電氣工程中的故障與應(yīng)對(duì)措施分析

徐波

（上海振華重工（集團(tuán))股份有限公司南通分公司，上海 200125）

電氣工程故障是指在電氣系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常狀況，如電路中斷、短路、超載、設(shè)備老化等，這些情況可能導(dǎo)致設(shè)備失效，系統(tǒng)無(wú)法正常工作，甚至可能造成安全隱患。在日常管理中，為確保電氣工程的順利作業(yè)，工程師應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)電氣工程中的故障檢測(cè)和診斷，旨在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)電氣系統(tǒng)的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在或?qū)嶋H的故障，并確定故障的性質(zhì)和位置。鑒于電氣工程的復(fù)雜性，檢測(cè)與診斷也是極為復(fù)雜的過(guò)程，需要使用各種測(cè)量工具和技術(shù)（如電壓和電流測(cè)試、熱像儀、絕緣測(cè)試等）來(lái)檢測(cè)異常的電氣行為，同時(shí)還要使用復(fù)雜的分析方法（如信號(hào)處理和人工智能技術(shù)）來(lái)識(shí)別和定位故障，有助于防止故障導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)和設(shè)備損壞。

1 電氣工程中故障的檢測(cè)和診斷

1.1 故障預(yù)防性維護(hù)

故障預(yù)防性維護(hù)也稱為預(yù)防性維護(hù)，是電氣工程檢測(cè)與診斷中的一種有效方法，通過(guò)定期檢查和維護(hù)電氣設(shè)備以防止故障發(fā)生，從而最大限度地減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間和相關(guān)的經(jīng)濟(jì)損失。在操作過(guò)程中，這種方法定期開(kāi)展設(shè)備檢查，包括對(duì)設(shè)備的外觀、電氣連接、運(yùn)行狀態(tài)等方面的綜合性檢查，同時(shí)，還需要進(jìn)行電氣性能測(cè)試，如電阻、電容和電壓等，甚至包括更復(fù)雜的診斷，如熱像儀掃描或振動(dòng)分析等，可以識(shí)別電氣設(shè)備故障源。例如在港口機(jī)械設(shè)備的檢測(cè)與診斷中，預(yù)防性維護(hù)主要包括定期檢查港口機(jī)械設(shè)備的的運(yùn)行聲音和振動(dòng)水平以及測(cè)量其電流和溫度。工程師可以記錄并分析過(guò)去五年內(nèi)港口機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)（見(jiàn)表1），發(fā)現(xiàn)港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行聲音、振動(dòng)水平、電流和溫度在過(guò)去幾年內(nèi)都呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，這預(yù)示著港口機(jī)械設(shè)備的性能可能在逐年下降，需要更加密切的關(guān)注和維護(hù)。同時(shí)，工程師還應(yīng)使用熱像儀定期檢查相關(guān)電氣設(shè)備，以檢測(cè)過(guò)熱可能導(dǎo)致設(shè)備早期老化或故障的情況。當(dāng)檢測(cè)到異常時(shí)，可以進(jìn)行進(jìn)一步的診斷和維護(hù)，包括清潔、緊固電氣連接，或者在必要時(shí)更換零件或整個(gè)設(shè)備，以防止可能的故障。

表1 5 年內(nèi)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)

1.2 在線監(jiān)控系統(tǒng)

