2.1 故障模式与故障机理

2.1.1 设备故障及故障率时段

1. 异常、缺陷、故障、事故

故障、异常、缺陷等是反映设备技术状态的术语，在实际工作中往往很难确切地加以区别。设备故障的定义一般为设备（系统）或零部件丧失其规定性能的状态。显然，这种状态只在设备运转状态下才能显现出来；如设备已丧失（或局部丧失）规定性能而一直未开动，故障便无从发现。如一台电机的接地保护装置已损坏，但未影响其正常工作，只有当电机的绝缘遭到破坏时，才能暴露接地装置已失效。可见，上述情况不仅是设备状态问题，而且和人们对故障的认识方法有关。因此，判断设备是否处于故障状态，必须有具体的判别标准，要明确设备应保持的规定性能的具体内容；或者说，设备性能丧失到什么程度才算出了故障。这样，设备的异常、缺陷也就比较容易区别。一般来说，异常、缺陷是尚未发生故障，但已越出了正常状态，往往是不久就会发展成故障。由于设备结构上的层次关系，对于上一层次的系统来说，这种状态有时称为故障前状态（系统异常或有缺陷）。

设备故障与事故是有区别的。根据有关规定[2]，设备或零部件失去原有精度性能，不能正常运行，技术性能降低等，造成停产或经济损失者为设备故障。设备故障造成停产时间或修理费用达到下列规定数额者为设备事故。

一般事故：一般设备的修复费用在500～10000元；精、大、稀及机械工业关键设备的修复费用在0.1～3万元；或因设备事故造成全厂供电中断10～30min为一般事故。

重大事故：一般设备的修复费用达1万元以上；机械工业关键设备及精、大、稀设备的修复费用达3万元以上者；或因设备事故而使全厂电力供应中断30min以上者为重大事故。

特大事故：修复费用达50万元以上或由于设备事故造成全厂停产两天以上、车间停产一周以上者为特大事故。

本书不区分故障与事故，均统称为故障。

2. 故障的分类

故障的分类有多种，从不同的角度观察故障，例如从故障的性质、发展速度、起因、严重程度、影响后果等方面，可以有不同的分类方法。

（1）按故障的性质分类

1）人为故障——由于操作失误造成的故障。

2）自然故障——设备运行时，由于设备自身的原因（发展规律）发生的故障。

（2）按故障产生的原因分类

1）先天性故障——由于设计、制造不当而造成的设备固有缺陷而引起的故障。

2）使用性故障——由于维修、运行过程中使用不当或自然产生的故障。

（3）按故障发展速度分类

1）突发性故障——发生前无明显可察觉征兆，突然发生的故障，不能依靠事前监测等手段来预测。

2）渐进性故障——某些零件的技术指标逐渐恶化，发生与发展有一个渐变过程，最终超出允许范围而引起的故障，可以通过事前监测等手段提前预测。

（4）按故障持续时间分类

1）间断性故障——故障发生后，在没有外界干涉的情况下可以自行恢复的故障。

2）持续性故障——故障发生后，只有在外界采取措施、更换劣化部件后才能恢复、达到原有功能的故障。

（5）按故障的程度分类

1）局部故障——设备部分性能指标下降，但未丧失其全部功能的故障。

2）完全性故障——设备或部件完全丧失其功能的故障。

（6）按故障造成的后果分类

1）轻微故障——设备略微偏离正常的规定指标，影响轻微的故障。

2）一般故障——设备个别部件劣化，部分功能丧失，造成运行质量下降，导致能耗增加、环境噪声增大等的故障。

3）严重故障——关键设备或关键部件劣化，整体功能丧失，造成停机或局部停产甚至整个生产线完全停产或部分停产的故障。

4）恶性故障——设备遭受严重破坏，造成重大经济损失，甚至危及人身安全或造成严重污染的故障。

3. 设备故障率时段

电机的故障按故障发生的时间历程分，有突发性故障和渐进性故障。突发性故障是发生故障前不能提前测试与预测，表现为随机性；渐进性故障是由系统参数的逐步劣化产生的，这种故障能够在一定程度上早期预测。但总的来说，电机在整个服役期限内，故障发生的次数和使用时间之间有着宏观的规律，虽然对每一台设备来说，出现故障的次数和使用寿命各不相同，但其发展规律都是一致的。图2-1是设备故障率和使用寿命的关系曲线，其形状两边高，中间低凹平坦，形似一个浴盆，故称设备故障发生的“浴盆”曲线。

从故障的“浴盆”曲线中，可以看出，在整个服役期内，设备故障率通常可分为三个阶段。

1）初期故障率。设备刚投入运行时，初期故障率较高，原因是设备刚投入运行，必然会暴露一些制造、安装、调试中遗留的问题，而且设备刚投入运行，操作和维护都有一个适应过程。随着对设备性能的逐步熟悉和暴露问题的解决，故障率就逐渐降低。

2）稳定期的故障率。设备在进入稳定期后，故障率较低，而且很稳定，这段时间设备运行较正常，—般只有个别突发性的故障出现。

3）劣化期的故障率。随着服役时间的推移，设备逐步进入劣化期，劣化现象逐渐显著。以电动机为例，在服役15～20年之后，绝缘老化特征明显，如泄漏电流增加、绝缘电阻下降、局部放电增加等。

在这一时期，由于劣化趋势发展，设备故障率又逐步升高，最终进入到危险水平，如在此时不采取措施进行维修，则设备最终将因故障而导致损坏和失效。

4. 设备服役期内各时段的检查维修

在掌握了设备运行的这种宏观规律后，如果应用设备诊断技术，对设备进行状态维修，根据不同服役阶段采取不同的措施，及时进行检查与维修，就可以延长设备的服役寿命。具体办法如下：

1）初期阶段 在设备试运行阶段应严格验收和认真调整，以减少设备隐患和故障率。同时在初期阶段，设备点检周期要短一些，以及时发现故障、排除故障。

2）稳定期阶段 必须维持正常的点检和操作管理，但点检的周期可适当地长一些。

3）劣化期阶段 设备进入劣化期后，故障率逐渐增加。这时必须适当地增加点检的次数。当简易诊断发现故障征兆和状态参数已经达到应引起注意的水平时，就应该立即采取精密诊断。对故障部位和程度进行准确的判定，做出相应的维修方案和措施，通过维修，排除故障和隐患，使设备恢复原有性能，重新进入低故障的稳定值，这样就延长了设备的使用寿命。