電氣維修方法論第二十六篇(排查過程的繁難故障1)

在正確認(rèn)知故障電氣設(shè)備的基礎(chǔ)上，如果不能找出故障源，就不能成功修理。查找故障源主觀困難體現(xiàn)逆向追因溯源使結(jié)果呈發(fā)散性?？陀^困難體現(xiàn)電氣設(shè)備、電路和電氣元件種類復(fù)雜、功能繁多、用途廣泛、日趨集成化和程序化等方面。
針對排查故障源的繁難故障類型較多，采用不同的觀察分析判斷思路能提高排查故障源的效率。通常屬于排查故障源難度大的繁難故障類型有：
一、找不出切入點的故障
找不出合理切入點的繁難故障在維修實踐中具有普偏性，其特征和規(guī)律為故障現(xiàn)象和故障源不是直接而是間接復(fù)雜的因果關(guān)系，之間邏輯鏈較長，屬于故障源隱藏較深的電氣故障。由故障現(xiàn)象按追因溯源思路推測故障源會產(chǎn)生發(fā)散性結(jié)果，所以已知故障現(xiàn)象既不能幫助縮小故障排查范圍，也不能幫助判斷可疑對象好壞。此類故障難點在于找出最合理異?，F(xiàn)象作為查找故障源的切入點。
排查故障源時找不出切入點分為故障現(xiàn)象不易感知和篩選不出合理切入點兩類。故障現(xiàn)象不易感知包括：故障現(xiàn)象隱蔽表現(xiàn)為沒有明顯可被人直接感知的異?，F(xiàn)象，只有通過深度剖析才能進(jìn)行觀察或檢測；故障現(xiàn)象隨機(jī)漂移表現(xiàn)為異?，F(xiàn)象不穩(wěn)定，受工作時間長短、機(jī)械沖擊、溫度變化、電源波動等影響，時有時無、隨機(jī)出現(xiàn)難以獲取。篩選不出合理切入點包括：故障現(xiàn)象變化過快表現(xiàn)為異常現(xiàn)象運動較快、稍縱即逝，造成撲捉困難；故障現(xiàn)象運動過慢表現(xiàn)為異?，F(xiàn)象運動較慢、緩慢變化，造成記錄困難。
此類繁難故障維修需要工程師具備高于元件級維修的能力。先收集故障設(shè)備功能框圖、電路原理圖、仿真電路圖、三維圖形或數(shù)字仿真運動等技術(shù)資料，全面認(rèn)知故障設(shè)備工作原理和功能用途。通常采用假設(shè)、聯(lián)想和類比等思路，靈活使用隨機(jī)試探和逐步逼近方法，繼續(xù)擴(kuò)大觀察、剖析的范圍及深度，從易被忽視或隱蔽的角度或?qū)用鎸ふ揖哂信袛鄡r值的異?，F(xiàn)象作為切入點；在設(shè)備進(jìn)入與故障現(xiàn)象相關(guān)的工作階段和狀態(tài)下，借助精度和靈敏度較高并帶記憶功能的先進(jìn)精密儀器代替人感官撲捉異?，F(xiàn)象，將最明顯異?，F(xiàn)象作為查找故障源的最佳切入點。
維修實例：專業(yè)投影儀
客戶介紹該設(shè)備用于視頻會議和教育培訓(xùn)，屬于高亮度和高分辨率進(jìn)口辦公設(shè)備類型，近段時間出現(xiàn)長時間工作后隨機(jī)死機(jī)異?，F(xiàn)象，間隔一段時間后恢復(fù)正常，沒有相關(guān)技術(shù)資料。因為設(shè)備體積較小、攜帶方便和操作使用簡單，客戶同意可帶回維修中心進(jìn)行維修。
通過互聯(lián)網(wǎng)雖然沒有找到該投影儀的電氣原理圖，但是獲知其基本工作原理。主要由光學(xué)部件、成像部件、電源部件和風(fēng)冷部件構(gòu)成，利用凸透鏡成像原理，將光源部件發(fā)出強(qiáng)光通過成像部件投射到屏幕上形成放大圖像。光學(xué)部件由溴鎢燈泡、菲涅爾聚光鏡、液晶板、螺紋透鏡、偏振鏡和反射鏡組成，通過調(diào)整鏡頭實現(xiàn)控制聚焦、投影面積、平面傾斜和梯形失真等功能。成像部件處理視頻信號后輸入液晶板，控制面板實現(xiàn)人機(jī)交互功能。電源部件由工作電源和燈泡電源組成，工作電源為視頻處理板和控制板供電，燈泡電源由單獨變壓器為溴鎢燈泡供電。溫度保護(hù)電路確保風(fēng)冷系統(tǒng)和溴鎢燈泡同時啟動，將大量熱量及時排出。因為投影儀塑料外殼嚴(yán)絲合縫，所以反復(fù)觀察、仔細(xì)查找后才在隱蔽位置找到緊固螺絲。拆卸外殼后觀察了解內(nèi)部光學(xué)部件、成像部件、電源部件和風(fēng)冷部件的布局及相互間連接線路。
