导读

电机以其性能优越、制造和装配简单、成本低等优点被广泛应用于船舶发电系统和各子系统中，作为提供动力的核心部件，其状态好坏将直接影响各系统能否正常运行，重要程度毋庸置疑[1]。

由于船用电机长时间的运行和频繁启停，会导致绕组出现过热、短路、接线处碳化等故障，加之机舱内部环境复杂，船用电机在运行中易受到高温、高湿、油气和振动等多种不利因素的影响，都会加速电机系统线路性能劣化，最终导致失效停车[2-4]。

所以，对船用电机早期故障干预，即进行定期状态监测、故障诊断及检修排除故障，可以提高设备运行可靠性，对保障船舶的安全和稳定具有重要意义。

目前，基于电机电路分析 （MCA） 技术的电机故障检测仪产品可以高效、准确地获取到电机三相绕组相关特征参数，再进行监测数据分析以及比较平衡度，并结合历史数据变化趋势等，对电机状态进行综合诊断。

MCA 技术监测特征参数有电阻、电感、相角、阻抗和倍频，测试核心为后两者。

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变化微乎其微，但由此产生的电感失效可通过阻抗真实反映出来。

倍频 I/F测试值可以直接说明电感的失效程度，它能够作为匝间短路的判定依据[5]。

一、电机状态监测故障诊断实例分析

1、某船空调水泵电机启动线路对地绝缘故障分析

在对某船进行电机状态监测过程中，发现3#空调水泵电机对地绝缘值严重偏低，仅为 0.05 MΩ，MCA测试结果显示正常。

同时，同类型其他4台空调水泵电机的三相绕阻 MCA 测试结果和对地绝缘值均正常，因此，监测人员初步诊断为该电机系统线路中存在对地绝缘不良故障。

5台空调水泵电机MCA测试结果见表1。

为能准确定位故障位置，监测人员要求断开控制箱与电机启动线路的连接，再分别测量控制箱和电机启动线路的对地绝缘情况，测量结果显示控制箱绝缘正常（＞100 MΩ），电机启动线路绝缘为0.05 MΩ，由此判断故障出现在电机系统线路中。

随后打开电机接线盒端盖，断开三相绕组与启动线路，分别测量电机绕组和启动线路的对地绝缘值，结果显示均为正常 （＞100 MΩ），说明此时两部分都没有对地绝缘问题。

考虑到只是拆开电机系统各部分连接线就解决了对地绝缘问题，再结合绝缘故障的特点，判断故障部位可能在外部线路的某个位置。

经过仔细排查，发现在电机接线盒内，三相启动线路的某一根电线胶皮破损，电线内的导电体与接线盒壳体直接接触，从而破坏了设备的绝缘。

此故障的发生是由于线路与壳体直角处接触，电机壳体振动，长时间摩擦，电线胶皮破损导致的对地绝缘性能降低，同时，在排查过程中也发现其他两相线路的相同位置也均有一定程度的胶皮破损现象，3#空调水泵电机启动线路胶皮破损见图1。

▲图1 3#空调水泵电机启动线路胶皮破损

现场维修人员对故障维修后，监测人员再次在控制箱处测量设备的对地绝缘值，结果显示正常。

2、某船货油泵电机接线柱烧灼故障分析

对某船进行电机状态监测，测试结果显示三相数值不平衡度较大，并且多次测量依旧显示不平衡，三相绕组直流电阻不平衡度为 152%，相角最大相差6°，倍频相差4%，测试结果与IEEE电机三相平衡评判标准比较，诊断结果为此电机系统存在故障。

