電氣工程中的故障與應對措施分析

徐波

（上海振華重工（集團)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中出現的異常狀況，如電路中斷、短路、超載、設備老化等，這些情況可能導致設備失效，系統無法正常工作，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，工程師應當加強電氣工程中的故障檢測和診斷，旨在動態監測電氣系統的狀態，及時發現潛在或實際的故障，并確定故障的性質和位置。鑒于電氣工程的復雜性，檢測與診斷也是極為復雜的過程，需要使用各種測量工具和技術（如電壓和電流測試、熱像儀、絕緣測試等）來檢測異常的電氣行為，同時還要使用復雜的分析方法（如信號處理和人工智能技術）來識別和定位故障，有助于防止故障導致系統停機和設備損壞。

1 電氣工程中故障的檢測和診斷

1.1 故障預防性維護

故障預防性維護也稱為預防性維護，是電氣工程檢測與診斷中的一種有效方法，通過定期檢查和維護電氣設備以防止故障發生，從而最大限度地減少設備停機時間和相關的經濟損失。在操作過程中，這種方法定期開展設備檢查，包括對設備的外觀、電氣連接、運行狀態等方面的綜合性檢查，同時，還需要進行電氣性能測試，如電阻、電容和電壓等，甚至包括更復雜的診斷，如熱像儀掃描或振動分析等，可以識別電氣設備故障源。例如在港口機械設備的檢測與診斷中，預防性維護主要包括定期檢查港口機械設備的的運行聲音和振動水平以及測量其電流和溫度。工程師可以記錄并分析過去五年內港口機械設備運行的相關參數（見表1），發現港口機械設備的運行聲音、振動水平、電流和溫度在過去幾年內都呈現出穩步上升的趨勢，這預示著港口機械設備的性能可能在逐年下降，需要更加密切的關注和維護。同時，工程師還應使用熱像儀定期檢查相關電氣設備，以檢測過熱可能導致設備早期老化或故障的情況。當檢測到異常時，可以進行進一步的診斷和維護，包括清潔、緊固電氣連接，或者在必要時更換零件或整個設備，以防止可能的故障。

表1 5 年內電機運行參數

1.2 在線監控系統

在線監控系統在電氣工程中扮演著重要的角色，它可以實時或者近實時地監控電氣設備和系統的運行狀態，及時發現潛在的問題和故障。具體來講，在線監控系統通常包括各種傳感器，如電壓、電流、溫度、振動等傳感器以及數據采集設備和分析軟件，工程師可以通過收集和分析這些數據，了解設備的健康狀況，提前預警可能的故障，從而提前采取措施，避免或減少故障對系統的影響。例如，在港口機械設備輪胎吊的在線監控系統中，工程師可以通過溫度傳感器監測機械設備的運行溫度，同時，使用電壓和電流傳感器來監測輪胎吊的電力輸入和輸出情況，還可借助振動傳感器來檢測輪胎吊運行時的振動水平。這些傳感器將實時收集數據，并將其傳送至監控系統。工程師可以設定預設的閾值，當監測數據超出這些閾值時，監控系統會自動發出預警信號，及時發現輪胎吊內部可能的故障，并采取進一步的檢查和維護措施，以防止故障的發生。

1.3 故障診斷技術

故障診斷技術在電氣工程中起著至關重要的作用，它涉及一系列的方法和工具，目的是檢測、定位和識別電氣系統中的故障。具體來講，故障診斷包括各種類型的測試（如電氣性能測試、熱成像、振動分析等）以及數據分析（如信號處理和模式識別）。隨著技術的進步，故障診斷技術現在越來越多地依賴先進的計算技術，如人工智能和機器學習，這些技術可以處理大量的數據，識別可能的故障模式，甚至預測可能的故障。例如，在港口機械設備軌道吊的電力分配系統中，工程師也可以采用人工智能的故障診斷技術及時收集軌道吊各機構運行的電壓、電流、頻率等數據，并通過機器學習算法識別已知故障（如電路短路、過載等）的數據模式。一旦出現這些故障模式，系統會立即發出警報，幫助工程師快速定位故障，并采取必要的修復措施，以保證軌道吊的正常運行和安全性。

1.4 預測性維護

預測性維護是一種先進的電氣設備維護策略，旨在預測和預防設備故障，從而提高設備的可靠性和效率。預測性維護結合了實時監控、數據分析和機器學習技術，能夠根據設備的實時運行數據和歷史故障數據預測設備的未來性能和可能的故障，可以幫助工程師提前發現潛在的問題，提前進行維修或調整，從而避免設備停機和高昂的修理費用。在港口機械設備的運行過程中，大量傳感器會實時監測各項關鍵參數，例如，港口機械設備的溫度、振動、扭矩、負載等數據，這些數據會被傳送至預測性維護系統進行分析。系統利用機器學習算法對設備的運行狀態進行模式識別，從而預測可能出現的故障。當系統檢測到某個設備部件的振動超過正常范圍時，可能會預測該部件即將發生故障。在這種情況下，工程師可以提前進行檢查和維修，避免設備停機，確保設備的穩定運行。

