电气维修方法论第二十六篇(排查过程的繁难故障1)

      在正确认知故障电气设备的基础上，如果不能找出故障源，就不能成功修理。查找故障源主观困难体现逆向追因溯源使结果呈发散性。客观困难体现电气设备、电路和电气元件种类复杂、功能繁多、用途广泛、日趋集成化和程序化等方面。
      针对排查故障源的繁难故障类型较多，采用不同的观察分析判断思路能提高排查故障源的效率。通常属于排查故障源难度大的繁难故障类型有：
      一、找不出切入点的故障
找不出合理切入点的繁难故障在维修实践中具有普偏性，其特征和规律为故障现象和故障源不是直接而是间接复杂的因果关系，之间逻辑链较长，属于故障源隐藏较深的电气故障。由故障现象按追因溯源思路推测故障源会产生发散性结果，所以已知故障现象既不能帮助缩小故障排查范围，也不能帮助判断可疑对象好坏。此类故障难点在于找出最合理异常现象作为查找故障源的切入点。
      排查故障源时找不出切入点分为故障现象不易感知和筛选不出合理切入点两类。故障现象不易感知包括：故障现象隐蔽表现为没有明显可被人直接感知的异常现象，只有通过深度剖析才能进行观察或检测；故障现象随机漂移表现为异常现象不稳定，受工作时间长短、机械冲击、温度变化、电源波动等影响，时有时无、随机出现难以获取。筛选不出合理切入点包括：故障现象变化过快表现为异常现象运动较快、稍纵即逝，造成扑捉困难；故障现象运动过慢表现为异常现象运动较慢、缓慢变化，造成记录困难。
      此类繁难故障维修需要工程师具备高于元件级维修的能力。先收集故障设备功能框图、电路原理图、仿真电路图、三维图形或数字仿真运动等技术资料，全面认知故障设备工作原理和功能用途。通常采用假设、联想和类比等思路，灵活使用随机试探和逐步逼近方法，继续扩大观察、剖析的范围及深度，从易被忽视或隐蔽的角度或层面寻找具有判断价值的异常现象作为切入点；在设备进入与故障现象相关的工作阶段和状态下，借助精度和灵敏度较高并带记忆功能的先进精密仪器代替人感官扑捉异常现象，将最明显异常现象作为查找故障源的最佳切入点。
      维修实例：专业投影仪
      客户介绍该设备用于视频会议和教育培训，属于高亮度和高分辨率进口办公设备类型，近段时间出现长时间工作后随机死机异常现象，间隔一段时间后恢复正常，没有相关技术资料。因为设备体积较小、携带方便和操作使用简单，客户同意可带回维修中心进行维修。
      通过互联网虽然没有找到该投影仪的电气原理图，但是获知其基本工作原理。主要由光学部件、成像部件、电源部件和风冷部件构成，利用凸透镜成像原理，将光源部件发出强光通过成像部件投射到屏幕上形成放大图像。光学部件由溴钨灯泡、菲涅尔聚光镜、液晶板、螺纹透镜、偏振镜和反射镜组成，通过调整镜头实现控制聚焦、投影面积、平面倾斜和梯形失真等功能。成像部件处理视频信号后输入液晶板，控制面板实现人机交互功能。电源部件由工作电源和灯泡电源组成，工作电源为视频处理板和控制板供电，灯泡电源由单独变压器为溴钨灯泡供电。温度保护电路确保风冷系统和溴钨灯泡同时启动，将大量热量及时排出。因为投影仪塑料外壳严丝合缝，所以反复观察、仔细查找后才在隐蔽位置找到紧固螺丝。拆卸外壳后观察了解内部光学部件、成像部件、电源部件和风冷部件的布局及相互间连接线路。
      投影仪接通电源并接入视频信号后开始测试，工作一小时后出现随机死机，停机一小时后又能恢复正常状态的异常现象。因为正常时图像正常，死机后测量电源电路正常，初步排除光学部件、成像部件和电源部件异常。因为发热厉害，所以将设备风冷部件作为查找故障源切入点。清洗风扇及过滤网上灰尘并装配好设备后检测故障依旧，找不出具有判断价值的异常现象作为切入点。
      考虑到每次检测周期长且需要装好外壳后投影仪才能启动，决定更换观察分析角度查找新异常现象。用热成像仪观察异常现象出现过程，发现投影仪工作时外壳温度分布不均匀，在溴钨灯附近最高。决定重新拆卸设备，以溴钨灯位置为中心缩小故障源排查范围。拆下光源部件后发现底部有温度传感器连接到保护电路，仔细观察发现传感器导热膏干枯及紧固螺丝松动。分析判断故障源为传感器松动后与金属散热壳之间导热慢，温度过高后触发保护电路动作，控制电路使设备进入保护性停机状态，停机冷却一段时间温度传感器复位后投影仪恢复正常状态。
      拆下温度传感器后清洗接触面并重新涂抹导热膏，用新螺丝紧固传感器。还怀疑风冷系统风扇转速降低影响冷却效果，拆下风扇后用手拨动扇叶感觉阻力较大，分析判断故障源是轴承润滑油干枯。因为无法快速采购相同风扇，决定修复风扇。拆开风扇底部塑料密封底盖和卡簧，取出扇叶，用酒精清洗轴和轴承后涂抹润滑油，安上卡簧和底盖后将风扇装回原处。将投影仪所有零件装配好通电测试，能长期持续工作而且温度稳定，故障排除。