投影儀接通電源并接入視頻信號后開始測試，工作一小時后出現(xiàn)隨機(jī)死機(jī)，停機(jī)一小時后又能恢復(fù)正常狀態(tài)的異?，F(xiàn)象。因為正常時圖像正常，死機(jī)后測量電源電路正常，初步排除光學(xué)部件、成像部件和電源部件異常。因為發(fā)熱厲害，所以將設(shè)備風(fēng)冷部件作為查找故障源切入點。清洗風(fēng)扇及過濾網(wǎng)上灰塵并裝配好設(shè)備后檢測故障依舊，找不出具有判斷價值的異常現(xiàn)象作為切入點。
考慮到每次檢測周期長且需要裝好外殼后投影儀才能啟動，決定更換觀察分析角度查找新異?，F(xiàn)象。用熱成像儀觀察異?，F(xiàn)象出現(xiàn)過程，發(fā)現(xiàn)投影儀工作時外殼溫度分布不均勻，在溴鎢燈附近最高。決定重新拆卸設(shè)備，以溴鎢燈位置為中心縮小故障源排查范圍。拆下光源部件后發(fā)現(xiàn)底部有溫度傳感器連接到保護(hù)電路，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)傳感器導(dǎo)熱膏干枯及緊固螺絲松動。分析判斷故障源為傳感器松動后與金屬散熱殼之間導(dǎo)熱慢，溫度過高后觸發(fā)保護(hù)電路動作，控制電路使設(shè)備進(jìn)入保護(hù)性停機(jī)狀態(tài)，停機(jī)冷卻一段時間溫度傳感器復(fù)位后投影儀恢復(fù)正常狀態(tài)。
拆下溫度傳感器后清洗接觸面并重新涂抹導(dǎo)熱膏，用新螺絲緊固傳感器。還懷疑風(fēng)冷系統(tǒng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降低影響冷卻效果，拆下風(fēng)扇后用手撥動扇葉感覺阻力較大，分析判斷故障源是軸承潤滑油干枯。因為無法快速采購相同風(fēng)扇，決定修復(fù)風(fēng)扇。拆開風(fēng)扇底部塑料密封底蓋和卡簧，取出扇葉，用酒精清洗軸和軸承后涂抹潤滑油，安上卡簧和底蓋后將風(fēng)扇裝回原處。將投影儀所有零件裝配好通電測試，能長期持續(xù)工作而且溫度穩(wěn)定，故障排除。
維修處理完成后填寫檢修日志后向客戶移交已修復(fù)設(shè)備，最后建立該設(shè)備技術(shù)檔案和填寫檢修記錄。
二、有循環(huán)反饋回路的故障
此類繁難故障特征和規(guī)律是設(shè)備電路存在循環(huán)反饋回路，故障現(xiàn)象和故障源間互相影響，無法從單一的故障現(xiàn)象追溯故障原因。故障源先正向延時產(chǎn)生故障現(xiàn)象，如果故障現(xiàn)象再延時反向影響故障源，故障源和故障現(xiàn)象之間形成循環(huán)反饋的電氣故障。有些設(shè)備電路還存在多重閉環(huán)的電氣故障。此類故障難點在于如何縮小故障源排查范圍。