2 電氣工程中的故障應對措施

2.1 故障定位和排除

面對電氣工程設備故障或系統故障時，最初并且最重要的應對措施通常是立即停機并切斷電源，其核心目標是保護人員的安全和防止設備的進一步損壞。操作人員應當知道，電氣故障可能會導致危險的電氣火災，電擊，甚至爆炸。例如，短路可能會導致電流急劇增加，引發火災。而設備故障也可能導致電氣部件過熱，從而產生潛在的安全風險。而立即停機和切斷電源，則可有效地阻止這些情況的發展，保護人員和設備的安全。因此，在發現故障的一瞬間，工程師或操作員應立即停止所有的操作，避免故障的擴大。在大多數現代電氣系統中都會裝置一些自動保護裝置（如斷路器或保險絲），當系統檢測到異常的電壓或電流時，這些裝置會自動切斷電源。但如果這些自動保護裝置無法工作，或者故障是由其他因素，如設備老化或操作錯誤等引起的，操作員應手動切斷電源。在切斷電源后，安全地停止設備的運行是下一步的重要任務，在某些情況下，設備可能會需要一段時間才能完全停止運行（如風力發電機），工程師需要安全地控制設備的停機過程，避免產生新的安全風險。在確保人員安全和設備停機后，工程師才可以開始對故障進行診斷和處理，包括檢查設備、分析數據、修復或更換損壞的部件以及測試設備性能等，在確定設備可以安全運行之前，不應恢復電源。需要注意的是，對于重大或復雜的故障，工程師應當向更高級別的工程師或專家求助，或者向設備的制造商尋求支持。且在處理故障的過程中，應記錄所有的信息和步驟，以便于以后的分析和改進。總的來說，立即停機和切斷電源是應對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性，具備快速反應能力，通過正確的操作技術和規范的操作流程，以確保人員的安全和設備的完整性。

2.2 修復或替換故障設備

在電氣工程中，對故障設備進行修復或替換是一項基本的維護活動，無論是微小的元器件故障，還是大型設備的嚴重損壞，都需要采取適當的措施來恢復系統的正常運行。首先，工程師要進行全面的故障診斷，涉及檢查和測試設備、分析故障數據，甚至可能需要拆解設備以檢查內部結構。診斷的目標是確定故障的位置，性質和原因，需要工程師具備專業的技術知識和經驗，因為故障可能是電氣層面引起，也可能是機械層面引起，或者是由于軟件錯誤或者是操作錯誤所導致。在確定了故障的性質和原因后，下一步是決定是修復還是替換設備，如果設備的故障是由于可修復的部件（如電容器、電阻、開關等）損壞，則應采用修復手段，這是更經濟和快速的選擇，包括更換故障部件、清潔設備、重新調整設備設置和更新設備軟件等。然而，如果設備的關鍵部件（如電機、變壓器等）嚴重損壞，或者設備的性能不再達標，則需替換替換相關設備，保證設備的性能和可靠性。需要注意的是，無論是修復還是替換，都需要按照設備的操作手冊、工藝流程規范和制造商的建議進行，且所有的工作都應在切斷電源后進行，以確保工作人員的安全。在完成修復或替換后，應進行設備測試，驗證設備的性能和安全性，然后再恢復電源。總的來說，修復或替換故障設備是一項需要專業技術和經驗的任務，它需要綜合考慮設備的性能、成本、安全性和可靠性，以提供最有效的解決方案。

2.3 預防措施和常規維護

在電氣工程中，預防措施和常規維護是防止故障發生的關鍵。通過定期的檢查、測試和維護，工程師可以及時發現和解決潛在的問題，從而提高設備的可靠性和安全性，減少停機時間，降低維護成本。從預防措施的角度來看，涉及設備的設計、安裝和操作。在設計階段，工程師應充分考慮設備的工作條件、性能要求和安全要求，選擇合適的設備和材料，設計合理的電路和控制策略。在安裝階段，工程師應按照制造商的指導和相關規范進行安裝，確保設備的安裝質量和工作環境。在操作階段，工程師應遵循設備的操作手冊，進行正確的操作和控制，避免操作錯誤。從常規維護的角度來看，涉及到設備的檢查、清潔和保養，需要根據設備的具體情況制定維護計劃。其中，設備檢查是對設備的可見部分和重要部分進行定期的觀察和測量，如電纜的磨損情況、接頭的緊固情況、設備的溫度和噪聲等。設備清潔是對設備的表面和內部進行清洗，比如，去除灰塵、油污、腐蝕物等，保持設備的清潔和散熱性能。設備保養是對設備的關鍵部分進行保護和維護，如潤滑電機軸承、更換磨損的零部件、更新設備軟件等。除此之外，定期的設備測試也是預防措施和常規維護的重要部分。通過設備測試，工程師可以了解設備的工作狀態，識別設備的異常情況，預測設備的壽命和故障率。

3 結語

電氣工程故障的檢測、診斷和處理是一個復雜而專業的過程，需要綜合考慮電氣系統的特性、工作條件、安全要求等因素。同時，由于電氣系統的復雜性和多樣性，設備或系統需要根據其實際情況選擇合適的檢測、診斷和處理方法，進行個性化的設計和優化，才能持續提高電氣系統的可靠性和安全性。未來，隨著新技術和新設備的發展，電氣工程故障的檢測、診斷和處理技術將有更大的發展空間和應用前景。