常見電氣故障的排除方法和技術(shù)

劉宇通

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，河南 南陽473009）

1 引言

電氣設(shè)備在使用過程中，由于種種原因，常常會出現(xiàn)故障，這就需要準(zhǔn)確地查找故障所在位置，并排除故障。電氣設(shè)備故障是指由于各種原因使設(shè)備損壞或不能正常工作，其電器功能喪失的電氣故障。

2 觀察和調(diào)查故障現(xiàn)象

電氣故障現(xiàn)象是多種多樣的。例如，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。這種故障現(xiàn)象的同一性和多樣性，給查找故障帶來了許多困難。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，因而要對故障現(xiàn)象仔細觀察分析，找出故障現(xiàn)象中最主要的、最典型的方面，搞清故障現(xiàn)象發(fā)生的時間、地點及環(huán)境等。

3 分析故障原因

根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障原因，是查找電氣故障的關(guān)鍵。分析的基礎(chǔ)是電路基本理論，是對電氣設(shè)備的構(gòu)造、原理、性能的充分理解，是與故障實際的結(jié)合。某一故障產(chǎn)生的原因可能很多，關(guān)鍵是在眾多原因中找出最主要的原因。

例如，某三相鼠龍異步電動機出現(xiàn)了不能運轉(zhuǎn)的故障，其原因可能是電源方面的，也可能是電路接線方面的，電動機本身的或負載方面的等。在這些原因中，到底是哪方面的原因使電動機不能運轉(zhuǎn)，還要經(jīng)過更深入、更詳細的分析。例如，電動機是第一次使用，就應(yīng)該從電源、電路、電動機和負載多方面進行檢查分析。如果電動機是經(jīng)修理后第一次使用，就應(yīng)著手于電動機本身的檢查分析；如果電動機運轉(zhuǎn)一段時間突然不能運轉(zhuǎn)，就應(yīng)從電源及控制元件方面進行檢查分析。經(jīng)過以上過程，進而確定電動機故障的比較具體的原因。

在分析電氣設(shè)備故障時，常常需要用到以下一些方法。

3.1 狀態(tài)分析法

任何電氣設(shè)備都處在一定的狀態(tài)下工作，對狀態(tài)可以簡單劃分為：工作狀態(tài)和不工作狀態(tài)，或運行狀態(tài)和停止?fàn)顟B(tài)。查找電氣故障應(yīng)根據(jù)設(shè)備的不同狀態(tài)進行分析，這就要求對設(shè)備的工作狀態(tài)作更詳細、更具體的劃分。狀態(tài)劃分的越細，對查找電氣故障越有利。

狀態(tài)分析法是一種發(fā)生故障時根據(jù)電氣設(shè)備所處的狀態(tài)進行分析的方法。電氣設(shè)備的運行過程總可以分解成若干個連續(xù)的階段，這些階段也可稱為狀態(tài)，如電動機工作過程可以分解成啟動、運轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、高速、低速、制動、停止等工作狀態(tài)，電氣故障總是發(fā)生于某一狀態(tài)，而在這一狀態(tài)中，各種元件又處于什么狀態(tài)，如電動機啟動時，哪些元件出現(xiàn)故障，哪些觸頭閉合等，是分析故障的重要依據(jù)。

對于一種設(shè)備或一種裝置，其中的部件和零件可能處于不同的運行狀態(tài)，查找其中的電氣故障必須將各種運行狀態(tài)區(qū)別清楚。

3.2 圖形分析法

電氣設(shè)備圖是用以描述電氣設(shè)備的構(gòu)成、原理、功能，提供裝接和使用維修信息的依據(jù)。分析電氣設(shè)備必然要使用各類電氣圖，根據(jù)故障情況，從圖形上進行分析，這就是圖形分析法。電氣設(shè)備圖形種類很多，如原理圖、構(gòu)造圖、系統(tǒng)圖、接線圖、位置圖等。分析電氣故障時，常常要對各種圖形進行分析，并且要掌握各種圖之間的關(guān)系，如由接線圖變換成電路圖、由位置圖變換成原理圖等。

查找電氣設(shè)備和裝置的電氣故障，常常需要將實物和圖進行對照。然而，電氣圖形種類繁多，因此需要從查找故障方便出發(fā)，將一種形式的圖變換成另一種形式的圖。其中最常用的是將設(shè)備布置接線圖變換成電路圖，將集中式布置圖變換成分開式布置電氣圖。

