近年來隨著國家節能減排、“雙控”“雙碳”政策目標的推進落實，我國風電行業迎來高速發展，風電齒輪箱作為風電整機制造的核心部件，其市場規模也隨之迅猛擴張。風能作為一種清潔的可再生能源，取之不盡，用之不竭，對于缺水、缺燃料和交通不便的沿海島嶼、草原牧區、山區和高原地帶，因地制宜地利用風力發電，非常適合并大有可為。我國風能資源豐富，可開發利用的風能儲量約10億kW，其中，陸地上風能儲量約2.53億kW，海上可開發和利用的風能儲量約7.5億kW，共計10億kW。根據國家能源局統計數據顯示，2020年由于風電機組裝機量暴增，推動風電齒輪箱的市場規模也出現大幅度增長，達到233億元，同比增長177.38%。隨著風電裝機容量增速放緩，風電齒輪箱市場規模也呈穩定小幅增長走勢。2022年全國風電齒輪箱市場規模達到257億元，增速6.2%，風電齒輪箱市場規模相較2015年增加了150億元。由于近年來我國風電齒輪箱產能過剩，市場競爭激烈，其價格走勢呈連年下滑走勢。2016年全國風電齒輪箱市場均價為15.05萬元/臺，到2021年風電齒輪箱市場均價下滑至13.44萬元/臺。

　　風電齒輪箱市場規模逐漸擴大。在工業水平不斷發展、能源結構逐步調整以及國家大力推行“雙碳”目標實施的背景下，我國風電機組裝機量持續增長，對風電齒輪箱的需求不斷上升。根據統計數據顯示，2022年全國風電齒輪箱需求量增長至12.7萬臺，增速近13%，風電齒輪箱需求量相較2016年增加了5.83萬臺。

　　近年來我國風電行業發展迅速，全國風電裝機量逐年穩定增長。根據國家能源局統計數據顯示2016-2022年我國新增風電裝機容量及累計風電裝機容量整體均保持增長走勢。其中，2020年由于國家發改委頒發政策指出：2021年國家將不再對新建風電項目給予補貼，因此大批風電整機制造企業在優惠政策取消前加速搶占風電裝機市場。使得2020年全國新增風電裝機容量暴增71.67GW，增速178.44%;全國累計風電裝機容量增長至281.5GW，同比上升34%。2022年全國新增風電裝機容量37.63GW，累計風電裝機容量達到365.44GW。由于風電齒輪箱是風力發電機組中的重要機械部件，隨著未來國家政策推進風電行業迅速發展，風電裝機容量持續增長將直接拉動風電齒輪箱的需求規模增加。

　　隨著我國碳中和政策目標的制定與實施，風電行業得到快速發展，風電齒輪箱作為重要的風電機組重要核心部件也受到需求帶動影響。近年來在國家陸續出臺風電行業相關政策，持續推動風電及風電齒輪箱行業平穩健康發展。其中，2020年10月，國家教育部發布《綠色低碳發展國民教育體系建設實施方案》，提出要引導職業院校增設相關專業，到2025年，全國綠色低碳領域相關專業布點數不少于600個，發布專業教學標準，支持職業院校根據需要在低碳建筑、光伏、水電、風電、環保、碳排放統計核算、計量監測等相關專業領域加大投入，充實師資力量，規劃建設100種左右有關課程教材，適度擴大技術技能人才培養規模。2022年11月國家發改委頒發《關于進一步完善政策環境加大力度支持民間投資發展的意見》中指出，鼓勵民營企業加大太陽能發電、風電、生物質發電、儲能等節能降碳領域投資力度。鼓勵民間投資的重點工程項目積極采取以工代賑方式擴大就業容量。同時，國家財政部公布的《關于提前下達2023年可再生能源電價附加補助地方資金預算的通知》中列出，可再生能源電價附加補助地方資金預算三者總計補助47.1億元，其中:風力發電補助20.4582億元，太陽能發電補助25.7993億元，生物質能發電補助0.8425億元。在國家政府對風電行業政策和資金支持加大對策形勢下，我國風電及與之密切相關的風電齒輪箱行業發展前景廣闊。

