北京計鵬咨詢有限公司副總經(jīng)理任鵬出席“第五屆中國風(fēng)電后市場專題研討會”， 在風(fēng)電機組運維及大部件修復(fù)專題論壇，分享題為“雙饋風(fēng)機變速箱故障及維修成本分析”的主旨演講。
北京計鵬咨詢有限公司副總經(jīng)理 任鵬先生 以下為發(fā)言內(nèi)容：
任鵬：各位風(fēng)電界的同仁大家下午好！由我代表我們計鵬公司的咨詢團隊分享一下雙饋風(fēng)機變速箱故障及維修成本分析的結(jié)果。報告分四個部分：研究背景意義、本次研究特點、研究內(nèi)容與方法、研究成果分享。
研究背景意義。這幾天大家討論的都比較集中，隨著我國風(fēng)電快速的發(fā)展，截止到2017年風(fēng)機的并網(wǎng)容量到1.64億千瓦，近12萬臺的風(fēng)機已經(jīng)完成了吊裝。從我們右邊環(huán)狀圖看不管是裝機并網(wǎng)容量和發(fā)電量，我國風(fēng)電已經(jīng)進入第三大發(fā)電系統(tǒng)。
通過數(shù)據(jù)和調(diào)研分析，保守數(shù)字60%的是含有變速箱雙饋風(fēng)機，接近70%的機組是雙饋式的。風(fēng)電機組主要是雙饋式的，直驅(qū)和半直驅(qū)的，目前最主流的是雙饋機組和直驅(qū)機組，直驅(qū)機組從2005年首次進入商業(yè)投運。研究雙饋式機組的變速箱故障，對風(fēng)電這個產(chǎn)業(yè)發(fā)展提高變速箱技術(shù)和質(zhì)量有較大的意義，對風(fēng)電開發(fā)、機型評審提供參考價值。我們是在同業(yè)協(xié)會的委托，計鵬公司的咨詢團隊歷時六個月調(diào)研和研究，形成了一個中國雙饋風(fēng)電機組變速箱故障及成果分析的調(diào)研報告。
在近期獲得的一個數(shù)據(jù)上可以看到右邊的柱狀圖是近五年來新裝的機組，直驅(qū)型機組有明顯上升趨勢，雙饋型機組有明顯下降的趨勢。在已經(jīng)投運并網(wǎng)中，大量還是雙饋式機組。本次研究，我們提出的目標(biāo)是收集30個風(fēng)電場，1000臺風(fēng)機數(shù)據(jù)作為樣本，隨著調(diào)研工作的開展，時間很有限的情況下，我們盡可能大量收集風(fēng)機變速箱故障、數(shù)據(jù)，最后我們收集到三個風(fēng)電場共計2732臺的風(fēng)機樣本數(shù)據(jù)。占并網(wǎng)運行的雙饋機組3.5%左右。本次研究所采用的數(shù)據(jù)來源于風(fēng)電場填報的實際運行數(shù)據(jù)，我們還有對部分的風(fēng)場進行了現(xiàn)場的調(diào)研和實地的數(shù)據(jù)采集，這也囊括了不同地形的、不同溫度條件的風(fēng)場的現(xiàn)場考察。
受限于我國風(fēng)電實際的運行時間還不足夠長，也沒有覆蓋到風(fēng)機全生命周期范圍內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，后續(xù)還會繼續(xù)的長期的去根據(jù)分析下去。本次研究所有的樣本涵蓋的單機容量從600千瓦一直到2000千瓦都有。其實1500千瓦的風(fēng)機占了64%的比例，右邊餅圖看到調(diào)研數(shù)據(jù)總投運年限分布情況。運行超過5年以上的機組占所有的用的數(shù)據(jù)樣本78%，樣本與中國雙饋式風(fēng)機的機型結(jié)構(gòu)和開發(fā)時序基本吻合，我們認為具有較強的代表性。
介紹一下研究內(nèi)容和方法。研究是為了分析變速箱故障對于雙饋式機組的經(jīng)濟性影響，重點研究了變速箱故障和數(shù)量以及占風(fēng)機總故障的比例。變速箱運行期內(nèi)主要故障的類別、變速箱故障帶來的成本以及相關(guān)變化趨勢的幾大內(nèi)容。
我們主要采取了這四大類的方法，研究對象包括全國在運行的雙饋式風(fēng)電機組，整群抽樣、運行環(huán)境、投產(chǎn)時間、單機容量，選擇風(fēng)場所有的風(fēng)機都作為研究樣本，選擇比例分析方法，分年度來收集，比例分析。加權(quán)分析，收集每個變速箱故障次數(shù)和時長，測算出每年單臺風(fēng)電機組變速箱的故障次數(shù)和時長分析變化趨勢。類別分析，分析每年各類故障占比的變化趨勢。成本分析，通過收集風(fēng)電場故障損失的電量成本，收集主要故障類別成本構(gòu)成，人員、價格等情況作為測算依據(jù)，進行成本分析。
分享一下研究的初步成果，分析了2011-2017年樣本的故障數(shù)據(jù)，測算出近年來我國風(fēng)電及變速箱每年平均故障次數(shù)、時長以及占風(fēng)機故障的比例。0.25次/臺年，從2011年-2017年所有的故障，研究樣本比例情況，大約占研究目標(biāo)的總故障次數(shù)的7%，平均故障時長是10個小時/臺年，故障時長占風(fēng)電機組故障時長2%。