設(shè)備布置接線圖是一種按設(shè)備大致形狀和相對位置畫成的圖，這種圖主要用于設(shè)備的安裝和接線，對查找電氣故障也十分有用。但從這種圖上，不易看出設(shè)備和裝置的工作原理及工作過程。而了解其工作原理和工作過程是查找電氣故障的理論基礎(chǔ)，對查找電氣故障是至關(guān)重要的。電路圖是主要描述設(shè)備和裝置電氣工作原理的圖，因而需要將設(shè)備布置接線圖變換為電路圖。

3.3 單元分析法

一個復(fù)雜的電氣裝置通常是由若干功能相對獨立的單元構(gòu)成。每一個單元具有特定的功能。查找電氣故障時，可以將這些單元分割開來，然后根據(jù)故障現(xiàn)象，將故障范圍限制于其中一個單元或幾個單元。從一定意義上講，電氣設(shè)備故障意味著某個功能的喪失，由此可判定故障發(fā)生的單元。分析電氣故障就應(yīng)將設(shè)備劃分為單元（通常是按功能劃分），進而確定故障的范圍。

3.4 回路分析法

電路中任一閉合的路徑稱為回路?；芈肥菢?gòu)成電氣設(shè)備電路的基本單元。分析設(shè)備故障，特別是分析電路斷路、短路故障時，常常需要找出回路中元件、導(dǎo)線及其連接，以此確定故障的原因和部位。

3.5 推理分析法

推理法是根據(jù)電氣設(shè)備出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，由表及里，尋根溯源，層層分析和推理的方法。

電氣設(shè)備中各組成和功能都有其內(nèi)在的聯(lián)系。如串接順序、動作順序、電流流向、電壓分配等都有其特定的規(guī)律，因而某一部件、組件、元件的故障必然影響其它部分，表現(xiàn)出特有的故障現(xiàn)象。在分析故障現(xiàn)象時，常常需要從這一故障聯(lián)系到對其它部分的影響，或者由某一故障現(xiàn)象找出故障的根源。這一過程就是邏輯推理過程，也就是推理分析法。推理分析法又分為順推理法和逆推理法。

順推理法一般是根據(jù)故障設(shè)備，從電源、控制設(shè)備及電路，一一分析和查找的方法。逆推理法則采用相反的程序推理，即由故障設(shè)備倒推至控制設(shè)備及電路、電源等，從而確定故障的方法。

這兩種方法都是常用的方法。在某些情況下，逆推理法要快捷一些。因為逆推理時，只要找到了故障部位，就不必再往下查找了。

3.6 簡化分析法

電氣設(shè)備的組成部件、元件雖然都是必要的，但從不同的角度去分析，總是可以劃分出主要的部件、元件和次要的部件、元件。分析電氣故障就要根據(jù)具體情況，注重分析主要的、核心的、本質(zhì)的部件、元件。

3.7 樹形分析法

電氣裝置的各種故障存在著許多內(nèi)在的聯(lián)系。例如，某裝置故障“1”可能是故障“2”引起的，故障“2”可能是故障“3”、“4”引起的，故障“3”又可能是……引起的，如果將這種種故障按照一定的順序排列起來，則形似一棵樹，被稱為故障樹，如圖1所示。

根據(jù)故障數(shù)樹分析電氣故障，在某些情況下更顯得條理分明，脈絡(luò)清晰。這也是一種常見的故障分析方法。

圖1 故障樹示意圖

3.8 計算機輔助分析法

利用計算機對復(fù)雜的電氣設(shè)備、復(fù)雜的電氣網(wǎng)絡(luò)等進行故障分析處理，在某些情況下提供了很大的方便。計算機在故障分析中的應(yīng)用通常有以下幾種方法。

（1）狀態(tài)模擬

將電氣設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)中的各種部件、元件的工作狀態(tài)用“1”和“0”表示，如接通、有電流、高電位為“1”狀態(tài)，而斷開、無電流、低電位為“0”狀態(tài)，當(dāng)A觸頭故障斷開，A 電路沒有電流，A 設(shè)備電位為0，則上述狀態(tài)均變?yōu)椤?”，計算機便可從這些狀態(tài)變化中找出發(fā)生故障的部件、元件。

