2.1 故障模式與故障機理

2.1.1 設備故障及故障率時段

1. 異常、缺陷、故障、事故

故障、異常、缺陷等是反映設備技術狀態的術語，在實際工作中往往很難確切地加以區別。設備故障的定義一般為設備（系統）或零部件喪失其規定性能的狀態。顯然，這種狀態只在設備運轉狀態下才能顯現出來；如設備已喪失（或局部喪失）規定性能而一直未開動，故障便無從發現。如一臺電機的接地保護裝置已損壞，但未影響其正常工作，只有當電機的絕緣遭到破壞時，才能暴露接地裝置已失效。可見，上述情況不僅是設備狀態問題，而且和人們對故障的認識方法有關。因此，判斷設備是否處于故障狀態，必須有具體的判別標準，要明確設備應保持的規定性能的具體內容；或者說，設備性能喪失到什么程度才算出了故障。這樣，設備的異常、缺陷也就比較容易區別。一般來說，異常、缺陷是尚未發生故障，但已越出了正常狀態，往往是不久就會發展成故障。由于設備結構上的層次關系，對于上一層次的系統來說，這種狀態有時稱為故障前狀態（系統異常或有缺陷）。

設備故障與事故是有區別的。根據有關規定[2]，設備或零部件失去原有精度性能，不能正常運行，技術性能降低等，造成停產或經濟損失者為設備故障。設備故障造成停產時間或修理費用達到下列規定數額者為設備事故。

一般事故：一般設備的修復費用在500～10000元；精、大、稀及機械工業關鍵設備的修復費用在0.1～3萬元；或因設備事故造成全廠供電中斷10～30min為一般事故。

重大事故：一般設備的修復費用達1萬元以上；機械工業關鍵設備及精、大、稀設備的修復費用達3萬元以上者；或因設備事故而使全廠電力供應中斷30min以上者為重大事故。

特大事故：修復費用達50萬元以上或由于設備事故造成全廠停產兩天以上、車間停產一周以上者為特大事故。

本書不區分故障與事故，均統稱為故障。

2. 故障的分類

故障的分類有多種，從不同的角度觀察故障，例如從故障的性質、發展速度、起因、嚴重程度、影響后果等方面，可以有不同的分類方法。

（1）按故障的性質分類

1）人為故障——由于操作失誤造成的故障。

2）自然故障——設備運行時，由于設備自身的原因（發展規律）發生的故障。

（2）按故障產生的原因分類

1）先天性故障——由于設計、制造不當而造成的設備固有缺陷而引起的故障。

2）使用性故障——由于維修、運行過程中使用不當或自然產生的故障。

（3）按故障發展速度分類

1）突發性故障——發生前無明顯可察覺征兆，突然發生的故障，不能依靠事前監測等手段來預測。

2）漸進性故障——某些零件的技術指標逐漸惡化，發生與發展有一個漸變過程，最終超出允許范圍而引起的故障，可以通過事前監測等手段提前預測。

（4）按故障持續時間分類

1）間斷性故障——故障發生后，在沒有外界干涉的情況下可以自行恢復的故障。

2）持續性故障——故障發生后，只有在外界采取措施、更換劣化部件后才能恢復、達到原有功能的故障。

（5）按故障的程度分類

1）局部故障——設備部分性能指標下降，但未喪失其全部功能的故障。

2）完全性故障——設備或部件完全喪失其功能的故障。

（6）按故障造成的后果分類

1）輕微故障——設備略微偏離正常的規定指標，影響輕微的故障。

2）一般故障——設備個別部件劣化，部分功能喪失，造成運行質量下降，導致能耗增加、環境噪聲增大等的故障。

3）嚴重故障——關鍵設備或關鍵部件劣化，整體功能喪失，造成停機或局部停產甚至整個生產線完全停產或部分停產的故障。

4）惡性故障——設備遭受嚴重破壞，造成重大經濟損失，甚至危及人身安全或造成嚴重污染的故障。

3. 設備故障率時段

電機的故障按故障發生的時間歷程分，有突發性故障和漸進性故障。突發性故障是發生故障前不能提前測試與預測，表現為隨機性；漸進性故障是由系統參數的逐步劣化產生的，這種故障能夠在一定程度上早期預測。但總的來說，電機在整個服役期限內，故障發生的次數和使用時間之間有著宏觀的規律，雖然對每一臺設備來說，出現故障的次數和使用壽命各不相同，但其發展規律都是一致的。圖2-1是設備故障率和使用壽命的關系曲線，其形狀兩邊高，中間低凹平坦，形似一個浴盆，故稱設備故障發生的“浴盆”曲線。

從故障的“浴盆”曲線中，可以看出，在整個服役期內，設備故障率通?？煞譃槿齻€階段。

1）初期故障率。設備剛投入運行時，初期故障率較高，原因是設備剛投入運行，必然會暴露一些制造、安裝、調試中遺留的問題，而且設備剛投入運行，操作和維護都有一個適應過程。隨著對設備性能的逐步熟悉和暴露問題的解決，故障率就逐漸降低。

2）穩定期的故障率。設備在進入穩定期后，故障率較低，而且很穩定，這段時間設備運行較正常，—般只有個別突發性的故障出現。

3）劣化期的故障率。隨著服役時間的推移，設備逐步進入劣化期，劣化現象逐漸顯著。以電動機為例，在服役15～20年之后，絕緣老化特征明顯，如泄漏電流增加、絕緣電阻下降、局部放電增加等。

在這一時期，由于劣化趨勢發展，設備故障率又逐步升高，最終進入到危險水平，如在此時不采取措施進行維修，則設備最終將因故障而導致損壞和失效。

4. 設備服役期內各時段的檢查維修

在掌握了設備運行的這種宏觀規律后，如果應用設備診斷技術，對設備進行狀態維修，根據不同服役階段采取不同的措施，及時進行檢查與維修，就可以延長設備的服役壽命。具體辦法如下：

1）初期階段 在設備試運行階段應嚴格驗收和認真調整，以減少設備隱患和故障率。同時在初期階段，設備點檢周期要短一些，以及時發現故障、排除故障。

2）穩定期階段 必須維持正常的點檢和操作管理，但點檢的周期可適當地長一些。

3）劣化期階段 設備進入劣化期后，故障率逐漸增加。這時必須適當地增加點檢的次數。當簡易診斷發現故障征兆和狀態參數已經達到應引起注意的水平時，就應該立即采取精密診斷。對故障部位和程度進行準確的判定，做出相應的維修方案和措施，通過維修，排除故障和隱患，使設備恢復原有性能，重新進入低故障的穩定值，這樣就延長了設備的使用壽命。