第一部分

發(fā)電機定子繞組單相接地保護

由于發(fā)電機容易發(fā)生繞組線棒和定子鐵芯之間絕緣的破壞，因此發(fā)生單相接地故障的比例很高，約占定子故障的70~80%。l由于大型發(fā)電機組定子對地電容較大，當發(fā)電機機端附近發(fā)生接地故障時，故障點的電容電流比較大，影響發(fā)電機的安全運行；l同時由于接地故障的存在，會引起接地弧光過電壓，可能導致發(fā)電機其它位置絕緣的破壞，形成危害嚴重的相間或匝間短路故障。

發(fā)電機定子繞組單相接地故障電流允許值

中性點不接地的發(fā)電機，當發(fā)電機內部單相接地時，接地電容電流應在規(guī)定的允許值之內，如下表所示。大型發(fā)電機由于造價昂貴，結構復雜，檢修困難，且容量的增大使得其接地故障電流也隨之增大，為了防止故障電流燒壞鐵芯，大型發(fā)電機有的裝設了消弧線圈，通過消弧線圈的電感電流與接地電容電流的相互抵消，把定子單相接地故障電流限制在規(guī)定的允許值之內。

單相接地故障時的零序電壓

發(fā)電機定子接地時的零序網絡圖

當中性點不接地時，故障點的接地電流為

當中性點經消弧線圈接地時，故障點的接地電流為

當機端發(fā)生單相接地故障時，接地電流最大

l經消弧線圈接地可補償故障接地容性電流。在裝設消弧線圈時，要采用過補償方式選擇線圈的電感L，使得補償的感性電流大于接地容性電流，以防止系統(tǒng)總容抗和消弧線圈的感抗在數值上相等，發(fā)生共振而引起過電壓。而在大型發(fā)電機變壓器組單元接線的情況下，由于總電容為定值，要采用欠補償運行方式，即補償的感性電流小于接地容性電流，這樣有利于減小電容耦合傳遞的過電壓。

l當發(fā)電機電壓網絡的接地電容電流大于允許值時，不論該網絡是否裝有消弧線圈，接地保護動作于跳閘；當接地電流小于允許值時，接地保護動作于信號，即可以不立即跳閘，由值班人員請示調度中心后，轉移故障發(fā)電機的負荷，然后平穩(wěn)停機進行檢修。

l對于中小型發(fā)電機，通常采用零序電壓定子單相接地構成保護，由于整定值要避開不平衡電壓，保護區(qū)一般只能達到定子繞組的85~95%，故在發(fā)電機中性點附近存在著死區(qū)。實現發(fā)電機定子100%接地保護主要利用三次諧波電壓或是疊加電源與零序電壓配合構成。

利用零序電壓的定子單相接地保護（什么是諧波？電力系統(tǒng)諧波怎么產生的？）

故障點的零序電壓將隨著故障點位置的不同而改變，越靠近機端，故障點的零序電壓就越高，因此可以利用基波零序電壓構成定子單相接地保護，通常零序電壓保護用于發(fā)電機變壓器組，該保護反映發(fā)電機的基波零序電壓大小，而零序電壓取自發(fā)電機機端TV的開口△繞組或中性點TV二次側(也可從消弧線圈副方繞組取得)。

由于發(fā)電機正常運行時，相電壓中含有三次諧波，因此，在機端電壓互感器接成開口三角的一側也有三次諧波電壓輸出，此外，當變壓器高壓側發(fā)生接地故障時，由于變壓器高低繞組之間有電容存在，在發(fā)電機機端也會產生零序電壓。因此，為了保證選擇性，保護要具有三次諧波濾除功能，并且整定時要躲過正常運行時的不平衡電壓以及變壓器高壓側接地時在發(fā)電機端所產生的零序電壓。

零序電壓保護的出口方式：發(fā)信或跳閘。當動作于跳閘且零序電壓取自發(fā)電機機端TV的開口△繞組時需要裝設TV斷線閉鎖。

利用零序電壓的定子單相接地保護

l該保護反映發(fā)電機的基波零序電壓大小，而零序電壓取自發(fā)電機機端TV的開口△繞組或中性點TV二次側(也可從消弧線圈副方繞組取得)。

l由于發(fā)電機正常運行時，相電壓中含有三次諧波，因此，在機端電壓互感器接成開口三角的一側也有三次諧波電壓輸出，此外，當變壓器高壓側發(fā)生接地故障時，由于變壓器高低繞組之間有電容存在，在發(fā)電機機端也會產生零序電壓。因此，為了保證選擇性，保護要具有三次諧波濾除功能，并且整定時要躲過正常運行時的不平衡電壓以及變壓器高壓側接地時在發(fā)電機端所產生的零序電壓。

l零序電壓保護的出口方式：發(fā)信或跳閘。當動作于跳閘且零序電壓取自發(fā)電機機端TV的開口△繞組時需要裝設TV斷線閉鎖。

利用零序電壓構成的定子單相接地保護

保護構成原理

動作方程：3U0＞3U0g

3U0——機端TV開口三角電壓或中性點TV（或消弧線圈）二次電壓；

3U0g——動作電壓整定值。 

保護動作邏輯

l當零序電壓式定子接地保護的輸入電壓取自機端TV開口三角形繞組時，為確保TV一次斷線時保護不誤動，需引入TV斷線閉鎖。 

利用零序電壓和三次諧波電壓構成的100％定子單相接地保護

l由于發(fā)電機氣隙磁通密度的非正弦分布和鐵磁飽和的影響，在定子繞組中感應的電勢除基波分量外，還含有高次諧波分量。其中三次諧波分量是零序性質的分量，它雖然在線電勢中被消除，但是在相電勢中依然存在。l如果把發(fā)電機的對地電容等效地看作集中在發(fā)電機的中性點N和機端S，且每相的電容大小都是0.5Cf,并將發(fā)電機端引出線、升壓變壓器、廠用變壓器以及電壓互感器等設備的每相對地電容也等效在機端Cw，并設三次諧波電勢為E3，那么當發(fā)電機中性點不接地時，其等值電路如圖所示。這時中性點及機端的三次諧波電壓分別為

中性點及機端的三次諧波電壓分別為

機端三次諧波電壓與中性點三次諧波電壓比為

l發(fā)電機三次諧波電勢和對地電容的等值電路圖

l疊加電源方式的100%定子單相接地保護采用疊加低頻電源方式，疊加電源頻率主要是12.5Hz和20Hz兩種，由發(fā)電機中性點變壓器或發(fā)電機端TV開口處注入一次發(fā)電機定子繞組。這種方式能夠獨立地檢測接地故障，與發(fā)電機的運行方式無關；不僅在發(fā)電機正常運行的狀態(tài)下可以檢測，而且在發(fā)電機靜止或是啟動、停機的過程中同樣能夠檢測故障。更重要的是，這種方式對定子繞組各處故障檢測的靈敏度相同。

l疊加20Hz低頻電源方式的100%定子單相接地保護原理圖