在線監(jiān)控系統(tǒng)在電氣工程中扮演著重要的角色，它可以實(shí)時(shí)或者近實(shí)時(shí)地監(jiān)控電氣設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題和故障。具體來(lái)講，在線監(jiān)控系統(tǒng)通常包括各種傳感器，如電壓、電流、溫度、振動(dòng)等傳感器以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備和分析軟件，工程師可以通過(guò)收集和分析這些數(shù)據(jù)，了解設(shè)備的健康狀況，提前預(yù)警可能的故障，從而提前采取措施，避免或減少故障對(duì)系統(tǒng)的影響。例如，在港口機(jī)械設(shè)備輪胎吊的在線監(jiān)控系統(tǒng)中，工程師可以通過(guò)溫度傳感器監(jiān)測(cè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行溫度，同時(shí)，使用電壓和電流傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)輪胎吊的電力輸入和輸出情況，還可借助振動(dòng)傳感器來(lái)檢測(cè)輪胎吊運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)水平。這些傳感器將實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)，并將其傳送至監(jiān)控系統(tǒng)。工程師可以設(shè)定預(yù)設(shè)的閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出這些閾值時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)輪胎吊內(nèi)部可能的故障，并采取進(jìn)一步的檢查和維護(hù)措施，以防止故障的發(fā)生。

1.3 故障診斷技術(shù)

故障診斷技術(shù)在電氣工程中起著至關(guān)重要的作用，它涉及一系列的方法和工具，目的是檢測(cè)、定位和識(shí)別電氣系統(tǒng)中的故障。具體來(lái)講，故障診斷包括各種類(lèi)型的測(cè)試（如電氣性能測(cè)試、熱成像、振動(dòng)分析等）以及數(shù)據(jù)分析（如信號(hào)處理和模式識(shí)別）。隨著技術(shù)的進(jìn)步，故障診斷技術(shù)現(xiàn)在越來(lái)越多地依賴先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)，如人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，這些技術(shù)可以處理大量的數(shù)據(jù)，識(shí)別可能的故障模式，甚至預(yù)測(cè)可能的故障。例如，在港口機(jī)械設(shè)備軌道吊的電力分配系統(tǒng)中，工程師也可以采用人工智能的故障診斷技術(shù)及時(shí)收集軌道吊各機(jī)構(gòu)運(yùn)行的電壓、電流、頻率等數(shù)據(jù)，并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法識(shí)別已知故障（如電路短路、過(guò)載等）的數(shù)據(jù)模式。一旦出現(xiàn)這些故障模式，系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，幫助工程師快速定位故障，并采取必要的修復(fù)措施，以保證軌道吊的正常運(yùn)行和安全性。

1.4 預(yù)測(cè)性維護(hù)

預(yù)測(cè)性維護(hù)是一種先進(jìn)的電氣設(shè)備維護(hù)策略，旨在預(yù)測(cè)和預(yù)防設(shè)備故障，從而提高設(shè)備的可靠性和效率。預(yù)測(cè)性維護(hù)結(jié)合了實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，能夠根據(jù)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史故障數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)設(shè)備的未來(lái)性能和可能的故障，可以幫助工程師提前發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，提前進(jìn)行維修或調(diào)整，從而避免設(shè)備停機(jī)和高昂的修理費(fèi)用。在港口機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，大量傳感器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，例如，港口機(jī)械設(shè)備的溫度、振動(dòng)、扭矩、負(fù)載等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)會(huì)被傳送至預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行分析。系統(tǒng)利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模式識(shí)別，從而預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的故障。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到某個(gè)設(shè)備部件的振動(dòng)超過(guò)正常范圍時(shí)，可能會(huì)預(yù)測(cè)該部件即將發(fā)生故障。在這種情況下，工程師可以提前進(jìn)行檢查和維修，避免設(shè)備停機(jī)，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 電氣工程中的故障應(yīng)對(duì)措施

