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从电气设备故障的分析诊断步骤谈维修处理

2016-10-05来源: eechina关键字:电气设备故障  分析诊断  维修处理
现代科技技术的迅猛发展,使采用微机控制的机电仪一体的智能化电气设备,在电网中得到广泛的应用。当设备出现故障时,能迅述准确地分析判明故障原因、找出故障所在部位,并予以正确的排除,提高设备安全健康水平,是变电检修维护人员必备的技能之一。
一、电气故障的特点
1.隐性:故障没有外表特征,不易被人发现。如:熔丝熔断、绝缘导线内部断裂、保护装置整定值调整不当、触头通断不同步等。
2.显性:即故障部位有明显的外表特征,容易被人发现。如继电器和接触器绕组过热、冒烟、发出焦味、触头烧融、接头松脱、电器声音异常、振动过大、动作卡涩等;
3.故障区域性广:一种电气设备能实现某种功能,但其元件的分布区域可能很广。例如,变电所内大量的断路器安装点是在进、出线间隔内,而对断路器的控制、保护是在控制室,这也就决定了造成断路器“拒合”、“拒跳”故障的区域分布在一个较广的范围内,给查找电气故障带来了麻烦。
二、变电所电气设备运行中常见故障的种类及分析:
根据故障现象分析故障原因,是查找电气故障的关键。分析的基础是对电工学的基本理论和控制、接线方式的熟悉程度,某一设备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。
1.运行温升引起的电气故障
(1)对电接触的影响 电接触不良是导致许多电气设备故障的重要原因,而电接触部分的温度对电接触的良好性影响极大。温度过高,电接触两导体表面会剧烈氧化,接触电阻明显增加,造成导体及其附件(零部件)温度升高,甚至可能使触头发生熔焊。由弹簧压紧的触头,在温度升高后,弹簧压力降低,电接触的稳定性更差,容易造成电气触头电弧闪弧灼伤故障。
(2)对绝缘材料的影响 温度过高,有机绝缘材料将会变脆老化,绝缘性能下降,甚至造成绝缘击穿,材料的使用寿命也将缩短。根据绝缘材料8℃理论,A级绝缘材料在一定温度范围内,每增加8~10℃,材料的使用将寿命缩短50%。对无机绝缘材料的绝缘性能也有明显影响。例如,电瓷的击穿强度在温度为80℃以下时约为250kV/mm;当温度达到100℃时,其击穿强度约为100kV/mm .
(3)对电子元器件的影响 高温是许多电子元器件的大敌,如高温可使半测控、保护模块内中的半导体集成元件热击穿,因为温度升高,电子激活程度加剧,使本来不导电的半导体层导通或使电子元件器件的性能变劣,如在偏高的温度下,电子元件的反向导电电流增加,放大倍数减小,导致工作点的漂移,致使工作不正常。
2.电动力引起的电气故障
(1)较大的电动力可能使导体变形 两根或三根平行导体(如架空线、硬铝母线等),在较大的短路电流作用下,导体受到吸力或斥力。当这种力超过某一程度时,就会使导体变形、接头松脱、支撑固定件损坏。
(2)电动力可能使开关误动作 当流过开关的电流很大(如短路)时,其电动力可能使刀开关自动打开。而刀开关一般没有完善的灭弧装置,不具备断开短路故障的功能。因而这种自动打开属于一种误动作。在电弧作用下,触头可能被烧毁,甚至形成火灾。
(3)触头接触处的收缩电动力可能使触头烧损 通常,当载流导体截面沿导体长度(轴向)发生变化时,在截面变小处会产生轴向电动力。这种电动力称为收缩电动力。触头接触处的电动力有使触头受到排斥的趋势,也就是说,收缩电动力使触头接触紧密程度变劣,甚至断开,从而使触头烧损。
3.电接触引起的电气故障
(1)电接触材料的改变。 电接触材料,尤其是开关触头材料,对其导电性、硬度等有着较严格要求。如果不适当地更换了原有的电接触材料,势必影响到电接触的性能。其次,为了弥补某些电接触材料的缺陷,常常在电接触材料表面镀上一层其它的金属,如银、锡、金等。在修理过程中或经过长时间的磨损,使镀层损伤或消失,必然使电接触性能变劣。
