展開機(jī)械系統(tǒng)的故障模式和影響分析，根據(jù)故障導(dǎo)致的后果嚴(yán)重程度（嚴(yán)酷度），結(jié)合風(fēng)場故障數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，找出對(duì)機(jī)械系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)影響大，安全性影響大，或維修成本高（包含影響發(fā)電導(dǎo)致的收入減少）的“關(guān)鍵少數(shù)”故障模式。
對(duì)“關(guān)鍵少數(shù)”故障模式進(jìn)行故障樹分析，確定造成故障的全部根原因，制定相應(yīng)的故障監(jiān)控與預(yù)測性維修計(jì)劃。
對(duì)其他多數(shù)的故障模式，根據(jù)實(shí)際情況，制定事后維修或定期檢修計(jì)劃。
首先，風(fēng)電機(jī)組機(jī)械系統(tǒng)包括實(shí)現(xiàn)核心功能（將捕獲的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）的傳動(dòng)鏈系統(tǒng)與傳動(dòng)鏈上的泵、管、閥等附件系統(tǒng)，以及實(shí)現(xiàn)調(diào)整捕獲到的能量、系統(tǒng)制動(dòng)、傳動(dòng)鏈支撐與載荷傳遞功能的輔助系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的泵、管、閥等附件系統(tǒng)，如表1所列。
其中，傳動(dòng)鏈的功能是將風(fēng)輪（葉片與輪轂）捕獲到的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為主軸的低速旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，再通過齒輪箱將主軸的機(jī)械能增速為發(fā)電機(jī)可接受的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械能（不計(jì)機(jī)械效率的條件下，能量大小不變）；齒輪箱的潤滑冷卻系統(tǒng)在潤滑油溫低于限值時(shí)，將潤滑油泵送至齒輪箱中的各個(gè)潤滑點(diǎn)，減緩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損導(dǎo)致的壽命衰減，當(dāng)潤滑油溫高于限值時(shí)，則控制油溫繼續(xù)上升，以免潤滑油變質(zhì)，影響潤滑效果。
聯(lián)軸器主要用于補(bǔ)償齒輪箱輸出軸與發(fā)電機(jī)輸入軸之間的軸向與徑向偏差，并防止齒輪箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受到超出其承受范圍的載荷。變槳系統(tǒng)主要功能是在機(jī)組捕獲的風(fēng)能大于額定載荷時(shí)，通過改變槳距角來降低機(jī)組承受的載荷，從而保護(hù)機(jī)組正常運(yùn)行。
偏航系統(tǒng)在風(fēng)向發(fā)生變化時(shí)，通過改變機(jī)組橫向角度位置，以使機(jī)組能夠捕獲到最大的能量。偏航/變槳系統(tǒng)的角度調(diào)整一般都是通過回轉(zhuǎn)支承來實(shí)現(xiàn)的，因此需要自動(dòng)潤滑系統(tǒng)來確保回轉(zhuǎn)支承的滾道、滾動(dòng)體與輪齒受到充分潤滑，以保證其滿足機(jī)組整體的壽命要求。
制動(dòng)系統(tǒng)包含主軸制動(dòng)與偏航制動(dòng)兩部分，主軸制動(dòng)部分在機(jī)組觸發(fā)緊急停機(jī)時(shí)，對(duì)齒輪箱輸出軸實(shí)施快速制動(dòng)，以保護(hù)機(jī)組運(yùn)行安全；偏航制動(dòng)部分在機(jī)組偏航過程中提供阻尼，使機(jī)組的橫向運(yùn)動(dòng)保持平穩(wěn)，在偏航結(jié)束后定位機(jī)艙，減小偏航驅(qū)動(dòng)所受載荷。制動(dòng)系統(tǒng)的功能實(shí)施與控制通過液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。傳動(dòng)鏈中主軸與齒輪箱的支撐是依靠主軸承與彈性支撐實(shí)現(xiàn)的，兩者同時(shí)將傳動(dòng)鏈載荷傳遞到機(jī)架上。
機(jī)架將主軸承與彈性支撐傳遞過來的載荷再通過偏航系統(tǒng)傳遞給塔筒，最終傳導(dǎo)到地面。此即風(fēng)電機(jī)組機(jī)械系統(tǒng)各部件的主要功能。
基于以上功能描述，例如傳動(dòng)鏈若不能持續(xù)將捕獲到的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)可以接受的高速機(jī)械能，則視為故障，以此類推可得各部件的故障判據(jù)。根據(jù)故障判據(jù)，進(jìn)而確定機(jī)械系統(tǒng)各部件的基本故障模式庫，針對(duì)故障模式展開面向各部件定性的故障模式和影響分析。
