袁 鑄 范 樂 呂俊霞

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南南陽473000）

1 電氣設(shè)備的分類及其故障特征

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，現(xiàn)代化工業(yè)呈現(xiàn)出設(shè)備大型化、生產(chǎn)高速化、連續(xù)化、自動化等特點，影響工業(yè)設(shè)備可靠性、安全性的因素也越來越多。電力、冶金、汽車制造、電子、石油化工等產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備不只是單臺機(jī)器高度地自動化，而是有機(jī)地構(gòu)成一個生產(chǎn)系統(tǒng)。在生產(chǎn)設(shè)備的自動化和系統(tǒng)化中，起核心作用的是變壓器等供電設(shè)備、電力電纜等配電設(shè)備、主要動力源的工業(yè)用電機(jī)，已經(jīng)用于控制機(jī)械的控制電機(jī)、檢測控制系統(tǒng)等。在生產(chǎn)現(xiàn)場中，一個微小的電氣故障導(dǎo)致整臺設(shè)備甚至整條生產(chǎn)線停產(chǎn)的例子屢見不鮮。因此，如果供配電設(shè)備、電動機(jī)、電力電纜、控制電機(jī)、檢測控制系統(tǒng)等電氣設(shè)備發(fā)生故障或者狀態(tài)劣化，那么，將對企業(yè)生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)效益造成巨大損失。為將這些重要的電氣設(shè)備故障控制在發(fā)生之前，做到防患于未然，降低維修成本，采用以設(shè)備故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)備檢修和維護(hù)方式已成為發(fā)展方向，并引起工業(yè)現(xiàn)場技術(shù)人員、管理人員和科研人員等方面的高度重視。

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷技術(shù)是企業(yè)推進(jìn)設(shè)備管理現(xiàn)代化的核心技術(shù)。但是，由于設(shè)備構(gòu)成和技術(shù)方面的原因，多年來，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)基本上是以設(shè)備的機(jī)械系統(tǒng)為主，進(jìn)行如振動、油液、無損檢測等。而作為設(shè)備組成系統(tǒng)的另一個重要方面，即電氣設(shè)備的故障檢測和診斷的方法和手段，卻少之又少。因此，無論在產(chǎn)品技術(shù)方面，還是在科研開發(fā)方面，作為設(shè)備診斷工程的重要組成部分的電氣設(shè)備的故障診斷技術(shù)，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于機(jī)械設(shè)備的故障診斷技術(shù)。

電氣設(shè)備的故障診斷技術(shù)是指通過對電氣絕緣的試驗和各種特性的測量，來了解及評估它們在運行過程中的狀態(tài)，從而能在早期發(fā)現(xiàn)故障的技術(shù)。電氣設(shè)備故障診斷大致經(jīng)歷了三個階段：停電試驗階段、帶電測量階段和在線監(jiān)測階段。電氣設(shè)備的許多故障，如導(dǎo)線的虛接等，往往是很難捕捉、查找的，它不像機(jī)械設(shè)備具有直觀的可視性和故障的確定性，而且有些故障也不像機(jī)械零部件的缺陷那樣具有持續(xù)的漸近性。同時，由于電氣設(shè)備檢查手段還比較簡單，在面對大量國內(nèi)外各種先進(jìn)電氣設(shè)備和過程控制裝置的故障時，往往只能憑經(jīng)驗處理，并經(jīng)常束手無策，這是電氣故障檢測的困難性之一。另一方面，由于絕大多數(shù)故障必須在帶電運行狀態(tài)下檢測，在獲取信號時，在安全方面所做的工作要比機(jī)械檢測困難得多。此外，電氣設(shè)備的故障受環(huán)境因素影響干擾比較多，如濕度、溫度、周圍的電磁場等，都在很大程度上影響著故障的發(fā)生、發(fā)展或者消失。雖然有些機(jī)械故障也受外界因素干擾，如氣溫對轉(zhuǎn)子對中程度的影響等，但這畢竟是少數(shù)，而且程度也有限。電氣設(shè)備故障難以檢測的另一個重要原因，是電氣設(shè)備缺陷的微小變化就可以導(dǎo)致設(shè)備整體性能發(fā)生巨大變化，使設(shè)備無法正常運行。

