当发电机有缺陷时，应尽早发现并及时处理，将事故消灭在萌芽中。而确定缺陷的性质以及检修的时间和内容都需要在运行中对发电机实时进行监测，以确定设备当时的状态。因此，发电机的在线监测成为减少故障损失，开展状态检修的必不可少的环节。目前的大容量汽轮发电机一般都配置了几种在线监测装置，但由于发电机的故障往往是一个非常复杂的过程，要由某一个装置的信息来准确判断发电机运行状况仍很不够，必须将多种信息综合进行分析，为此，我们研制了一套“发电机在线监测系统”。该系统将可能会影响发电机运行状况的所有量接入，准确测量并记录，然后对这些数据进行必要的计算和处理，作出相应的表格、曲线，以便于将来查阅和分析。

1　在线监测系统的功能　　
   这套监测系统的核心部分是一台工控机，目前接入工控机的信号有：发电机三相定子电流、电压，转子电流、电压，发电机各台温度巡检仪的输出信号，发电机绝缘过热监测仪的模拟量输出，发电机氢气湿度监测仪的模拟量输出，发电机转子绕组匝间短路探测线圈输出的转子绕组匝间动态波形。通过测量能够得到的发电机状态量有：三相定子电流、电压，三相有功功率、无功功率、功率因数、频率、负序电流、定子电压或电流的多次谐波量、转子电流、转子电压、转子绕组平均铜温等。通过发电机温度巡检仪的输出所能得到的发电机状态量有：定子铁芯温度、定子线棒层间温度、定子线棒出水温度、定子进出风温。通过发电机氢气湿度监测仪的输出所能得到的发电机有关状态量有：氢气相对湿度、绝对湿度、氢气温度、氢气露点温度。通过发电机绝缘过热监测仪的输出所能得到的发电机有关状态量有：离子电流的百分值。
    本系统目前能够实现：
　　（1）每小时自动记录一次发电机各部分温度、发电机的各电气量、定子负序电流、发电机的氢气湿度和温度，并能通过打印机打印出来。每24h测录一次转子绕组动测波形、每10min测量并记录一次绝缘过热监测仪的离子电流值。
　　（2）可按小时查询发电机各部分温度、氢气湿度和所有电气量。按日查看绝缘过热监测仪的离子电流百分值变化曲线和转子绕组动测波形。以任意5个测温点为一组，按月查询所有测温点的温度变化曲线。所有值和曲线都可随时打印。
　　（3）可测录发电机的空载特性曲线和短路特性曲线。能将试验数据自动列表并绘制成曲线，其曲线通过将数据拟合或插值进行了光滑处理。
　　（4）可随时观察和记录任意3个电气量的波形，并通过游标测量波形上任一点的时间和幅值。

2　各输入信号的连接　　
　　本系统的信号通过2种方式输入，一是通过装在扩展槽内的数据采集卡以A／D转换方式输入；二是通过工控机的串行口以通信方式输入。信号的来源也有2种，一是直接由传感器转换而来；二是由其它监测仪器的输出而来。
2．1　温度量
　　本系统的温度量是由该发电机的3台温度巡检仪的串行口送来。3台巡检仪的输出信号线是先并联后再通过一根电缆连接到工控机的串行口上。
2．2　电气量
　　本系统接入的电气量有：发电机三相定子电流、三相定子电压、转子电流、转子电压。各种电量接入的方式不一样。
    （1）定子电流
　　由于在线监测时，仪器是长期与主设备同时工作，为防止仪器出现故障时可能造成电流互感器二次侧开路，没有将装置串入电流回路，而是使用了3个精确度等级为0．1级的微型穿心CT，穿在发电机电流互感器二次回路导线上，将二次电流转换为计算机数据采集卡可使用的交流电压。由于没有电气上的直接联系，不会影响一次设备的安全。定子电压测量同样使用了0．1级的高精度微型PT，通过端子排直接并在发电机电压互感器二次侧。为安全起见，采用了带保险管的接线端子排。
    （2）转子电流、电压
　　转子电流、电压的测量信号是取自发电机原测量用的变送器回路。变送器输出是4～20 mA，考虑回路中原有的电阻和变送器负载能力，在回路中串入了一个200Ω的电阻（电阻事先经严格校验）。转子电压、电流信号分别接在2块不同的采集块上。由于这2个变送器原来都接在同一计算机上，为避免工控机与计算机相互干扰，2块采集卡与工控机之间都采取了总线隔离。
2．3　氢气量
　　本系统氢气量的信号来自发电机的氢气湿度变送器（由芬兰VAISALA公司制造，型号为HMP260）。该仪器装在发电机零米层的氢回路上。仪器通过湿度传感器和温度传感器测量氢气的相对湿度（RH）和温度（T）。该仪器具有2种输出方式，一种是RS485／422接口串行输出；另一种是双通道模拟量输出。本系统采用了模拟量输出方式，通过采集卡采入工控机进行数据处理。该采集卡也是总线隔离方式。氢气温、湿度监测仪距控制室较远，为降低干扰，使用了2条双绞屏蔽电缆。
2．4　绝缘过热监测仪信号输入
　　绝缘过热监测仪分为检测器和远控器2部分，远控器安装在控制室表盘旁，检测器装在发电机下方6 m平台上。检测器中离子电流经放大为毫安级的直流电流，然后由电缆传送至远控器。正常时将离子电流调至100％左右，当有过热故障且电流下降到75％以下时，远控器会自动判断、报警。为测量电流大小，在仪器的电流回路串入一个50Ω的电阻，离子电流为100％时电压为1 V。为避免工控机与过热监测仪运行时相互干扰，也使用了总线光隔离采集卡。
2．5　转子动测信号输入
　　转子绕组匝间短路检测信号直接取自定子气隙的小线圈。由于是一个单独信号，不用考虑信号隔离。但由于转子有32个槽，即每个工频周期（20ms）中有32个槽谐波，为了真实反映转子绕组漏磁磁场的形状，选用了采样速度较高的数据采集卡。
　　该系统中使用的多块采集卡都是12位的，但采集速度不一样。交流电量使用的同步采保采集卡，采集速度可满足一般工频信号的采样要求。而隔离采集卡因采用光隔离形式，其信号的建立比较慢，但由于都是变化缓慢的直流信号，因此也能够满足要求。

