电气设备的故障诊断方法与技术

李永飚

（河南工业职业技术学院，河南 南阳 473000）

1 概述

电气故障是电能在传递、分配、转换过程中失去控制而产生的。断线、短路、异常接地、漏电、电气设备或电气元器件损坏等都属于电路故障。系统中电气线路或电气设备的故障还可能会导致人员伤亡及重大财产损失。电气系统故障引发的事故主要包括异常停电、异常带电、电气火灾等。

随着科学技术的进步和生产力的发展，现代化工业呈现出设备大型化、生产高速化、连续化、自动化等特点，并且影响工业设备可靠性、安全性的因素也越来越多。电力、冶金、汽车制造、电子、石油化工等产业的生产设备不只是单台机器高度地自动化，而是有机地构成一个生产系统。在工业现场中，一个微小的电气故障导致整台设备甚至整条生产线停产的例子屡见不鲜。因此，如果供配电设备、电动机、电力电缆、控制电机、检测控制系统等电气设备发生故障或者状态劣化，将对企业安全生产和经济效益造成巨大损失。为将这些重要电气设备的故障控制在发生之前，做到防患于未然，降低维修成本，采用以设备故障诊断技术为基础的设备检修和维护方式已成为发展方向，并引起工业现场技术人员、管理人员和科研人员等方面的高度重视。

查找电气故障，最主要的是理论联系实际，根据具体故障作具体分析，但必须掌握一些基本的查找方法。

2 电气故障的种类

电气故障可分为电力系统故障和电气设备故障。电力系统故障分为单重故障和多重故障。单重故障又分为对称故障和不对称故障。电气设备故障是根据电气设备的特点和工作原理及结构分为电气故障和非电气故障等。

2.1 电力系统故障

因自然的（雷击、风、冰雹、鸟兽、绝缘材料的自然老化、污秽等）和人为的（设计、制造、安装和运行维护不良等）原因造成电力系统正常运行被破坏。它包括相间绝缘破坏造成两相或三相短路故障、相对地绝缘破坏造成单相或多相接地故障、一相或两相断线故障和非全相运行、同步发电机的低励磁或失磁、电力系统振荡、电压崩溃或频率崩溃，以及多种故障同时发生或相继发生而同时存在的复故障。

在各种类型的故障中，使故障的电力系统仍旧维持三相对称状态的故障称为对称故障。而使故障的电力系统三相之间不再能维持三相对称状态的故障，统称为不对称故障。不对称故障有单相接地、两相短路、两相短路接地、单相或两相断线和非全相运行。

2.2 电力系统故障可能对企业造成的影响

频率下降。在紧急状态下，发电机和负荷的功率严重不平衡，会引起电力系统频率突然大幅度下降，这将对用户用电设备造成重大影响，严重会影响设备出力和转动设备的转速，对产品生产的安全和质量产生影响。

电压下降。在紧急状态下，无功电源可能被突然切除，引起电压大幅度下降，甚至发生电压崩溃现象。这时，系统中大量电动机停止转动或甩掉负荷，用户的电气设备因电压降低而降低出力、温度升高。

电压波动或升高出现不稳定问题。使用户的变压器、电动机等用电设备受电压波动而发生绝缘击穿故障。

2.3 电气设备故障

因设备长期运行，绝缘老化，或因设备质量低劣，绝缘强度不够，被正常电压击穿，导致设备绝缘被过电压击穿而发生短路事故。还有是因为小动物所造成的事故，因人为原因误操作或检修失误所造成短路事故。

常见的电气设备故障主要有：短路、接地、过负荷和超温。

3 电气故障的特点

电气故障与其他设备故障（如机械故障）相比，具有许多不同的特点。

3.1 电的不可见性

一个物体是否带电，虽然可以从电转换成声、光、机械运动等宏观现象看到，但在许多情况下，物体是否带电，肉眼是分辨不清的。例如，水在管道里流通，人们总是能感觉到的。但电流在导线中流通，则不能直接感觉到。这样，电气装置出了故障，其故障具有很大的隐蔽性，这也为查找故障带来了很大的困难。

3.2 电的传播速度极快

众所周知，电流或电信号在导线中的传播速度近于光速。因此，电气故障发生后，电能释放极快。大多数电气故障往往在瞬时发生和发展，以至于酿成灾祸。这样突然性故障的发生，更为电气故障的预防带来了困难。

3.3 电气故障形式集中，原因多样

例如，某电动机装置出现故障，不论是什么情况，最集中的表现是电动机不能运行，但故障处不一定是在电动机，而可能是电源故障，也可能是电路故障等等。也就是说，同一种故障形式，故障的原因是多种多样的。这样，也给查找故障带来了困难。

3.4 故障区域性广

一种电气装置能实现某种功能，但其元件的分布区域可能很广。例如，某水泵电动机安装地点在水源附近的水泵房，但水泵电动机的供电电源在配电房，而水泵电动机的控制（启动和停止）则在远离配电室和水泵房的控制室。这就决定了水泵电动机的故障区域在一个较广的范围内，这给查找电气故障带来了困难。

3.5 电力系统故障产生的原因

据统计，导致电气事故发生的排序，第一是人为误操作引起的事故，包括检修失误所引起的事故，占40%以上；第二是由小动物引起的事故，占30%左右；第三是雷电和操作过电压占20%左右；第四是设备问题和自然灾害，占10%。所有电气事故中瞬时故障的比例居高，为50%以上，而且低压设备故障多于高压设备。

