建筑電氣故障自診斷技術(shù)應用探析

許唯 山東金橋建設(shè)項目管理有限公司

1 前言

現(xiàn)代建筑中電氣系統(tǒng)較為繁瑣，具有較強的復雜性，再加上電氣系統(tǒng)一直處于運行工作狀態(tài)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(tǒng)出現(xiàn)故障，不僅降低了電氣系統(tǒng)的使用壽命，也會對電氣基礎(chǔ)功能的正常發(fā)揮產(chǎn)生嚴重影響。

因此，企業(yè)需要及時診斷所屬的電氣系統(tǒng)故障，研究分析能量損耗情況與系統(tǒng)的運行狀態(tài)，快速找到電氣系統(tǒng)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(tǒng)故障問題，確保建筑電氣運行的穩(wěn)定性、安全性、可靠性，使其始終處于安全工作狀態(tài)下。

2 故障診斷的相關(guān)內(nèi)容

2.1 故障診斷概念及發(fā)展現(xiàn)狀

故障診斷技術(shù)是指在建筑電氣系統(tǒng)運行過程中，使用各種診斷方式方法，判斷系統(tǒng)是否處于正常工作狀態(tài)下。如果發(fā)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的運行與正常狀態(tài)存在一定的差異，維修人員可以借助以往豐富的工作經(jīng)驗分析判斷故障，也可以使用專業(yè)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(tǒng)安全穩(wěn)定工作?；蛘咭部梢蕴崆邦A測和判斷可能發(fā)生的故障，這樣在電氣系統(tǒng)未發(fā)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(tǒng)故障的發(fā)生，降低系統(tǒng)故障帶來的不良影響。

目前，國內(nèi)外在建筑電氣故障診斷領(lǐng)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(wǎng)的細枝末節(jié)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(tǒng)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(tǒng)操作簡單化，很難引起電力方面研究者的關(guān)注，缺乏相應的重視度。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)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(jù)重要且關(guān)鍵的地位。一旦建筑電氣發(fā)生故障，就會帶來一定的經(jīng)濟損失，嚴重情況下還會發(fā)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(chǎn)經(jīng)營等帶來積極作用。

目前，我國很多地區(qū)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(xiàn)各種線路故障問題，直接影響了建筑電氣系統(tǒng)的正常運行。而傳統(tǒng)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(xiàn)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(shù)，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(fā)生概率。因此，加強研究建筑電氣故障自診斷技術(shù)刻不容緩，對智能建筑的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義，也能為經(jīng)濟的高速發(fā)展提供助力。

2.2 建筑電氣故障類型

（1）突發(fā)性故障。突發(fā)性故障是指建筑電氣系統(tǒng)運行過程中，并無明顯征兆或無發(fā)展過程的隨機故障，此種故障無法通過事先測試進行監(jiān)測，它的故障發(fā)生概率與使用時間并沒有太大聯(lián)系。在運行環(huán)境變化和外力作用下，建筑電氣系統(tǒng)難以有效承受住此種突發(fā)變化，導致突發(fā)性故障的發(fā)生。突發(fā)性故障的發(fā)生缺乏規(guī)律性，往往是隨機的，而且發(fā)生的原因比較復雜，一旦發(fā)生突發(fā)性故障，需要及時維修維護，避免對電氣系統(tǒng)的連續(xù)性運轉(zhuǎn)產(chǎn)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(fā)性故障。

（2）累積性故障。累積性故障是指在長時間運作狀態(tài)下，電氣自動化設(shè)備的老化程度、磨損程度逐步累積引發(fā)的故障問題，此種故障的發(fā)生主要與設(shè)備本身質(zhì)量有關(guān)。累積性故障在發(fā)生前會出現(xiàn)一定的征兆，而且有規(guī)律和一定的發(fā)展過程，可以通過事先的測試或監(jiān)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(shè)備系統(tǒng)的輸出會呈現(xiàn)出不同的信號，系統(tǒng)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(tài)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(jù)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(tài)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(tǒng)狀態(tài)。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(yè)所規(guī)定的標準，從而準確確定系統(tǒng)當前狀態(tài)。如果系統(tǒng)狀態(tài)正常，可對電氣系統(tǒng)未來發(fā)生狀況的趨勢展開合理預測；如果系統(tǒng)狀態(tài)不正常，通過診斷結(jié)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(tǒng)維修工作提供便利性。

（4）故障維修決策。在獲取相關(guān)故障的數(shù)據(jù)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(tài)。

3 建筑電氣故障的初步診斷技術(shù)

