本發(fā)明涉及電機(jī)節(jié)能及故障監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種電機(jī)節(jié)能分析及故障狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，由于電機(jī)的大量使用，電機(jī)的節(jié)能指標(biāo)的提高一直是行業(yè)追求技術(shù)目標(biāo)，對電機(jī)的節(jié)能控制符合國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展需求；電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于發(fā)電廠、煉鋼廠、艦艇等工業(yè)與國防領(lǐng)域，其安全運(yùn)行至關(guān)重要。電動(dòng)機(jī)故障不僅損壞電機(jī)本身，而且影響整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)，一旦事故停機(jī)，必然造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至人員傷亡。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)目的是提供一種能夠?qū)㈦姍C(jī)的節(jié)能與故障狀態(tài)監(jiān)測于一體完成，通過監(jiān)測電氣量，提供一種電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析及故障狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
電機(jī)節(jié)能分析及故障狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括有
CPU啟動(dòng)錄波子系統(tǒng)，用于在可編程FPGA中獲取采樣數(shù)據(jù)完成電機(jī)運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算、電機(jī)突變啟動(dòng)量計(jì)算及電機(jī)突變和越限啟動(dòng)判斷功能；電機(jī)運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括三相電壓基波有效值、三相電流基波有效值、三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度、電機(jī)輸入有功功率、電機(jī)輸入無功功率、功率因數(shù)、三相有功電能、三相無功電能、三相視在電能、總有功電能、總無功電能、總視在電能。所述計(jì)算電機(jī)突變啟動(dòng)量：包括：(1)負(fù)序阻抗值；(2)(1±2s)f1邊頻分量與f1分量的幅值之比和，其中s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率，f1為基波頻率；(3)外圈損傷的特征頻率的附加電流分量；(4)內(nèi)圈損傷的特征頻率的附加電流分量；(5)滾動(dòng)體損傷的特征頻率的附加電流分量；(6)保持架損傷的特征頻率的附加電流分量；
CPU數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；用于接收來自CPU啟動(dòng)錄波子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，完成突變或越限啟動(dòng)錄波、電機(jī)故障類型分析、處理趨勢數(shù)據(jù)、電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；
后臺(tái)管理子系統(tǒng)；用于接收來自監(jiān)控板的數(shù)據(jù)，主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、錄波文件及趨勢文件顯示、數(shù)據(jù)查詢等功能。
更進(jìn)一步的，所述電機(jī)突變啟動(dòng)量計(jì)算的類型包括：定子突變；轉(zhuǎn)子突變；外圈損傷突變；內(nèi)圈損傷突變；滾動(dòng)體損傷突變；保持架損傷突變；
更進(jìn)一步的，所述定子突變?yōu)椋贺?fù)序阻抗值相對于前一個(gè)值的突變量大于等于定子突變閥值時(shí)，啟動(dòng)錄波功能；
更進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子突變?yōu)椋?1±2s)f1邊頻分量與f1分量的幅值之比和大于等于轉(zhuǎn)子突變閥值時(shí)，啟動(dòng)錄波功能；
更進(jìn)一步的，所述外圈損傷突變?yōu)椋和馊p傷的特征頻率的附加電流分量相對于前一個(gè)值的幅值之比大于等于外圈損傷突變閥值時(shí)，啟動(dòng)錄波功能；
更進(jìn)一步的，所述內(nèi)圈損傷突變?yōu)椋簝?nèi)圈損傷的特征頻率的附加電流分量相對于前一個(gè)值的幅值之比大于等于內(nèi)圈損傷突變閥值時(shí)，啟動(dòng)錄波功能；
更進(jìn)一步的，所述滾動(dòng)體損傷突變?yōu)椋簼L動(dòng)體損傷的特征頻率的附加電流分量相對于前一個(gè)值的幅值之比大于等于滾動(dòng)體損傷突變閥值時(shí)，啟動(dòng)錄波功能；
更進(jìn)一步的，所述保持架損傷突變?yōu)椋罕３旨軗p傷的特征頻率的附加電流分量相對于前一個(gè)值的幅值之比大于等于保持架損傷突變閥值時(shí)，啟動(dòng)錄波功能；
更進(jìn)一步的，所述電機(jī)越限啟動(dòng)類型包括：負(fù)序阻抗越限；外圈損傷的特征頻率的附加電流分量越限；內(nèi)圈損傷的特征頻率的附加電流分量越限；滾動(dòng)體損傷的特征頻率的附加電流分量越限；保持架損傷的特征頻率的附加電流分量越限；
更進(jìn)一步的，所述負(fù)序阻抗越限為：當(dāng)前計(jì)算的負(fù)序阻抗值小于負(fù)序視在阻抗下限閥值時(shí)，負(fù)序阻抗越下限；當(dāng)前計(jì)算的負(fù)序阻抗值大于負(fù)序視在阻抗上限閥值時(shí)，負(fù)序阻抗越上限；
