[发明专利]电机故障监测装置、驱动电机系统和电机故障监测方法

说明书

本发明涉及电机故障监测装置，用于油田作业的驱动电机，其包括：信号采集模块，构造为在使用时采集驱动电机的运行数据，其包括振动信号采集单元和/或电信号采集单元，振动信号采集单元包括一个或多个振动传感器，其在使用时安装在驱动电机的待检测部件处，用于检测横向振动和/或竖向振动，和/或，电信号采集单元包括电压和电流传感器，用于检测驱动电机的电压和电流；数据存储模块，其中存储有驱动电机正常运行时的正常运行数据频谱库；及信号分析模块，其提取出采集的运行数据的采集运行数据频谱，并且比较其与正常运行数据频谱库中对应的正常运行数据频谱的相似度，在相似度低于预先确定的阈值的情况下，判断出驱动电机存在故障。

技术领域

本发明涉及油田作业领域所使用的设备，具体而言，涉及该领域中使用的驱动电机的电机故障监测装置、驱动电机系统和电机故障监测方法。

背景技术

目前，在油田作业领域，常常使用电驱设备。例如，电驱设备可以用在电驱压裂、电驱混配、电驱混砂、电驱输砂等工程作业中。电驱设备通常包括用来提供动力的电机，而每个电机通常都配备有自身的变频器(VFD，通常也称作电机的驱动单元)，其中，VFD通过调节电力源的频率和电压来驱动电机。VFD包括整流器、逆变器和控制电路，其中，控制电路检测逆变器和整流器的运行状态，并控制逆变器对电机的输入，以保护电路的电器元件、例如电机等。VFD的控制电路可以对电机的电流、电压等参数进行监控，并且在这些参数不在预先限定的正常阈值范围内时触发报警，并切断供电电路。

发明内容

本发明的目的在于，为使用在井场中的电驱设备提供电机故障监测装置和电机控制系统。对于井场中使用的电驱设备，其由于特殊的使用环境中存在的物质和振动情况较为复杂，这会导致一些部件在一段时间后很容易发生故障，最后导致电驱设备不得不停机，而造成较大的时间损失和人力损失。因此，有必要对井场中所使用的电驱设备进行故障监测、故障判断以及故障提示，从而给工程人员提早提供必要的提示来对电驱设备进行检修。

本发明所公开的电机故障监测装置能够不仅监测电机的电气状态(电压、电流等是否正常)，也能够监测电机的机械部件状态(例如轴承、底座等)，同时电机控制系统能够依据这些状态对应地控制电机。

根据本发明的第一方面，提供了一种电机故障监测装置，用于监测油田作业的驱动电机的故障，其包括：

信号采集模块，其被构造为采集所述驱动电机的运行数据，其中，所述信号采集模块包括振动信号采集单元和/或电信号采集单元，所述振动信号采集单元包括一个或多个振动传感器，用于检测所述驱动电机的待检测部件的横向振动和/或竖向振动，和/或，所述电信号采集单元包括电压传感器和电流传感器，用于检测所述驱动电机的电压和电流；

数据存储模块，其中存储有所述驱动电机正常运行时的正常运行数据频谱库；以及

信号分析模块，其中，所述信号分析模块提取出采集的运行数据的采集运行数据频谱，并且比较所述采集运行数据频谱与所述正常运行数据频谱库中对应的正常运行数据频谱的相似度，判断所述相似度是否低于预先确定的阈值，并且当在所述相似度低于所述预先确定的阈值的情况下，判断出所述驱动电机存在故障的结果。

可选地，数据存储模块中还存储有所述驱动电机在不同故障类型下运行的故障频谱库，并且所述电机故障监测装置还包括故障诊断模块，其中，在所述信号分析模块判断出所述驱动电机存在故障的情况下，所述故障诊断模块比较所述采集运行数据频谱与所述故障频谱库中的故障频谱，并且诊断出所述驱动电机的故障类型。

可选地，用所述驱动电机的运行数据和/或采集运行数据频谱来更新所述数据存储模块。

可选地，所述数据存储模块在所述驱动电机没有故障的情况下利用所述采集运行数据频谱扩充所述正常运行数据频谱库，以及在所述驱动电机存在故障的情况下利用所述采集运行数据频谱扩充所述故障频谱库。