摘要：铁路机车牵引电机对于几次大提速后的列车安全、可靠运行，作用至关重要。本文介绍采用MCA测试技术，对阻抗和倍频进行测试，基本可及时了解牵引电机的电气故障。据此采取适当的维修策略，可逐步实现牵引电机的状态维修。
关键词：铁路机车；牵引电机；MCA测试技术；阻抗测试；倍频测试；评判标准
随着铁路的几次“大提速”，机务系统对设备本身的可靠性要求越来越高，尤其是作为机车设备的心脏——牵引电机，如何通过实施状态维修，以确保机车可靠运行，是摆在铁路设备管理与维修人员面前的重要问题。以下探讨牵引电机的状态维修问题。
一、牵引电机的主要故障
1．绝缘故障。包括电枢绕组绝缘故障、励磁绕组绝缘故障、换向器接地。
2．励磁回路故障。包括匝间短路、绕组引出线断裂、接头松动。
3．电枢回路故障。包括电枢绕组匝间短路、换向极故障、片间短路、电刷接触不良等。
二、牵引电机MCA测试技术
1．阻抗测试（Z）
阻抗是对绕组电路电磁特性的综合评判。初期匝间短路导致的电阻值的变化微乎其微，难以检测，但由此产生的电感失效可通过阻抗真实反映出来。尤其是对阻抗的长期监测，是对于直流电机励磁回路、电枢回路、交流电机定转子平衡故障，以及故障程度的有力判据。
IEEE以及美国能源部已经全面采用阻抗测试作为电机诊断的评判依据。
2．倍频测试（1/f）
电机绕组通入交流信号，通过频率加倍，得出减小量（1/f），借此评判绕组电路的电磁特性。完好的绕组接近于理想电感，频率加倍后，电流减少约50%。匝间短路发生发展的过程，即是电感失效、电磁特性变化的过程，也就是I/f。从一50％向0％发展的过程。真实绕组的这一参数是匝间短路最有效的判据。
对于直流牵引电机，电枢回路与励磁回路的倍频测试值I/f的变化，将指示匝间短路的发展过程；而交流电机三相I/f的比较，更可进一步指示发生故障的是哪一相绕组。
三、牵引电机状态维修实施程序
1．实施状态检测
需解决的问题是在机车上完成多台电机的测试，数据存储、比较、分析，对状态维修提出有力依据。
检测方法是电机断电后，直接在控制柜盘内电枢与励磁回路引出线端子上进行测试。
(1)直流牵引电机的状态检测步骤
①选择自动测试功能，测试励磁绕组参数（H1H2）一次，测试电枢回路参数（sc）两次，三组参数存储。
②电枢回路两次的测量结果必须相同，否则说明电枢绕组或换向极上存在积炭，从而导致电磁特性变化，甚至是接地。
图1
③三组参数与新电机参数或前次测试结果进行比较分析。
④测试励磁绕组对地绝缘，再选择重测功能测试电枢回路绝缘，选择最小值存储。
⑤测试其它几台电机进行比较，或与每台原始数据比较。
⑥将所有数据上载至计算机进行比较、趋势分析、存储管理。
(2)测试实例
①530kW直流电机测试数据（励磁回路接头不实，绕组完好）见表1。
②410kW直流电机测试数据（电枢回路碳刷接触不实，绕组完好）见表2。
③410kW直流电机测试数据（故障）见表3。
a．励磁回路参数中仅电阻值偏大（与上台完好电机比较），说明绕组完好，仅端子部位轻微接触不良。
b．电枢回路参数I/f值与相角φ明显偏低，说明存在严重短路，且两次测试结果差异很大，说明电枢或换相级存在积炭而导致局部接地。
C．电枢回路绝缘测试结果证实接地故障(O.1MΩ)。
(3)评判标准（根据IEEE388、389）见表4
根据以上标准，可得出表5所示的关于410电机的参考标准（530电机类似）。
2．故障诊断测试程序
通过状态监测程序即可区分励磁回路或电枢回路故障。若是励磁回路故障，已无再测试的必要；若为电枢回路故障，可通过以下方法定位转子故障区域。
(1)电枢回路绝缘缺陷部位诊断
①将电刷从换向器上提起，重新测试绝缘，若数值低，说明刷具或换向极接地。
②测试换向器对地绝缘，若数值低，说明电枢绕组接地。
(2)电枢测试
①对于解体的电机（转子抽出），使用ATF11测试夹具，将开口开至最大，测试换向器片间阻抗(Z)，通过比较，即可快速定位故障元件；片间阻抗的评判标准为5％偏差以内。
②若电机没有解体，提升两个相邻电刷，保留另外一对(互为90℃)电刷(如图2)。
图2
a．将ALLTESTIV两测试夹头夹在两个保留电刷刷架上（或直接在引出线端子上），测试阻抗值(Z)。
b．转动转子，令转子在圆周的不同角度下（可分为8个、12个或更多角度）测试每个阻抗值。
c．多个阻抗值的比较即可定位故障，例如阻抗多数在3.17至3.22Ω之间，但有一个或几个2.5Ω的读数，即可指示匝间短路的发生。
评判标准：5％偏差以内。
如果因某个松动、碎裂或断开的电刷导致测试数据变化，则应先检查刷架、刷具及电刷的质量，然后再测试。
3．数据分析
ALLTESTIV可自动测试电机全套参数，可存储500台电机参数，并可通过Trend2000软件上载到计算机进行存储、比较、趋势跟踪分析、打印报表，从而实现对电机的全面质量管理。
同时EMCAT专家系统软件更有自动诊断、状态指示、标准集成等功能，可记录包括振动、热像、电流波形、PI、高压测试结果，帮助实施完善的PdM进程。
四、效果
朔黄铁路机辆分公司实施牵引电机状态维修以来，取得了较好的成绩，维修成本降15％，约30万元。因维修目标明确，检修时间大大缩短。由于基本做到了根据状态而修，所以维修周期大为延长。