杨鹏
摘要：MCA技术是把电机视同于一个由电阻、电感和电容组成的复杂电路进行分析，可以对电机进行不解体状态下的故障诊断。本文重点介绍MCA测试方法，及在电机故障诊断中的应用。
关键词：电机；故障；诊断
中图分类号：TH165.3文献标识码：B
美国电力研究协会（EPRI）对电机故障的研究表明，电机故障的53％与机械部分有关，47％来源于电气故障。机械故障诊断一直是采用传统的振动分析法和红外检测法，而电气故障的诊断则使用绝缘测试、直流高压测试、高压冲击测试、局部放电测试等方法。传统的测试手段对电机故障的判断存在着一些问题，大多需辅以解体测试才能准确判定故障点。现在可以利用MCA技术进行电机非解体故障诊断。
一、MCA技术简介
1．电机电流分析（MCA）核心理论
用简单的电阻测试及绝缘测试系统进行电机线路故障检测所带来的问题是，某些大电机绕组阻值非常低，以至于所用的欧姆表无法足够精确地检测故障，同时，如果存在高阻故障（高于简单绕组电路）还会漏检；许多电机虽然出现故障，而电阻却仍然保持平衡。现在，人们发现，利用停电状态下电机的电磁特性和高频电流进行相位测试，从而发现电机电路中存在的缺陷已成为可能，通过将电机看成一个包含电阻、电感和电容的复杂电路（图1）进行分析，这就是MCA技术的基本原理。
(1)阻抗测试。
电机电路的阻抗和电感直接受转子绕组位置、质量，定子绕组的类型，匝间互感和自感的影响，通过阻抗测试可以反映电机运行状态。交流电机三相平衡是三相阻抗，而非直流电阻的平衡，阻抗测试结果反映转子的故障。
(2)倍频测试。
阻抗根据转子位置或故障而产生变化，因此必须采用专门的方法来确定定子本身的缺陷，从而区分出转子故障。这可以通过施加一个应用频率，设置电流基准值完成。将频率加倍（倍频测试）并观察每相的电流变化比值，这一结果是对匝间状态的准确考察。因为绕组阻抗的主要成分是电感，倍频电流变化通常是15%~20%。定义这一变化量为“I/F”，即匝间短路评判值。
匝间短路的发展过程，就是绕组由接近纯电感电路，向纯电阻电路发展的过程，亦即I/F值由-50％向一0％发展的过程（负号代表减少）。
对交流电机三相I/F值的比较，很容易发现早期微小的匝间短路。例如三相测试结果分别为-48%、-48%、-47%，说明最后一相有较轻微的匝间短路；而-48%、-47%、-43％的结果则意味着相间可能发生严重的短路。
2．MCA技术的应用
(1)电机的故障分类。
电机定子绕组有四种基本的故障类型，即匝间短路，在同一绕组匝间产生的故障；线圈间短路，在同一相线圈产生的故障；相间短路，不同相线圈之间产生的故障；接地故障，在线圈与地或相地之间出现的故障。
转子故障有三种基本类型，即转子断条，由于启动次数过于频繁、过热、转子拖动或其他问题引起；铸造缺陷，存在于铸造转子中；气隙问题，气隙偏心引起旋转设备的振动，影响电机设备零部件的可靠性。
(2)MCA测试的评估。
MCA技术利用电阻、电感、阻抗、倍频测试值I/F、阻抗角（相角）及绝缘值全面评估电机的整体性能。
①电阻。电阻测试是相对的，相间不平衡不应超过5%。如果存在不平衡，但是I/F，和相角平衡，可能是接头松散。如果I/F响应值及相角不平衡，则存在着严重的绕组或导体故障。
②阻抗及电感。转子的位置和（或）转子故障将会影响阻抗Z和电感L读数。低速电机Z和L读数一般较为平衡，而较高速度的电机如二极电机(3000r/min)Z和L读数则较易产生不平衡。低速电机Z和L其他读数相符，但是有一组或两组阻抗读数低时，则表明有电容增加，可能是由于绕组过热或污染所致。如果Z与所有其它读数相符，但L不符，通常代表有转子故障。如Z值和L值不平衡，与之对应的I/F和相角也不平衡，则表明有严重故障。
③相角和I/F值。指示绕组短路（匝间、层间和相间）的基本标志。各相间相角读数差应在1度以内（例如，74、75、76良好，74、76、76坏），I/F读数在-15%到-50%范围内（频率加倍时电流缩减），相间差异为两点以内（例如-44、-45、-46好，-44、-47、-47坏）。不论哪一相读数超过一50则说明有严重短路。如果检测到的读数偏高但与正常值相差较少，则可能是有早期匝间故障。
④转子测试。通过一定次数的改变转子位置，同时读取一系列电感读数，或者当转动转子时测感抗值，可以检测出转子故障。如果转子测试的多数读数平衡且数值接近，则转子状况是可接受的。
二、利用MCA对电机进行故障诊断
一台50kW，3600r/min星型连接电机，用油田地层注水。测试时发现11%(P-P)电流不平衡，小于0.5%(P-P)电压不平衡，工作温度标，电机产生频率为100Hz的电气振动，但并未超出允许范围。利用MCA技术测试，电机参数见表1。
表1故障电机参数表
不平衡非常显著，系因T2－T3间存在少量的匝间短路。通过维修，三相不平衡消失。
对几台同样结构规格的电机评估，绕组完好。说明MCA技术可以在电机不解体的情况下，对故障原因进行直接判断，同时可以对运行中电机进定时监控，通过参数变化及时了解电机的运行状态，为预知维修提供依据。