　　風電齒輪箱成品中以鍛鋼件原材料和球墨鑄鐵件原材料為主，另外其零部件還會使用到其他原材料。從風電整機成本構成情況來看，葉片、齒輪箱、發電機是風電整機中價值量最大的零部件，成本占比最高。其中，風電齒輪箱占據風電整機制造成本的10%，因此風電行業市場規模的持續擴大，將拉動風電齒輪箱市場規模顯著增加。一般來說，風電齒輪箱采用競標定價方式。競標定價法是指主要用于投標交易方式，投標競爭的過程往往就是價格競爭的過程，競爭的結果產生實際的成交價格。由于近年來我國風電齒輪箱產能過剩，市場競爭激烈，其價格走勢呈連年下滑走勢。2016年全國風電齒輪箱市場均價為15.05萬元/臺，到2021年風電齒輪箱市場均價下滑至13.44萬元/臺。

　　從全球風電齒輪箱市場競爭格局情況來看，當前全球風電齒輪箱行業集中度較高，存在實力強勁的龍頭企業。由于風電齒輪箱行業技術壁壘較高，同時伴隨大兆瓦風機和海上風電的發展，配套風電齒輪箱的研發和批量化生產難度提升，頭部企業加大相關產品研發投入，積極擴大業務布局，進一步搶占市場份額。

　　為積極穩妥推進碳達峰碳中和工作，加快規劃建設新型能源體系，2023年1月國務院發布的《新時代的中國綠色發展》明確提出，要加快推進以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點的大型風電光伏基地建設，積極穩妥發展海上風電，積極推廣城鎮、農村屋頂光伏，鼓勵發展鄉村分散式風電。2023年1月6日國家能源局發布的《新型電力系統發展藍皮書(征求意見稿)》中提到，要加大力度規劃建設以大型風電光伏基地為基礎、以其周邊清潔高效先進節能的煤電為支撐、以穩定安全可靠的特高壓輸變電線路為載體的新能源開發利用體系，推動主要流域可再生能源一體化、沙漠戈壁荒漠地區新能源及海上風電集約化基地化開發，穩妥推動西南地區主要流域可再生能源一體化基地建設，實現水電、風電、光伏發電、抽水蓄能等一體化規劃研究、開發建設、調度運行與電力消納。重點圍繞沙漠戈壁荒漠地區推動大型風電基地建設，積極推動海上風電集群化開發利用，一體化統籌海上風電的規劃、建設、送出、并網與消納，并逐步由近海向深遠海拓展。同時，加快推動中東部和南方地區分散式風電及分布式光伏發電開發，以就地利用為主要目的拓展分散式新能源開發應用場景。此外，還要加快推進深遠海域海上風電開發及超大型海上風機技術等，推動適應新能源多元化開發場景、提升并網友好性與可靠替代能力;推進大容量深遠海風電友好送出技術裝備研究，突破大容量海纜裝備及海上平臺輕型化設計關鍵技術。在國家政策持續推進下，未來我國風電行業將繼續發展壯大,風電機組的增加和維修將繼續推動我國風電齒輪箱市場需求規模穩定增長。

　　伴隨著風能行業的發展，市場對風力發電齒輪箱的質量，成本，交貨期，可靠性等提出了更高的要求。近年來行業頭部企業加速將機械和數字化技術進行深度整合，引入狀態監測、云計算、大數據分析、互聯網技術以及移動終端技術，打造信息化齒輪箱系統，讓齒輪箱能夠自我感知自身的狀態，對齒輪箱全生命周期的信息進行管理;通過云計算和大數據分析技術，結合專業的故障診斷及失效分析專家團隊，實時對齒輪箱的運行狀態進行評估，在齒輪箱故障初期就可以進行遠程診斷和預警，避免故障惡化，減小因齒輪箱維修帶來的發電量損失，并采取主動維護維修策略，提高風力發電效率，從而提高整體風力發電經濟效益。在國內風電齒輪箱龍頭企業引領下，行業的技術水平不斷提升，未來風電齒輪箱產品將向信息化、數字化、精細化、智能化方向轉型，助推我國風電齒輪箱行業的高質量發展。

　　損壞原因概略分析

　　隨著風電機組運行時間的延長，由于風電場環境惡劣，齒輪箱的故障越來越頻繁出現，諸如漏油，齒面點蝕、剝落、斷齒、異常磨損，軸承跑圈、滾道點蝕、剝落等現象。

　　導致出現上述缺陷因素很多，包括制造因素：齒輪箱結構設計、載荷計算、軸承選型、材料選擇、制造加工、出廠前的試車及清潔等;運行因素：控制策略、監控措施、維護方法;環境因素：氣候、變化無常的風況;控制因素：任何一個環節控制不到位，均會導致隱患，從微小缺陷擴展成大缺陷，從而引起機械部分不可逆的損壞。