根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)各部件的故障模式和影響分析，可以得出傳動(dòng)鏈中的一些關(guān)鍵部件發(fā)生故障，將導(dǎo)致機(jī)組基本的發(fā)電功能失效，并且對(duì)故障部件的更換成本中大都涉及現(xiàn)場大型設(shè)備的吊裝，維修成本高；輔助系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)支承與機(jī)架的維修更換也涉及現(xiàn)場吊裝，成本較高。傳動(dòng)鏈系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)的附件系統(tǒng)的故障影響則相對(duì)較小，但其故障模式對(duì)傳動(dòng)鏈與輔助系統(tǒng)中的大型部件工作壽命卻有不容小視的漸進(jìn)性影響。
因?yàn)楣收嫌绊懗藢?duì)系統(tǒng)性能與維修成本進(jìn)行分析，還需考慮故障發(fā)生頻率的高低，以衡量是否有必要對(duì)該類故障采取預(yù)測性維修方案。瑞典風(fēng)電機(jī)組各部件的故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖一所示，可見液壓制動(dòng)系統(tǒng)、齒輪箱與偏航系統(tǒng)在機(jī)組的機(jī)械系統(tǒng)的故障占比位列三甲（葉片/變槳故障主要為變槳控制系統(tǒng)故障），并且引發(fā)三者主要故障對(duì)機(jī)組系統(tǒng)工作壽命也有很大影響。造成液壓制動(dòng)系統(tǒng)、齒輪箱與偏航系統(tǒng)故障的主要原因一般通過溫度、壓力和振動(dòng)（加）速度等參數(shù)變量體現(xiàn)。根據(jù)這三個(gè)主要故障部件的現(xiàn)場故障相關(guān)數(shù)據(jù)，發(fā)掘故障發(fā)生前傳動(dòng)機(jī)構(gòu)溫度、潤滑油（脂）溫度、潤滑油/液壓油壓力，以及關(guān)鍵部位振動(dòng)（加）速度等重要參數(shù)的變化趨勢，研究這些物理量在大型部件失效前的漸變規(guī)律，從而為運(yùn)維工作提供預(yù)警，避免嚴(yán)重故障導(dǎo)致的巨大維修成本。
目前已投入實(shí)際應(yīng)用的預(yù)測性維修部件包括主軸/偏航制動(dòng)片的厚度監(jiān)測，潤滑冷卻系統(tǒng)中過濾器濾芯的容量監(jiān)測等。其中，若主軸/偏航制動(dòng)片的摩擦材料剩余厚度達(dá)到報(bào)警值時(shí)便會(huì)觸發(fā)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，提示運(yùn)維人員及時(shí)更換制動(dòng)片，以免發(fā)生制動(dòng)片磨損制動(dòng)盤，導(dǎo)致制動(dòng)盤失效的嚴(yán)重故障，從而大大降低了因吊裝機(jī)艙更換制動(dòng)盤而發(fā)生的巨額運(yùn)維成本。濾芯容量監(jiān)測提示運(yùn)維人員，在濾芯堵塞可能導(dǎo)致潤滑油量不足，進(jìn)而使齒輪箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)嚴(yán)重磨損，壽命縮短甚至失效必須更換。除此兩項(xiàng)參數(shù)外，還有一些可以用于預(yù)測性維修或預(yù)防性維修的技術(shù)指標(biāo)值得關(guān)注。
由此可見，若將以可靠性為中心的維修（RCM）策略引入到風(fēng)電行業(yè)，必須根據(jù)各主要部件的故障機(jī)理與后果分析結(jié)論，以及現(xiàn)場故障率數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，從風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）記錄的海量技術(shù)數(shù)據(jù)中，挖掘出對(duì)運(yùn)維策略具有重要影響的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，并加以分析判別，使這些數(shù)據(jù)能夠?yàn)檫\(yùn)維策略的制定提供準(zhǔn)確有效的基礎(chǔ)。科學(xué)合理的運(yùn)維策略，最終也將為優(yōu)化運(yùn)維資源配置，提升運(yùn)維管理效率，降低維修成本發(fā)揮巨大作用。
結(jié)語
綜上所述，為了有效控制風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)維成本，建議參考核電行業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，引入以可靠性為中心的維修（RCM）策略，以及預(yù)測性維修/預(yù)防性維修方法。若要切實(shí)有效地將RCM策略運(yùn)用到風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)維過程，必須準(zhǔn)確了解機(jī)組故障模式、影響及原因，并基于此從大量技術(shù)數(shù)據(jù)中篩選出對(duì)故障發(fā)展趨勢具有指標(biāo)性意義的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。因此，本文介紹了關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的選取辦法。最后，希望本文能夠起到拋磚引玉的作用，對(duì)將RCM策略引入風(fēng)電行業(yè)有所幫助。