      维修处理完成后填写检修日志后向客户移交已修复设备，最后建立该设备技术档案和填写检修记录。
       二、有循环反馈回路的故障
      此类繁难故障特征和规律是设备电路存在循环反馈回路，故障现象和故障源间互相影响，无法从单一的故障现象追溯故障原因。故障源先正向延时产生故障现象，如果故障现象再延时反向影响故障源，故障源和故障现象之间形成循环反馈的电气故障。有些设备电路还存在多重闭环的电气故障。此类故障难点在于如何缩小故障源排查范围。
      此类繁难故障通常采用逐步逼近的思路缩小故障源排查范围：先通过熟悉故障设备的功能框图、电路原理图、仿真电路图、三维图形或数字仿真运动等技术资料，全面认知故障设备工作原理和功能用途，维修前先根据电气原理图找出主电路和循环反馈电路后，为提高分析效率，用封闭环描述控制系统中物理量（电压或电流）之间的因果关系，多重闭环系统采用多重封闭环描述多种物理量之间因果关系。在循环反馈电路中选择合理的断开点（断点处物理量呈简单线性关系），在断点处断开将闭环电路变为开环串行电路，在断点输入端输入预设合理物理量，同时检测断点和主回路输出端，在主回路输出端接上模拟负荷，采用分段排除法缩小故障源排查范围，直至找出故障源为止。还可利用计算机作为控制电路的核心，速度稳定运算和随机采样存储的功能，通过检测程序捕捉异常现象，为查找故障源提供合理切入点。
      维修实例－六联冷轧钢机控制系统
      某客户核心设备六联冷轧钢机出现偶尔随机保护停机异常现象，严重影响企业正常生产，经济损失巨大，要求尽快赶赴现场维修。
      赶赴现场后客户介绍该设备以六台1000kW、5kV的高压直流电机为动力驱动六组轧辊，能在常温下仅靠机械力用轧辊将厚钢板材压制为0.1mm厚薄的钢带。由六台1250KVA、6kV的变压器为每台电机供电，是企业核心装备，属于大型加工设备类。该设备控制系统装在十四面控制柜内，技术资料完整。直流电机采用大功率可控硅调速，调速系统由电流环、电压环、转速环、张力环和厚度环组成的闭环回路同时调整各电机转速。该设备投产后一直存在轧制过程中随机突然停机异常现象，设备商家多次来人一直无法解决此问题，而且近期故障频率逐渐提高，要求尽快找出故障源并彻底修好。因为设备操作复杂，启停成本高，检测时尽量减少启停次数。
      经过现场实勘，设备体积庞大，机械和电气部件众多，之间连接电缆大多通过桥架和电缆沟进行连接。初步研究电气原理图后决定：因为维修时间有限，不可能在短时间内全面认知该设备，可先局部认知与异常现象相关部分，降低认知难度，缩小故障排查范围。该异常现象随机出现，重启后消失，无法稳定捕捉并观察分析，判断属于电气故障范畴。根据实践经验合理推断，将认知和排查范围缩小到电机调速电路范围内。
      先按照电气原理图逐个梳理检测主回路上所有核心电气元件，没有发现异常。梳理各闭环反馈电路后，在设备通电工作时用示波器追踪测试各反馈回路电信号，因为处于闭环状态，原因和结果相互影响，没有找出有判断价值的异常现象作为切入点。轧机控制系统核心是一台大型PLC控制器，综合考虑后决定利用PLC去捕捉异常现象。在厂家编制的控制程序中插入自己开发的追踪程序，当故障发生后及时保存所有现场采集数据。启动轧机直至出现异常停机后，立刻读取PLC中保存的现场采集数据，发现是电压环给定电压值异常，决定以此异常现象为查找故障源的切入点。找到电压环对应电路中间位置断开，在输入端输入给定电压值，用万用表进行实时检测输出端电压，如果与输入值相近，就更换断开位置继续追踪测量，直到找出相差较大位置，在此位置追踪查找电路板上对应电气元件，最后找到一块741运算集成电路性能不稳，更换运算后轧机开机长时间稳定运行，原故障彻底排除。
      维修完成后恢复设备所有端口接线，重新紧固螺丝，清扫内部灰尘和杂物，最后装配设备外壳。填写设备检修日志，建立技术档案和填写检修记录。
      三、安全可靠性高的故障
      此类繁难故障特征和规律是有较大安全风险源（如高压、大电流和高速运动等），维修时容易发生人身安全事故。在维修时持举轻若重态度，双人配合，严格采用安全措施，按照安全流程操作。设备由专业操作人员操作，保持安全距离。
