電氣設備的故障診斷方法與技術

李永飚

（河南工業職業技術學院，河南 南陽 473000）

1 概述

電氣故障是電能在傳遞、分配、轉換過程中失去控制而產生的。斷線、短路、異常接地、漏電、電氣設備或電氣元器件損壞等都屬于電路故障。系統中電氣線路或電氣設備的故障還可能會導致人員傷亡及重大財產損失。電氣系統故障引發的事故主要包括異常停電、異常帶電、電氣火災等。

隨著科學技術的進步和生產力的發展，現代化工業呈現出設備大型化、生產高速化、連續化、自動化等特點，并且影響工業設備可靠性、安全性的因素也越來越多。電力、冶金、汽車制造、電子、石油化工等產業的生產設備不只是單臺機器高度地自動化，而是有機地構成一個生產系統。在工業現場中，一個微小的電氣故障導致整臺設備甚至整條生產線停產的例子屢見不鮮。因此，如果供配電設備、電動機、電力電纜、控制電機、檢測控制系統等電氣設備發生故障或者狀態劣化，將對企業安全生產和經濟效益造成巨大損失。為將這些重要電氣設備的故障控制在發生之前，做到防患于未然，降低維修成本，采用以設備故障診斷技術為基礎的設備檢修和維護方式已成為發展方向，并引起工業現場技術人員、管理人員和科研人員等方面的高度重視。

查找電氣故障，最主要的是理論聯系實際，根據具體故障作具體分析，但必須掌握一些基本的查找方法。

2 電氣故障的種類

電氣故障可分為電力系統故障和電氣設備故障。電力系統故障分為單重故障和多重故障。單重故障又分為對稱故障和不對稱故障。電氣設備故障是根據電氣設備的特點和工作原理及結構分為電氣故障和非電氣故障等。

2.1 電力系統故障

因自然的（雷擊、風、冰雹、鳥獸、絕緣材料的自然老化、污穢等）和人為的（設計、制造、安裝和運行維護不良等）原因造成電力系統正常運行被破壞。它包括相間絕緣破壞造成兩相或三相短路故障、相對地絕緣破壞造成單相或多相接地故障、一相或兩相斷線故障和非全相運行、同步發電機的低勵磁或失磁、電力系統振蕩、電壓崩潰或頻率崩潰，以及多種故障同時發生或相繼發生而同時存在的復故障。

在各種類型的故障中，使故障的電力系統仍舊維持三相對稱狀態的故障稱為對稱故障。而使故障的電力系統三相之間不再能維持三相對稱狀態的故障，統稱為不對稱故障。不對稱故障有單相接地、兩相短路、兩相短路接地、單相或兩相斷線和非全相運行。

2.2 電力系統故障可能對企業造成的影響

頻率下降。在緊急狀態下，發電機和負荷的功率嚴重不平衡，會引起電力系統頻率突然大幅度下降，這將對用戶用電設備造成重大影響，嚴重會影響設備出力和轉動設備的轉速，對產品生產的安全和質量產生影響。

電壓下降。在緊急狀態下，無功電源可能被突然切除，引起電壓大幅度下降，甚至發生電壓崩潰現象。這時，系統中大量電動機停止轉動或甩掉負荷，用戶的電氣設備因電壓降低而降低出力、溫度升高。

電壓波動或升高出現不穩定問題。使用戶的變壓器、電動機等用電設備受電壓波動而發生絕緣擊穿故障。

2.3 電氣設備故障

因設備長期運行，絕緣老化，或因設備質量低劣，絕緣強度不夠，被正常電壓擊穿，導致設備絕緣被過電壓擊穿而發生短路事故。還有是因為小動物所造成的事故，因人為原因誤操作或檢修失誤所造成短路事故。

常見的電氣設備故障主要有：短路、接地、過負荷和超溫。

3 電氣故障的特點

電氣故障與其他設備故障（如機械故障）相比，具有許多不同的特點。

3.1 電的不可見性

一個物體是否帶電，雖然可以從電轉換成聲、光、機械運動等宏觀現象看到，但在許多情況下，物體是否帶電，肉眼是分辨不清的。例如，水在管道里流通，人們總是能感覺到的。但電流在導線中流通，則不能直接感覺到。這樣，電氣裝置出了故障，其故障具有很大的隱蔽性，這也為查找故障帶來了很大的困難。