此類繁難故障通常采用逐步逼近的思路縮小故障源排查范圍：先通過熟悉故障設(shè)備的功能框圖、電路原理圖、仿真電路圖、三維圖形或數(shù)字仿真運動等技術(shù)資料，全面認(rèn)知故障設(shè)備工作原理和功能用途，維修前先根據(jù)電氣原理圖找出主電路和循環(huán)反饋電路后，為提高分析效率，用封閉環(huán)描述控制系統(tǒng)中物理量（電壓或電流）之間的因果關(guān)系，多重閉環(huán)系統(tǒng)采用多重封閉環(huán)描述多種物理量之間因果關(guān)系。在循環(huán)反饋電路中選擇合理的斷開點（斷點處物理量呈簡單線性關(guān)系），在斷點處斷開將閉環(huán)電路變?yōu)殚_環(huán)串行電路，在斷點輸入端輸入預(yù)設(shè)合理物理量，同時檢測斷點和主回路輸出端，在主回路輸出端接上模擬負(fù)荷，采用分段排除法縮小故障源排查范圍，直至找出故障源為止。還可利用計算機(jī)作為控制電路的核心，速度穩(wěn)定運算和隨機(jī)采樣存儲的功能，通過檢測程序捕捉異?，F(xiàn)象，為查找故障源提供合理切入點。
維修實例－六聯(lián)冷軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)
某客戶核心設(shè)備六聯(lián)冷軋鋼機(jī)出現(xiàn)偶爾隨機(jī)保護(hù)停機(jī)異?，F(xiàn)象，嚴(yán)重影響企業(yè)正常生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失巨大，要求盡快趕赴現(xiàn)場維修。
趕赴現(xiàn)場后客戶介紹該設(shè)備以六臺1000kW、5kV的高壓直流電機(jī)為動力驅(qū)動六組軋輥，能在常溫下僅靠機(jī)械力用軋輥將厚鋼板材壓制為0.1mm厚薄的鋼帶。由六臺1250KVA、6kV的變壓器為每臺電機(jī)供電，是企業(yè)核心裝備，屬于大型加工設(shè)備類。該設(shè)備控制系統(tǒng)裝在十四面控制柜內(nèi)，技術(shù)資料完整。直流電機(jī)采用大功率可控硅調(diào)速，調(diào)速系統(tǒng)由電流環(huán)、電壓環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)、張力環(huán)和厚度環(huán)組成的閉環(huán)回路同時調(diào)整各電機(jī)轉(zhuǎn)速。該設(shè)備投產(chǎn)后一直存在軋制過程中隨機(jī)突然停機(jī)異?，F(xiàn)象，設(shè)備商家多次來人一直無法解決此問題，而且近期故障頻率逐漸提高，要求盡快找出故障源并徹底修好。因為設(shè)備操作復(fù)雜，啟停成本高，檢測時盡量減少啟停次數(shù)。
經(jīng)過現(xiàn)場實勘，設(shè)備體積龐大，機(jī)械和電氣部件眾多，之間連接電纜大多通過橋架和電纜溝進(jìn)行連接。初步研究電氣原理圖后決定：因為維修時間有限，不可能在短時間內(nèi)全面認(rèn)知該設(shè)備，可先局部認(rèn)知與異?，F(xiàn)象相關(guān)部分，降低認(rèn)知難度，縮小故障排查范圍。該異?，F(xiàn)象隨機(jī)出現(xiàn)，重啟后消失，無法穩(wěn)定捕捉并觀察分析，判斷屬于電氣故障范疇。根據(jù)實踐經(jīng)驗合理推斷，將認(rèn)知和排查范圍縮小到電機(jī)調(diào)速電路范圍內(nèi)。
先按照電氣原理圖逐個梳理檢測主回路上所有核心電氣元件，沒有發(fā)現(xiàn)異常。梳理各閉環(huán)反饋電路后，在設(shè)備通電工作時用示波器追蹤測試各反饋回路電信號，因為處于閉環(huán)狀態(tài)，原因和結(jié)果相互影響，沒有找出有判斷價值的異?，F(xiàn)象作為切入點。軋機(jī)控制系統(tǒng)核心是一臺大型PLC控制器，綜合考慮后決定利用PLC去捕捉異?，F(xiàn)象。在廠家編制的控制程序中插入自己開發(fā)的追蹤程序，當(dāng)故障發(fā)生后及時保存所有現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)。