分析了故障次數(shù)及時長投運年限的關(guān)系。分析了運行1-7年風(fēng)電機組變速箱故障數(shù)據(jù)，變速箱每臺每年故障次數(shù)在0.15-0.3次之間，占風(fēng)電機組故障總次數(shù)的比例在4.5%-7.5%之間。隨著投運年限增加，故障次數(shù)有增加，故障次數(shù)占比在下降，意味著其他部件故障次數(shù)也在提高。經(jīng)過分析投運1-7年風(fēng)電機組故障時間的數(shù)據(jù)，基本上是4-13個小時/臺年，占風(fēng)機所有故障時長8%-15%之間，故障時長這邊暫時看沒有明顯的規(guī)律。
還研究了對地形敏感性和風(fēng)機變速箱之間的故障關(guān)系，分析了1-7年的山地型風(fēng)電和平原型風(fēng)電，山地型風(fēng)電變速箱平均故障次數(shù)是0.22次/臺年，略高于平原型0.2次/臺年，但故障時長確相反，山地型風(fēng)電變速箱平均故障時長6.7小時/臺年。還研究了分析運行1-7年常溫型風(fēng)電和低溫型風(fēng)電，常溫型風(fēng)電變速箱平均故障次數(shù)0.4次/臺年，要高于低溫型0.17次/臺年，但故障時長卻相反，常溫型風(fēng)電變速箱平均故障時長3.5小時/臺年，低于低溫型7.2小時/臺年。低溫型地區(qū)往往變速箱出現(xiàn)故障，維修的周期會比較長。
經(jīng)過我們的分類分析，把變速箱故障主要分了兩類，六種：機械、電氣及輔助六大類故障。機械故障有三大類：輪齒故障、軸與軸承的故障、箱體相關(guān)的故障。電氣及輔助系統(tǒng)的故障有三類：冷卻系統(tǒng)、供油系統(tǒng)、電控與傳感器這部分。經(jīng)過我們統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)變速箱各類故障中，電氣及輔助系統(tǒng)故障次數(shù)較多，而相對的處理時間會比較短，特別是供油和冷卻系統(tǒng)，從左邊的餅圖可以看出，故障的次數(shù)和供油和冷卻性加起來達到64%的占比，機械故障次數(shù)較少，故障的處理時長普遍較長，特別是齒輪和軸承的故障，故障時間加起來達到73%的占比。
同時我們也分析了隨著投運年限的增加，這些故障有什么變化的規(guī)律，分析運行了7年的數(shù)據(jù)看，變速箱各類故障次數(shù)占比相對穩(wěn)定，供油系統(tǒng)故障次數(shù)也增加的趨勢，故障時長占比年度變化比較大，箱體故障有增加趨勢，軸承故障率有減少趨勢。這個也得益于風(fēng)場運行經(jīng)驗增加，運行維護的隊伍技術(shù)水平也在提高，為我們這些初期常出現(xiàn)的故障有了更多的預(yù)防和排檔的手段。
對于故障的成本分成兩塊，一個是維修成本和損失電量的成本，我們把維修成本分成設(shè)備費用、安裝費用、人工費用。損失電量是按照0.55元/千瓦時，用于測算對于變速箱故障所帶來的成本的分析。這個柱狀圖分析來看，風(fēng)機運行前10年，變速箱故障成本平均在60萬元左右，齒輪故障成本占25萬元，軸承18萬元，箱體約為13萬元，電氣及輔助系統(tǒng)約為2萬元。我們采集的樣本一部分沒達到10年以上，可能會有一部分偏差。經(jīng)過測算運行10年變速箱齒輪、軸承、箱體的故障分別占了43%、31%、23%，分項看電量損失成本最大占39%。
總結(jié)一下這次研究的初步成果，2011-2017年，變速箱每年平均故障0.25臺次，占風(fēng)機總故障次數(shù)7%。每年平均故障時長10小時，占風(fēng)電機組總故障時長12%。單詞平均故障處理時間約為40小時。
風(fēng)機變速箱故障與地形條件相關(guān)性較小。常溫型風(fēng)電變速箱故障次數(shù)比低溫型的略高，低溫型故障時長相對比常溫型更長；變速箱供油和冷卻系統(tǒng)等故障次數(shù)多，輪齒和軸承等機械故障時間長；風(fēng)機運行前10年，變速箱故障成本約為60萬元左右，其中絕大多數(shù)為機械故障，占97%，主要來源于電量損失和設(shè)備購置和安裝的費用。
以上是我們對變速箱故障分析和成果分析的初步成果。后續(xù)會繼續(xù)擴大數(shù)據(jù)采集的來源，并且進一步的跟蹤分析，得出更多有規(guī)律性的，為大家提供參考。計鵬公司是專注于新能源的工程咨詢，專業(yè)的工程咨詢，已經(jīng)有20多年了，我們也希望繼續(xù)做好一個專業(yè)咨詢公司該做的事情。
謝謝大家！
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