　　因此，風電機組齒輪箱從出廠到淘汰報廢，我們要以全壽命周期管理理念，通過精心維護、科學管理來降低齒輪箱損壞率及下架率、縮短恢復時間，實現齒輪箱長壽命健康運行，提高機組利用率。

　　齒輪箱損壞下架的原因很多，通過調查及數據統計，缺陷主要表現為：齒輪斷齒，齒面點蝕、磨損、剝落，內齒圈斷裂，行星輪損壞卡死，軸承磨損、內外圈跑圈等。引起這些缺陷的直接原因主要是因為齒部接觸不良，出現偏載，局部應力過大、引起微裂紋并逐步擴展，致使齒面燒傷、點蝕、剝落，導致齒的局部斷裂。而引起這些現象的間接原因與設計制造、材料及熱處理、運行維護、控制策略、環境等因素都可能有關。每一臺齒輪箱下架具體情況會不同，但一般來說，制造初始缺陷是潛在誘因，在使用過程中若載荷復雜、維護不當、不及時跟蹤處理會加速缺陷擴展。

　　需停機處理的故障主要集中在管路漏油、高速軸、電動泵、油溫油壓報警、濾芯、冷卻系統、軸承及異響。這些故障會直接造成齒輪、軸承潤滑不良，若不及時處理會引起齒輪和軸承出現缺陷并擴展，甚至會導致下架。通過幾年統計分析，表現出的主要故障分布情況如圖2所示。

　　全壽命周期內運行維護及管理要求

　　從出廠起，到運行維護、監控、故障處理、備件儲備，以及結構優化等每個環節均需加強管理。做好前期控制，及時發現問題、盡早處理，預防為主、防治結合，嚴格執行齒輪箱專項檢查，建立齒輪箱狀態跟蹤檔案，不斷完善故障處理方法。

　　一、出廠前的試驗、清潔

　　齒輪箱裝配完成，必須嚴格按照檢驗規范進行整箱檢驗，按試車規范進行加載試車。循環跑油后，尤其要保證出廠前的清潔度，達到齒輪箱清潔度要求，嚴格按采購方和制造方雙方技術協議要求進行相應取樣檢測，嚴禁有大的金屬鐵屑、雜物殘留在齒輪箱內，否則上天運行后，過濾系統在短時間內不能完成全部過濾，甚至某些殘留物至始至終都不能通過過濾系統過濾。殘留鐵屑會在齒輪箱運行過程中對齒面、軸承滾道進行擠壓，導致壓痕、磨痕。

　　對新出廠齒輪箱加注新潤滑油時，新油的清潔度需達到ISO440617/15/12標準，否則需經過過濾。由裝配單位對每批次新齒輪箱潤滑油的清潔度進行合適比例的抽檢，抽檢樣本送具有資質的檢測機構檢驗，并將所有檢測結果進行建檔。

　　二、存放和停機要求

　　(一)塔下存放

　　若齒輪箱出廠后需長時間放置，必需制定相關存放要求，并嚴格執行。

　　(1)環境要求：做好防水、防潮、防塵措施以及內外零件防腐蝕;

　　(2)定期進行內部油管、齒輪、軸承銹蝕的檢查，空濾狀態及失效檢查;

　　(3)按規定做維護保養：齒輪箱存放一段時間后，按要求去除內部零件的灰塵、水汽、銹蝕后，潤滑系統加油、通電，啟動油泵進行泵油循環，并以適當速度盤動高速軸;

　　(二)塔上停機

　　當風電機組不發電時，如機組吊裝完成后以及后期運行臨時停機，需對齒輪箱做好相關保護。

　　(1)如果傳動鏈必須被鎖死，連續鎖住時間不能太長，一般不超過一周。因為鎖緊銷與鎖緊盤存在間隙，葉輪的晃動會導致齒輪副嚙合齒的來回擺動，時間過久會在嚙合處產生微動磨損。

　　(2)空轉時，需限制轉速，一般控制在300rpm以內，且保證齒輪箱內部零件的足夠潤滑。

　　三、加強日常運行維護管理

　　做好日常巡檢、定期維護，是風電場目前降低齒輪箱故障率的主要手段。必須按照主機廠商作業指導書內容(如《風電機組齒輪箱全壽命周期內運行維護指導書》)，保質保量地進行維護工作，確保齒輪箱良好潤滑。按檢查難度、周期性要求、齒輪箱結構特點制定維護項目，包括：日常巡檢、每季度項目、半年檢查項目與年度檢查項目。