2.1 故障定位和排除

面對(duì)電氣工程設(shè)備故障或系統(tǒng)故障時(shí)，最初并且最重要的應(yīng)對(duì)措施通常是立即停機(jī)并切斷電源，其核心目標(biāo)是保護(hù)人員的安全和防止設(shè)備的進(jìn)一步損壞。操作人員應(yīng)當(dāng)知道，電氣故障可能會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的電氣火災(zāi)，電擊，甚至爆炸。例如，短路可能會(huì)導(dǎo)致電流急劇增加，引發(fā)火災(zāi)。而設(shè)備故障也可能導(dǎo)致電氣部件過(guò)熱，從而產(chǎn)生潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。而立即停機(jī)和切斷電源，則可有效地阻止這些情況的發(fā)展，保護(hù)人員和設(shè)備的安全。因此，在發(fā)現(xiàn)故障的一瞬間，工程師或操作員應(yīng)立即停止所有的操作，避免故障的擴(kuò)大。在大多數(shù)現(xiàn)代電氣系統(tǒng)中都會(huì)裝置一些自動(dòng)保護(hù)裝置（如斷路器或保險(xiǎn)絲），當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到異常的電壓或電流時(shí)，這些裝置會(huì)自動(dòng)切斷電源。但如果這些自動(dòng)保護(hù)裝置無(wú)法工作，或者故障是由其他因素，如設(shè)備老化或操作錯(cuò)誤等引起的，操作員應(yīng)手動(dòng)切斷電源。在切斷電源后，安全地停止設(shè)備的運(yùn)行是下一步的重要任務(wù)，在某些情況下，設(shè)備可能會(huì)需要一段時(shí)間才能完全停止運(yùn)行（如風(fēng)力發(fā)電機(jī)），工程師需要安全地控制設(shè)備的停機(jī)過(guò)程，避免產(chǎn)生新的安全風(fēng)險(xiǎn)。在確保人員安全和設(shè)備停機(jī)后，工程師才可以開(kāi)始對(duì)故障進(jìn)行診斷和處理，包括檢查設(shè)備、分析數(shù)據(jù)、修復(fù)或更換損壞的部件以及測(cè)試設(shè)備性能等，在確定設(shè)備可以安全運(yùn)行之前，不應(yīng)恢復(fù)電源。需要注意的是，對(duì)于重大或復(fù)雜的故障，工程師應(yīng)當(dāng)向更高級(jí)別的工程師或?qū)＜仪笾?，或者向設(shè)備的制造商尋求支持。且在處理故障的過(guò)程中，應(yīng)記錄所有的信息和步驟，以便于以后的分析和改進(jìn)?？偟膩?lái)說(shuō)，立即停機(jī)和切斷電源是應(yīng)對(duì)電氣工程故障的第一步，也是最重要的一步，操作人員需要保持高度的警覺(jué)性，具備快速反應(yīng)能力，通過(guò)正確的操作技術(shù)和規(guī)范的操作流程，以確保人員的安全和設(shè)備的完整性。

2.2 修復(fù)或替換故障設(shè)備

在電氣工程中，對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行修復(fù)或替換是一項(xiàng)基本的維護(hù)活動(dòng)，無(wú)論是微小的元器件故障，還是大型設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞，都需要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。首先，工程師要進(jìn)行全面的故障診斷，涉及檢查和測(cè)試設(shè)備、分析故障數(shù)據(jù)，甚至可能需要拆解設(shè)備以檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)。診斷的目標(biāo)是確定故障的位置，性質(zhì)和原因，需要工程師具備專(zhuān)業(yè)的技術(shù)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)楣收峡赡苁请姎鈱用嬉?，也可能是機(jī)械層面引起，或者是由于軟件錯(cuò)誤或者是操作錯(cuò)誤所導(dǎo)致。在確定了故障的性質(zhì)和原因后，下一步是決定是修復(fù)還是替換設(shè)備，如果設(shè)備的故障是由于可修復(fù)的部件（如電容器、電阻、開(kāi)關(guān)等）損壞，則應(yīng)采用修復(fù)手段，這是更經(jīng)濟(jì)和快速的選擇，包括更換故障部件、清潔設(shè)備、重新調(diào)整設(shè)備設(shè)置和更新設(shè)備軟件等。然而，如果設(shè)備的關(guān)鍵部件（如電機(jī)、變壓器等）嚴(yán)重?fù)p壞，或者設(shè)備的性能不再達(dá)標(biāo)，則需替換替換相關(guān)設(shè)備，保證設(shè)備的性能和可靠性。需要注意的是，無(wú)論是修復(fù)還是替換，都需要按照設(shè)備的操作手冊(cè)、工藝流程規(guī)范和制造商的建議進(jìn)行，且所有的工作都應(yīng)在切斷電源后進(jìn)行，以確保工作人員的安全。在完成修復(fù)或替換后，應(yīng)進(jìn)行設(shè)備測(cè)試，驗(yàn)證設(shè)備的性能和安全性，然后再恢復(fù)電源?？偟膩?lái)說(shuō)，修復(fù)或替換故障設(shè)備是一項(xiàng)需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的任務(wù)，它需要綜合考慮設(shè)備的性能、成本、安全性和可靠性，以提供最有效的解決方案。

