風(fēng)力發(fā)電齒輪箱運(yùn)維現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢

吳偉強(qiáng)

南京安維士傳動(dòng)技術(shù)股份有限公司, 江蘇 南京 210019

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2017年全球新增并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)1503萬kW，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到1.64億kW。預(yù)計(jì)到2020年，11萬臺風(fēng)機(jī)都將出保。如果齒輪箱發(fā)生重大質(zhì)量事故，更換齒輪箱的費(fèi)用可能超過百萬元。昂貴的維修費(fèi)用衍生出巨大的市場，目前包括風(fēng)場開發(fā)商、風(fēng)機(jī)制造商、齒輪箱制造商以及第三方公司在內(nèi)的運(yùn)維公司都在積極參與，分享這個(gè)巨大的紅利。

1 風(fēng)電齒輪箱的運(yùn)維現(xiàn)狀

齒輪箱的運(yùn)行質(zhì)量，關(guān)系到齒輪箱20年壽命周期的成本，也關(guān)系到風(fēng)場投資收益率。影響齒輪箱運(yùn)行質(zhì)量的因素有很多，譬如齒輪箱的設(shè)計(jì)可靠性、制造質(zhì)量等等。但隨著風(fēng)電行業(yè)的不斷發(fā)展，相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，齒輪箱的設(shè)計(jì)以及制造水平有了很大的提升。這個(gè)時(shí)候，運(yùn)維水平的高低直接影響著齒輪箱的運(yùn)行質(zhì)量。目前，齒輪箱的運(yùn)維現(xiàn)狀主要有以下幾個(gè)方面。

1.1 運(yùn)維的規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)不健全

由于風(fēng)電行業(yè)的特殊性，市面上主齒輪箱規(guī)格繁多，各個(gè)制造商的技術(shù)水平、生產(chǎn)能力不同，對于齒輪箱運(yùn)維的要求也不一致，導(dǎo)致目前市場上并沒有關(guān)于齒輪箱運(yùn)維的行業(yè)或者國家標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范不健全，意味著維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、檢查標(biāo)準(zhǔn)、維修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不一致，最終影響的還是齒輪箱的運(yùn)行質(zhì)量。

1.2 運(yùn)維人員的技能水平較低

它主要包含兩方面：一是風(fēng)場運(yùn)維人員大部分非機(jī)械行業(yè)出身，對齒輪箱這種機(jī)械設(shè)備不了解，只能依據(jù)主機(jī)廠或齒輪箱制造商的說明書進(jìn)行基本維護(hù)；二是由于風(fēng)電行業(yè)的特殊性，夏天高溫、冬天寒冷以及需要高空作業(yè)，人員的流動(dòng)性相對其他行業(yè)較大，而人才的培養(yǎng)又需要時(shí)間。

1.3 監(jiān)測設(shè)備缺乏

目前齒輪箱上的監(jiān)控設(shè)備主要是監(jiān)控潤滑油溫度、軸承溫度以及進(jìn)油壓力的傳感器。部分機(jī)型裝有監(jiān)控齒輪箱振動(dòng)的傳感器，以及監(jiān)控齒輪箱潤滑油性能的傳感器，但普及范圍相對較窄。由于風(fēng)機(jī)的特殊性，無法做到隨時(shí)隨地檢查齒輪箱的狀況，只能等齒輪箱出現(xiàn)較大故障后才發(fā)現(xiàn)問題。

1.4 機(jī)型繁多堯備件困難

國內(nèi)風(fēng)電從2005年開始逐步快速發(fā)展，在發(fā)展高峰時(shí)期有幾十家主機(jī)廠。而各個(gè)主機(jī)廠的風(fēng)機(jī)機(jī)型大部分都不一致，導(dǎo)致不同主機(jī)廠的齒輪箱必須特殊定制，不具備互換性，進(jìn)而導(dǎo)致維修技術(shù)須單獨(dú)開發(fā)、工裝須單獨(dú)儲備、維修備件須單獨(dú)儲備等等。如果沒有提前儲備，齒輪箱一旦出現(xiàn)故障，停機(jī)時(shí)間將會(huì)非常長，損失就會(huì)很大。如果提前儲備備件，對于數(shù)量較少的機(jī)型可能很長時(shí)間無法用到備件，資金占用時(shí)間較長。

1.5 早期齒輪箱技術(shù)堯質(zhì)量可靠性低

在國家支持綠色清潔能源這個(gè)大環(huán)境下，風(fēng)電發(fā)展迅速，但是風(fēng)機(jī)以及齒輪箱的技術(shù)、制造質(zhì)量并沒有完全跟上行業(yè)的發(fā)展速度，存在部分脫節(jié)，有些齒輪箱甚至沒有經(jīng)過嚴(yán)格的樣機(jī)試驗(yàn)就開始批量化生產(chǎn)，隱患較多，導(dǎo)致部分廠家的齒輪箱在運(yùn)行幾年后出現(xiàn)故障，給風(fēng)場造成較大損失。