1.1 電氣設(shè)備的分類

工況企業(yè)中的電氣設(shè)備一般分成以下四類。

（1）變電設(shè)備。主要指企業(yè)受電后，通過自身的變電所將能量轉(zhuǎn)變?yōu)闈M足需要的電壓、電流、頻率所使用的設(shè)備。

（2）電纜線。包括動力電纜及控制線路，它們起到傳輸能量的作用。

（3）電動機(jī)。設(shè)備的原動機(jī)，包括直流、交流、同步、異步電動機(jī)。

（4）控制設(shè)備。完成對電動機(jī)或其他電力設(shè)備的檢測、控制的各種裝置。

對電氣設(shè)備故障的檢測和診斷，根據(jù)不同的對象，有各種不同的方法。有檢測、診斷電機(jī)的電流法、振動法、倍頻法；檢測變壓器的匝比法、絕緣油分析；電纜的脈沖反射法、聲強(qiáng)法、時差法等。

1.2 電氣設(shè)備故障的分類

電氣故障是電能在傳遞、分配、轉(zhuǎn)換過程中失去控制而產(chǎn)生的。斷線、短路、異常接地、漏電、電氣設(shè)備或電氣元件損壞、電子設(shè)備受電磁干擾而發(fā)生誤動作等都屬于電路故障。系統(tǒng)中電氣線路或電氣設(shè)備的故障還會導(dǎo)致人員傷亡及重大財產(chǎn)損失。電氣系統(tǒng)故障引發(fā)的事故主要包括異常停電、異常帶電、電氣火災(zāi)等。

異常停電是指在正常生產(chǎn)過程中，由于供電系統(tǒng)故障導(dǎo)致生產(chǎn)過程的突然中斷，使生產(chǎn)過程陷于混亂，造成經(jīng)濟(jì)損失，還可能造成事故和人身傷亡。異常帶電是指在正常情況下不應(yīng)當(dāng)帶電的生產(chǎn)設(shè)施或其中的某部分意外帶電，俗稱“漏電”，從而造成人員傷害。適當(dāng)安裝漏電保護(hù)器等安全裝置，可使工作人員免受異常帶電的傷害。例如電氣設(shè)備因絕緣不良產(chǎn)生漏電，使其金屬外殼帶電。

電氣設(shè)備在運行時，由于電壓、熱、化學(xué)、機(jī)械振動以及其他因素的影響，其性能會持續(xù)劣化，甚至失去應(yīng)有的功能，造成事故。在電氣設(shè)備設(shè)計和制造過程中可能存在一些潛伏性故障。根據(jù)電氣設(shè)備的構(gòu)成特點，從查找電氣設(shè)備故障的觀點出發(fā)，常見的電氣故障分類如下。

1）設(shè)備絕緣故障

由于電氣設(shè)備長期處于高電壓和強(qiáng)電場作用下，電氣絕緣是一項重大問題，這也是電氣設(shè)備故障診斷的重中之重，因為一旦絕緣出現(xiàn)隱患，不僅影響正常的供電用電，而且極容易引發(fā)重大事故。引發(fā)絕緣故障的主要因素是設(shè)備老化、密封不嚴(yán)。絕緣故障主要分為以下幾種：變壓器絕緣故障，高壓電流互感器絕緣故障，電力電纜絕緣故障。其中又以高壓電流互感器絕緣故障最為關(guān)鍵，因為高壓電流互感器屬于電氣設(shè)備的核心部位，承受負(fù)載最大，老化速度快。而高壓電流互感器的絕緣材料為電容均勻結(jié)構(gòu)，高壓引出部件，特別是60KV及以上的高壓套管的絕緣材料均采用油浸材料和膠紙材料電容型結(jié)構(gòu)，密封效果不是很好，運行時進(jìn)水受潮這種事故約占總數(shù)百分之三十。

2）設(shè)備機(jī)械故障

設(shè)備機(jī)械故障主要有電氣設(shè)備的振動、磨損、疲勞等，特別是電機(jī)的故障。我們知道，電機(jī)是有定子、轉(zhuǎn)子和軸承裝置構(gòu)成的。其工作系統(tǒng)中存在相互獨立的電路和一個耦合電路的磁場，電機(jī)內(nèi)不同絕緣結(jié)構(gòu)又構(gòu)成了獨立的等級絕緣系統(tǒng)，還有保障給各部位運轉(zhuǎn)的基本機(jī)械系統(tǒng)和通風(fēng)散熱系統(tǒng)。這類故障的特點是隱蔽性強(qiáng)，對檢修技術(shù)要求比較高，既需要具備靈活操作設(shè)備的技術(shù)，還需要具備豐富的電氣設(shè)備檢修經(jīng)驗。

