电机在线监测系统

技术领域

本发明涉及一种电机在线监测系统。

背景技术

根据对于传动核心电机机组故障的统计，电机本体问题,包括转子笼条变形(静态偏心)、转子端环处开裂、绕组早期的短路(匝间、层间、相间)、内部污染占电机机组故障的50％以上。而企业重视电机机组的机械问题，针对不平衡、不对中、轴承、齿轮、润滑实施了大量的监测手段，依然未能杜绝电机的突发性事故。目前我国的绝大部分企业对于电机的维护依然停滞于事后维修的阶段。

发明内容

本发明提供了一种电机在线监测系统，采用如下的技术方案：

一种电机在线监测系统，包含：

数据采集单元，用于采集电机的电压信号和电流信号；

数据传输单元，用于周期性将数据采集单元采集到的数据传输至服务器；

服务器包含：

数据存储单元，用于存储数据传输单元传输过来的数据；

数据处理单元，用于对数据存储单元中存储的数据进行处理；

数据分析单元，用于对数据处理单元处理好的数据进行分析并得到分析结果；

数据预警单元，用于在数据分析单元得到分析结果显示电机存在故障时产生预警信号。

进一步地，电机在线监测系统还包含：

电机控制柜，用于连接至电机并对其进行控制；

电流互感器，用于连接至电机控制柜并采集电机的二次电流信号；

电压互感器，用于连接至电机控制柜并采集电机的二次电压信号；

电流互感器和电压互感器连接至数据采集单元以将采集到的二次电流信号和二次电压信号传输至数据采集单元。

进一步地，电流互感器和电压互感器通过电缆连接至数据采集单元。

进一步地，电流互感器连接至电机控制柜的仪表测量回路的输入端子以获取二次电流信号；

电压互感器连接至电机控制柜的母线上以获取二次电压信号。

进一步地，数据采集单元包含：

电流采集模块，用于连接至电流互感器；

电压采集模块，用于连接至电压互感器。

进一步地，数据采集单元还包含：

数据转换模块，用于连接至电流采集模块和电压采集模块将其采集到的模拟信号转换成数字信号。

进一步地，数据采集单元采集到的信号的种类包含基本电量参数和波形数据；

数据传输单元按照第一周期将数据采集单元采集到的基本电量参数上传至数据存储单元；

数据传输单元按照第二周期将数据采集单元采集到的波形数据上传至数据存储单元；

第二周期大于第一周期。

进一步地，第一周期为3-10分钟；

第二周期为10-30h。

进一步地，数据处理单元对基本电量参数进行计算得到衍生电量参数；

数据处理单元对波形数据进行转换得到故障指示信息。

进一步地，数据传输单元通过无线传输的方式将数据采集单元采集到的数据传输至数据存储单元。

本发明的有益之处在于提供的电机在线监测系统，相比传统的监测电机的振动信号，通过对电机的电信号的检测和分析处理能够更加全面的得到电机的状态。不仅能够检测电机的机械故障，还能够检测电机的电气故障。同时能够做到电机故障提前预警，变事后处理为事前防御，变计划性或事后性维修转为基于状态的预知性检维修，降低事故率与维修费用，为电机的高效运行提供保障。

附图说明

图1是本发明的电机在线监测系统；

数据采集单元10，数据传输单元20，服务器30，数据存储单元31，数据处理单元32，数据分析单元33，数据预警单元34。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示为本发明的一种电机在线监测系统，包含：数据采集单元10、数据传输单元20和服务器30。具体而言，数据采集单元10用于采集电机的电压信号和电流信号。数据传输单元20用于周期性将数据采集单元10采集到的数据传输至服务器30。其中，服务器30包含：数据存储单元31、数据处理单元32、数据分析单元33和数据预警单元34。数据存储单元31用于存储数据传输单元20传输过来的数据。数据处理单元32用于对数据存储单元31中存储的数据进行处理。数据分析单元33用于对数据处理单元32处理好的数据进行分析并得到分析结果。数据预警单元34用于在数据分析单元33得到分析结果显示电机存在故障时产生预警信号。其中，数据处理单元32、数据分析单元33和数据预警单元34可以数据分析软件的形式存在，在本申请中，采用EMA-net软件进行相关的数据处理、数据分析以及数据预警。电机电流是一个检测电机故障的非常好的状态监测参数，在不影响电动机运行的条件下对电流和电压信号进行频谱分析可检测各种故障，包括：转子损坏、机械不对中和不平衡、基础松动、静态和动态偏心、铁心损坏、绕组松动、匝间短路和轴承故障，对提高发电设备可靠性具有重大的意义。通过对获取电机组的电流信号经过模数转换，系统分析电机电流中的各种谐波信号，各种频率的分布用快速傅叶变换可以得到频谱显示，这个频谱上的峰值就对应着机器各部件的旋转速度及设备各部件相应的转速频率，各种频率的频谱显示，这个频谱上的各种频率的峰值就对应着机器传动系统中各部件的故障特征频率。这个技术易于分析电机故障产生的谐波只在电流频谱中出现，而不在电压中出现，电流和电压频谱的比较可很容易区分它们，故障根源非常容易判断。数据处理单元32和数据分析单元33对电流信号和电压信号进行处理和分析，得到电机当前运行的状态。当电机运行存在故障时，通过数据预警单元34生成预警信号进行提示。本发明的电机在线监测系统能够实时监测电机的运行状态。