1.6 行業(yè)不透明

整個(gè)風(fēng)電行業(yè)，包括主機(jī)以及齒輪箱的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)都基本處于不公開狀態(tài)，每個(gè)齒輪箱制造商對自己齒輪箱的數(shù)據(jù)保密。風(fēng)場的運(yùn)維人員無法得到齒輪箱的基本數(shù)據(jù)，譬如齒輪箱結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等等，導(dǎo)致齒輪箱一旦出現(xiàn)問題，無法及時(shí)分析故障原因。

2 風(fēng)電齒輪箱運(yùn)維的發(fā)展趨勢

為了解決棄風(fēng)問題，2017年國家發(fā)改委和能源局聯(lián)合印發(fā)了《解決棄水棄風(fēng)棄光問題實(shí)施方案》，可再生能源電力受限嚴(yán)重地區(qū)棄風(fēng)狀況明顯緩解。隨著國內(nèi)棄風(fēng)限電的改善，齒輪箱的可靠運(yùn)行變得尤為重要。各個(gè)風(fēng)場也在轉(zhuǎn)變，將以前的被動(dòng)性運(yùn)維變?yōu)橹鲃?dòng)性運(yùn)維[1]。目前來看，風(fēng)電齒輪箱運(yùn)維的發(fā)展趨勢主要有以下幾個(gè)方面。

2.1 精細(xì)化運(yùn)維

根據(jù)風(fēng)場齒輪箱歷年的運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合齒輪箱的結(jié)構(gòu)，與齒輪箱制造商或者專業(yè)的第三方制定有針對性的運(yùn)維計(jì)劃以及運(yùn)維要求，減少不必要的浪費(fèi)。同時(shí)，對風(fēng)場運(yùn)維人員進(jìn)行運(yùn)維計(jì)劃、要求以及技術(shù)專業(yè)培訓(xùn)，提升運(yùn)維人員整體技術(shù)水平。

2.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)

目前行業(yè)上的CMS系統(tǒng)主要是齒輪箱在線測振系統(tǒng)，但CMS系統(tǒng)只能做到警報(bào)自動(dòng)化，即齒輪箱出現(xiàn)故障后自動(dòng)報(bào)警，但無法自動(dòng)分析具體是哪個(gè)零件出現(xiàn)故障，只能通過人工分析振動(dòng)頻譜來判斷。而且很多CMS系統(tǒng)出現(xiàn)警報(bào)時(shí)，齒輪箱已處于故障中后期[2]。這也是未來CMS系統(tǒng)的發(fā)展方向，即通過分析頻譜來判斷出現(xiàn)故障的零件，同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)零件早期故障。

2.3 預(yù)測性智能運(yùn)維

通過CMS系統(tǒng)以及安裝在齒輪箱和風(fēng)機(jī)上的各個(gè)傳感器，檢測齒輪箱相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，預(yù)測齒輪箱的剩余使用壽命以及故障概率。根據(jù)預(yù)測的結(jié)果提前檢查齒輪箱、調(diào)整齒輪箱的維護(hù)工作、做好備件儲備工作，將齒輪箱的故障率降到最低，同時(shí)將齒輪箱出現(xiàn)故障后的影響降到最低。

2.3.1 檢修規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化

中國船級社質(zhì)量認(rèn)證公司、南京安維士傳動(dòng)技術(shù)股份有限公司、南京高速齒輪制造有限公司聯(lián)合編制的《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主齒輪箱檢修技術(shù)規(guī)范》于2017年8月正式發(fā)布，填補(bǔ)了國內(nèi)沒有風(fēng)電齒輪箱檢修規(guī)范的空白，引導(dǎo)了風(fēng)電齒輪箱檢修市場良性和有序的發(fā)展。

2.3.2 優(yōu)化性技改及維修

當(dāng)齒輪箱出現(xiàn)批量性故障或者存在批量性故障隱患的時(shí)候，就需要對齒輪箱做優(yōu)化性技改，提升齒輪箱的運(yùn)行質(zhì)量。齒輪箱在設(shè)計(jì)的時(shí)候是依據(jù)當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平進(jìn)行的，在齒輪箱的實(shí)際運(yùn)行過程中，技術(shù)也在發(fā)展與進(jìn)步[3]。以現(xiàn)有的技術(shù)對原有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可以提升齒輪箱運(yùn)行的可靠性。否則，只對齒輪箱復(fù)制性維修，會(huì)導(dǎo)致齒輪箱始終存在故障隱患。

3 結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電齒輪箱的可靠運(yùn)行需要將行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、先進(jìn)的傳感技術(shù)、智能運(yùn)維以及運(yùn)維人員的技術(shù)管理整合起來[3]，才能做到提前預(yù)測，提前準(zhǔn)備，提前調(diào)整，最終達(dá)到齒輪箱可靠運(yùn)行的目的。