3.2 電的傳播速度極快

眾所周知，電流或電信號在導線中的傳播速度近于光速。因此，電氣故障發生后，電能釋放極快。大多數電氣故障往往在瞬時發生和發展，以至于釀成災禍。這樣突然性故障的發生，更為電氣故障的預防帶來了困難。

3.3 電氣故障形式集中，原因多樣

例如，某電動機裝置出現故障，不論是什么情況，最集中的表現是電動機不能運行，但故障處不一定是在電動機，而可能是電源故障，也可能是電路故障等等。也就是說，同一種故障形式，故障的原因是多種多樣的。這樣，也給查找故障帶來了困難。

3.4 故障區域性廣

一種電氣裝置能實現某種功能，但其元件的分布區域可能很廣。例如，某水泵電動機安裝地點在水源附近的水泵房，但水泵電動機的供電電源在配電房，而水泵電動機的控制（啟動和停止）則在遠離配電室和水泵房的控制室。這就決定了水泵電動機的故障區域在一個較廣的范圍內，這給查找電氣故障帶來了困難。

3.5 電力系統故障產生的原因

據統計，導致電氣事故發生的排序，第一是人為誤操作引起的事故，包括檢修失誤所引起的事故，占40%以上；第二是由小動物引起的事故，占30%左右；第三是雷電和操作過電壓占20%左右；第四是設備問題和自然災害，占10%。所有電氣事故中瞬時故障的比例居高，為50%以上，而且低壓設備故障多于高壓設備。

3.6 電氣設備故障的原因

機械損傷：直接受外力損傷，如振動、熱脹冷縮等引起絕緣損壞等。

絕緣受潮：因維護或施工不當使水分侵入。

絕緣老化。

護層腐蝕。

過電壓、雷擊或其他過電壓使絕緣擊穿。

過熱、過載或散熱不良，使絕緣老化擊穿。

材料本身缺陷。

3.7 電氣設備故障產生的特點分類

開路故障，高阻故障，低阻故障，閃絡故障。

4 查找故障的一般方法及步驟

確定故障部位是查找電氣故障的最終目的和結果。確定故障部位可以理解成確定裝置的故障點，如短路點、元件損壞的部位，也可以理解成確定某些運行參數的變異，如電壓波動、三相不平衡等。

確定故障部位是在對故障現象進行周密的考察和細致分析的基礎上進行的。在這一過程中，往往采用多種手段和方法。

4.1 直接感知

有些電氣故障可以通過人的手、眼、鼻、耳等器官，采用望、摸、看、聞、聽、問、切等手段及步驟，直接感知故障設備異常的溫升、振動、氣味、響聲等，確定設備的故障部位。

4.2 儀器檢測

若電氣故障不能靠人的直接感知來確定部位，可借助各種儀器儀表，對故障設備的電壓、電流、功率、頻率、阻抗、絕緣值、溫度、轉速參數等進行測量來確定故障部位。

例如，通過測量絕緣電阻、吸收比、介質損耗等，來判斷電氣設備是否受潮。通過測量直流電阻，確定長距離線路的短路點、接地點。

4.3 試探法

在確保設備安全的情況下，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些繼電器動作等，以發現和確定故障部位。

5 故障點的查找手段及方法

5.1 觀察和調查故障現象

電氣故障現象是多種多樣的。例如：同一類故障可能有不同的故障現象，不同類型故障可能是同種故障現象，這種故障現象的同一性和多樣性，給查找故障帶來了復雜性。

但是，故障現象是查找電氣故障的基本依據，是查找電氣故障的起點，因而要對故障現象仔細觀察分析，找出故障現象中最主要的、最典型的方面。搞清楚故障發生的時間、地點、環境等等。

5.2 分析故障原因

根據故障現象，分析故障原因，是查找電氣故障的關鍵。分析的基礎是電工基本理論，是對電氣裝置的構造、原理、性能的充分理解，是與故障實際的結合。某一電氣故障產生的原因可能很多，重要的是在眾多原因中找出最主要的原因。

