电气工程中的故障与应对措施分析

徐波

（上海振华重工（集团)股份有限公司南通分公司，上海 200125）

电气工程故障是指在电气系统中出现的异常状况，如电路中断、短路、超载、设备老化等，这些情况可能导致设备失效，系统无法正常工作，甚至可能造成安全隐患。在日常管理中，为确保电气工程的顺利作业，工程师应当加强电气工程中的故障检测和诊断，旨在动态监测电气系统的状态，及时发现潜在或实际的故障，并确定故障的性质和位置。鉴于电气工程的复杂性，检测与诊断也是极为复杂的过程，需要使用各种测量工具和技术（如电压和电流测试、热像仪、绝缘测试等）来检测异常的电气行为，同时还要使用复杂的分析方法（如信号处理和人工智能技术）来识别和定位故障，有助于防止故障导致系统停机和设备损坏。

1 电气工程中故障的检测和诊断

1.1 故障预防性维护

故障预防性维护也称为预防性维护，是电气工程检测与诊断中的一种有效方法，通过定期检查和维护电气设备以防止故障发生，从而最大限度地减少设备停机时间和相关的经济损失。在操作过程中，这种方法定期开展设备检查，包括对设备的外观、电气连接、运行状态等方面的综合性检查，同时，还需要进行电气性能测试，如电阻、电容和电压等，甚至包括更复杂的诊断，如热像仪扫描或振动分析等，可以识别电气设备故障源。例如在港口机械设备的检测与诊断中，预防性维护主要包括定期检查港口机械设备的的运行声音和振动水平以及测量其电流和温度。工程师可以记录并分析过去五年内港口机械设备运行的相关参数（见表1），发现港口机械设备的运行声音、振动水平、电流和温度在过去几年内都呈现出稳步上升的趋势，这预示着港口机械设备的性能可能在逐年下降，需要更加密切的关注和维护。同时，工程师还应使用热像仪定期检查相关电气设备，以检测过热可能导致设备早期老化或故障的情况。当检测到异常时，可以进行进一步的诊断和维护，包括清洁、紧固电气连接，或者在必要时更换零件或整个设备，以防止可能的故障。

表1 5 年内电机运行参数

1.2 在线监控系统

在线监控系统在电气工程中扮演着重要的角色，它可以实时或者近实时地监控电气设备和系统的运行状态，及时发现潜在的问题和故障。具体来讲，在线监控系统通常包括各种传感器，如电压、电流、温度、振动等传感器以及数据采集设备和分析软件，工程师可以通过收集和分析这些数据，了解设备的健康状况，提前预警可能的故障，从而提前采取措施，避免或减少故障对系统的影响。例如，在港口机械设备轮胎吊的在线监控系统中，工程师可以通过温度传感器监测机械设备的运行温度，同时，使用电压和电流传感器来监测轮胎吊的电力输入和输出情况，还可借助振动传感器来检测轮胎吊运行时的振动水平。这些传感器将实时收集数据，并将其传送至监控系统。工程师可以设定预设的阈值，当监测数据超出这些阈值时，监控系统会自动发出预警信号，及时发现轮胎吊内部可能的故障，并采取进一步的检查和维护措施，以防止故障的发生。

1.3 故障诊断技术

故障诊断技术在电气工程中起着至关重要的作用，它涉及一系列的方法和工具，目的是检测、定位和识别电气系统中的故障。具体来讲，故障诊断包括各种类型的测试（如电气性能测试、热成像、振动分析等）以及数据分析（如信号处理和模式识别）。随着技术的进步，故障诊断技术现在越来越多地依赖先进的计算技术，如人工智能和机器学习，这些技术可以处理大量的数据，识别可能的故障模式，甚至预测可能的故障。例如，在港口机械设备轨道吊的电力分配系统中，工程师也可以采用人工智能的故障诊断技术及时收集轨道吊各机构运行的电压、电流、频率等数据，并通过机器学习算法识别已知故障（如电路短路、过载等）的数据模式。一旦出现这些故障模式，系统会立即发出警报，帮助工程师快速定位故障，并采取必要的修复措施，以保证轨道吊的正常运行和安全性。

1.4 预测性维护

预测性维护是一种先进的电气设备维护策略，旨在预测和预防设备故障，从而提高设备的可靠性和效率。预测性维护结合了实时监控、数据分析和机器学习技术，能够根据设备的实时运行数据和历史故障数据预测设备的未来性能和可能的故障，可以帮助工程师提前发现潜在的问题，提前进行维修或调整，从而避免设备停机和高昂的修理费用。在港口机械设备的运行过程中，大量传感器会实时监测各项关键参数，例如，港口机械设备的温度、振动、扭矩、负载等数据，这些数据会被传送至预测性维护系统进行分析。系统利用机器学习算法对设备的运行状态进行模式识别，从而预测可能出现的故障。当系统检测到某个设备部件的振动超过正常范围时，可能会预测该部件即将发生故障。在这种情况下，工程师可以提前进行检查和维修，避免设备停机，确保设备的稳定运行。

