建筑電氣故障自診斷技術應用探析

許唯 山東金橋建設項目管理有限公司

1 前言

現代建筑中電氣系統較為繁瑣，具有較強的復雜性，再加上電氣系統一直處于運行工作狀態下，并不是固定不變的，如果沒有采取有效的措施及時維護維修，或者維護方法不恰當，很容易導致電氣系統出現故障，不僅降低了電氣系統的使用壽命，也會對電氣基礎功能的正常發揮產生嚴重影響。

因此，企業需要及時診斷所屬的電氣系統故障，研究分析能量損耗情況與系統的運行狀態，快速找到電氣系統的故障位置和故障原因，制定有效的診斷措施，采取有針對性的維修維護計劃，及時解決電氣系統故障問題，確保建筑電氣運行的穩定性、安全性、可靠性，使其始終處于安全工作狀態下。

2 故障診斷的相關內容

2.1 故障診斷概念及發展現狀

故障診斷技術是指在建筑電氣系統運行過程中，使用各種診斷方式方法，判斷系統是否處于正常工作狀態下。如果發現電氣系統的運行與正常狀態存在一定的差異，維修人員可以借助以往豐富的工作經驗分析判斷故障，也可以使用專業的儀器儀表進行詳細檢測，明確確定故障位置、故障類型，分析出故障原因，快速準確維修故障，確保建筑電氣系統安全穩定工作。或者也可以提前預測和判斷可能發生的故障，這樣在電氣系統未發生故障前，就制定出有效性的針對措施和解決方案，減少系統故障的發生，降低系統故障帶來的不良影響。

目前，國內外在建筑電氣故障診斷領域的研究尚處于初步研究階段，各方面的研究成果缺乏完善性和成熟性，原因有以下兩點。

第一，人們普遍認為建筑電氣故障診斷過于簡單，不愿意將太多的時間和精力投入其中；再加上建筑電氣故障診斷屬于配網的細枝末節部分，人們更希望從事高端、地位突出顯著的研究，比如，電力系統的故障診斷問題往往成為人們熱衷研究的對象。

第二，在過去很長一段時間，建筑電氣系統操作簡單化，很難引起電力方面研究者的關注，缺乏相應的重視度。隨著經濟的高速發展，新技術、新產品層出不窮，智能建筑快速融入人們的日常生活中，建筑電氣在其中占據重要且關鍵的地位。一旦建筑電氣發生故障，就會帶來一定的經濟損失，嚴重情況下還會發生安全事故，給人們的生命安全帶來莫大威脅，因此，加大建筑電氣故障的研究力度將會給人們的日常生活、生產經營等帶來積極作用。

目前，我國很多地區存在很多老化的舊房屋，由于常年缺乏維修檢測，元器件嚴重老化腐蝕，很容易出現各種線路故障問題，直接影響了建筑電氣系統的正常運行。而傳統的建筑電氣故障診斷，主要采取的是人工檢修方式，此種故障診斷方式較為落后，缺乏高效性和精準性，檢修過程中容易出現人工失誤問題，遺留很多潛在的安全隱患。

在這種情況下，需要推廣應用建筑電氣故障自診斷技術，將建筑電氣中的各種故障及時排查、診斷出來，減少電氣故障的發生概率。因此，加強研究建筑電氣故障自診斷技術刻不容緩，對智能建筑的高質量發展具有重要意義，也能為經濟的高速發展提供助力。

2.2 建筑電氣故障類型

（1）突發性故障。突發性故障是指建筑電氣系統運行過程中，并無明顯征兆或無發展過程的隨機故障，此種故障無法通過事先測試進行監測，它的故障發生概率與使用時間并沒有太大聯系。在運行環境變化和外力作用下，建筑電氣系統難以有效承受住此種突發變化，導致突發性故障的發生。突發性故障的發生缺乏規律性，往往是隨機的，而且發生的原因比較復雜，一旦發生突發性故障，需要及時維修維護，避免對電氣系統的連續性運轉產生不良影響。電路故障、短路故障、接地故障等是建筑電氣常見的突發性故障。

（2）累積性故障。累積性故障是指在長時間運作狀態下，電氣自動化設備的老化程度、磨損程度逐步累積引發的故障問題，此種故障的發生主要與設備本身質量有關。累積性故障在發生前會出現一定的征兆，而且有規律和一定的發展過程，可以通過事先的測試或監控預測到，所制定的解決方案更具有針對性。