更進(jìn)一步的，所述外圈損傷的特征頻率的附加電流分量越限為：外圈損傷的特征頻率的附加電流分量相對于正常值的幅值之比大于等于外圈損傷越限閥值時(shí)，啟動(dòng)錄波功能；
更進(jìn)一步的，所述內(nèi)圈損傷的特征頻率的附加電流分量越限為：內(nèi)圈損傷的特征頻率的附加電流分量相對于正常值之比大于等于內(nèi)圈損傷越限閥值時(shí)，啟動(dòng)錄波功能；
更進(jìn)一步的，所述滾動(dòng)體損傷的特征頻率的附加電流分量越限為：滾動(dòng)體損傷的特征頻率的附加電流分量相對于正常值之比大于等于滾動(dòng)體損傷越限閥值時(shí)，啟動(dòng)錄波功能；
更進(jìn)一步的，所述保持架損傷的特征頻率的附加電流分量越限為：保持架損傷的特征頻率的附加電流分量相對于正常值之比大于等于保持架損傷越限閥值時(shí)，啟動(dòng)錄波功能；
更進(jìn)一步的，所述定子突變閥值、轉(zhuǎn)子突變閥值、外圈損傷突變閥值、內(nèi)圈損傷突變閥值、滾動(dòng)體損傷突變閥值、保持架損傷突變閥值、負(fù)序視在阻抗下限閥值、負(fù)序視在阻抗上限閥值、外圈損傷越限閥值、內(nèi)圈損傷越限閥值、滾動(dòng)體損傷越限閥值、保持架損傷越限閥值在定值文件中都可以設(shè)置；
更進(jìn)一步的，所述的啟動(dòng)錄波功能，當(dāng)判斷為突變或越限異常后，在啟動(dòng)點(diǎn)前推1周波，啟動(dòng)點(diǎn)后推10周波，采用10K采樣率錄制波形；啟動(dòng)點(diǎn)前周波數(shù)和啟動(dòng)點(diǎn)后周波也可以通過定值文件重新設(shè)置；
本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是：通過對電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，可以評估電機(jī)的節(jié)能潛力，對電機(jī)的故障狀態(tài)監(jiān)測，可以盡早的在電機(jī)故障初發(fā)階段即行報(bào)警，組織預(yù)知維護(hù)，從而避免事故停機(jī)，減少故障損失。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的工作原理框圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1，詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但不對權(quán)利要求作任何限定。在施時(shí)，本發(fā)明軟件編程按照如下架構(gòu)實(shí)施：CPU啟動(dòng)錄波子系統(tǒng)，用于在可編程FPGA中獲取采樣數(shù)據(jù)完成電機(jī)運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算、電機(jī)突變啟動(dòng)量計(jì)算及電機(jī)突變和越限啟動(dòng)判斷功能；電機(jī)運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括三相電壓基波有效值、三相電流基波有效值、三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度、電機(jī)輸入有功功率、電機(jī)輸入無功功率、功率因數(shù)、三相有功電能、三相無功電能、三相視在電能、總有功電能、總無功電能、總視在電能。所述計(jì)算電機(jī)突變啟動(dòng)量：包括：(1)負(fù)序阻抗值；(2)(1±2s)f1邊頻分量與f1分量的幅值之比和，其中s為電機(jī)轉(zhuǎn)差率，f1為基波頻率；(3)外圈損傷的特征頻率的附加電流分量；(4)內(nèi)圈損傷的特征頻率的附加電流分量；(5)滾動(dòng)體損傷的特征頻率的附加電流分量；(6)保持架損傷的特征頻率的附加電流分量；CPU數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；用于接收來自CPU啟動(dòng)錄波子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，完成突變或越限啟動(dòng)錄波、電機(jī)故障類型分析、處理趨勢數(shù)據(jù)、電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能；后臺(tái)管理子系統(tǒng)；用于接收來自監(jiān)控板的數(shù)據(jù)，主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、錄波文件及趨勢文件顯示、數(shù)據(jù)查詢等功能。
所述處理趨勢數(shù)據(jù)為：將三相電壓基波有效值、三相電流基波有效值、三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度、電機(jī)輸入有功功率、電機(jī)輸入無功功率、功率因數(shù)、三相有功電能、三相無功電能、三相視在電能、總有功電能、總無功電能、總視在電能存儲(chǔ)到趨勢文件中，同時(shí)還要發(fā)送給后臺(tái)；所述計(jì)算電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行相關(guān)參數(shù)：包括電動(dòng)機(jī)綜合效率、運(yùn)行有功效率和運(yùn)行負(fù)載率；所述突變啟動(dòng)錄波：電機(jī)監(jiān)測突變啟動(dòng)后，將波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成comtrade格式錄波文件；所述越限啟動(dòng)錄波：電機(jī)越限突變啟動(dòng)后，將波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成comtrade格式錄波文件；所述錄波文件信息包括：文件名；采集裝置ID；采集裝置名稱；電機(jī)名稱；啟動(dòng)時(shí)間；啟動(dòng)原因；故障類型和故障文件大小等。