(2)电接触形式的改变。 由于修理或其他原因,使电接触表面不平整或接触面发生位移及方向的变化,从而导致电接触形式的改变,如将面接触、线接触变成了点接触,或点接触变成了面接触、线接触,都可能使电接触不良。
(3)电接触压力的降低:弹簧变形、传动机构不到位等,使电接触压力降低。这是电接触不良的重要原因之一。
(4)铜—铝导体直接连接引起的电化学腐蚀。铜—铝导体相互直接连接构成铜离子—铝离子的高电位差的电化学时,必然引起电化学腐蚀。是比较多见的。运行时间一长,必然产生电接触故障。
(5)电接触表面性能不良。 电接触表面上,由于种种原因,覆盖着一层导电性很差的物质,例如金属的氧化物、硫化物等,其电阻率远大于原金属,也可能是覆盖在接触面上的灰尘、污物或接触面间的油膜、水膜等,由此形成了表面膜电阻。它的存在使接触联接电阻增大或引起接触电阻不稳定,甚至破坏电接触连接的正常导电。
(6)电接触安装工艺不符合要求。 对不同的电接触类型有不同的安装工艺要求,达不到规定的工艺要求和标准,就会使电接触不良。
(7)电接触不良导致电路不通 电接触点是电路中最薄弱的环节,电接触不良是导致电路不通的重要原因。例如,刀开关触头松动、触头未接触、导线联接点未搭接好、导线与设备接线端子联接螺钉松动、锡焊点断开等,常常导致电路不通。又如,某些电接触点从外表上看似乎已接触好,而实际并没有联接好。在电气设备维修中常将这种似接非接的电接触点称为“虚联接点”。接通时断时续。查找“虚联接点”是查找电气设备故障的难点之一。再如,对于某些低电压回路,如果电接触电阻远大于负载电阻,则负载两端的电压会远低于工作电压,负载不能工作。实际上也已构成电路不通的故障。
4.湿度引起的电气故障
表示空气中水气含量多少的物理量,称为湿度。在一般情况下,人们习惯于采用相对湿度表示空气的潮湿程度。电气工程中,相对湿度大于80%,称为高湿;相对湿度小于40%,称为低湿或干燥。湿度对电气设备的影响主要是绝缘强度、霉菌生长、金属腐蚀与磨损等。
(1)湿度偏高,降低了电气设备绝缘强度 空气的湿度增加,一方面使空气的绝缘强度降低;另一方面,空气中的水分附着在绝缘材料的表面,使电气设备的绝缘电阻降低,特别是当空气中的水份渗透到绝缘材料内部或溶解到绝缘油(如变压器油)中时,材料的绝缘性能大大下降,设备的泄漏电流大大增加,甚至造成绝缘击穿,产生电气故障。
(2)湿度与长霉 潮湿的空气有利于霉菌孢子发芽生长。这些物质与绝缘材料相互作用后会导致产品绝缘性能下降,对金属起腐蚀作用。一些极细的铜导线,如仪表、继电器的线圈等,在潮湿地区常因长霉发绿而被腐蚀,造成断线事故。特别是对印制电路板和精密仪表的影响较大。
5.电压偏移引起的电气故障
当电源电压比电气设备额定电压偏高或偏低时,电气设备将因此而受到影响,其影响程度取决于偏移值的大小和持续时间的长短。在严重的情况下,电气设备将因此而产生故障。
6.负载不对称引起的电气故障
在三相负载不对称情况下,即使三相电源对称,各相负载的电压也会不相等。由于负载不对称,使电源中性点和负载中性点之间的电压Uo≠0,使各相负载不相等。这种负载中性点和电源中性点电位不等,即不重合的现象,称为中性点偏移。很显然,当Uo很大时,必然使负载的某些相电压偏高,造成负载的故障。
7.电弧引起的电气故障
电弧的可导电性是造成电气短路事故的重要原因。 电弧的弧柱是一束可导电的离子流,且质量轻,可迅速移动和拉长。因此,在三相导体中,若其中一相因某种原因发生电弧,这一电弧可能被吹向(或拉向)另一相,造成相间短路;若导体对地放电形成电弧,这个电弧又不能迅速熄灭,则会造成相对地短路。电弧还可能使开关绝缘油等其他材料产生气体并急剧膨胀,产生爆炸事故。
三、电气故障排除应遵循的步骤
为避免在二次设备故障查找中少走弯路,必须自始至终的根据故障的特征现象冷静分析,也就是说要在分析判断,综合运用理论的基础上进行,而任何盲目的急躁、蛮干都是解决不了问题的,甚至是越查越糊涂。为此必须遵循以下几个方面:
1.熟悉电路原理。当一台设备的电气控制系统发生故障时.不要急于动手拆卸,首先要了解该电气设备产生故障的原因、经过、范围、现象,熟悉该设备及电气系统的基本工作原理,分析各个具体电路。弄清原理中元件之间的相互联系以及信号在电路中的来龙去脉,仔细分析.结合实际经验。经过周密思考,确定一个科学的检修方案。
2.先电源后机械。电气设备都以电气一机械原理为基础,特别是机电仪一体化的先进设备,机械和电子在功能上有机配合,是一个整体的两个部分。往往电源出现故障,影响了机械系统,许多机械传动部件的功能就不起作用。因此不要被表面现象迷惑,电气系统出现故障并不全部都是电气本身的问题,有可能是机械部件发生故障引起的。
3.先简单,后复杂。一是检修故障要先用最简单易行、日已最拿手的方法去处理,再用复杂、精确的方法。二是排除故障时,先排除直观、显而易见、简单常见的故障,后排除难度较高,没有处理过的疑难故障。
4.先外部检查.后内部处理。外部是指暴露在电气设备外壳或密封件外部的各种开关、按钮、插口及指示灯。内部是指在电气设备外壳或密封件内部的印刷电路板、元器件及各种连接导线。先外部调试,后内部处理,就是在不拆卸电气设备的情况下,利用电气设备面板上的开关、旋钮、按钮等调试检查,压缩放障范围。首先排除外部部件引起的故障,再检修机内的故障,尽量避免不必要拆卸。如有必要拆卸时,必须对机械、电气联系复杂的相关部件、接线端子做上记号,以防止在恢复安装时出错。
5.先静态测试,后动态测量“静态”是指发生故障后,在不通电的情况下,对电气设备进行检修;“动态”是指通电后对电气设备的检修。许多电气设备发生故障检修时,不能立即通电,如果通电的话,会人为扩大故障范围,烧毁更多的元器件,造成不应该的损失。因此,在故障机通电前,先进行电阻的测量,采取必要的措施后,方能通电检修。
6.先公用电路,后专用电路任何电气系统的公用电路出故障,其能量、信息就无法传送、分配到各具体电路,专用电路的功能、性能就不起作用。如一个电气设备的电源部分出故障,整个系统就无法正常运转,向各种专用电路传递的能量、信息就不可能实现。因此只有遵循先公用电路、后专用电路的顺序,才能快速、准确无误地排除电气设备的故障。
7.先检修通病,后攻疑难杂症 电气设备经常容易产生相同类型的故障就是“通病”。由于通病比较常见,积累的经验较丰富,因此可以快速地排除,这样可以集中精力和时间排除比较少见、难度高、古怪的疑难杂症,简化步骤,缩小范围,有的放矢,提高检修速度。
四、电气设备故障分析常用的方法
1.状态分析法
这是一种发生故障时根据电气设备所处的状态进行分析的方法。电气设备的运行过程可以分解成若干个连续的阶段,这些阶段也可称为状态,如电动机工作过程可以分解成启动、运转、正转、反转、高速、低速、制动、停止等工作状态,电气故障总是发生于某一状态,而在这一状态中,各种元件又处于什么状态,如电动机启动时,哪些元件工作,那些触头闭合等,是我们分析故障的重要依据。
2.图形分析法
电气设备图是用以描述电气设备的构成、原理、功能、提供装接和使用维修信息的依据。分析电气设备必然要使用各类电气图,根据故障情况,从图形上进行分析。电气设备图纸种类很多,如原理图、构造图、系统图、接线图、展开图、位置图等。分析电气故障时,常常要对各种图进行分析,并且要掌握各种图与图之间的有机关系,如由接线图变换成电路图、由展开图变换成原理图等。
3.单元分析法
一个电气设备总是由若干单元构成的,每一个单元具有特定的功能。从一定意义上讲,电气设备故障意味着某功能的丧失,由此可判定故障发生的单元。分析电气故障应将设备划分为单元(通常是按功能划分),进而确定故障的范围。
4.回路分析法
电路中任一闭合的路径称为回路。回路是构成电气设备电路的基本单元、分析电气设备故障,尤其是分析电路断路、短路故障时,常常需要找出回路中元件,导线及其联接点,以此确定故障的原因和部位。
5.推理分析法
电气设备中各组成和功能都有其内在联系,如联接顺序、动作顺序、电流流向、电压分配等都有其特定的规律,因而某一部件、组件、元件的故障必然影响其他部分,表现出特有的故障现象。在分析电气故障时,常常需要从这一故障联系到对其它部分的影响,或由某一故障现象找出故障的根源。这一过程就是逻辑推理过程,也就是推理分析法。推理分析法又分为顺推理法和逆推理法。