3.1 直觀法

直觀法是指當建筑電氣設(shè)備發(fā)生故障，檢測人員通過查看設(shè)備的外部表現(xiàn)情況，掌握了解電氣設(shè)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(shè)備故障。檢測人員可以與現(xiàn)場操作人員加強溝通交流，對故障發(fā)生時的具體表現(xiàn)進行一定了解，包含建筑電氣故障發(fā)生后是否有腐蝕性氣體進入、電氣設(shè)備周圍是否有異常溫度、電氣設(shè)備是否維修過等內(nèi)容。

在初步了解的基礎(chǔ)上，進一步檢查建筑電氣設(shè)備的外觀，查看電氣設(shè)備外觀、絕緣器件、連接線路的狀態(tài)，是否存在損壞、燒焦、短路情況，然后以電氣設(shè)備原理圖為依據(jù)，開始逐步查找故障，初步判定建筑電氣設(shè)備故障的發(fā)生部位，弄清故障所屬系統(tǒng)和故障原因，為后續(xù)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(shè)備故障。

3.2 調(diào)查火花

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

從實際的實踐情況看，如果電氣設(shè)備緊固導線與螺釘間有火花發(fā)生，需要檢查線頭連接位置，很有可能出現(xiàn)線頭松動、接觸不良問題；如果電氣設(shè)備開關(guān)閉合時發(fā)生火花，就表明電路中經(jīng)過電流；通過觀察觸摸器的主觸電三相火花發(fā)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(jù)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(shè)備故障，通過多個方式有效提取系統(tǒng)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(shù)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(shè)備故障診斷要求?；谛盘柼幚碓\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(shù)。

4 建筑電氣故障的深入診斷技術(shù)

4.1 測量電壓法

測量電壓法是以建筑電氣系統(tǒng)內(nèi)的電路供電方式為依據(jù)，準確測量電流值、電壓值數(shù)據(jù)，通過對比分析測量數(shù)據(jù)與正常數(shù)值，判斷是否在正常范圍內(nèi)，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(jù)故障具體表現(xiàn)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(shè)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(shù)據(jù)，與檢測人員日常工作中記載的電氣設(shè)備運行數(shù)據(jù)，以及電氣設(shè)備規(guī)劃安裝時的重要數(shù)據(jù)參數(shù)，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(shè)備的運行參數(shù)、運行狀況與正常設(shè)備進行比照，分析出故障。

當然，部分電氣設(shè)備修建安裝時并沒有保留原始數(shù)據(jù)、圖紙資料，或者日常運行中并沒有詳細記錄數(shù)據(jù)參數(shù)，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(shè)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(jù)，準確判斷故障原因。

此外，部分設(shè)備的數(shù)據(jù)參數(shù)往往無法從技術(shù)資料中找到，而且設(shè)備中部分電器零部件的使用性能參數(shù)無法判斷質(zhì)量好壞，可以使用互相比照法，參考正常設(shè)備依次調(diào)整更換。

4.3 變換元器材法

建筑電氣設(shè)備一直處于運行狀態(tài)下，隨著時間的增加，部分電氣設(shè)備會存在老化、破損問題，進而導致故障的產(chǎn)生。在進行電氣設(shè)備維修時，某些故障發(fā)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(tài)，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(shè)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(shè)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(shè)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(guī)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(fā)生。

4.4 逐步開路法

當電路出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)某段時的熔斷器發(fā)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(xiàn)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(fā)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(shù)時，基礎(chǔ)條件就是需要建立真實準確的數(shù)學模型，檢測人員必須具備扎實的數(shù)學知識和較高的數(shù)學水平，這樣才能分析數(shù)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(shù)主要用來診斷突發(fā)性故障，優(yōu)勢在于能夠?qū)⒁恍┪粗收咸崆皽y試出來，從而有效排查故障隱患，提高建筑電氣設(shè)備運行的穩(wěn)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(shù)學模型，否則很難采用此診斷技術(shù)。

4.6 基于知識診斷

基于知識診斷技術(shù)，主要是有效分析電氣自動化設(shè)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(jié)果。使用此種診斷技術(shù)時，首先分析電氣設(shè)備的運行狀態(tài)，然后采取合適的診斷方法，科學分析出設(shè)備的故障原因?；谥R診斷技術(shù)，不僅可以診斷突發(fā)性故障，還可以診斷累積性故障，在診斷過程中，可以實現(xiàn)離線診斷，可以在線監(jiān)測、自動診斷出電氣設(shè)備的運行故障，具有良好的技術(shù)優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展與科學技術(shù)的進步，先進的技術(shù)、工藝、裝備等不斷應用在建筑電氣設(shè)備制造中，顯著提升了整個電氣系統(tǒng)的應用水平。在此種形勢下，建筑電氣故障診斷技術(shù)也需要與時俱進，跟進時代發(fā)展潮流，不斷優(yōu)化完善調(diào)整，進一步提高故障診斷技術(shù)水平，提升診斷效率和質(zhì)量，確保建筑電氣穩(wěn)定安全運行，提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。