2.3 故障診斷過程

（1）檢測特征信號。各種電氣設備系統的輸出會呈現出不同的信號，系統的功能信號可以通過特征信號直觀反映出來，因此，故障識別過程中需要注重檢測特征信號。提取特征型號的形式分為兩種，其一是物態形式，其二是能量形式。

（2）征兆信號提取。特征型號的形式分為兩種，進行征兆信號提取時，需要根據具體形式合理選擇。如果是能量形式，提取征兆信號時可以從時域、頻域以及相位域中提取；如果是物態形式，提取征兆信號時可以采用物理方法、化學方法。

（3）識別系統狀態。當檢測特征信號后，需要采取合適方式提取征兆信號，所提取出來的征兆信號需要對比分析國家或行業所規定的標準，從而準確確定系統當前狀態。如果系統狀態正常，可對電氣系統未來發生狀況的趨勢展開合理預測；如果系統狀態不正常，通過診斷結果就能夠確定故障位置、故障程度以及故障原因，為檢修人員的系統維修工作提供便利性。

（4）故障維修決策。在獲取相關故障的數據信息后，可以準確確定故障原因、故障位置后，然后制定有針對性的維修方案，即所說的故障維修決策。在維修方案的指導下，確保建筑電氣恢復原有的使用性能，處于正常工作狀態。

3 建筑電氣故障的初步診斷技術

3.1 直觀法

直觀法是指當建筑電氣設備發生故障，檢測人員通過查看設備的外部表現情況，掌握了解電氣設備工作原理、控制原理、控制線路的前提下，使用嗅覺聞氣味、觸摸法、耳聽法判斷設備故障。檢測人員可以與現場操作人員加強溝通交流，對故障發生時的具體表現進行一定了解，包含建筑電氣故障發生后是否有腐蝕性氣體進入、電氣設備周圍是否有異常溫度、電氣設備是否維修過等內容。

在初步了解的基礎上，進一步檢查建筑電氣設備的外觀，查看電氣設備外觀、絕緣器件、連接線路的狀態，是否存在損壞、燒焦、短路情況，然后以電氣設備原理圖為依據，開始逐步查找故障，初步判定建筑電氣設備故障的發生部位，弄清故障所屬系統和故障原因，為后續維修工作提供有效參考。

使用直觀法診斷建筑電氣故障時，需要使用邏輯推理法，具體分析思路為，先分析主電路，再分析各個控制回路，然后再圍繞信號電路、輔助回路展開詳細分析，檢測人員按照這個思路確定電氣設備故障。

3.2 調查火花

建筑電氣設備在運行過程中可能會出現火花，一般來說，火花發生的原因為電路閉合、電路斷開、開關觸摸線頭松動。因此，檢測人員可詳細觀察電氣設備出現火花故障后的具體表現，初步診斷出故障類型。

從實際的實踐情況看，如果電氣設備緊固導線與螺釘間有火花發生，需要檢查線頭連接位置，很有可能出現線頭松動、接觸不良問題；如果電氣設備開關閉合時發生火花，就表明電路中經過電流；通過觀察觸摸器的主觸電三相火花發生狀況，準確判斷三相電路通電狀況。

3.3 基于信號處理診斷

基于信號處理診斷的依據為檢測到的信號特征，此種診斷方式主要是粗略診斷電氣設備故障，通過多個方式有效提取系統的時域、頻域、相位域特征。檢測人員在使用此種電氣故障診斷技術時，需要全面掌握了解故障診斷要點，確保熟記于心，這樣才能確保充分滿足電氣自動化設備故障診斷要求。基于信號處理診斷法，主要使用診斷累積性故障問題，缺乏較高的診斷精度，屬于初步診斷技術。

4 建筑電氣故障的深入診斷技術

4.1 測量電壓法

測量電壓法是以建筑電氣系統內的電路供電方式為依據，準確測量電流值、電壓值數據，通過對比分析測量數據與正常數值，判斷是否在正常范圍內，然后準確判定故障位置、故障類型。

在實際實踐中，檢測人員可以根據故障具體表現采用三種不同的電壓檢測方式，第一種是分階測量法，類似于上下臺階一樣的依次測量電壓；第二種是分段測量法，顧名思義，就是將電路分為若干段，對每一段的電壓值和電流值展開準確測量；第三種是點測方式，在電路中設置幾個檢測點，將這幾個點的電壓值、電流值測量出來即可。