所述電機(jī)故障類型判斷：根據(jù)突變或越限啟動(dòng)的錄波數(shù)據(jù)，判斷電機(jī)的故障類型，包括：定子繞組匝間短路故障、轉(zhuǎn)子斷條故障和軸承故障；所述電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式判斷：電動(dòng)機(jī)綜合效率大于或等于額定綜合效率表明電動(dòng)機(jī)對電能利用是經(jīng)濟(jì)的；電動(dòng)機(jī)綜合效率小于額定綜合效率但大于額定綜合效率的60％，則電動(dòng)機(jī)對電能利用是基本合理的；電動(dòng)機(jī)綜合效率小于額定綜合效率的60％，表明電動(dòng)機(jī)對電能利用是不經(jīng)濟(jì)的；所述電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)分析：當(dāng)各相電流基波有效值大于等于設(shè)定過載閥值*額定電流時(shí)，電機(jī)過載運(yùn)行；當(dāng)各相電流基波有效值小于等于設(shè)定輕載閥值*額定電流時(shí)，電機(jī)輕載運(yùn)行；當(dāng)各相電流基波有效值小于等于設(shè)定空載閥值*額定電流時(shí)，電機(jī)空載運(yùn)行；所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：包括實(shí)時(shí)顯示電機(jī)運(yùn)行基本數(shù)據(jù)；電機(jī)額定綜合效率；電機(jī)綜合效率；額定有功效率；負(fù)載率；電機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行判定結(jié)果；電能數(shù)據(jù)；電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)顯示：過載、輕載、空載、正常；電機(jī)故障類型顯示；趨勢數(shù)據(jù)顯示等；所述離線分析軟件：能夠支持打開自定義格式的電機(jī)監(jiān)測趨勢文件和錄波文件，并分析電機(jī)的故障類型。CPU啟動(dòng)錄波子系統(tǒng)首先從FPGA(或具有同等功能的固件電路)獲取采樣數(shù)據(jù)，采樣數(shù)據(jù)包括三相電壓和三相電流，并判斷是否啟用電機(jī)監(jiān)測業(yè)務(wù)，當(dāng)啟用電機(jī)監(jiān)測業(yè)務(wù)時(shí)，利用采樣數(shù)據(jù)計(jì)算電機(jī)運(yùn)行的基本數(shù)據(jù)，包括：三相電壓基波有效值、三相電流基波有效值、三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度、電機(jī)輸入有功功率、電機(jī)輸入無功功率、功率因數(shù)、三相有功電能、三相無功電能、三相視在電能、總有功電能、總無功電能、總視在電能；計(jì)算突變啟動(dòng)量，用于判斷是否啟動(dòng)錄波，啟動(dòng)判斷的原則見上所述的電機(jī)突變啟動(dòng)和越限啟動(dòng)判斷方法；最后將計(jì)算的電機(jī)運(yùn)行基本數(shù)據(jù)和啟動(dòng)錄波數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；
CPU數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)接收來自CPU啟動(dòng)錄波子系統(tǒng)的電機(jī)運(yùn)行基本數(shù)據(jù)和啟動(dòng)錄波數(shù)據(jù)，通過接收到的電機(jī)運(yùn)行基本數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)到文件生產(chǎn)趨勢數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺(tái)進(jìn)行展示；通過接收到的有功功率數(shù)據(jù)可以計(jì)算電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)，然后再判斷電機(jī)是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，判斷的方法為：電動(dòng)機(jī)綜合效率大于或等于額定綜合效率表明電動(dòng)機(jī)對電能利用是經(jīng)濟(jì)的；電動(dòng)機(jī)綜合效率小于額定綜合效率但大于額定綜合效率的60％，則電動(dòng)機(jī)對電能利用是基本合理的；電動(dòng)機(jī)綜合效率小于額定綜合效率的60％，表明電動(dòng)機(jī)對電能利用是不經(jīng)濟(jì)的；通過接收到的啟動(dòng)錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷是否有電機(jī)故障及故障類型；最后將所有的趨勢數(shù)據(jù)、故障類型、錄波數(shù)據(jù)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式等進(jìn)行存儲(chǔ)，并將所有的數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺(tái)管理子系統(tǒng)；后臺(tái)管理子系統(tǒng)接收來自CPU數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，對于生產(chǎn)的錄波文件和趨勢數(shù)據(jù)文件可以利用離線分析軟件進(jìn)行打開及故障分析。本發(fā)明實(shí)施例通過對電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，可以評估電機(jī)的節(jié)能潛力，對電機(jī)的故障狀態(tài)監(jiān)測，可以盡早的在電機(jī)故障初發(fā)階段即行報(bào)警，組織預(yù)知維護(hù)，從而避免事故停機(jī)，減少故障損失。