3.6 电气设备故障的原因

机械损伤：直接受外力损伤，如振动、热胀冷缩等引起绝缘损坏等。

绝缘受潮：因维护或施工不当使水分侵入。

绝缘老化。

护层腐蚀。

过电压、雷击或其他过电压使绝缘击穿。

过热、过载或散热不良，使绝缘老化击穿。

材料本身缺陷。

3.7 电气设备故障产生的特点分类

开路故障，高阻故障，低阻故障，闪络故障。

4 查找故障的一般方法及步骤

确定故障部位是查找电气故障的最终目的和结果。确定故障部位可以理解成确定装置的故障点，如短路点、元件损坏的部位，也可以理解成确定某些运行参数的变异，如电压波动、三相不平衡等。

确定故障部位是在对故障现象进行周密的考察和细致分析的基础上进行的。在这一过程中，往往采用多种手段和方法。

4.1 直接感知

有些电气故障可以通过人的手、眼、鼻、耳等器官，采用望、摸、看、闻、听、问、切等手段及步骤，直接感知故障设备异常的温升、振动、气味、响声等，确定设备的故障部位。

4.2 仪器检测

若电气故障不能靠人的直接感知来确定部位，可借助各种仪器仪表，对故障设备的电压、电流、功率、频率、阻抗、绝缘值、温度、转速参数等进行测量来确定故障部位。

例如，通过测量绝缘电阻、吸收比、介质损耗等，来判断电气设备是否受潮。通过测量直流电阻，确定长距离线路的短路点、接地点。

4.3 试探法

在确保设备安全的情况下，可以通过一些试探的方法确定故障部位。例如通电试探或强行使某些继电器动作等，以发现和确定故障部位。

5 故障点的查找手段及方法

5.1 观察和调查故障现象

电气故障现象是多种多样的。例如：同一类故障可能有不同的故障现象，不同类型故障可能是同种故障现象，这种故障现象的同一性和多样性，给查找故障带来了复杂性。

但是，故障现象是查找电气故障的基本依据，是查找电气故障的起点，因而要对故障现象仔细观察分析，找出故障现象中最主要的、最典型的方面。搞清楚故障发生的时间、地点、环境等等。

5.2 分析故障原因

根据故障现象，分析故障原因，是查找电气故障的关键。分析的基础是电工基本理论，是对电气装置的构造、原理、性能的充分理解，是与故障实际的结合。某一电气故障产生的原因可能很多，重要的是在众多原因中找出最主要的原因。

5.3 确定故障的部位

确定故障部位是查找电气故障的最终目的和结果。确定故障部位可理解为确定装置的故障点。如短路点、损坏元件等，也可理解为确定某些运行参数的变异，如电压波动、三相不平衡等。

确定故障部位是在对故障现象进行周密的考察和细致分析的基础上进行的。在这一过程中，往往要采用多种手段和方法。

常用的方法如下：直接感知、仪器检测、类比法及试探法等。

在完成上述工作过程中，实践经验的积累起着重要的作用。

6 电气设备维修的十项原则

6.1 先动口然后再动手

对于有故障的电气设备，不要急于动手，应先询问产生故障的前后经过及故障现象。对于生疏的设备，还要先熟悉电路原理和结构特点，遵守相应规则。拆卸前要充分熟悉每个电气部件的功能、位置、连接方式以及与周围其他元器件的关系，在没有组装图的情况下，应一边拆卸，一边画草图，并记上标记。

6.2 先外部后内部

应先检查设备有无明显裂痕、缺损，了解其维修史、使用年限等，然后再对设备内部进行检查。拆前应排除周边的故障因素，确定为设备内故障后才能拆卸。否则，盲目拆卸，有可能将设备越修越坏。

6.3 先机械后电气

只有在确定机械零件无故障后，再进行电气方面的检查。检查电路故障时，应利用检测仪器寻找故障部位，确认无接触不良后，再有针对性地查看线路与机械的运作关系，以免误判断。

6.4 先静态后动态

在设备未停电时，判断电气设备的按钮、接触器、热继电器以及熔丝的好坏，从而判断故障的所在。

通电试验，听其声、测量参数、判断故障，最后进行维修。如在电动机缺相时，若测量三相电压值无法判断，就应该听其声、单独测量每一相的对地电压，方可判断是哪一相缺损。

6.5 先清洁后维修

对污染较严重的电气设备，先对其按钮、接线点、接触点进行清洁，检查外部控制键是否失灵。许多故障都是由脏污及导电尘埃（或尘块）引起的，一旦清洁，故障往往会排除。

6.6 先电源后设备

电源部分的故障率在整个故障设备中占的比例很高，因此先检修电源，往往可以收到事半功倍的效果。

6.7 先普遍后特殊

因装配配件质量或其他设备故障引起的故障，一般占常见故障的50%左右。电气设备的特殊故障多为软故障，要靠经验和仪表测量和维修。

6.8 先外围后内部

先不要急于更换损坏电气部件，在确认外围设备电路正常后，再考虑更换损坏的电气部件。

6.9 先直流后交流

检修时，必须首先检查直流回路静态工作点，然后检查交流回路动态工作点。

6.10 先排除故障后调试设备

对于调试和故障并存的电气设备，应先排除故障，再进行调试，调试必须在电气线路正常的前提下进行。

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