（2）參數(shù)比較分析法

將電氣設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)中各部件、元件的各種運行正常參數(shù)預(yù)先儲存于計算機中，將測試出的某些參數(shù)輸入計算機中，由計算機進行分析、比較，判斷出其中的故障。參數(shù)輸入的方式還可以通過電壓、電流、溫度、壓力、位移等傳感器和電平轉(zhuǎn)換器直接輸入計算機中。

3.9 加熱法

當(dāng)電氣故障與開機時間呈一定的對應(yīng)關(guān)系時，可采用加熱法促使故障更加明顯。因此隨著開機時間的增加，電氣線路內(nèi)部的溫度上升。在溫度的作用下，電氣線路中的故障元件或侵入污物的電氣性能不斷改變，從而引發(fā)故障。因此可用加熱法，加速電路溫度的上升，起到誘發(fā)故障的作用。具體做法是，使用電吹風(fēng)或其他加熱方式，對懷疑的元件進行局部加熱，如果誘發(fā)故障，說明被懷疑元器件存在故障，如果沒有誘發(fā)故障，則說明被懷疑元器件可能沒有故障，從而起到確定故障點的作用。

使用這一方法時應(yīng)注意安全，加熱面不要太大，溫度不能過高，以達到電路正常工作時所能達到的最高溫度為限，否則可能會造成絕緣材料及其他元器件的損壞。

3.10 短接法

對于應(yīng)該導(dǎo)通而又未導(dǎo)通的可疑部分，可將其短接以驗證其他部分是否正常。其他部分正常，則故障在被短接的范圍內(nèi)。注意，不能越過降壓元器件進行短接或多支路互為短接，否則會產(chǎn)生短路故障或電路動作紊亂。

4 確定故障部位

確定故障部位是查找電氣設(shè)備故障的最終目的。確定故障部位可理解成確定設(shè)備的故障點。如短路點、損壞元件等，也可以理解成確定某些運行參數(shù)的變異，如電壓波動、三相不平衡等。

確定故障部位是在對故障現(xiàn)象進行周密的考察和仔細分析的基礎(chǔ)上進行的。在這一過程中，往往要采用多種手段和方法。

4.1 直接感知

有些電氣設(shè)備故障可以通過人的手、眼、鼻、耳等器官，采用摸、看、聞、聽等手段，直接感知故障設(shè)備異常的溫升、振動、氣味、響聲等，確定設(shè)備的故障部位。

（1）通過對聲音和振動的觀測發(fā)現(xiàn)故障。任何電氣設(shè)備在運行中都會發(fā)出各種聲音及振動。這些聲音和振動是運行中的設(shè)備所特有的，也可以說這是表示設(shè)備運行狀態(tài)的一種特征。如果仔細地注意觀察這種聲音和振動，就能通過檢測聲音的高低、音色的變化和振動的強弱來判斷設(shè)備的故障。

利用人的感覺來檢測聲音或振動的方法有下列幾種。單用耳朵聽、利用音棒檢測、用檢查錘檢測和用手摸憑觸覺檢測等。

利用上述方法，雖可通過對聲音和振動的感覺來判斷設(shè)備的情況，但任何一種方法都是根據(jù)響聲或不規(guī)則的振動聲，與正常運行時的聲音、振動有某些差異，才能判斷有故障。當(dāng)然，不能單憑聲音的高或低的絕對值，而是要根據(jù)與平時運行時的微小差別來判斷，所以經(jīng)常仔細記住穩(wěn)定運行時的節(jié)奏是必要的。

（2）從溫度的變化發(fā)現(xiàn)故障。各種電氣設(shè)備和器材，不管是靜止的還是旋轉(zhuǎn)的，只要有電流通過，總會產(chǎn)生熱量。另外，在旋轉(zhuǎn)設(shè)備中還會因為可動部分與固定部分的摩擦而發(fā)熱，使溫度上升。但是這種溫升通常總是在額定溫度以下的一定溫度時達到飽和，使設(shè)備能夠連續(xù)運行。

但是，無論發(fā)生何種電氣方面或機械方面的不正常情況，都會通過溫度的變化表現(xiàn)出來，即溫度升高至額定溫度以上。所以，電氣設(shè)備可通過其溫度是否高于正常情況來判斷是否有故障，溫度升高就會成為顯著縮短電氣設(shè)備壽命是重要原因。這就表明，電氣設(shè)備必須在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)使用。