啟動軋機(jī)直至出現(xiàn)異常停機(jī)后，立刻讀取PLC中保存的現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)是電壓環(huán)給定電壓值異常，決定以此異常現(xiàn)象為查找故障源的切入點。找到電壓環(huán)對應(yīng)電路中間位置斷開，在輸入端輸入給定電壓值，用萬用表進(jìn)行實時檢測輸出端電壓，如果與輸入值相近，就更換斷開位置繼續(xù)追蹤測量，直到找出相差較大位置，在此位置追蹤查找電路板上對應(yīng)電氣元件，最后找到一塊741運算集成電路性能不穩(wěn)，更換運算后軋機(jī)開機(jī)長時間穩(wěn)定運行，原故障徹底排除。
維修完成后恢復(fù)設(shè)備所有端口接線，重新緊固螺絲，清掃內(nèi)部灰塵和雜物，最后裝配設(shè)備外殼。填寫設(shè)備檢修日志，建立技術(shù)檔案和填寫檢修記錄。
三、安全可靠性高的故障
此類繁難故障特征和規(guī)律是有較大安全風(fēng)險源（如高壓、大電流和高速運動等），維修時容易發(fā)生人身安全事故。在維修時持舉輕若重態(tài)度，雙人配合，嚴(yán)格采用安全措施，按照安全流程操作。設(shè)備由專業(yè)操作人員操作，保持安全距離。
安全可靠性高故障設(shè)備電路分為主電路和保護(hù)電路，通常保護(hù)類型多，有多重保護(hù)電路。主電路出現(xiàn)故障時，保護(hù)電路立即使設(shè)備處于保護(hù)狀態(tài)防止故障擴(kuò)大，但也增加了排查故障源的難度。逐個檢測每一個保護(hù)環(huán)節(jié)，切忌同時斷開全部保護(hù)對電氣設(shè)備產(chǎn)生新的傷害。如果保護(hù)回路簡單，直接觀測保護(hù)電氣元件的工作狀態(tài)確認(rèn)其是否處于保護(hù)狀態(tài)。如果保護(hù)回路復(fù)雜，通過控制系統(tǒng)對電氣設(shè)備進(jìn)行自檢，檢查保護(hù)記錄，盡可能多了解異常信息。以控制系統(tǒng)提供的異常信息為切入點，縮小故障排查的范圍?？梢园凑赵壘S修的邏輯推理思路排查故障源。
此類繁難故障通常采用排除、限定、局部認(rèn)知、逐漸逼近等思路縮小故障源排查范圍：先通過熟悉故障設(shè)備的功能框圖、電路原理圖、仿真電路圖、三維圖形或數(shù)字仿真運動等技術(shù)資料全面認(rèn)知故障設(shè)備工作原理和功能用途后，熟悉故障設(shè)備的主電路和全部保護(hù)電路；檢測操作前進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)邏輯分析，推理出能解釋所有異?，F(xiàn)象的故障源；排查故障前必須先斷開設(shè)備負(fù)載或用模擬負(fù)載代替真實負(fù)載，再通電檢測全部保護(hù)電路，確保保護(hù)電路保護(hù)功能正常；在檢測主電路過程中不要輕易關(guān)閉保護(hù)回路，盡量進(jìn)行離線或間接檢測，避免帶電直接檢測，采用假負(fù)荷代替真實負(fù)荷避免電流沖擊。
維修實例：箱式變壓器
因為客戶施工現(xiàn)場安裝的臨時630kVA箱式變壓器短路跳閘，嚴(yán)重影響項目施工進(jìn)度，要求趕赴現(xiàn)場處理問題。到達(dá)現(xiàn)場后客戶介紹該箱變自從投入使用后就經(jīng)常出現(xiàn)柱上高壓斷路器跳閘現(xiàn)象。因為輸入電壓等級為10kV，安全安全要求高，一直不能徹底排查故障。該箱式變壓器有詳細(xì)完整的電氣技術(shù)資料。
經(jīng)現(xiàn)場實勘，發(fā)現(xiàn)AC380/220V低壓輸出端電纜被鼠咬壞，造成斷路器保護(hù)跳閘。修復(fù)電纜后檢查箱體未發(fā)現(xiàn)老鼠進(jìn)入孔洞，到箱變基坑再檢查發(fā)現(xiàn)有老鼠挖掘孔洞后用水泥砂漿封堵。
