建筑電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)研究

崔小飛，羅磊，白青松

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司）

1 引言

隨著我國(guó)城市化建設(shè)戰(zhàn)略不斷推進(jìn)，高層和超高層建筑日益增多，人們相對(duì)于日常生活需求及其品質(zhì)要求越來越高。在建筑工程整個(gè)體系中，建筑電氣系統(tǒng)是核心技術(shù)之一，它主要包括建筑供配電，日常照明、動(dòng)力設(shè)備、辦公和管理自動(dòng)化等相關(guān)內(nèi)容。隨著建筑電氣系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)也愈加復(fù)雜，各個(gè)子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系也愈加緊密，但也導(dǎo)致建筑電氣智能化的故障發(fā)生率相應(yīng)增加。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)表明，建筑電氣故障診斷技術(shù)已在機(jī)械、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)展較為成熟，但是在建筑電氣領(lǐng)域其智能化檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用還處于萌芽階段，其主要是依靠人工來查找故障原因[1]。因此，在建筑電氣智能化領(lǐng)域中，對(duì)于如何利用現(xiàn)代信息技術(shù)來保證電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性提出了更高的要求。

2 建筑電氣系統(tǒng)常見的故障

在現(xiàn)代建筑工程中，電氣系統(tǒng)是其重要的組成部分之一，在建筑電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，往往會(huì)對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成較大的安全隱患，因而對(duì)建筑電氣智能化系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)工作非常必要。建筑電氣系統(tǒng)發(fā)生故障的原因有很多，例如：短路、斷路、接地、電子元件損壞等常見問題。在建筑電氣系統(tǒng)故障原因的種類中，電氣線路故障、防雷系統(tǒng)故障、電子元件故障、照明系統(tǒng)故障較為常見，若建筑物中其中一種或多種故障發(fā)生時(shí)，將會(huì)對(duì)建筑物內(nèi)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來威脅，因此，在對(duì)建筑中電氣系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)，相關(guān)人員需要利用先進(jìn)智能的故障檢測(cè)方法，進(jìn)而保證建筑物電氣系統(tǒng)的整體安全，如電氣線路故障、防雷系統(tǒng)故障、電子元件故障和照明系統(tǒng)故障等各種檢測(cè)方法[2-3]。

2.1 電氣系統(tǒng)故障的信號(hào)檢測(cè)方法

在對(duì)建筑物的電氣系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)的過程中，采用信號(hào)檢測(cè)方法是通過對(duì)電氣系統(tǒng)的時(shí)域和頻域等特征進(jìn)行具體故障分析的方法。建筑電氣系統(tǒng)故障采用信號(hào)檢測(cè)的方法時(shí)，不需對(duì)其建立數(shù)學(xué)模型，這樣可以降低故障檢測(cè)的復(fù)雜程度，但是，在減少工作人員的工作難度時(shí)，電氣系統(tǒng)故障信號(hào)檢測(cè)方法的檢測(cè)精準(zhǔn)度也相應(yīng)降低，因而建筑電氣系統(tǒng)故障信號(hào)檢測(cè)方法多數(shù)用于電氣系統(tǒng)的前期判斷，或是較為常見的電氣系統(tǒng)故障中，其本質(zhì)是通過信號(hào)的模態(tài)和小波變換法進(jìn)行故障檢測(cè)。

2.2 電氣系統(tǒng)故障的解析模型檢測(cè)方法

在對(duì)建筑物的電氣系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)的過程中，采用解析模型的檢測(cè)方法是對(duì)電氣系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行故障檢測(cè)的。建筑電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)采用解析模型的檢測(cè)方法可以有效對(duì)電氣系統(tǒng)中的未知故障進(jìn)行檢測(cè)，并且其故障敏感性較高，但是解析模型的檢測(cè)方法需要建立數(shù)學(xué)模型才能對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)，這使得解析模型的故障檢測(cè)方法局限性較高。因此，在建筑電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)中采用解析模型的檢測(cè)方法，其本質(zhì)是利用參數(shù)估計(jì)、狀態(tài)估計(jì)、空間等價(jià)的方法進(jìn)行故障的檢測(cè)。

2.3 基于知識(shí)的電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)方法

在對(duì)建筑物的電氣系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測(cè)的過程中，采用基于知識(shí)的電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)方法是目前先進(jìn)的檢測(cè)方法，它是根據(jù)相關(guān)權(quán)威專家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使用知識(shí)系統(tǒng)不斷更新故障檢測(cè)庫的手段，并且此檢測(cè)方法具備不斷學(xué)習(xí)功能，因此能進(jìn)一步提高電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)準(zhǔn)確性，推動(dòng)建筑電氣智能化系統(tǒng)的不斷發(fā)展。

