建筑电气故障自诊断技术应用探析

许唯 山东金桥建设项目管理有限公司

1 前言

现代建筑中电气系统较为繁琐，具有较强的复杂性，再加上电气系统一直处于运行工作状态下，并不是固定不变的，如果没有采取有效的措施及时维护维修，或者维护方法不恰当，很容易导致电气系统出现故障，不仅降低了电气系统的使用寿命，也会对电气基础功能的正常发挥产生严重影响。

因此，企业需要及时诊断所属的电气系统故障，研究分析能量损耗情况与系统的运行状态，快速找到电气系统的故障位置和故障原因，制定有效的诊断措施，采取有针对性的维修维护计划，及时解决电气系统故障问题，确保建筑电气运行的稳定性、安全性、可靠性，使其始终处于安全工作状态下。

2 故障诊断的相关内容

2.1 故障诊断概念及发展现状

故障诊断技术是指在建筑电气系统运行过程中，使用各种诊断方式方法，判断系统是否处于正常工作状态下。如果发现电气系统的运行与正常状态存在一定的差异，维修人员可以借助以往丰富的工作经验分析判断故障，也可以使用专业的仪器仪表进行详细检测，明确确定故障位置、故障类型，分析出故障原因，快速准确维修故障，确保建筑电气系统安全稳定工作。或者也可以提前预测和判断可能发生的故障，这样在电气系统未发生故障前，就制定出有效性的针对措施和解决方案，减少系统故障的发生，降低系统故障带来的不良影响。

目前，国内外在建筑电气故障诊断领域的研究尚处于初步研究阶段，各方面的研究成果缺乏完善性和成熟性，原因有以下两点。

第一，人们普遍认为建筑电气故障诊断过于简单，不愿意将太多的时间和精力投入其中；再加上建筑电气故障诊断属于配网的细枝末节部分，人们更希望从事高端、地位突出显著的研究，比如，电力系统的故障诊断问题往往成为人们热衷研究的对象。

第二，在过去很长一段时间，建筑电气系统操作简单化，很难引起电力方面研究者的关注，缺乏相应的重视度。随着经济的高速发展，新技术、新产品层出不穷，智能建筑快速融入人们的日常生活中，建筑电气在其中占据重要且关键的地位。一旦建筑电气发生故障，就会带来一定的经济损失，严重情况下还会发生安全事故，给人们的生命安全带来莫大威胁，因此，加大建筑电气故障的研究力度将会给人们的日常生活、生产经营等带来积极作用。

目前，我国很多地区存在很多老化的旧房屋，由于常年缺乏维修检测，元器件严重老化腐蚀，很容易出现各种线路故障问题，直接影响了建筑电气系统的正常运行。而传统的建筑电气故障诊断，主要采取的是人工检修方式，此种故障诊断方式较为落后，缺乏高效性和精准性，检修过程中容易出现人工失误问题，遗留很多潜在的安全隐患。

在这种情况下，需要推广应用建筑电气故障自诊断技术，将建筑电气中的各种故障及时排查、诊断出来，减少电气故障的发生概率。因此，加强研究建筑电气故障自诊断技术刻不容缓，对智能建筑的高质量发展具有重要意义，也能为经济的高速发展提供助力。

2.2 建筑电气故障类型

（1）突发性故障。突发性故障是指建筑电气系统运行过程中，并无明显征兆或无发展过程的随机故障，此种故障无法通过事先测试进行监测，它的故障发生概率与使用时间并没有太大联系。在运行环境变化和外力作用下，建筑电气系统难以有效承受住此种突发变化，导致突发性故障的发生。突发性故障的发生缺乏规律性，往往是随机的，而且发生的原因比较复杂，一旦发生突发性故障，需要及时维修维护，避免对电气系统的连续性运转产生不良影响。电路故障、短路故障、接地故障等是建筑电气常见的突发性故障。

（2）累积性故障。累积性故障是指在长时间运作状态下，电气自动化设备的老化程度、磨损程度逐步累积引发的故障问题，此种故障的发生主要与设备本身质量有关。累积性故障在发生前会出现一定的征兆，而且有规律和一定的发展过程，可以通过事先的测试或监控预测到，所制定的解决方案更具有针对性。