3）設(shè)備發(fā)熱故障

由于電氣設(shè)備進(jìn)行的是能量轉(zhuǎn)換和傳遞程序，發(fā)熱因素對電氣設(shè)備的破壞性極大，熱故障在電氣設(shè)備故障診斷中也有重要作用。

1.3 電氣設(shè)備故障的特征

電氣設(shè)備故障與其他設(shè)備故障相比，具有許多特征。

（1）電的不可見性。一個物體是否帶電，雖然可以從電轉(zhuǎn)換聲、光、機(jī)械運動等宏觀現(xiàn)象看到，但在許多情況下，物體是否帶電，肉眼是分辨不清的。這樣，電氣設(shè)備出了故障，其故障具有較大的隱蔽性，這也為查找故障帶來了很大的困難。

（2）電的傳播速度極快。眾所周知，電流或信號在導(dǎo)線中的傳播速度接近于光速。因此，電氣設(shè)備發(fā)生故障后，電能釋放極快。大多數(shù)電氣設(shè)備故障往往在瞬間發(fā)生、發(fā)展，并釀成火災(zāi)。這種突然性為故障的預(yù)防帶來了困難。

（3）電氣設(shè)備的故障形式集中，原因多樣。無論是什么情況，最集中的表現(xiàn)是電動機(jī)不能工作，但故障處不一定在電動機(jī)，可能是電源故障，也可能是電路或控制系統(tǒng)故障等。這樣，也給查找故障帶來困難。

（4）故障區(qū)域性廣。影響一種電氣設(shè)備功能的實現(xiàn)的元器件的分布區(qū)域可能很廣。例如，某水泵電動機(jī)的安裝地點在水源附近的水泵房，但供電電源在配電室，而其控制則在遠(yuǎn)離水泵房的控制室。這就決定了水泵電動機(jī)的故障區(qū)域在一個較廣的范圍內(nèi)，給故障查找?guī)砹死щy。

2 電氣設(shè)備故障診斷的內(nèi)容和過程

電氣設(shè)備故障診斷的內(nèi)容包括狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和故障預(yù)測三個方面。其具體實施過程可以歸納為以下四個方面。

2.1 信號采集

開關(guān)設(shè)備在運行過程中必然會有力、熱、振動及能量等各種量的變化，由此會產(chǎn)生各種不同信息。根據(jù)不同的診斷需要，選擇能表征設(shè)備工作狀態(tài)的不同信號，如振動、力、溫度等十分必要的。這些信號一般是用不同的傳感器來拾取的。

2.2 信號處理

這是將采集到的信號進(jìn)行分類處理、加工，獲得能表征機(jī)器特征的過程，也稱為特征提取過程，如對振動信號從時域變換到頻域性頻譜分析。

2.3 狀態(tài)識別

將經(jīng)過信號處理獲得的開關(guān)設(shè)備特征參數(shù)與規(guī)定的允許參數(shù)或判別參數(shù)進(jìn)行比較，對比以確定設(shè)備所處的狀態(tài)，是否存在故障及故障的類型和性質(zhì)等。為此，應(yīng)正確制定相應(yīng)的判別準(zhǔn)則和診斷策略。

2.4 診斷決策

根據(jù)對開關(guān)設(shè)備狀態(tài)的判斷，決定應(yīng)采取的對策和措施，同時根據(jù)當(dāng)前信號預(yù)測狀態(tài)可能發(fā)展的趨勢，進(jìn)行趨勢分析。

2.5 排除故障的注意事項

在日常生活中很多電氣設(shè)備會經(jīng)常發(fā)生各種電氣故障，在對故障排除注意以下幾個方面了。首先，嚴(yán)格遵守操作規(guī)范、加強(qiáng)安全文明生產(chǎn)、防止設(shè)備故障增加、人生意外事故發(fā)生。其次，在排除故障中體會到理論知識的重要性，改變只重視實踐，不去掌握必要的理論知識的錯誤觀念。電氣控制線路所表現(xiàn)出的故障現(xiàn)象不盡相同，掌握電氣故障基本的檢修步驟、方法及技巧，對于準(zhǔn)確查找故障部位、及時快速排除電氣故障，可以達(dá)到事半功倍的效果。