　　嚴禁屏蔽齒輪箱油溫、油壓、油位、濾芯堵塞等報警信號，遇到報警未查明原因和解決之前，禁止為保發電量而啟機運行。在設計上報警不停機的信號，也需盡快處理，不能延誤和遺忘。當風電機組報其它錯誤時，風電場運行人員首先嘗試的處理方法為遠程復位(夜間值班期間尤為突出)。這種做法并不合適。少量誤報故障確實可通過復位消除，但頻繁的自動復位動作只會增加對齒輪箱的沖擊，加速齒輪、軸承的疲勞損壞，縮短齒輪箱服役時間。因此，出現報警信號時，應停機檢查，及時找到問題原因并徹底處理。

　　四、專業檢測及周期更換項目

　　(一)振動測試

　　通過專用的儀器工具，按照規定的監測點進行間斷或連續的監測，掌握設備異常的征兆和劣化程度，判斷故障的部位和原因并預測設備今后的技術狀態變化，提前發現故障癥狀，以降低經濟損失。如果沒有安裝在線振動測試設備，則可采用離線設備采集數據進行分析。該項工作應定期開展，測試頻次至少每年1次，建議和齒輪箱內窺鏡檢查項目一起進行。監測點一般選在齒輪箱輸入軸、行星輪、中間軸、輸出軸。如果發現齒輪箱內部有異常情況，還可臨時安裝在線振動測試設備階段性的不間斷監控，分析其演變趨勢，決定處理措施。

　　(二)內窺鏡檢查

　　由于齒輪箱結構復雜、制造精密，只有借助內窺鏡的使用才能更準確真實地掌握齒輪箱內部零部件運行狀況，比如行星齒面、圓柱齒面是否有點蝕、損傷、斷裂等現象，軸承是否出現磨損、剝落等現象等。根據每次檢查結果研究齒輪、軸承缺陷發展趨勢及規律，提前做出預防或處理措施，避免缺陷嚴重擴展。該項工作建議檢查頻次至少每年1次。

　　(三)油品取樣檢測

　　潤滑油性能、清潔度對齒輪副及軸承副的油膜形成至關重要，尤其是清潔度。據業內經驗，油品清潔度降低一等級、軸承壽命將減少20%至30%。必須定期關注油品粘度、酸值、水分含量、元素含量、顆粒物等關鍵指標的變化。該項工作至少半年進行一次。根據檢測報告結果，分析制定相應的處理措施。

　　(四)濾芯及空氣濾清器更換

　　每年或在壓差傳感器發出濾芯堵塞告警信號后10天內更換濾芯。濾芯的更換需嚴格按照齒輪箱濾芯更換方案實施，保證正確的拆裝以及濾芯的清潔。檢查齒輪箱空氣過濾器情況，若干燥劑失效則及時更換。

　　(五)油品更換

　　對油質進行理化分析后，若發現異常，根據技術部門制定的理化指標判定是否需進行過濾、更換。更換工作必須由專業隊伍嚴格按照換油方案進行實施。

　　(六)聯軸器對中

　　如果齒輪箱與發電機的對中情況不好，會影響到齒輪箱輸出端軸承以及發電機軸承，繼而引起齒面異常。該工作建議1年進行1次。

　　(七)齒輪箱易損件更換

　　齒輪箱易損件更換時間或失效標準如表2。

　　五、建立跟蹤檔案，全面掌握運行狀態

　　齒輪箱部件損壞，普遍是漸變的過程，我們必須連續跟蹤其運行狀態的變化，才能做到有的放矢、科學管理。建立檔案就能很好地實現這一點。

　　風電場必須嚴格按照主機廠商編制的齒輪箱維護指導書內容進行日常巡檢、定檢維護;持續建立齒輪箱檔案;每個月定期調取運行數據進行存檔分析;現場做好各種異常處理;定期完成內窺鏡檢查、振動測試、油品檢測;并及時、定期完成各種記錄并按要求建檔反饋,實時監控和掌握齒輪箱運行狀態，根據異常情況制定處理措施。