3 建筑電氣系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 建筑電氣仿真平臺(tái)故障診斷原理

建筑電氣系統(tǒng)的故障檢測(cè)本質(zhì)是根據(jù)故障集的映射，包括故障發(fā)生時(shí)征兆的提取和故障狀態(tài)的識(shí)別，由于建筑電氣故障發(fā)生的種類較多，且具有不確定性較大，因而以建筑電氣系統(tǒng)故障仿真平臺(tái)為基礎(chǔ)，對(duì)建筑電氣系統(tǒng)中常見的故障原因進(jìn)行分析研究。例如：接地系統(tǒng)故障、絕緣系統(tǒng)故障、配電系統(tǒng)故障等，依照各種故障的檢測(cè)目的，進(jìn)而選取最佳工作狀態(tài)的信號(hào)（電壓、電流或電阻）進(jìn)行檢測(cè)，之后在配電線關(guān)鍵回路安裝傳感器，利用先進(jìn)信息技術(shù)手段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)電氣系統(tǒng)的故障信號(hào)進(jìn)行記錄，收集故障特征信號(hào)并進(jìn)行信息處理，再將處理后的數(shù)據(jù)傳輸故障檢測(cè)算法，通過檢測(cè)手段后輸出故障類型和故障具體位置，并提示報(bào)警信息，進(jìn)而提出相應(yīng)問題的具體解決措施。

3.2 建筑電氣工程施工管理

在進(jìn)行建筑電氣工程的施工過程中，必須將相關(guān)人員的生命安全放在第一位，以預(yù)防為主，并針對(duì)其制定一套有效的安全措施，同時(shí)對(duì)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)培訓(xùn)，并保證各個(gè)相應(yīng)的技術(shù)崗位持證上崗，且派遣專業(yè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督指導(dǎo)工作。另外，需要制定用電安全技術(shù)的特定編制，建立相應(yīng)的技術(shù)檔案，在向?qū)I(yè)電工及各類用電人員進(jìn)行相應(yīng)培訓(xùn)時(shí)，應(yīng)向其介紹安全用電技術(shù)的示意圖和注意事項(xiàng)，并在資料上履行簽字手續(xù)，保證建筑電氣系統(tǒng)的安全性，禁止出現(xiàn)非專業(yè)人員隨意施工的現(xiàn)象，盡量避免建筑電氣安全事故的發(fā)生。

3.3 電氣工程事故檢測(cè)

在建筑電氣工程中，利用先進(jìn)的智能化技術(shù)，可以保證設(shè)備的誤差最小，傳統(tǒng)都是采用人工方式進(jìn)行電氣系統(tǒng)檢測(cè)的，不僅大量浪費(fèi)了人力資源，還造成了大量的材料浪費(fèi)，且檢查的精準(zhǔn)性較低，留下了一定的安全隱患。在建筑電氣系統(tǒng)的日常故障維修中，由于相關(guān)技術(shù)人員的專業(yè)水平較低且實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響，嚴(yán)重時(shí)甚至危害人們的生命安全。建筑電氣系統(tǒng)增添智能化技術(shù)非常重要，可以提高故障檢測(cè)的精準(zhǔn)性，且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以用于程序處理，因此，應(yīng)將建筑電氣系統(tǒng)智能化技術(shù)作為基礎(chǔ)，在電氣工程的實(shí)際工作狀態(tài)與設(shè)定狀態(tài)不相符時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警裝置，及時(shí)向相關(guān)人員傳遞警報(bào)信息，便于能及時(shí)解決相應(yīng)問題。此外，建筑電氣智能化技術(shù)不僅可以用于故障檢測(cè)，還可以將其數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上進(jìn)行具體分析，為電氣系統(tǒng)提供保證。

3.4 施工控制智能化

建筑電氣系統(tǒng)施工過程中，需要將施工進(jìn)度、風(fēng)險(xiǎn)管理、施工質(zhì)量融入電氣系統(tǒng)中，主要通過以下幾點(diǎn)進(jìn)行開展：①在進(jìn)行施工前，應(yīng)先對(duì)工程的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)查研究，保證工程布控的合理性，并以此為基礎(chǔ)建立相應(yīng)的機(jī)制；②對(duì)電氣系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行安裝、調(diào)試，保證工作的順利進(jìn)行；③對(duì)其進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)收時(shí)，要嚴(yán)格依照相應(yīng)安全等級(jí)進(jìn)行驗(yàn)收，保證電氣系統(tǒng)施工的質(zhì)量；④對(duì)配電箱、發(fā)電機(jī)、變壓器等重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)控制，并制定具體的施工時(shí)間，之后對(duì)其進(jìn)行微調(diào)修繕。此外，電氣工程的施工規(guī)模較大，施工中不可避免出現(xiàn)突變，進(jìn)而需要智能技術(shù)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，盡可能避免電氣系統(tǒng)故障的發(fā)生。