2 电气工程中的故障应对措施

2.1 故障定位和排除

面对电气工程设备故障或系统故障时，最初并且最重要的应对措施通常是立即停机并切断电源，其核心目标是保护人员的安全和防止设备的进一步损坏。操作人员应当知道，电气故障可能会导致危险的电气火灾，电击，甚至爆炸。例如，短路可能会导致电流急剧增加，引发火灾。而设备故障也可能导致电气部件过热，从而产生潜在的安全风险。而立即停机和切断电源，则可有效地阻止这些情况的发展，保护人员和设备的安全。因此，在发现故障的一瞬间，工程师或操作员应立即停止所有的操作，避免故障的扩大。在大多数现代电气系统中都会装置一些自动保护装置（如断路器或保险丝），当系统检测到异常的电压或电流时，这些装置会自动切断电源。但如果这些自动保护装置无法工作，或者故障是由其他因素，如设备老化或操作错误等引起的，操作员应手动切断电源。在切断电源后，安全地停止设备的运行是下一步的重要任务，在某些情况下，设备可能会需要一段时间才能完全停止运行（如风力发电机），工程师需要安全地控制设备的停机过程，避免产生新的安全风险。在确保人员安全和设备停机后，工程师才可以开始对故障进行诊断和处理，包括检查设备、分析数据、修复或更换损坏的部件以及测试设备性能等，在确定设备可以安全运行之前，不应恢复电源。需要注意的是，对于重大或复杂的故障，工程师应当向更高级别的工程师或专家求助，或者向设备的制造商寻求支持。且在处理故障的过程中，应记录所有的信息和步骤，以便于以后的分析和改进。总的来说，立即停机和切断电源是应对电气工程故障的第一步，也是最重要的一步，操作人员需要保持高度的警觉性，具备快速反应能力，通过正确的操作技术和规范的操作流程，以确保人员的安全和设备的完整性。

2.2 修复或替换故障设备

在电气工程中，对故障设备进行修复或替换是一项基本的维护活动，无论是微小的元器件故障，还是大型设备的严重损坏，都需要采取适当的措施来恢复系统的正常运行。首先，工程师要进行全面的故障诊断，涉及检查和测试设备、分析故障数据，甚至可能需要拆解设备以检查内部结构。诊断的目标是确定故障的位置，性质和原因，需要工程师具备专业的技术知识和经验，因为故障可能是电气层面引起，也可能是机械层面引起，或者是由于软件错误或者是操作错误所导致。在确定了故障的性质和原因后，下一步是决定是修复还是替换设备，如果设备的故障是由于可修复的部件（如电容器、电阻、开关等）损坏，则应采用修复手段，这是更经济和快速的选择，包括更换故障部件、清洁设备、重新调整设备设置和更新设备软件等。然而，如果设备的关键部件（如电机、变压器等）严重损坏，或者设备的性能不再达标，则需替换替换相关设备，保证设备的性能和可靠性。需要注意的是，无论是修复还是替换，都需要按照设备的操作手册、工艺流程规范和制造商的建议进行，且所有的工作都应在切断电源后进行，以确保工作人员的安全。在完成修复或替换后，应进行设备测试，验证设备的性能和安全性，然后再恢复电源。总的来说，修复或替换故障设备是一项需要专业技术和经验的任务，它需要综合考虑设备的性能、成本、安全性和可靠性，以提供最有效的解决方案。

2.3 预防措施和常规维护

在电气工程中，预防措施和常规维护是防止故障发生的关键。通过定期的检查、测试和维护，工程师可以及时发现和解决潜在的问题，从而提高设备的可靠性和安全性，减少停机时间，降低维护成本。从预防措施的角度来看，涉及设备的设计、安装和操作。在设计阶段，工程师应充分考虑设备的工作条件、性能要求和安全要求，选择合适的设备和材料，设计合理的电路和控制策略。在安装阶段，工程师应按照制造商的指导和相关规范进行安装，确保设备的安装质量和工作环境。在操作阶段，工程师应遵循设备的操作手册，进行正确的操作和控制，避免操作错误。从常规维护的角度来看，涉及到设备的检查、清洁和保养，需要根据设备的具体情况制定维护计划。其中，设备检查是对设备的可见部分和重要部分进行定期的观察和测量，如电缆的磨损情况、接头的紧固情况、设备的温度和噪声等。设备清洁是对设备的表面和内部进行清洗，比如，去除灰尘、油污、腐蚀物等，保持设备的清洁和散热性能。设备保养是对设备的关键部分进行保护和维护，如润滑电机轴承、更换磨损的零部件、更新设备软件等。除此之外，定期的设备测试也是预防措施和常规维护的重要部分。通过设备测试，工程师可以了解设备的工作状态，识别设备的异常情况，预测设备的寿命和故障率。

3 结语

电气工程故障的检测、诊断和处理是一个复杂而专业的过程，需要综合考虑电气系统的特性、工作条件、安全要求等因素。同时，由于电气系统的复杂性和多样性，设备或系统需要根据其实际情况选择合适的检测、诊断和处理方法，进行个性化的设计和优化，才能持续提高电气系统的可靠性和安全性。未来，随着新技术和新设备的发展，电气工程故障的检测、诊断和处理技术将有更大的发展空间和应用前景。