4.2 比照法

比照法主要是比對建筑電氣檢測數據，與檢測人員日常工作中記載的電氣設備運行數據，以及電氣設備規劃安裝時的重要數據參數，通過有效的對比和分析，能夠明確故障位置和故障原因。簡單來說，就是將故障設備的運行參數、運行狀況與正常設備進行比照，分析出故障。

當然，部分電氣設備修建安裝時并沒有保留原始數據、圖紙資料，或者日常運行中并沒有詳細記錄數據參數，此種情況下，檢測人員需要以型號相同，而且使用性能良好的電氣設備作為參考標準，進行對比分析；也可以同時檢測多個電氣元件，以元件動作程序為依據，準確判斷故障原因。

此外，部分設備的數據參數往往無法從技術資料中找到，而且設備中部分電器零部件的使用性能參數無法判斷質量好壞，可以使用互相比照法，參考正常設備依次調整更換。

4.3 變換元器材法

建筑電氣設備一直處于運行狀態下，隨著時間的增加，部分電氣設備會存在老化、破損問題，進而導致故障的產生。在進行電氣設備維修時，某些故障發生部位的診斷難度太大，存在部分問題難以診斷、檢查的狀態，此種情況下，就可以使用變換元器材法進行有效診斷，及時解決故障，確保建筑電氣設備的正常運行。

詳細來說，變換元器材法就是通過更換型號相同，且使用性能無損的電氣元件進行診斷分析，判斷故障位置、故障原因。在更換過程中，所有拆卸的電氣元件需要由專人妥善保管，并詳細檢查電氣元件的外觀，避免將損壞的電氣元件安裝在電氣設備中。使用變換元器材法時，檢測人員需要注意以下幾個問題。

（1）在元件器材變換前，檢測人員需要仔細檢查要求拆換的原有器材，判斷出原有器材的問題原因后，才能更換使用新的器材。

（2）當新的元件器材更換后，需要仔細檢查電路導線與電氣設備連接的正確性、牢固性，避免電路連接不當導致新的元件器材被燒壞。

（3）使用變換元器材法時，用于替代的元件器材必須與原來的器材規格、型號保持一致，這樣不僅能夠提高判斷的有效性，也能有效避免新故障的發生。

4.4 逐步開路法

當電路出現斷路故障后，需要將新的熔斷器安裝進去，然后逐步將各個支路線路接入電源中進行檢測判斷，如果發現某段時的熔斷器發生熔斷，表明故障位置在剛接入的這條電路上。除了檢查電路，電路上的電器元件也需要重點檢查，從而準確判斷故障位置、故障類型。

逐步開路法的診斷步驟如下：第一，更換新的熔斷器；第二，主電路上的各個支路依次有序斷開；第三，進行通電試驗，一旦出現熔斷器熔斷問題，需要將斷開的那條電路作為重點懷疑對象；第四，檢測分析疑似發生故障的那條電路，并找到故障原因。

4.5 基于解析模型診斷

應用基于解析模型診斷技術時，基礎條件就是需要建立真實準確的數學模型，檢測人員必須具備扎實的數學知識和較高的數學水平，這樣才能分析數學解析模型，準確判斷故障位置、故障類型、故障原因。

基于解析模型診斷技術主要用來診斷突發性故障，優勢在于能夠將一些未知故障提前測試出來，從而有效排查故障隱患，提高建筑電氣設備運行的穩定性；不足之處在于，存在一定的限制條件，要確保診斷對象可以建立精確的數學模型，否則很難采用此診斷技術。

4.6 基于知識診斷

基于知識診斷技術，主要是有效分析電氣自動化設備的運行狀況，智能化水平較高，可以獲取較為精準的診斷結果。使用此種診斷技術時，首先分析電氣設備的運行狀態，然后采取合適的診斷方法，科學分析出設備的故障原因。基于知識診斷技術，不僅可以診斷突發性故障，還可以診斷累積性故障，在診斷過程中，可以實現離線診斷，可以在線監測、自動診斷出電氣設備的運行故障，具有良好的技術優勢。

5 結束語

綜上所述，隨著經濟的高速發展與科學技術的進步，先進的技術、工藝、裝備等不斷應用在建筑電氣設備制造中，顯著提升了整個電氣系統的應用水平。在此種形勢下，建筑電氣故障診斷技術也需要與時俱進，跟進時代發展潮流，不斷優化完善調整，進一步提高故障診斷技術水平，提升診斷效率和質量，確保建筑電氣穩定安全運行，提升企業的經濟效益。