3.5 電氣智能化布線

在建筑電氣工程的施工中，為了進(jìn)一步提高安全防護(hù)等系統(tǒng)的工作效果，保證各個(gè)系統(tǒng)的有序進(jìn)行，進(jìn)而在電氣系統(tǒng)的施工中更加關(guān)注電氣布線施工，為電氣設(shè)備智能化提供技術(shù)支持。為了保證此效果的實(shí)現(xiàn)，電氣布線應(yīng)按照定位-開槽布線-封槽的順序進(jìn)行，且相關(guān)施工人員需要嚴(yán)格按照施工方案內(nèi)容進(jìn)行暗盒標(biāo)記，保證標(biāo)記點(diǎn)與開關(guān)插座的差距不能超過10mm。施工結(jié)束后，相關(guān)人員需要嚴(yán)格檢查線路是否出現(xiàn)斷路現(xiàn)象，若出現(xiàn)斷路現(xiàn)象及時(shí)解決，保證電氣系統(tǒng)的工作性能。

4 建筑電氣故障檢測(cè)發(fā)展前景

4.1 電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)研究

目前，我國(guó)建筑電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)還處于初步發(fā)展階段，建筑電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)研究方法尚未成熟。相對(duì)于新的故障檢測(cè)方法研究，例如：基于人工智能的方法解決電氣故障的研究仍具有很大的開發(fā)潛力，進(jìn)而研究出有效的、高效的、可靠的故障檢測(cè)方法，并應(yīng)用于實(shí)際案例中。例如：深度殘差收縮網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，它將軟閾值轉(zhuǎn)化為非線性層而引入到深度殘差網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，由于電氣故障種類較多，此方法能有效提取故障的特征值，提高電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)的準(zhǔn)確率。

4.2 電氣系統(tǒng)新型故障檢測(cè)方法研究

目前，我國(guó)屬于大數(shù)據(jù)發(fā)展階段，電氣系統(tǒng)故障采用多模態(tài)數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)用愈加廣泛，可以有效的提高電氣故障的精準(zhǔn)度。多模態(tài)數(shù)據(jù)融合描述了跨不同模式來自多個(gè)渠道的各種數(shù)據(jù)的過程，主要是為了產(chǎn)生更多可用的信息。在建筑電氣系統(tǒng)故障時(shí)，某些狀態(tài)會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，這是通過利用傳感器探測(cè)設(shè)備，從電氣系統(tǒng)中提取某些特征信息，并將其進(jìn)行融合傳輸至系統(tǒng)中心，之后信息融合中心對(duì)各種特征信息進(jìn)行分析處理，最終做出故障決策。

4.3 建筑電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用

我國(guó)電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用還不成熟，現(xiàn)有多數(shù)檢測(cè)方法是利用模擬數(shù)據(jù)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)的，且人工智能算法的檢測(cè)方法的應(yīng)用僅限于局部構(gòu)件，如洗衣機(jī)等小型設(shè)備，距離整體人工智能化仍具有一段距離。此外，電氣系統(tǒng)多種故障可能出現(xiàn)同時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，即使發(fā)生率較低，如若發(fā)生將會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的后果，因此，相關(guān)人員應(yīng)重視此類問題。目前已知的特征信息很難應(yīng)用到實(shí)際工程中，且在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的局限性，如計(jì)算量較大、故障類型較多等問題，因而如何將模擬數(shù)據(jù)應(yīng)用到實(shí)際工程是一個(gè)重要的研究方向。

4.4 電氣系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)調(diào)整

建筑電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)采用解析模型的方法時(shí)，通過對(duì)已建立的模型進(jìn)行參數(shù)調(diào)整并優(yōu)化，進(jìn)而保證所得數(shù)據(jù)的最優(yōu)性，但目前仍缺乏可靠的方法來調(diào)整模型參數(shù)，并且模型在電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)中是否具有接受能力尚未了解。在電氣系統(tǒng)建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型較為困難，且參數(shù)種類較為復(fù)雜，因而對(duì)建筑電氣系統(tǒng)故障的數(shù)學(xué)模型及參數(shù)優(yōu)化開發(fā)是一個(gè)重要發(fā)展方向。

4.5 建筑電氣故障數(shù)據(jù)完善

在建筑電氣系統(tǒng)故障的檢測(cè)中，對(duì)故障信息數(shù)據(jù)的收集及測(cè)試較為困難，局限性較大，并且相應(yīng)特征信息不能全覆蓋，在已有的故障特征信息中，可能會(huì)出現(xiàn)重復(fù)信息，無法區(qū)分其數(shù)據(jù)的優(yōu)越性。因此，解決外界環(huán)境溫度、濕度等會(huì)完善相應(yīng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集時(shí)也會(huì)較為煩瑣，進(jìn)而完善數(shù)據(jù)系統(tǒng)以便于電氣系統(tǒng)故障的檢測(cè)也是一個(gè)重要課題。

5 結(jié)語

綜上所述，建筑電氣系統(tǒng)故障的檢測(cè)方法未來將以智能技術(shù)為主，但目前仍處于起步階段。本文通過對(duì)信號(hào)檢測(cè)、解析模型和基于知識(shí)檢測(cè)方法進(jìn)行研究，相應(yīng)介紹其相對(duì)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性，最后概述了建筑電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)方法的未來前景，是一種較為長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃，符合當(dāng)代社會(huì)的發(fā)展需求，進(jìn)一步推動(dòng)建筑智能化的發(fā)展，提高建筑物的科學(xué)性。