本发明涉及电机节能及故障监测领域，尤其涉及一种电机节能分析及故障状态监测系统。
背景技术：
在现有技术中，由于电机的大量使用，电机的节能指标的提高一直是行业追求技术目标，对电机的节能控制符合国民经济和社会发展需求；电动机广泛应用于发电厂、炼钢厂、舰艇等工业与国防领域，其安全运行至关重要。电动机故障不仅损坏电机本身，而且影响整个传动系统，一旦事故停机，必然造成经济损失，甚至人员伤亡。
技术实现要素：
本发明的技术目的是提供一种能够将电机的节能与故障状态监测于一体完成，通过监测电气量，提供一种电机经济运行分析及故障状态监测系统。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
电机节能分析及故障状态监测系统，包括有
CPU启动录波子系统，用于在可编程FPGA中获取采样数据完成电机运行基础数据计算、电机突变启动量计算及电机突变和越限启动判断功能；电机运行基础数据包括三相电压基波有效值、三相电流基波有效值、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、电机输入有功功率、电机输入无功功率、功率因数、三相有功电能、三相无功电能、三相视在电能、总有功电能、总无功电能、总视在电能。所述计算电机突变启动量：包括：(1)负序阻抗值；(2)(1±2s)f1边频分量与f1分量的幅值之比和，其中s为电机转差率，f1为基波频率；(3)外圈损伤的特征频率的附加电流分量；(4)内圈损伤的特征频率的附加电流分量；(5)滚动体损伤的特征频率的附加电流分量；(6)保持架损伤的特征频率的附加电流分量；
CPU数据处理子系统；用于接收来自CPU启动录波子系统的数据，完成突变或越限启动录波、电机故障类型分析、处理趋势数据、电机经济运行相关数据计算、经济运行分析、数据存储功能；
后台管理子系统；用于接收来自监控板的数据，主要完成实时数据显示、录波文件及趋势文件显示、数据查询等功能。
更进一步的，所述电机突变启动量计算的类型包括：定子突变；转子突变；外圈损伤突变；内圈损伤突变；滚动体损伤突变；保持架损伤突变；
更进一步的，所述定子突变为：负序阻抗值相对于前一个值的突变量大于等于定子突变阀值时，启动录波功能；
更进一步的，所述转子突变为：(1±2s)f1边频分量与f1分量的幅值之比和大于等于转子突变阀值时，启动录波功能；
更进一步的，所述外圈损伤突变为：外圈损伤的特征频率的附加电流分量相对于前一个值的幅值之比大于等于外圈损伤突变阀值时，启动录波功能；
更进一步的，所述内圈损伤突变为：内圈损伤的特征频率的附加电流分量相对于前一个值的幅值之比大于等于内圈损伤突变阀值时，启动录波功能；
更进一步的，所述滚动体损伤突变为：滚动体损伤的特征频率的附加电流分量相对于前一个值的幅值之比大于等于滚动体损伤突变阀值时，启动录波功能；
更进一步的，所述保持架损伤突变为：保持架损伤的特征频率的附加电流分量相对于前一个值的幅值之比大于等于保持架损伤突变阀值时，启动录波功能；
更进一步的，所述电机越限启动类型包括：负序阻抗越限；外圈损伤的特征频率的附加电流分量越限；内圈损伤的特征频率的附加电流分量越限；滚动体损伤的特征频率的附加电流分量越限；保持架损伤的特征频率的附加电流分量越限；
更进一步的，所述负序阻抗越限为：当前计算的负序阻抗值小于负序视在阻抗下限阀值时，负序阻抗越下限；当前计算的负序阻抗值大于负序视在阻抗上限阀值时，负序阻抗越上限；
更进一步的，所述外圈损伤的特征频率的附加电流分量越限为：外圈损伤的特征频率的附加电流分量相对于正常值的幅值之比大于等于外圈损伤越限阀值时，启动录波功能；
更进一步的，所述内圈损伤的特征频率的附加电流分量越限为：内圈损伤的特征频率的附加电流分量相对于正常值之比大于等于内圈损伤越限阀值时，启动录波功能；
更进一步的，所述滚动体损伤的特征频率的附加电流分量越限为：滚动体损伤的特征频率的附加电流分量相对于正常值之比大于等于滚动体损伤越限阀值时，启动录波功能；
更进一步的，所述保持架损伤的特征频率的附加电流分量越限为：保持架损伤的特征频率的附加电流分量相对于正常值之比大于等于保持架损伤越限阀值时，启动录波功能；
更进一步的，所述定子突变阀值、转子突变阀值、外圈损伤突变阀值、内圈损伤突变阀值、滚动体损伤突变阀值、保持架损伤突变阀值、负序视在阻抗下限阀值、负序视在阻抗上限阀值、外圈损伤越限阀值、内圈损伤越限阀值、滚动体损伤越限阀值、保持架损伤越限阀值在定值文件中都可以设置；
更进一步的，所述的启动录波功能，当判断为突变或越限异常后，在启动点前推1周波，启动点后推10周波，采用10K采样率录制波形；启动点前周波数和启动点后周波也可以通过定值文件重新设置；
本发明实施例的有益效果是：通过对电机的经济运行状态进行分析，可以评估电机的节能潜力，对电机的故障状态监测，可以尽早的在电机故障初发阶段即行报警，组织预知维护，从而避免事故停机，减少故障损失。
附图说明
图1是本发明一个实施例的工作原理框图。
具体实施方式