3　系统各功能的设定
3．1　温度量
　　本系统温度量目前是每小时记录并打印一次，这是根据原湖北省电力局生产处发电机反事故措施要求设定的。
3．2　电气量
　　本系统电气量也是每小时记录1次，这主要是为配合温度量的记录。打印时仅在温度表格上打印·04·当时的有功功率，便于直接在表格上对比不同工况下的温度。
3．3　温差报警
　　当某一测点的温度高于规定值或者高于所有同类温度点平均值8 K时，系统就设定为报警。由于测温元件装设在不同的部位，即使同类型的测温点也会由于散热条件不同而温度有差别，当温差达到8K以上时，就属于不正常现象了。
3．4　转子匝间短路检测信号
　　该波形设定为每24 h测录1次。因为转子绕组电压不高，其匝间绝缘损坏和发展的速度比较慢，不会一下击穿，因此24 h记录1次就可满足要求。没有设定定时打印，需要时随时可调出来打印。
3．5　绝缘过热监测仪的离子电流
　　系统每10 min测量并记录1次离子电流值。这是考虑到过热监测仪可能误报警，运行人员需要有足够多的信息以供参考，那么近一、二小时内离子电流变化趋势，就是非常重要的资料了。
3．6　氢气温度和湿度
　　为了与温度记录配合，设定为每小时记录1次，同时打印在温度表格的下方。
3．7　负序电流
　　通过测量定子三相电流可以计算出发电机负序电流。负序电流太大，可能使转子部分过热并烧坏转子本体。因此，必须长期监视负序电流的变化，故而在程序中设定每小时记录一次。
3．8　空载短路特性的测量
　　空载短路特性是发电机最基本的特性，它反映了转子磁场与定子电量之间关系。根据不同时期空载短路特性曲线的比较，能够判断发电机是否有转子匝间短路等故障。在机组每次启动并有条件时测录空载短路特性曲线，以便将来综合分析。

4　软件的编制及其特点　　
　　本系统软件选择了基于Windows95／98的编程工具：VisualBasic（VB）和Borland C＋＋（BC）。VB用来实现人机界面及各类数据的存储、查找等功能。而BC结合汇编语言程序，则用来直接操作与控制硬件（A／D采集卡、计算机）编制动态连接库，提供接口函数供VB调用。
    本系统采用了大按钮的界面，使其在整个计算机屏幕上占据显著位置，便于运行人员查看发电机各个参量的实时运行情况。只需通过鼠标的移动和点取就能实现所有的功能，在没有看过操作说明书的情况下，只要熟悉Windows95的基本操作技巧，即可对本系统软件运用自如。
    该软件具有以下特点：
　　（1）发电机的各部分温度原是分别显示在3台温度巡检仪上。现在该系统每台巡检仪的所有温度测点均显示在一个窗口中，能很方便地对各测点之间的温度进行比较。巡检仪的当前状态及测点温度的状态用不同的颜色进行了区分，正常、故障或者报警以及报警的原因一目了然。同时还设置了各测点温度的定时记录及打印、人工随机记录及随机打印功能，省去了运行人员每小时抄录1次各测点温度值的麻烦。
　　（2）对于重要的电气参数及发电机转子动测信号设置了人工随机记录的功能，其它的若干参数则只设置自动定时记录。所有的数据均可在历史查询窗口中进行打印。
　　（3）为了便于直观地查看一些参数的变化，特设置了一些图示及曲线查询功能。电气量的实时监测和历史数据查询中采用棒形图的方式可以很直观地显示当前或以往发电机的功率、三相电压、电流及转子电流与各自额定值之间的关系。
　　（4）在温度查询的曲线查询中，可以选择所有温度测点中的任意5个查询其在1个月内的变化曲线；在过热报警的曲线查询中，可以根据每10 min记录的离子电流值显示其在一天中的变化趋势。
　　（5）为了便于查看发电机各温度测点所有的报警情况，还设置了历史温度报警查询的功能。如果有报警，则将产生报警的测点编号、时间及报警原因予以记录，便于将来查找曾经报警的测点。

5　现场运行情况　　
　　该监测系统自1999年10月开始运行，已在某厂300 MW汽轮发电机上运行至今。从目前运行情况看，测量数据误差都很小，能够满足监测要求。仪器运行安全，不影响发电机有关设备及仪器的正常运行。打印格式按电厂运行抄表的要求设计，使运行人员能够免除抄表之苦，且便于将来的数据统计和故障分析。