基本上依赖国外，再一个单纯以设备价格参与竞争，忽视技术进步和产品可靠性等内在核心竞争力的培育。风电开发建设秩序有待进一步规范，圈地现象，盲目的加快风电开发速度，地方保护主义盛行，强制开发企业采购本地制造的风电设备。

措施都很清楚了，包括配套电网建设与系统优化，可再生能源电力配额制度，完善促进风电发展的电价政策等。操作层面主要的问题，一个是风电机组很少有型式认证，刚才说到的功率缺陷问题，实际上都是因为没有进行认证，所以当开发商买了设备，你就不知道它到底应该实际是什么情况。我们质量控制实际上也是有很多问题要提高的。还有一个就是零部件，它缺乏一个全过程，制造过程的质量控制。我们还有由于价格降低，偷工减料的现象，由于主机成本降低了，零部件厂可能也更换原来的供应商，这种是普遍发生的。还有就是关键零部件配套厂比较多，一致性较差，这是整机的性能和故障水平的差异较大，再一个风电场设计不完善，机组不适应特定场址的条件，运行维护培训部到位，有些设计存在严重不足，产品缺乏可靠性设计和可靠性试验，我们忽视了对技术研发的经验积累。

在操作层面上采取的措施一个是要全面实行风电机组的型式认证，再一个强化特定场址的评估，推进全过程制造质量控制，确保机组配置的一致性和关键部件过程质量控制的一致性，开展投运机组的可靠性分析和评价，促进风电技术可靠性水平不断提升，加强运行维护培训和日常监督检查，确保风电技术的运行维护严格执行相应的标准、规范和要求，减少和杜绝由于运维失当造成的故障损失。重视产品开发过程中的可靠性设计和可靠性试验，这里面讲了型式实验，型式认证，验证实验，鲁棒性试验等。我们经常会碰到这样的问题，说你这个产品是按照什么设计的，设计20年，你是不是能保持20年的寿命，厂家很难给出回答。这是通过型式认证，型式认证是证明你的设计是按照符合标准和规范的，符合标准和规范并不一定它的寿命是多少，这个东西一定要看你下面的验证试验以及可靠性设计。比如说我进行可靠性设计，说我这个机组的可靠性是97%，分解到各个零部件上，它的可靠性是多少?最后乘起来应该达到97%，你涉及到这样的指标以后，对技术考核，对部件考核都按照这样的指标去设计，去试验，最后才能保证技术可利用率是97%，当人家问你的时候，你就可以说，我的机组达到20年的寿命是97%，业主也很清楚了，有3%是不保证的，这时候业主就可以采取上保险的措施，还是怎么回事。制造商也可以有理有据的给客户进行解释，目前的状况就可以避免。这个地方讲了型式认证、验证试验、可靠性设计和可靠性实验，还有鲁棒性实验。

下面就是当前的行动，目前能源局为了促进风电产业的健康可持续发展已经先后发布了能源局的373号文件和201号文件，特别是201号文件主要是针对风电产业信息产业和评价建设提出来的，根据这个，能源局文件提出来之后，风能协会已经连续三年进行了风电设备质量调查，在前几年的会议上已经把可利用率，故障发生频次，故障耗时排名的前五家企业已经发布了。

这是能源局文件，要求风电场安全管理有关要求的通知，这就是重大事故要进行这样的分析填报，及时的进行报告，风能协会对事故进行分析。还有一个201号文件，就是国家能源局关于加强风电监测和验证的通知，这个通知里面也是对国际风电产业发展动态，风电开发建设情况，风电并网运行情况，以及风电设备制造产业的信息进行评价和监测。风能协会为了落实能源局的文件，8月20号正式发布了风电设备制造产业信息监测和评价工作方案，该工作方案适用于并网风电设备制造产业的信息监测和评价。风能协会已经建立了有指导委员会，技术工作组和数据传输保送单位组成的一个信息监测体系，在9月25日已经完成了相关人员的培训工作，目前正在进行的是2013年第三季度，因为能源局要求是按季度进行报的，以前是按年度进行调查的。所以，正在进行的就是第三季度的质量情况的报告，以及在2013年的10月份要报告第三季度，同时要完成2012年7月以后到2013年6月30号风电设备运行质量情况的调查工作，这两项工作都在进行。另外要求风能协会每3个月要向能源局对风电设备质量情况进行报告，每个年度结束的第一个季度末要向能源局报告上年度的风电设备质量状况，经能源局审核以后，将进行发布。