2.3 預(yù)防措施和常規(guī)維護(hù)

在電氣工程中，預(yù)防措施和常規(guī)維護(hù)是防止故障發(fā)生的關(guān)鍵。通過(guò)定期的檢查、測(cè)試和維護(hù)，工程師可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問(wèn)題，從而提高設(shè)備的可靠性和安全性，減少停機(jī)時(shí)間，降低維護(hù)成本。從預(yù)防措施的角度來(lái)看，涉及設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝和操作。在設(shè)計(jì)階段，工程師應(yīng)充分考慮設(shè)備的工作條件、性能要求和安全要求，選擇合適的設(shè)備和材料，設(shè)計(jì)合理的電路和控制策略。在安裝階段，工程師應(yīng)按照制造商的指導(dǎo)和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行安裝，確保設(shè)備的安裝質(zhì)量和工作環(huán)境。在操作階段，工程師應(yīng)遵循設(shè)備的操作手冊(cè)，進(jìn)行正確的操作和控制，避免操作錯(cuò)誤。從常規(guī)維護(hù)的角度來(lái)看，涉及到設(shè)備的檢查、清潔和保養(yǎng)，需要根據(jù)設(shè)備的具體情況制定維護(hù)計(jì)劃。其中，設(shè)備檢查是對(duì)設(shè)備的可見(jiàn)部分和重要部分進(jìn)行定期的觀察和測(cè)量，如電纜的磨損情況、接頭的緊固情況、設(shè)備的溫度和噪聲等。設(shè)備清潔是對(duì)設(shè)備的表面和內(nèi)部進(jìn)行清洗，比如，去除灰塵、油污、腐蝕物等，保持設(shè)備的清潔和散熱性能。設(shè)備保養(yǎng)是對(duì)設(shè)備的關(guān)鍵部分進(jìn)行保護(hù)和維護(hù)，如潤(rùn)滑電機(jī)軸承、更換磨損的零部件、更新設(shè)備軟件等。除此之外，定期的設(shè)備測(cè)試也是預(yù)防措施和常規(guī)維護(hù)的重要部分。通過(guò)設(shè)備測(cè)試，工程師可以了解設(shè)備的工作狀態(tài)，識(shí)別設(shè)備的異常情況，預(yù)測(cè)設(shè)備的壽命和故障率。

3 結(jié)語(yǔ)

電氣工程故障的檢測(cè)、診斷和處理是一個(gè)復(fù)雜而專(zhuān)業(yè)的過(guò)程，需要綜合考慮電氣系統(tǒng)的特性、工作條件、安全要求等因素。同時(shí)，由于電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性，設(shè)備或系統(tǒng)需要根據(jù)其實(shí)際情況選擇合適的檢測(cè)、診斷和處理方法，進(jìn)行個(gè)性化的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，才能持續(xù)提高電氣系統(tǒng)的可靠性和安全性。未來(lái)，隨著新技術(shù)和新設(shè)備的發(fā)展，電氣工程故障的檢測(cè)、診斷和處理技術(shù)將有更大的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。