电气自动化设备故障诊断技术与维护策略研究

引言

在工业自动化快速发展的背景下，电气自动化设备广泛应用于电力、制造业、交通运输等众多领域，成为现代工业生产的核心组成部分。设备运行过程中不可避免地会出现各类故障，不仅影响生产进度、增加维修成本，甚至可能引发安全事故。

一、电气自动化设备故障类型及成因

1.1 电源故障

电源故障是电气自动化设备常见问题之一。电压不稳定是电源故障的主要表现，过高或过低的电压都会使设备无法正常运行，甚至造成内部元件损坏。线路接触不良同样棘手，如接线端子松动、电线老化断裂，会导致电路断路或短路，引发设备停机。

1.2 电动机故障

电动机发生故障，直接影响设备的动力供给。电动机过载是一种典型的故障，当电机长期在过负荷状态下运行，易导致电机的绕组过热，绝缘加速老化，导致绕组发生短路或断路；电动机三相不平衡，即三相之间的电流不平衡，此时电机产生的额外振动、声音和噪音，降低了电机性能，使得电机的寿命也随之减小。

1.3 接触器故障

接触器发生故障，会导致接触器在控制设备电路时的接触控制功能发生故障。接触器使用时间过长，致使接触器触点产生磨损、氧化现象，致使接触器的接触电阻增大，导致接点过热、烧损甚至接触不良的现象。接触器自身动作不灵活，比如衔铁发生卡涩故障导致接触器无法正常吸合以及断开，从而影响设备的开启以及停止工作。接触器自身线圈过热烧毁故障也是很常见的故障现象，可能存在电压异常、线圈老化所导致的电压异常等原因。

1.4 传感器故障

传感器故障导致装置感知控制不精准，传感器损坏，如传感器敏感元件损坏，电路内部损坏等都会造成传感器无法正确感知信号，传感器接线断路、短路、接触不良等都会造成信号的中断或干扰，使装置无法获取正确的动作数值，造成自动化控制不精确。

1.5 通信故障

通信故障导致设备间的协同作业失效。由于通信线缆连接，网线故障、光纤断裂、损坏等导致通信链路中断。通信协议错误、不匹配，设备与设备无法识别、处理数据，造成数据丢失、乱码现象，导致设备间无法协同作业，使整个自动化系统工作无法稳定。

1.6 故障成因分析

仔细梳理故障原因，设备质量隐患是主要原因，部分设备制造工艺差，元件材料选用不妥当，导致设备存在先天不足，在故障出现的概率上本身就更高。外界环境的影响，比如高温或者潮湿的环境会导致设备元器件的老化速度加快，设备中的一些金属器件还容易受到腐蚀。强电磁影响设备中电子元器件，会造成信号混乱。误操作或者不正确的使用方法，违规操作、过频繁的启动和停止，长时间过负荷运行这些也是引发设备故障增加的关键原因。疏于维护管理，没有定期的维修与保养、没有及时地查找设备隐患故障，难以发现设备隐患，以至于小故障酿成大故障，给设备正常运行带来了较大的安全隐患。

二、电气自动化设备故障诊断技术

2.1 模糊神经网络

模糊神经网络集模糊神经网络和模糊逻辑的优势，模糊逻辑处理信息包含模糊、非准确量，而神经网络具有很强的自学习、自适应功能。在电气自动化设备故障诊断中，利用模糊神经网络将电气自动化设备运行状态中的电压值、电流值、温度值作为输入量，经过模糊化，将精确的数据转变为模糊集合，运用神经网络中学习算法对故障模式进行训练和识别。

2.2 小波分析技术

小波分析方法是基于多分辨率分析方法对信号做局部分析的方法。电气自动化设备在运行过程中所产生的电流、电压等信号中都包含有大量的故障信息，当设备在故障条件下运行时其信号所含有的频率、幅值等参数发生改变。小波分析可以对信号分解出不同分量的频率，并提取出故障特征信号实现对故障进行早期预警和准确定位。通过对变压器运行过程中的振动信号实施小波分析可以对由绕组变形、松动的铁芯等故障导致的信号异常进行及时捕捉，使得潜在的故障隐患在早期被发现，防止故障的发展。

2.3 故障树分析法

故障树分析法是一种从演绎推理角度出发的图形方式诊断技术。以故障设备故障现象作为故障树的顶事件，将导致故障出现的原因按主次关系进行逐一分析，再以逻辑门的构成方式构成故障树。在对电气自动化设备出现故障进行诊断时，从该设备故障现象入手，将其电源故障、电动机故障、接触器故障等作为中间事件，在进行分析导致中间事件的具体原因，即元件损坏、线路损坏等作为该事件的底事件。

2.4 智能算法诊断技术

智能算法诊断方法主要包括遗传算法、粒子群优化算法等，遗传算法是一种模拟生物进化中遗传、变异和自然选择过程的一种搜索方法，通过对故障诊断模型的参数进行寻优，获得故障诊断的最优解。粒子群优化算法是一种模拟飞禽等动物觅食行为的过程，粒子群算法通过粒子对解空间的搜索获得故障诊断的最优解。

三、电气自动化设备维护策略

3.1 日常维护措施

定期的保养，使设备安全稳定运行，是保障安全的日常工作。清洁检查是前期的准备工作，定期设备外观卫生，清洁设备内部的积尘、油渍等，避免积尘引起的散热性、短路等问题发生；仔细查看设备有无破损变形，接合面有无松脱，松脱的接线端子及时处理，接线端子加固，对设备电线老化的更换，电气线路连接的牢靠性。对电气线路的定期绝缘性能的检测，电线漏电、短路是由于电气线路的绝缘层发生的老化、损坏造成。

3.2 预防性维护策略

预知维修模式重在“防患于未然”，通过对设备开展状态监测，实施预防维修，通过传感器、物联网等技术实时采集设备的温度、振动、电流、电压等运行数据，以数据分析软件开展数据分析和挖掘，判定设备的运行工况和健康状态，根据设备运行规律和历史数据确定设备运行的科学维修计划和标准，明确不同类型设备的维修周期和维修项目以及维修要求，强化维修人员的技术培训和安全培训，熟练掌握设备的结构和原理、维修操作方法和故障诊断技术，提高维修人员的维修能力和应急响应能力，实施有效的预知维修。

3.3 故障维修策略

故障维修策略旨在快速解决设备故障，减少停机时间。当设备发生故障时，利用先进的故障诊断技术快速定位故障点，制定针对性的维修方案。建立完善的备件管理体系，根据设备的易损件和关键部件需求，合理储备备件，确保在故障发生时能够及时更换损坏部件。维修完成后，严格按照设备的技术标准对设备进行性能测试和验收，测试设备的运行参数是否正常、功能是否完好，只有通过验收的设备才能重新投入使用。

结语

电气自动化设备故障诊断技术与维护策略的研究，是保障设备高效运行、提升工业生产稳定性的关键。从模糊神经网络等先进诊断技术的应用，到日常维护、预防性维护及故障维修策略的实施，共同构建起设备全生命周期保障体系。随着技术不断革新，未来将朝着智能化、集成化方向发展，进一步降低故障风险，推动电气自动化行业高质量发展。

参考文献

[1]贺丰婕,姚书航.继电保护技术在电气自动化系统中的应用分析[J].光源与照明,2024,(09):195-197.

[2]朱柳忠.电气自动化设备故障预防及检修[J].中国高新科技,2021,(22):53-54.