安全要求高，通電檢測前邏輯推理異?，F(xiàn)象和故障源的因果關(guān)系。按照電力系統(tǒng)分級保護(hù)原則，查閱技術(shù)資料獲知低壓側(cè)斷路器、萬能斷路器和柱上10KV真空斷路器的短路保護(hù)電流值，與變壓器功率相符的電流對比值，低壓電纜短路后斷路器的跳閘順序為分支低壓斷路器>低壓萬能斷路器>箱外10KV真空斷路器，這次短路故障低壓斷路器沒有跳閘，而是10KV真空斷路器跳閘，違反分級保護(hù)原則。與客戶及箱變供應(yīng)商深入交流后獲知無論任何線路故障都會直接導(dǎo)致10KV真空斷路器跳閘，決定以此異?，F(xiàn)象為切入點繼續(xù)查找故障源。查看柱上10KV真空斷路器短路保護(hù)電流整定值，不知什么原因被設(shè)置為正常值十分之一，嚴(yán)重偏低，要求箱變供應(yīng)商將其調(diào)整為正常值后開機(jī)長期正常運行，原故障徹底排除。
分析故障原理應(yīng)該是該箱變安裝完成后調(diào)試人員輸錯參數(shù)造成。維修完成后恢復(fù)設(shè)備所有端口接線，重新緊固螺絲，清掃內(nèi)部灰塵和雜物，最后裝配設(shè)備外殼。填寫設(shè)備檢修日志，建立技術(shù)檔案和填寫檢修記錄。
監(jiān)舍高壓電網(wǎng)
本地看守所監(jiān)舍圍墻上高壓電網(wǎng)沒有高壓，要求趕赴現(xiàn)場處理問題。到達(dá)現(xiàn)場后客戶介紹高壓電網(wǎng)用來防范刑犯潛逃而設(shè)置的高壓圍墻電網(wǎng)，非民用電子圍欄系統(tǒng)，具備高傷害打擊能力，維修時要注意安全，有對應(yīng)的電氣線路圖。
查閱技術(shù)資料認(rèn)知監(jiān)獄高壓電網(wǎng)工作原理是高壓電網(wǎng)主機(jī)發(fā)出高壓脈沖，由脈沖主機(jī)和多路架空線網(wǎng)組成的智能型周界系統(tǒng)。每路線網(wǎng)單線與地之間為5400V高壓，一路短接短接時不影響其它線網(wǎng)電壓。相鄰兩線為反極性電壓，線線間為10kV高壓，線線短接時對地還有5400V高壓。具有防盜、報警等周界防范功能。采用差分式反極性電壓技術(shù)。
因為監(jiān)舍圍墻和電網(wǎng)電壓等級較高，現(xiàn)場實勘時為保證安全，要求客戶安排監(jiān)舍專職電工全程配合檢修。啟動脈沖主機(jī)后用高壓驗電筆檢測，發(fā)現(xiàn)有一路線網(wǎng)上沒有高壓。關(guān)閉主機(jī)拆卸外殼后，拆下沒有高壓輸出線網(wǎng)對應(yīng)電路板，用萬用表很快檢測出電路板上一只可控硅元件擊穿，更換后開機(jī)測試還是沒有高壓輸出。取下脈沖主機(jī)外接線網(wǎng)后再測量，發(fā)現(xiàn)高壓輸出正常，判斷線網(wǎng)上存在故障源。
與客戶溝通后獲知是監(jiān)舍維修改造后才出現(xiàn)此故障，推測線網(wǎng)上的部分絕緣設(shè)施可能被損壞，造成線網(wǎng)對地絕緣性能降低。因為監(jiān)舍周界距離長、圍墻高，只能兩人配合用梯子爬上圍墻，逐個檢測線網(wǎng)所用的絕緣瓷瓶，連續(xù)兩天持續(xù)檢查，終于發(fā)現(xiàn)一個外殼破裂的瓷瓶。更換后啟動脈沖主機(jī)，高壓輸出恢復(fù)正常，同時也解決了因雨霧天脈沖主機(jī)誤報或漏報問題，故障徹底排除。
分析故障原理可能是裝修時飛濺建渣將絕緣瓷瓶碰壞。維修完成后恢復(fù)設(shè)備所有端口接線，重新緊固螺絲，清掃內(nèi)部灰塵和雜物，最后裝配設(shè)備外殼。填寫設(shè)備檢修日志，建立技術(shù)檔案和填寫檢修記錄。
（作者：羅清；地址：四川省攀枝花市東區(qū)；電話：13548205451；微信：pzhLQ564200811；QQ：564200811）