下面我们请博世力士乐中国风能服务业务高级经理王宏智先生介绍风电齿轮箱的故障分析、维护与保养。

王宏智：我们风能的机组的问题还是不少的。在齿轮箱的方面，就是我刚才看到齿轮箱它的应该应该是排在前五位的，另外，在风电齿轮箱的故障时间里面它是排在第三位的，所以风电齿轮箱对于风电机组来说是一个非常重要的部件，它一旦有问题，对整个机组的运行会产生一个比较大的损失，特别是在时间上，还有我们发电量上的一个损失。

我今天的题目就是有关风电齿轮箱的故障分析、维护与保养。今天和大家探讨四个方面的问题。一个是风电齿轮箱常见故障。第二、基于故障的原因分析。第三、维护各保养。第四、运输和存储。

先看第一个，常见故障。通过我这些年在风电齿轮箱服务行业里面，因为我也访问了很多的风场，同时我们也做一些服务的业务。在风电齿轮箱的故障方面，我把这个故障总结为九类常见的故障。这九类主要的故障，第一类我们可以看到是齿轮的损伤，第二类是轴承损伤，第三类是钢体的开裂，第四个是锈蚀，第五是渗漏油，第六、螺栓断裂、第七、机械泵损坏，第八、异响和振动，第九、油温和油压的异常。

在齿轮损伤方面主要分为四类损伤，第一个是微点蚀，第二个是胶合，胶合也是相对比较严重的齿轮故障。第三、静止压痕，最后是短齿，在齿轮损伤里面非常严重。微点蚀的特点主要在齿轮表面有一些微暗状的点状物，实际上是非常微笑的凹痕，它的形成原因最主要是跟齿轮表面的粗糙度以及油墨的厚度有关系，它产生的原因，比如频率的载荷，速度变化，齿面的粗糙度，油液清洁度，齿面硬度。需要采取的措施，第一、必须保持润滑油的冷却、清洁度和含水量。第二、监测润滑油的质量以及颗粒度，以及监测齿轮箱的振动和载荷变化，我们齿面上出现微点蚀以后可以通过齿面的重新磨齿把它修复的。

胶合的特点就是在齿轮表面，我们可以看到有一些细条文状的痕迹，与轮齿的滑动方向是一致的，它的位置也是发生在齿面。胶合产生的原因主要是因为齿面间的高速重载，导致齿面的文化快速上升，以及润滑失效，还有较差的齿面的润滑状况，还有齿面的硬度不够，都会产生胶合。它的预防措施和微点蚀也是基本相似的，一个是保持润滑油的质量，就是它的冷却，清洁度，含水量，性外确保它在啮合初期的润滑，第三个就是监测齿轮箱的振动和载荷变化。第四个就是如果说胶合不是很严重的情况下，硬度层允许是可以通过磨齿，但是如果胶合很严重，这个是没有办法，就是它的胶合程度如果必须深，这个是需要更换的，就是磨齿也没有办法。

静止压痕，它的特点就是在齿面形成细状的痕迹，这个痕迹是一种接触腐蚀，严重时候压痕周围还有一些点蚀。还有的特点就是你看到条文状况不是很明显，静止压痕也是风机运维里面经常出现的状况，最常出现的状况就是长时间停机以后，很多的风机如果某一个部件损伤了以后，需要更换，长时间停机，在齿轮的部位，两个齿之间会经常产生啮合。它的预防措施就是在长时间停机的状况下必须在一定的时间之内要对风力发电机进行空转，保证充分的润滑，转换它的接触面。另外，如果齿轮箱在长期存储的时候，没有上到天上去的时候，应该手动空转齿轮箱，另外压痕较深，可以通过磨齿修复。另外，如何发现静止压痕，可以通过振动传感器进行监测。

断齿，它在齿轮损伤里面是非常严重的这么一个齿轮损伤。我们肉眼直接就可以看到，它的齿轮就断掉了，它的形成烟瘾，齿面硬度不够，第二、超高载荷的连续运行，第三、有硬质物体，包括其他方面的断齿，它的细小的一些部件落到齿面之间，它的磨损加剧，造成齿轮啮合出的断齿。如何预防和维修断齿?主要是定期监测油品的质量，另外定期监测磁堵和磁性油标，还有在异响和振动较大的时候必须马上停机，另外断齿只能更换，没有办法修复。

轴承损伤，也是经常发生的一个损伤现象，就是说轴承损伤主要发生在比如轴承的滚珠以及轴承的滚道上，它有严重的磨损，也有静止压痕，还有滚珠的一些腐蚀这些特点。形成原因，轴承的损伤大部分原因还是因为润滑不充分，另外就是如果超过极限载荷，轴承也容易损伤。还有在更换不同型号润滑油的时候，如果润滑油之间的互溶性不好，会产生化学反映，另外就是长时间的停机和存储，其他部件损坏造成的碎硝。预防和维修措施，就是确保充分润滑，确保润滑油的油品质量，按期进行油检。