北京计鹏咨询任鹏：双馈风机变速箱故障及维修成本分析报告

由中国农业机械工业协会风力机械分会主办的“第五届中国风电后市场专题研讨会”，于2018年6月13-14日在上海市召开。北京计鹏咨询有限公司副总经理任鹏出席“第五届中国风电后市场专题研讨会”， 在风电机组运维及大部件修复专题论坛，分享题为“双馈风机变速箱故障及维修成本分析”的主旨演讲。

以下为发言内容：

任鹏：各位风电界的同仁大家下午好！由我代表我们计鹏公司的咨询团队分享一下双馈风机变速箱故障及维修成本分析的结果。报告分四个部分：研究背景意义、本次研究特点、研究内容与方法、研究成果分享。

研究背景意义。这几天大家讨论的都比较集中，随着我国风电快速的发展，截止到2017年风机的并网容量到1.64亿千瓦，近12万台的风机已经完成了吊装。从我们右边环状图看不管是装机并网容量和发电量，我国风电已经进入第三大发电系统。

通过数据和调研分析，保守数字60%的是含有变速箱双馈风机，接近70%的机组是双馈式的。风电机组主要是双馈式的，直驱和半直驱的，目前最主流的是双馈机组和直驱机组，直驱机组从2005年首次进入商业投运。研究双馈式机组的变速箱故障，对风电这个产业发展提高变速箱技术和质量有较大的意义，对风电开发、机型评审提供参考价值。我们是在同业协会的委托，计鹏公司的咨询团队历时六个月调研和研究，形成了一个中国双馈风电机组变速箱故障及成果分析的调研报告。

在近期获得的一个数据上可以看到右边的柱状图是近五年来新装的机组，直驱型机组有明显上升趋势，双馈型机组有明显下降的趋势。在已经投运并网中，大量还是双馈式机组。本次研究，我们提出的目标是收集30个风电场，1000台风机数据作为样本，随着调研工作的开展，时间很有限的情况下，我们尽可能大量收集风机变速箱故障、数据，最后我们收集到三个风电场共计2732台的风机样本数据。占并网运行的双馈机组3.5%左右。本次研究所采用的数据来源于风电场填报的实际运行数据，我们还有对部分的风场进行了现场的调研和实地的数据采集，这也囊括了不同地形的、不同温度条件的风场的现场考察。

受限于我国风电实际的运行时间还不足够长，也没有覆盖到风机全生命周期范围内的所有数据，后续还会继续的长期的去根据分析下去。本次研究所有的样本涵盖的单机容量从600千瓦一直到2000千瓦都有。其实1500千瓦的风机占了64%的比例，右边饼图看到调研数据总投运年限分布情况。运行超过5年以上的机组占所有的用的数据样本78%，样本与中国双馈式风机的机型结构和开发时序基本吻合，我们认为具有较强的代表性。

介绍一下研究内容和方法。研究是为了分析变速箱故障对于双馈式机组的经济性影响，重点研究了变速箱故障和数量以及占风机总故障的比例。变速箱运行期内主要故障的类别、变速箱故障带来的成本以及相关变化趋势的几大内容。

我们主要采取了这四大类的方法，研究对象包括全国在运行的双馈式风电机组，整群抽样、运行环境、投产时间、单机容量，选择风场所有的风机都作为研究样本，选择比例分析方法，分年度来收集，比例分析。加权分析，收集每个变速箱故障次数和时长，测算出每年单台风电机组变速箱的故障次数和时长分析变化趋势。类别分析，分析每年各类故障占比的变化趋势。成本分析，通过收集风电场故障损失的电量成本，收集主要故障类别成本构成，人员、价格等情况作为测算依据，进行成本分析。

分享一下研究的初步成果，分析了2011-2017年样本的故障数据，测算出近年来我国风电及变速箱每年平均故障次数、时长以及占风机故障的比例。0.25次/台年，从2011年-2017年所有的故障，研究样本比例情况，大约占研究目标的总故障次数的7%，平均故障时长是10个小时/台年，故障时长占风电机组故障时长2%。