结合图1，详细说明本发明的具体实施方式，但不对权利要求作任何限定。在施时，本发明软件编程按照如下架构实施：CPU启动录波子系统，用于在可编程FPGA中获取采样数据完成电机运行基础数据计算、电机突变启动量计算及电机突变和越限启动判断功能；电机运行基础数据包括三相电压基波有效值、三相电流基波有效值、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、电机输入有功功率、电机输入无功功率、功率因数、三相有功电能、三相无功电能、三相视在电能、总有功电能、总无功电能、总视在电能。所述计算电机突变启动量：包括：(1)负序阻抗值；(2)(1±2s)f1边频分量与f1分量的幅值之比和，其中s为电机转差率，f1为基波频率；(3)外圈损伤的特征频率的附加电流分量；(4)内圈损伤的特征频率的附加电流分量；(5)滚动体损伤的特征频率的附加电流分量；(6)保持架损伤的特征频率的附加电流分量；CPU数据处理子系统；用于接收来自CPU启动录波子系统的数据，完成突变或越限启动录波、电机故障类型分析、处理趋势数据、电机经济运行相关数据计算、经济运行分析、数据存储功能；后台管理子系统；用于接收来自监控板的数据，主要完成实时数据显示、录波文件及趋势文件显示、数据查询等功能。
所述处理趋势数据为：将三相电压基波有效值、三相电流基波有效值、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、电机输入有功功率、电机输入无功功率、功率因数、三相有功电能、三相无功电能、三相视在电能、总有功电能、总无功电能、总视在电能存储到趋势文件中，同时还要发送给后台；所述计算电机经济运行相关参数：包括电动机综合效率、运行有功效率和运行负载率；所述突变启动录波：电机监测突变启动后，将波形数据存储成comtrade格式录波文件；所述越限启动录波：电机越限突变启动后，将波形数据存储成comtrade格式录波文件；所述录波文件信息包括：文件名；采集装置ID；采集装置名称；电机名称；启动时间；启动原因；故障类型和故障文件大小等。所述电机故障类型判断：根据突变或越限启动的录波数据，判断电机的故障类型，包括：定子绕组匝间短路故障、转子断条故障和轴承故障；所述电机经济运行方式判断：电动机综合效率大于或等于额定综合效率表明电动机对电能利用是经济的；电动机综合效率小于额定综合效率但大于额定综合效率的60％，则电动机对电能利用是基本合理的；电动机综合效率小于额定综合效率的60％，表明电动机对电能利用是不经济的；所述电机运转状态分析：当各相电流基波有效值大于等于设定过载阀值*额定电流时，电机过载运行；当各相电流基波有效值小于等于设定轻载阀值*额定电流时，电机轻载运行；当各相电流基波有效值小于等于设定空载阀值*额定电流时，电机空载运行；所述实时数据显示：包括实时显示电机运行基本数据；电机额定综合效率；电机综合效率；额定有功效率；负载率；电机经济运行判定结果；电能数据；电机运转状态显示：过载、轻载、空载、正常；电机故障类型显示；趋势数据显示等；所述离线分析软件：能够支持打开自定义格式的电机监测趋势文件和录波文件，并分析电机的故障类型。CPU启动录波子系统首先从FPGA(或具有同等功能的固件电路)获取采样数据，采样数据包括三相电压和三相电流，并判断是否启用电机监测业务，当启用电机监测业务时，利用采样数据计算电机运行的基本数据，包括：三相电压基波有效值、三相电流基波有效值、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、电机输入有功功率、电机输入无功功率、功率因数、三相有功电能、三相无功电能、三相视在电能、总有功电能、总无功电能、总视在电能；计算突变启动量，用于判断是否启动录波，启动判断的原则见上所述的电机突变启动和越限启动判断方法；最后将计算的电机运行基本数据和启动录波数据发送给CPU数据处理子系统；
CPU数据处理子系统接收来自CPU启动录波子系统的电机运行基本数据和启动录波数据，通过接收到的电机运行基本数据进行处理，存储到文件生产趋势数据发送给后台进行展示；通过接收到的有功功率数据可以计算电机的经济运行相关数据，然后再判断电机是否经济运行，判断的方法为：电动机综合效率大于或等于额定综合效率表明电动机对电能利用是经济的；电动机综合效率小于额定综合效率但大于额定综合效率的60％，则电动机对电能利用是基本合理的；电动机综合效率小于额定综合效率的60％，表明电动机对电能利用是不经济的；通过接收到的启动录波数据进行分析，判断是否有电机故障及故障类型；最后将所有的趋势数据、故障类型、录波数据及经济运行方式等进行存储，并将所有的数据发送给后台管理子系统；后台管理子系统接收来自CPU数据处理子系统的数据，将接收到的数据进行显示，对于生产的录波文件和趋势数据文件可以利用离线分析软件进行打开及故障分析。本发明实施例通过对电机的经济运行状态进行分析，可以评估电机的节能潜力，对电机的故障状态监测，可以尽早的在电机故障初发阶段即行报警，组织预知维护，从而避免事故停机，减少故障损失。