2.3 故障诊断过程

（1）检测特征信号。各种电气设备系统的输出会呈现出不同的信号，系统的功能信号可以通过特征信号直观反映出来，因此，故障识别过程中需要注重检测特征信号。提取特征型号的形式分为两种，其一是物态形式，其二是能量形式。

（2）征兆信号提取。特征型号的形式分为两种，进行征兆信号提取时，需要根据具体形式合理选择。如果是能量形式，提取征兆信号时可以从时域、频域以及相位域中提取；如果是物态形式，提取征兆信号时可以采用物理方法、化学方法。

（3）识别系统状态。当检测特征信号后，需要采取合适方式提取征兆信号，所提取出来的征兆信号需要对比分析国家或行业所规定的标准，从而准确确定系统当前状态。如果系统状态正常，可对电气系统未来发生状况的趋势展开合理预测；如果系统状态不正常，通过诊断结果就能够确定故障位置、故障程度以及故障原因，为检修人员的系统维修工作提供便利性。

（4）故障维修决策。在获取相关故障的数据信息后，可以准确确定故障原因、故障位置后，然后制定有针对性的维修方案，即所说的故障维修决策。在维修方案的指导下，确保建筑电气恢复原有的使用性能，处于正常工作状态。

3 建筑电气故障的初步诊断技术

3.1 直观法

直观法是指当建筑电气设备发生故障，检测人员通过查看设备的外部表现情况，掌握了解电气设备工作原理、控制原理、控制线路的前提下，使用嗅觉闻气味、触摸法、耳听法判断设备故障。检测人员可以与现场操作人员加强沟通交流，对故障发生时的具体表现进行一定了解，包含建筑电气故障发生后是否有腐蚀性气体进入、电气设备周围是否有异常温度、电气设备是否维修过等内容。

在初步了解的基础上，进一步检查建筑电气设备的外观，查看电气设备外观、绝缘器件、连接线路的状态，是否存在损坏、烧焦、短路情况，然后以电气设备原理图为依据，开始逐步查找故障，初步判定建筑电气设备故障的发生部位，弄清故障所属系统和故障原因，为后续维修工作提供有效参考。

使用直观法诊断建筑电气故障时，需要使用逻辑推理法，具体分析思路为，先分析主电路，再分析各个控制回路，然后再围绕信号电路、辅助回路展开详细分析，检测人员按照这个思路确定电气设备故障。

3.2 调查火花

建筑电气设备在运行过程中可能会出现火花，一般来说，火花发生的原因为电路闭合、电路断开、开关触摸线头松动。因此，检测人员可详细观察电气设备出现火花故障后的具体表现，初步诊断出故障类型。

从实际的实践情况看，如果电气设备紧固导线与螺钉间有火花发生，需要检查线头连接位置，很有可能出现线头松动、接触不良问题；如果电气设备开关闭合时发生火花，就表明电路中经过电流；通过观察触摸器的主触电三相火花发生状况，准确判断三相电路通电状况。

3.3 基于信号处理诊断

基于信号处理诊断的依据为检测到的信号特征，此种诊断方式主要是粗略诊断电气设备故障，通过多个方式有效提取系统的时域、频域、相位域特征。检测人员在使用此种电气故障诊断技术时，需要全面掌握了解故障诊断要点，确保熟记于心，这样才能确保充分满足电气自动化设备故障诊断要求。基于信号处理诊断法，主要使用诊断累积性故障问题，缺乏较高的诊断精度，属于初步诊断技术。

4 建筑电气故障的深入诊断技术

4.1 测量电压法

测量电压法是以建筑电气系统内的电路供电方式为依据，准确测量电流值、电压值数据，通过对比分析测量数据与正常数值，判断是否在正常范围内，然后准确判定故障位置、故障类型。

在实际实践中，检测人员可以根据故障具体表现采用三种不同的电压检测方式，第一种是分阶测量法，类似于上下台阶一样的依次测量电压；第二种是分段测量法，顾名思义，就是将电路分为若干段，对每一段的电压值和电流值展开准确测量；第三种是点测方式，在电路中设置几个检测点，将这几个点的电压值、电流值测量出来即可。

