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在2025年北京国际风能展“AI 与智能运维”论坛上，协合运维运维服务事业部总工程师刘瑞华发表“基于振动数据的发电机轴承故障和寿命预测方法研究”的主题演讲，分享了协合运维对风电机组传动链振动诊断预警的研究与实践。
协合运维运维服务事业部总工程师刘瑞华演讲现场
01
风电传动链诊断分析现状
据统计，预计到2025年底，我国运行10年以上的风电机组数量将达到9.2万台，装机容量超145GW，占风电总装机容量的25%左右。这些机组因长期运行，部件老化磨损问题突出，失效风险高。
刘瑞华表示，传动链是风电资产运营中的一个重大风险点，随着投产年限增加，其失效风险逐步增加，同时机组大容量、高塔筒、长叶片发展，也对传动链的安全性和可靠性提出更高要求。过去十多年，行业采用油液、热成像、超声波探伤、声发射、振动分析等多种技术手段监测这些设备，其中振动分析能够较全面地分析故障且易于实施，已成为风电设备运维的辅助手段，但仍存在数据资源分散且案例积累不足、过度依赖专家、突发故障诊断难度大等问题，离自动精准预警尚有差距。
在风电机组传动链中，发电机轴承长期处于高转速、变载荷、强冲击以及温湿度波动剧烈的工况，是机组故障的高发部件。行业数据显示，发电机轴承故障占传动链故障的75%-80%，陆上风电机组换轴承需停机1-7天，海上因吊装难度大、作业环境恶劣，维修周期长达1-2个月，不仅造成直接经济损失，还可能因故障扩散引发发电机烧毁、机舱起火等事故，威胁电站效益和人员安全。若能早期发现故障，机舱内更换轴承费用不到1万元；若故障扩大，仅单机吊装费就达几万元，加上发电机整体更换维修费用超过几十万元。
在协合运维将近1400个传动链故障维修的案例中，发电机轴承故障占比高达51%，且80%未达设计使用寿命。“保障发电机轴承可靠运行，提前识别故障并精准预测剩余寿命，已成为当前风电资产运营亟待解决的核心问题。”刘瑞华强调。
协合运维研究的近1400个传动链的故障类型及占比
02
协合运维：发电机轴承振动预警研究实践
理论上，发电机轴承故障劣化发展呈指数规律变化，寿命中90%的运行时间处于正常状态。阶段①时，轴承已轻微失效，但振动信号微弱，常规手段难察觉；阶段②失效扩大，振动差异仍不明显，表面运行正常，实则风险累积。如未及时检修，就会发展到阶段③，轴承带病运行，次生失效加剧，振动和温度异常显著；阶段④时，多种失效叠加，轴承可能会出现无法继续运行的情况。
轴承剩余寿命-累计损伤曲线
刘瑞华指出，行业应尽量在轴承失效阶段①和②时识别故障，通过润滑等维护手段延缓失效；在阶段③定位故障部件，避免突然失效；在阶段④提前确定更换时间并合理安排更换计划。但现有振动分析技术如时域、频谱、包络解调等振动分析需借助专家经验，无法自动识别，且难以预测寿命；基于SCADA数据的模型虽能减少对专家的依赖，但可用测点数据少，误报率高；基于CMS系统的单一指标诊断模型在保持架损坏等预测上准确率低。
在研究过程中，协合运维技术团队选取波形、频谱以及包络谱中的典型特征指标，建立了“多指标共振”思路的预警方法，按阶段用不同权重的指标，准确判定轴承所处的故障阶段。经对国内12个场站、608台发电机轴承、长达5年的振动监测数据验证，该方法能快速识别早期故障，让中期故障定位更精准。
目前，协合运维部署了超30个CMS模型，进行发电机轴承的自主预警，未来计划接入叶片、塔筒等监测数据，实行设备的集成式综合诊断。
此外，协合运维也在开展发电机轴承寿命预测模型的研究，基于12个场站304台风电机组长期振动数据，拟合各个场站轴承的寿命预测曲线，致力于在轴承运行的中后期预测其使用寿命，为风电预测性维护提供有力支撑，在电价不确定的电力市场中，也能为轴承更换时机提供关键决策依据。
某风电场发电机轴承寿命预测曲线图
新能源全面入市后的投资收益变得不确定，整个行业对成本的管控和新能源资产的运行质量要求更加严格，每一台机组的稳定运行、每一次故障的提前化解，都是资产盈利的“护城河”。未来，协合运维将矢志不渝地进行研发和技术创新，打造具备数智化、标准化能力的服务体系、管理体系和创新模式，在电力市场时代为新能源资产的持续盈利筑牢根基。
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