5.3 確定故障的部位

確定故障部位是查找電氣故障的最終目的和結果。確定故障部位可理解為確定裝置的故障點。如短路點、損壞元件等，也可理解為確定某些運行參數的變異，如電壓波動、三相不平衡等。

確定故障部位是在對故障現象進行周密的考察和細致分析的基礎上進行的。在這一過程中，往往要采用多種手段和方法。

常用的方法如下：直接感知、儀器檢測、類比法及試探法等。

在完成上述工作過程中，實踐經驗的積累起著重要的作用。

6 電氣設備維修的十項原則

6.1 先動口然后再動手

對于有故障的電氣設備，不要急于動手，應先詢問產生故障的前后經過及故障現象。對于生疏的設備，還要先熟悉電路原理和結構特點，遵守相應規則。拆卸前要充分熟悉每個電氣部件的功能、位置、連接方式以及與周圍其他元器件的關系，在沒有組裝圖的情況下，應一邊拆卸，一邊畫草圖，并記上標記。

6.2 先外部后內部

應先檢查設備有無明顯裂痕、缺損，了解其維修史、使用年限等，然后再對設備內部進行檢查。拆前應排除周邊的故障因素，確定為設備內故障后才能拆卸。否則，盲目拆卸，有可能將設備越修越壞。

6.3 先機械后電氣

只有在確定機械零件無故障后，再進行電氣方面的檢查。檢查電路故障時，應利用檢測儀器尋找故障部位，確認無接觸不良后，再有針對性地查看線路與機械的運作關系，以免誤判斷。

6.4 先靜態后動態

在設備未停電時，判斷電氣設備的按鈕、接觸器、熱繼電器以及熔絲的好壞，從而判斷故障的所在。

通電試驗，聽其聲、測量參數、判斷故障，最后進行維修。如在電動機缺相時，若測量三相電壓值無法判斷，就應該聽其聲、單獨測量每一相的對地電壓，方可判斷是哪一相缺損。

6.5 先清潔后維修

對污染較嚴重的電氣設備，先對其按鈕、接線點、接觸點進行清潔，檢查外部控制鍵是否失靈。許多故障都是由臟污及導電塵埃（或塵塊）引起的，一旦清潔，故障往往會排除。

6.6 先電源后設備

電源部分的故障率在整個故障設備中占的比例很高，因此先檢修電源，往往可以收到事半功倍的效果。

6.7 先普遍后特殊

因裝配配件質量或其他設備故障引起的故障，一般占常見故障的50%左右。電氣設備的特殊故障多為軟故障，要靠經驗和儀表測量和維修。

6.8 先外圍后內部

先不要急于更換損壞電氣部件，在確認外圍設備電路正常后，再考慮更換損壞的電氣部件。

6.9 先直流后交流

檢修時，必須首先檢查直流回路靜態工作點，然后檢查交流回路動態工作點。

6.10 先排除故障后調試設備

對于調試和故障并存的電氣設備，應先排除故障，再進行調試，調試必須在電氣線路正常的前提下進行。

［1］郭 濤，陳冬雪.怎樣查找和處理電氣故障［M］.北京：化學工業出版社，2011.

［2］何利民，尹全英.怎樣查找電氣故障［M］.北京：機械工業出版社，1999.

［3］芮靜康.常見電氣故障快速診斷與維修［M］.北京：機械工業出版社，2010.

［4］芮靜康.供配電系統的施工、運行和維護［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［5］張希泰，陳康龍.二次回路識圖及故障查找與處理［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［6］史國生.電氣二次回路及其故障分析［M］.北京：化學工業出版社，2009.

［7］齊占偉.電氣控制及維修［M］.北京：機械工業出版社，2001.

［8］戴憲濱，楊志輝.發電廠及變電站的二次回路［M］.北京：中國水利水電出版社，2008.

［9］楊 斌，章立軍，郭 云等.電氣設備診斷現場實用技術［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［10］汪永華，陳化鋼，戴建新.電氣運行與檢修［M］.北京：中國水利水電出版社，2011.