      安全可靠性高故障设备电路分为主电路和保护电路，通常保护类型多，有多重保护电路。主电路出现故障时，保护电路立即使设备处于保护状态防止故障扩大，但也增加了排查故障源的难度。逐个检测每一个保护环节，切忌同时断开全部保护对电气设备产生新的伤害。如果保护回路简单，直接观测保护电气元件的工作状态确认其是否处于保护状态。如果保护回路复杂，通过控制系统对电气设备进行自检，检查保护记录，尽可能多了解异常信息。以控制系统提供的异常信息为切入点，缩小故障排查的范围。可以按照元件级维修的逻辑推理思路排查故障源。
      此类繁难故障通常采用排除、限定、局部认知、逐渐逼近等思路缩小故障源排查范围：先通过熟悉故障设备的功能框图、电路原理图、仿真电路图、三维图形或数字仿真运动等技术资料全面认知故障设备工作原理和功能用途后，熟悉故障设备的主电路和全部保护电路；检测操作前进行严谨逻辑分析，推理出能解释所有异常现象的故障源；排查故障前必须先断开设备负载或用模拟负载代替真实负载，再通电检测全部保护电路，确保保护电路保护功能正常；在检测主电路过程中不要轻易关闭保护回路，尽量进行离线或间接检测，避免带电直接检测，采用假负荷代替真实负荷避免电流冲击。
      维修实例：箱式变压器
      因为客户施工现场安装的临时630kVA箱式变压器短路跳闸，严重影响项目施工进度，要求赶赴现场处理问题。到达现场后客户介绍该箱变自从投入使用后就经常出现柱上高压断路器跳闸现象。因为输入电压等级为10kV，安全安全要求高，一直不能彻底排查故障。该箱式变压器有详细完整的电气技术资料。
      经现场实勘，发现AC380/220V低压输出端电缆被鼠咬坏，造成断路器保护跳闸。修复电缆后检查箱体未发现老鼠进入孔洞，到箱变基坑再检查发现有老鼠挖掘孔洞后用水泥砂浆封堵。
      安全要求高，通电检测前逻辑推理异常现象和故障源的因果关系。按照电力系统分级保护原则，查阅技术资料获知低压侧断路器、万能断路器和柱上10KV真空断路器的短路保护电流值，与变压器功率相符的电流对比值，低压电缆短路后断路器的跳闸顺序为分支低压断路器>低压万能断路器>箱外10KV真空断路器，这次短路故障低压断路器没有跳闸，而是10KV真空断路器跳闸，违反分级保护原则。与客户及箱变供应商深入交流后获知无论任何线路故障都会直接导致10KV真空断路器跳闸，决定以此异常现象为切入点继续查找故障源。查看柱上10KV真空断路器短路保护电流整定值，不知什么原因被设置为正常值十分之一，严重偏低，要求箱变供应商将其调整为正常值后开机长期正常运行，原故障彻底排除。
      分析故障原理应该是该箱变安装完成后调试人员输错参数造成。维修完成后恢复设备所有端口接线，重新紧固螺丝，清扫内部灰尘和杂物，最后装配设备外壳。填写设备检修日志，建立技术档案和填写检修记录。
      监舍高压电网
      本地看守所监舍围墙上高压电网没有高压，要求赶赴现场处理问题。到达现场后客户介绍高压电网用来防范刑犯潜逃而设置的高压围墙电网，非民用电子围栏系统，具备高伤害打击能力，维修时要注意安全，有对应的电气线路图。
      查阅技术资料认知监狱高压电网工作原理是高压电网主机发出高压脉冲，由脉冲主机和多路架空线网组成的智能型周界系统。每路线网单线与地之间为5400V高压，一路短接短接时不影响其它线网电压。相邻两线为反极性电压，线线间为10kV高压，线线短接时对地还有5400V高压。具有防盗、报警等周界防范功能。采用差分式反极性电压技术。
      因为监舍围墙和电网电压等级较高，现场实勘时为保证安全，要求客户安排监舍专职电工全程配合检修。启动脉冲主机后用高压验电笔检测，发现有一路线网上没有高压。关闭主机拆卸外壳后，拆下没有高压输出线网对应电路板，用万用表很快检测出电路板上一只可控硅元件击穿，更换后开机测试还是没有高压输出。取下脉冲主机外接线网后再测量，发现高压输出正常，判断线网上存在故障源。
      与客户沟通后获知是监舍维修改造后才出现此故障，推测线网上的部分绝缘设施可能被损坏，造成线网对地绝缘性能降低。因为监舍周界距离长、围墙高，只能两人配合用梯子爬上围墙，逐个检测线网所用的绝缘瓷瓶，连续两天持续检查，终于发现一个外壳破裂的瓷瓶。更换后启动脉冲主机，高压输出恢复正常，同时也解决了因雨雾天脉冲主机误报或漏报问题，故障彻底排除。
      分析故障原理可能是装修时飞溅建渣将绝缘瓷瓶碰坏。维修完成后恢复设备所有端口接线，重新紧固螺丝，清扫内部灰尘和杂物，最后装配设备外壳。填写设备检修日志，建立技术档案和填写检修记录。   
（作者：罗清；地址：四川省攀枝花市东区；电话：[phone]；微信：pzhLQ564200811；QQ：564200811）