3 用人體感官診斷電氣設(shè)備異常或故障

3.1 利用手摸診斷電氣設(shè)備異?；蚬收?/h3>

用手測定溫度。用手觸摸電氣設(shè)備時要采取必要的安全措施。切斷電源，確保無電。對保護(hù)接地、接零良好的電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和變壓器等，可以直接用手觸摸其外殼和散熱器。

用手測試振動。日常維護(hù)和運行中，常用手摸測試電氣設(shè)備的振動，其經(jīng)驗用食指、中指和無名指輕按軸瓦、機(jī)身振動部位等。

3.2 其他

在巡視檢查電氣設(shè)備時，可通過觀察監(jiān)視儀表、檢查外觀及變色情況發(fā)現(xiàn)故障?？衫寐犛X、嗅覺、觸覺和味覺診斷電氣設(shè)備異?；蚬收?。

4 現(xiàn)代電氣設(shè)備診斷的發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣設(shè)備診斷技術(shù)也必然會不斷發(fā)展，其方向如下。

4.1 綜合性

信息化對各種產(chǎn)業(yè)最大的影響就是進(jìn)行產(chǎn)業(yè)整合，采取綜合管理。未來電氣設(shè)備診斷納入信息化體系，診斷技術(shù)必定走向綜合化，即將各種電氣設(shè)備運行情況參數(shù)整合到一個數(shù)據(jù)中心，通過一個遠(yuǎn)程終端進(jìn)行監(jiān)控，無論發(fā)熱故障、絕緣故障或機(jī)械故障均能同時進(jìn)行檢測，只需在電氣設(shè)備中按照數(shù)據(jù)終端，并且將各個設(shè)備終端數(shù)據(jù)整合到一個個狀態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)器，再將各個服務(wù)器與監(jiān)控終端進(jìn)行鏈接，就可以方便快捷、隨時隨地進(jìn)行檢測、診斷，就好比為電氣設(shè)備建設(shè)一個遠(yuǎn)程診斷醫(yī)院，使電氣設(shè)備診斷走向人工智能化。

4.2 針對性

電氣設(shè)備診斷的信息化，與之前傳統(tǒng)的診斷方法比起來，針對性更強(qiáng)，而且更加快捷。發(fā)電機(jī)組、變壓器、輸電線路等各處的狀態(tài)數(shù)據(jù)除與總控室的數(shù)據(jù)終端相連外，還有各自獨立的數(shù)據(jù)服務(wù)器，能夠快速地針對各自不同的故障形態(tài)進(jìn)行針對性的診斷，形成及整合所有獨立完備的診斷體系。

4.3 快捷性

信息化之后的電氣設(shè)備診斷不必事必躬親，一般只需監(jiān)控終端數(shù)據(jù)就行，形成人工智能體系。信息化的最大特點是快捷，各種數(shù)據(jù)終端可以在第一時間上傳到總數(shù)據(jù)庫，同時可以與相關(guān)專家建立長期的合作機(jī)制，隨時咨詢個別復(fù)雜的故障處理問題，方便快捷地進(jìn)行電氣設(shè)備的診斷。

5 結(jié)語

電氣設(shè)備故障現(xiàn)象是多種多樣的，同一類故障可能有不同的故障現(xiàn)象，不同類故障可能是同種故障現(xiàn)象的同一性和多樣性，會給查找故障帶來復(fù)雜性。但是，故障現(xiàn)象是查找電氣故障的基本依據(jù)，是查找電氣故障的起點，因此要對故障現(xiàn)象仔細(xì)觀察分析，找出故障現(xiàn)象中最主要的、最典型的方面，搞清故障發(fā)生的時間、地點、環(huán)境等。很多電氣故障的排除，必須依靠專業(yè)理論知識才能真正弄懂弄通。電氣維修人員與其他工種維修人員比較而言，理論性更強(qiáng)，有時候沒有理論的指導(dǎo)很多工作根本無法進(jìn)行，因此要具有一定的專業(yè)理論知識。應(yīng)不斷加強(qiáng)自身專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)和提高操作技能水平，當(dāng)發(fā)生電氣故障時，能夠準(zhǔn)確地查找其故障所在，從而排除故障，使電氣設(shè)備能夠正常穩(wěn)定地運行。