6.简化分析法
电气设备的组成部件、元件,虽然都是必需的,但从不同的角度去分析,总可以划分出主要的部件、元件和次要的部件、元件。分析电气故障要根据具体情况,注重分析主要的、核心的、本质的部件、元件。
五、确定故障部位
确定故障部位是查找电气设备故障的最终目的。确定故障部位是查找电气设备故障的最终目的。确定故障部位可理解成确定设备的故障点,如短路点、损坏元件等,也可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,往往要采用看、听、闻、摸、测、比、替 试、菜单等多种方法。
1.看:在电气设备故障中,通过检查外观和变色能发现的故障非常多。这些统称为通过目测能进行异常现象判断。通过目测检查能够发现的现象如下:破损(断线、带伤、粗糙),变形(膨胀、收缩),松动,漏油、漏水、漏气,污秽放电,腐蚀,磨损,变色(烧焦、吸潮),冒烟,产生火花,有无杂质异物,动作不正常。这些均是已经列在检查规程的条目中的现象,把发现的现象与每一种电气设备一一对应,列出分析就能发现故障。
2.听:倾听电气设备运行时声音的变化来判断工况。如,异步电动机缺相启动不了,发出较大的“嗡嗡”声;电动机轴承损坏时,发出“沙沙”声,等等。
3.闻:从气味变化发现故障:人类感觉所能够反映的现象中,气味是尚未有科学上的通用标准的现象之一。对气味的感觉因人而异。当人进入配电间或在检查电气设备时,嗅闻电气设备运行时散发出来的气味。如电气设备因短路、过载等故障导致温升超限时,可出现刺鼻的焦糊味。
4.摸:通过触摸电气设备外壳温度来粗略判断低级绝缘设备或一般设备的运行工况是否正常。
5.测:许多电气故障靠人的直接感知是无法确定部位的,而要借助各种仪器、仪表,对故障设备的电压、电流、功率、频率、阻抗、绝缘值、温度、振幅、转速等进行测量,以确定故障部位。例如,通过测量绝缘电阻、吸收比、介质损耗,判定设备绝缘是否受潮;通过直流电阻的测量,确定长距离线路或变压器内部绕组的短路点、接地点以及通断等。
6.比:在有些情况下,可采用与同类完好设备进行比较来确定故障的方法,例如,一个线圈是否存在匝间短路,可通过测量线圈的直流电阻来判定,但直流电阻多大才是完好却无法判别,这时可以与一个同型号且完好的线圈的直流电阻值进行比较来判别。又如,某设备中的一个电容是否损坏(电容值变化)无法判别,可以用一个同类型的完好的电容器替换,如果设备恢复正常,则故障部位就是这个电容。
7.替:即用完好的电器替换可疑电器,以确定故障原因和故障部位。采用此方法时,用于替换的电器应与原电器规格、型号、技术参数(含输入的电气控制量值)相一致,导线连接要正确、牢固,以免发生新的故障。
8.试: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的。例如,通电试探或强行使某继电器动作等,以发现和确定故障的部位。
9.菜单法:即根据故障现象和特征,将可能引起这种故障的各种原因按顺序罗列出来,然后一个个地查找和验证,直到确诊出真正的故障原因和故障部位。此方法最适合初学者使用。
六、结语:
上述的检查方法是从变电设备电气故障诊断中归纳出来的基本方法,在查找某一种故障时究竟采用哪一种方法,则必须对具体的事物做具体的分析和对待,切记不可生搬硬套。切实做到查找之前想程序和原则,查找中注意步骤和方法,处理后查找不足和总结经验。同时,还应把设备的故障现象、原因、查找排除经过、技巧的心得记录在专用笔记本上,以便积累工作经验。提高今后查找排除故障的效率和能力。

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北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

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