3 台货油泵电机 MCA 测试结果见表 2，根据 MCA 测试结果分析，故障原因可能为连接线接头松动或者绕组存在短路。

为能准确定位故障位置，监测人员要求拆开电机接线盒，由此可以判断是电机启动线路故障还是电机内部绕组故障。

在拆开电机接线盒时，发现内部接线端子存在严重烧灼痕迹，电线接线头绝缘套管已经碳化，2#货油泵电机接线盒处接线端子烧灼见图2。

▲图2 2#货油泵电机接线盒处接线端子烧灼

现场维修人员进行必要的清理维修后，在电机接线盒接线端子处测量三相绕组参数，发现三相绕组 MCA 测试结果处于平衡状态，电机系统恢复正常状态，故障排除。

在电机接线盒测量绕组端子，所得参数均平衡，说明电机内部绕组正常。

根据从控制箱处测得的三相数据不平衡以及接线盒内存在烧灼状态，可以判断接线端子存在接触不良故障，建议立即对电机接线端子和线路进行维护保养。

此故障大概率是电机接线盒内接线与端子联结存在故障，使得接触电阻增大，导致接线端子异常发热，从而产生严重烧痕和绝缘皮套碳化现象。

二、经验总结

1、排除人为操作影响，提升故障监测能力

状态监测是故障诊断的前提和基础，需准确获取设备的状态信息。

由于电气控制箱内部线路布置和控制器件结构等原因，监测人员需手持测试表笔，施加压力在测试接线柱上，在经历长时间、多台次的监测工作后，人员容易手部疲劳，导致施加压力不足。

从而导致表笔与所测触点处接触电阻不稳定，影响监测结果，造成数据无效，仍需再次测试。

所以，排除人为操作因素的影响，获取设备的准确状态信息至关重要。

另一方面，在监测过程中，使用测试夹可有效避免因为接触电阻误差问题给监测结果带来的影响。

同时，在控制箱处进行状态监测需时刻谨记安全问题，通常电机启动线路接线柱与三相电源接线柱在相邻位置，应避免因误触导致的人身伤害。

2、多点监测结果比较，准确定位故障位置

故障诊断是状态监测的主要目的，使用正确的监测方法、准确的故障定位可为排除故障提供帮助。

船舶内部电气线路错综复杂，不像机械设备那样具有直观的可视性，电机系统线路一旦发生绝缘故障，需在线路中逐一排查。

电机系统的绝缘故障如果发生在电机绕组内，会使温度过高而发生短路，导致电机不能正常工作。

如果绝缘故障发生在外部线路会使壳体带电，检查方法是将各相绕组接线端与接线柱断开，分别逐相检查是否有接地故障，如测试结果显示正常，则故障可能发生于外部线路中。

此故障可通过多位置测试逐一排查，仔细观察启动线路中有无导线胶皮破裂痕迹，也可精确定位并解决故障。

3、掌握故障劣化趋势，综合研判失效程度

电机失效趋势并非线性变化，而是随着工作时间呈指数增长，所以，对设备的定期监测、早期故障电机的跟踪监测就显得尤为重要。

建立设备健康档案，保存监测数据，将设备出厂数据及历次测试数据进行纵向比较，与同类设备的监测数据和标准进行横向比较，可有效分析诊断设备的早期故障，并对未来状态进行预测。

同时，状态监测也是预测维修的基础，可依此制定相应的维修计划，避免因设备失效停车造成危险和损失。

三、结束语

船用电机工作环境复杂，故障易发，需使用科学、合理的监测方法，对其进行状态监测及早期故障隐患排查诊断。

本文结合2个典型电机状态监测案例，对状态监测过程、故障现象、故障排查及产生原因进行了详细叙述，最后总结和分享了相关监测经验，可为船用电机状态监测及故障诊断提供经验和参考。

参考文献

[1] 苏高辉，古成中，罗日荣，等．基于MCA理论的电机故障检测方式试验研究[J]．中国修船，2018，31 （4）：46-50．

[2] 刘文，周智勇，蔡巍．舰船异步电动机故障模式及其诊断技术综述[J]．船电技术，2022，42（8）：48-52．

[3] 郑小荣，李红江，高海林．舰艇中频发电机组的故障诊断[J]．船电技术，2016，36（8）：48-51．

[4] 曾新红．船用电机故障分析研究[J]．船电技术，2012，32（6）：54-56．

[5] 郭占强，史光．MCA：国际先进的电机故障诊断技术[J].中国设备工程，2017（7）：23.

原创作者系：

92957部队

韩 宇、王 亮、郑小荣、任凤华

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