　　(一)日常、定檢維護檔案

　　按照技術部門編制的齒輪箱運行維護指導書，現場實施隊伍將所進行的日常、定檢維護情況進行記錄。

　　(二)齒輪箱檔案

　　包括制造廠家、序號、出廠編號、制造日期、速比、運行時間等。

　　(三)齒輪箱軸承及齒輪參數檔案

　　根據齒輪箱型號、出廠編號明確分辨各級軸承的生產廠家和具體型號、各級齒輪參數。

　　(四)油品檔案

　　以各項關鍵理化指標的變化數據記錄成表格、曲線圖，觀察和研究油品變化規律以及傳動摩擦副的磨損狀況，并按企業制定的指標值：警戒線和行動線采取相應措施。

　　油品監測除了采取定期取樣方法外，國內的油品在線監測技術也趨于成熟，風電場可考慮在齒輪箱上安裝在線監測系統，實時監控油品狀態。

　　(五)振動測試檔案

　　選取齒輪箱幾個關鍵部位的測試記錄如輸入端、行星輪處、中速軸處、輸出端，根據需要生成相應的曲線圖，其變化趨勢一目了然。具體測試時，可限定相同轉速以對比研究。某風電場的一臺齒輪箱振動數據記錄案例見表3和圖3。

　　(六)內部檢查檔案

　　要求采用內窺鏡儀器，每次所拍攝照片存檔，并作比較。發現有異常的如果暫時不處理，需做記號跟蹤，并縮短檢查周期。

　　(七)異常處理檔案

　　在齒輪箱日常運行過程中，如果發現異常，則必須進行詳細檢查，提出處理措施，避免缺陷擴展。無論是現場處理的小故障及下架處理的大故障：包括換油、治漏、更換零部件、消除報警、整體更換等，都應加強運行檢查，跟蹤問題是否得到根治，每臺機組每次處理過程與結果都必須記錄在案。

　　六、數據庫建立及遠程監控預警分析系統

　　前期由人工建立齒輪箱各項數據檔案，并對格式進行優化、固化，后期建立數據庫。借助現代化通訊手段、大數據處理方法，通過建立遠程監控系統，將齒輪箱CMS(在線狀態監測系統)系統信號和齒輪箱溫度、油壓、油品清潔度等運行數據以及人工維修處理資料傳回監控中心，逐步實現通過專業軟件對各項數據進行分析;實現遠程專家技術支持，即時監控、分析，提供指導和建議，縮短問題處理時間;另可生成各種報表，建立一套連續、長期的齒輪箱綜合信息檔案，為風電場維護維修計劃、后續管理策略提供完備的基礎數據。

　　七、其他

　　(一)控制策略優化

　　研究主機控制系統對齒輪箱的影響，如振動問題，以及優化控制策略減少傳動鏈振動。齒輪箱電動油泵、機械泵、冷卻系統、剎車裝置工作方式直接影響著齒輪副、軸承副工作狀態，輔助系統控制方式以及啟�？刂撇呗员仨毧茖W化、最優化。油品溫度、軸承溫度、油位、油壓報警值設定要合理，運行中遇到報警嚴禁屏蔽信號，必須及時處理。

　　(二)結構優化

　　如果齒輪箱在某一個位置損壞率較其它部位偏高，則有必要從結構設計、制造工藝、材料選擇方面分析原因，之后的維修工作以及新機組設計時考慮結構優化，增加零部件可靠性及安全系數。

　　(三)備件儲備

　　齒輪箱出現問題，備件的缺乏也是制約風電機組利用率的原因之一。適當準備外部輔助系統備件，如管路及接頭、密封件、濾芯，以及油泵、溫控閥等;內部如高速軸、中速軸部套等;甚至儲備整機齒輪箱，可極大減少恢復處理時間。

　　八、分析及制定措施

　　對齒輪箱多發故障、典型缺陷、運行數據、處理信息及健康管理結果進行分析，研究預防手段，擬定處理措施、監控運行措施、預期維修計劃及更換計劃，如研究抗磨自修復等新技術應用、零部件項修、整機大修等。根據業內經驗，齒輪箱在運行7至8年后會或多或少地出現缺陷，特別是高速軸系的軸承，其精度部分喪失后，會影響齒輪副的嚙合精度，進而導致齒面破壞。合理、有計劃地安排大修，可減小風電機組非計劃停機率。

　　結語

　　齒輪箱管理是風電場的管理十分重要的一部分，要做到科學、合理、有連續性。某些缺陷的發展是不可逆的，必須在前期做好預防。做好齒輪箱的健康持續管理，盡量延長其使用壽命，出現故障要采取合理方法、減少全壽命周期維護成本。文中所述的管理方法及技術措施可以作為風電場齒輪箱健康管理的參考。