分析了故障次数及时长投运年限的关系。分析了运行1-7年风电机组变速箱故障数据，变速箱每台每年故障次数在0.15-0.3次之间，占风电机组故障总次数的比例在4.5%-7.5%之间。随着投运年限增加，故障次数有增加，故障次数占比在下降，意味着其他部件故障次数也在提高。经过分析投运1-7年风电机组故障时间的数据，基本上是4-13个小时/台年，占风机所有故障时长8%-15%之间，故障时长这边暂时看没有明显的规律。

还研究了对地形敏感性和风机变速箱之间的故障关系，分析了1-7年的山地型风电和平原型风电，山地型风电变速箱平均故障次数是0.22次/台年，略高于平原型0.2次/台年，但故障时长确相反，山地型风电变速箱平均故障时长6.7小时/台年。还研究了分析运行1-7年常温型风电和低温型风电，常温型风电变速箱平均故障次数0.4次/台年，要高于低温型0.17次/台年，但故障时长却相反，常温型风电变速箱平均故障时长3.5小时/台年，低于低温型7.2小时/台年。低温型地区往往变速箱出现故障，维修的周期会比较长。

经过我们的分类分析，把变速箱故障主要分了两类，六种：机械、电气及辅助六大类故障。机械故障有三大类：轮齿故障、轴与轴承的故障、箱体相关的故障。电气及辅助系统的故障有三类：冷却系统、供油系统、电控与传感器这部分。经过我们统计分析发现变速箱各类故障中，电气及辅助系统故障次数较多，而相对的处理时间会比较短，特别是供油和冷却系统，从左边的饼图可以看出，故障的次数和供油和冷却性加起来达到64%的占比，机械故障次数较少，故障的处理时长普遍较长，特别是齿轮和轴承的故障，故障时间加起来达到73%的占比。

同时我们也分析了随着投运年限的增加，这些故障有什么变化的规律，分析运行了7年的数据看，变速箱各类故障次数占比相对稳定，供油系统故障次数也增加的趋势，故障时长占比年度变化比较大，箱体故障有增加趋势，轴承故障率有减少趋势。这个也得益于风场运行经验增加，运行维护的队伍技术水平也在提高，为我们这些初期常出现的故障有了更多的预防和排档的手段。

对于故障的成本分成两块，一个是维修成本和损失电量的成本，我们把维修成本分成设备费用、安装费用、人工费用。损失电量是按照0.55元/千瓦时，用于测算对于变速箱故障所带来的成本的分析。这个柱状图分析来看，风机运行前10年，变速箱故障成本平均在60万元左右，齿轮故障成本占25万元，轴承18万元，箱体约为13万元，电气及辅助系统约为2万元。我们采集的样本一部分没达到10年以上，可能会有一部分偏差。经过测算运行10年变速箱齿轮、轴承、箱体的故障分别占了43%、31%、23%，分项看电量损失成本最大占39%。

总结一下这次研究的初步成果，2011-2017年，变速箱每年平均故障0.25台次，占风机总故障次数7%。每年平均故障时长10小时，占风电机组总故障时长12%。单词平均故障处理时间约为40小时。

风机变速箱故障与地形条件相关性较小。常温型风电变速箱故障次数比低温型的略高，低温型故障时长相对比常温型更长；变速箱供油和冷却系统等故障次数多，轮齿和轴承等机械故障时间长；风机运行前10年，变速箱故障成本约为60万元左右，其中绝大多数为机械故障，占97%，主要来源于电量损失和设备购置和安装的费用。

以上是我们对变速箱故障分析和成果分析的初步成果。后续会继续扩大数据采集的来源，并且进一步的跟踪分析，得出更多有规律性的，为大家提供参考。计鹏公司是专注于新能源的工程咨询，专业的工程咨询，已经有20多年了，我们也希望继续做好一个专业咨询公司该做的事情。

谢谢大家！

（根据发言整理，未经本人审阅）

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