檢測溫度變化的簡單方法有：用手摸、示溫片、裝溫度計、紅外線測溫儀。

（3）從氣味變化發(fā)現(xiàn)故障。人類感覺所能夠反映的現(xiàn)象中，氣味是尚未有科學(xué)上通用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象之一。雖然已有了一些如用六個等級來表示氣味強度的氣味表示法、香水氣味表示法等，但還沒有通用性。顯然，對氣味的感覺因人而異。例如，對電氣產(chǎn)品有的人在安裝運行的開始階段就會感到有異樣的氣味，有的人則在其他階段也不會嗅到。不過，當(dāng)電氣產(chǎn)品（主要是絕緣材料）燃燒起來產(chǎn)生的氣味（刺鼻的奇臭），卻是都能嗅到并能辨別的。

另外，這個方法不同于目測法，氣味是會自然而然被感覺到的東西。當(dāng)人進入配電間或在檢查電氣設(shè)備時，如果嗅到有些什么特殊氣味，就會檢查有沒有冒煙的地方，有沒有變色的部位，這就是有意識的一次檢測。從這個意義上來說，嗅氣味是一項很重要的檢查項目。但是，單憑氣味尚不可能確定故障，只有綜合對外觀和變色的檢查結(jié)果后才比較完整。

（4）檢查外觀和變色發(fā)現(xiàn)故障。在電氣設(shè)備故障中，通過檢查外觀和變色能發(fā)現(xiàn)的故障非常多。這些統(tǒng)稱為通過目測能進行的異常現(xiàn)象判斷。

通過目測檢查能夠發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象如下。破損（斷線、帶傷、粗糙），變形（膨脹、收縮），松動，漏油，漏水，漏氣，污穢，腐蝕，磨損，變色（燒焦、吸潮），冒油，產(chǎn)生火花，有無雜質(zhì)異物，動作不正常等。這些均是已經(jīng)列在檢查規(guī)程的條目中的現(xiàn)象，把發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象與每一種電氣設(shè)備一一對應(yīng)列出分析就能發(fā)現(xiàn)故障。

4.2 儀器檢測

許多電氣故障靠人的直接感知是無法確定部位的，而要借助各種儀器儀表，對故障設(shè)備的電壓、電流、頻率、阻抗、絕緣值、溫度、振幅、轉(zhuǎn)速等進行測量，以確定故障部位。例如，通過測量絕緣電阻、吸收比、介質(zhì)損耗，判定設(shè)備絕緣是否受潮；通過直流電阻的測量，確定長距離線路的短路點、接地點等。

4.3 類比法

如果電路中有兩個或兩個以上的相同部分時，可以對兩部分的工作情況作一對比。因為兩部分同時發(fā)生相同故障的可能性較小，因此通過比較，可以方便地測出各種情況下的參數(shù)差異，通過合理分析，確定故障范圍和故障情況。例如，根據(jù)相同元件的發(fā)熱情況、振動情況、電流、電壓、電阻及其他數(shù)據(jù)，可以確定該元件是否過荷、電磁部分是否損壞、線圈繞組是否有匝間短路、電源部分是否正常等。使用這一方法時應(yīng)特別注意，兩電路部分工作狀況必須完全相同時才能互相參照，否則不能比較，至少是不能完全比較。

在有些情況下，可以采用與同類完好設(shè)備進行比較來確定故障的方法。例如，一個線圈是否存在匝間短路，可通過測量線圈的直流電阻來判定，但直流電阻多大才是完好卻無法判別，這時可以與一個同類型且完好的線圈的直流電阻值進行比較來判別。又如某設(shè)備中的一個電容器是否損壞（電容值閉合變化）無法判別，可以用一個同類型完好的電容器替換，如果設(shè)備恢復(fù)正常，則故障部位就是這個電容器。

查找設(shè)備故障時，由于對故障設(shè)備的特性、工作狀態(tài)等不十分了解，因而通過與同類非故障設(shè)備的特性、工作狀態(tài)等進行比較，從而確定設(shè)備故障的原因。這種查找故障的方法，稱為類比法。

4.4 試探法

在確保設(shè)備安全的情況下，可以通過一些試探的方法確定故障部位。例如，通電試探或強行使某繼電器動作等，以發(fā)現(xiàn)和確定故障的部位等。

5 結(jié)束語

綜上所述，可以根據(jù)電氣設(shè)備故障現(xiàn)象的具體情況，查找出故障原因所在，準(zhǔn)確排除故障，使電氣設(shè)備能夠正常地工作。

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