4.2 比照法

比照法主要是比对建筑电气检测数据，与检测人员日常工作中记载的电气设备运行数据，以及电气设备规划安装时的重要数据参数，通过有效的对比和分析，能够明确故障位置和故障原因。简单来说，就是将故障设备的运行参数、运行状况与正常设备进行比照，分析出故障。

当然，部分电气设备修建安装时并没有保留原始数据、图纸资料，或者日常运行中并没有详细记录数据参数，此种情况下，检测人员需要以型号相同，而且使用性能良好的电气设备作为参考标准，进行对比分析；也可以同时检测多个电气元件，以元件动作程序为依据，准确判断故障原因。

此外，部分设备的数据参数往往无法从技术资料中找到，而且设备中部分电器零部件的使用性能参数无法判断质量好坏，可以使用互相比照法，参考正常设备依次调整更换。

4.3 变换元器材法

建筑电气设备一直处于运行状态下，随着时间的增加，部分电气设备会存在老化、破损问题，进而导致故障的产生。在进行电气设备维修时，某些故障发生部位的诊断难度太大，存在部分问题难以诊断、检查的状态，此种情况下，就可以使用变换元器材法进行有效诊断，及时解决故障，确保建筑电气设备的正常运行。

详细来说，变换元器材法就是通过更换型号相同，且使用性能无损的电气元件进行诊断分析，判断故障位置、故障原因。在更换过程中，所有拆卸的电气元件需要由专人妥善保管，并详细检查电气元件的外观，避免将损坏的电气元件安装在电气设备中。使用变换元器材法时，检测人员需要注意以下几个问题。

（1）在元件器材变换前，检测人员需要仔细检查要求拆换的原有器材，判断出原有器材的问题原因后，才能更换使用新的器材。

（2）当新的元件器材更换后，需要仔细检查电路导线与电气设备连接的正确性、牢固性，避免电路连接不当导致新的元件器材被烧坏。

（3）使用变换元器材法时，用于替代的元件器材必须与原来的器材规格、型号保持一致，这样不仅能够提高判断的有效性，也能有效避免新故障的发生。

4.4 逐步开路法

当电路出现断路故障后，需要将新的熔断器安装进去，然后逐步将各个支路线路接入电源中进行检测判断，如果发现某段时的熔断器发生熔断，表明故障位置在刚接入的这条电路上。除了检查电路，电路上的电器元件也需要重点检查，从而准确判断故障位置、故障类型。

逐步开路法的诊断步骤如下：第一，更换新的熔断器；第二，主电路上的各个支路依次有序断开；第三，进行通电试验，一旦出现熔断器熔断问题，需要将断开的那条电路作为重点怀疑对象；第四，检测分析疑似发生故障的那条电路，并找到故障原因。

4.5 基于解析模型诊断

应用基于解析模型诊断技术时，基础条件就是需要建立真实准确的数学模型，检测人员必须具备扎实的数学知识和较高的数学水平，这样才能分析数学解析模型，准确判断故障位置、故障类型、故障原因。

基于解析模型诊断技术主要用来诊断突发性故障，优势在于能够将一些未知故障提前测试出来，从而有效排查故障隐患，提高建筑电气设备运行的稳定性；不足之处在于，存在一定的限制条件，要确保诊断对象可以建立精确的数学模型，否则很难采用此诊断技术。

4.6 基于知识诊断

基于知识诊断技术，主要是有效分析电气自动化设备的运行状况，智能化水平较高，可以获取较为精准的诊断结果。使用此种诊断技术时，首先分析电气设备的运行状态，然后采取合适的诊断方法，科学分析出设备的故障原因。基于知识诊断技术，不仅可以诊断突发性故障，还可以诊断累积性故障，在诊断过程中，可以实现离线诊断，可以在线监测、自动诊断出电气设备的运行故障，具有良好的技术优势。

5 结束语

综上所述，随着经济的高速发展与科学技术的进步，先进的技术、工艺、装备等不断应用在建筑电气设备制造中，显著提升了整个电气系统的应用水平。在此种形势下，建筑电气故障诊断技术也需要与时俱进，跟进时代发展潮流，不断优化完善调整，进一步提高故障诊断技术水平，提升诊断效率和质量，确保建筑电气稳定安全运行，提升企业的经济效益。