作为一种优选的实施方式，电机在线监测系统还包含：电机控制柜、电流互感器和电压互感器。电机控制柜用于连接至电机并对其进行控制。电流互感器用于连接至电机控制柜并采集电机的二次电流信号。电压互感器用于连接至电机控制柜并采集电机的二次电压信号。电流互感器和电压互感器连接至数据采集单元10以将采集到的二次电流信号和二次电压信号传输至数据采集单元10。

在本发明中，数据采集单元10不能直接接触高压，如超过690V。因此，在本发明中，通过间接测量的方式采集电机的电流和电压信号。电流互感器和电压互感器提供与中压电路有效电压成正比的输出，初级值和次级值的比率通常标注在电流互感器和电压互感器上。数据采集单元10不直接连接的好处在于：首先，不需要接近初级电压更为安全；其次，在接入线路和从线路移出时不需要断开电路。使用间接测量的方法需要考虑采集到的故障信号会有一些滤波和阻尼，因此，电机电路故障检测需要比直接测量的方法考虑的更多。

在本发明中，电流互感器和电压互感器通过电缆连接至数据采集单元10。优选的，电流互感器和电压互感器设置在电机控制柜内。更为优选的，数据采集单元10也设置在电机控制柜内。

作为一种优选的实施方式，在本发明中，电流互感器连接至电机控制柜的仪表测量回路的输入端子以获取二次电流信号。电压互感器连接至电机控制柜的母线上以获取二次电压信号。

作为一种优选的实施方式，数据采集单元10包含：电流采集模块、电压采集模块和数据转换模块。

具体而言，电流采集模块用于连接至电流互感器。电压采集模块用于连接至电压互感器。数据转换模块用于连接至电流采集模块和电压采集模块将其采集到的模拟信号转换成数字信号。

作为一种优选的实施方式，数据采集单元10采集到的信号的种类包含基本电量参数和波形数据。数据传输单元20按照第一周期将数据采集单元10采集到的基本电量参数上传至数据存储单元31。数据传输单元20按照第二周期将数据采集单元10采集到的波形数据上传至数据存储单元31。第二周期大于第一周期。

具体而言，基本电量参数包含三相电压/电流有效值、偏离值、三相电压/电流平衡值、电压电流尖峰值、有效功率、功率因数、电源频率、谐波值等43个基本电量参数。在数据处理单元32中，基本的电量参数可以通过公式计算出有意义的衍生电量参数，他们都可以用于数据分析单元33的数据来源。基本电量参数的第一采集周期一般为3-10分钟，在本申请中，第一采集周期设定为5分钟。波形数据包括三相电流和电压的高频数据采集和低频数据采集，包含了最全面的信息。数据处理单元32通过对波形数据进行处理和变换运算、滤波、解调、FFT、参数提取等，除了能得到基本的电量参数外，最主要的是得到关于电源，电机电气和机械，以及被驱动设备的状态和故障指示信息。提取出的电机分析诊断参数也进行定期存储。波形数据采集的第二周期为一般为10-30h，在本申请中，第二周期设定为24h。

数据传输单元20通过光纤转换器接入服务器30，采用有线传输的方式。可以理解的是，作为可选的实施方式，为了提供系统的便捷性，数据传输单元还可以通过无线传输的方式将数据采集单元采集到的数据传输至数据存储单元。

数据采集单元和数据传输单元可以单独设置，也可以设置成一个整体。在本发明中，采用MT2014数据采集器，能够同时具有数据采集和数据传输的功能。具体地，数据采集器采用标准3U机箱，主板上包含有10个板卡槽，其中：1个为固定为电源模块，1个固定为数据采集模块，另8个可插入信号调理模块，如MT-V6L(低压)双路三相电压信号调理模块，和MT-C6L(低压)双路三相电流信号调理模块。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。