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(xiàn)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(shí)，故障點(diǎn)的電容電流比較大，影響發(fā)電機的安全運行；l同時(shí)由于接地故障的存在，會(huì )引起接地弧光過(guò)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(diǎn)不接地的發(fā)電機，當發(fā)電機內部單相接地時(shí)，接地電容電流應在規定的允許值之內，如下表所示。大型發(fā)電機由于造價(jià)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(xiàn)圈，通過(guò)消弧線(xiàn)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定的允許值之內。

單相接地故障時(shí)的零序電壓

發(fā)電機定子接地時(shí)的零序網(wǎng)絡(luò )圖

當中性點(diǎn)不接地時(shí)，故障點(diǎn)的接地電流為

當中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地時(shí)，故障點(diǎn)的接地電流為

當機端發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流最大

l經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地可補償故障接地容性電流。在裝設消弧線(xiàn)圈時(shí)，要采用過(guò)補償方式選擇線(xiàn)圈的電感L，使得補償的感性電流大于接地容性電流，以防止系統總容抗和消弧線(xiàn)圈的感抗在數值上相等，發(fā)生共振而引起過(guò)電壓。而在大型發(fā)電機變壓器組單元接線(xiàn)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(guò)電壓。

l當發(fā)電機電壓網(wǎng)絡(luò )的接地電容電流大于允許值時(shí)，不論該網(wǎng)絡(luò )是否裝有消弧線(xiàn)圈，接地保護動(dòng)作于跳閘；當接地電流小于允許值時(shí)，接地保護動(dòng)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，然后平穩停機進(jìn)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(kāi)不平衡電壓，保護區一般只能達到定子繞組的85~95%，故在發(fā)電機中性點(diǎn)附近存在著(zhù)死區。實(shí)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？電力系統諧波怎么產(chǎn)生的？）

故障點(diǎn)的零序電壓將隨著(zhù)故障點(diǎn)位置的不同而改變，越靠近機端，故障點(diǎn)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(kāi)口△繞組或中性點(diǎn)TV二次側(也可從消弧線(xiàn)圈副方繞組取得)。

由于發(fā)電機正常運行時(shí)，相電壓中含有三次諧波，因此，在機端電壓互感器接成開(kāi)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(shí)，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(huì )產(chǎn)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(shí)要躲過(guò)正常運行時(shí)的不平衡電壓以及變壓器高壓側接地時(shí)在發(fā)電機端所產(chǎn)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(dòng)作于跳閘且零序電壓取自發(fā)電機機端TV的開(kāi)口△繞組時(shí)需要裝設TV斷線(xiàn)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(kāi)口△繞組或中性點(diǎn)TV二次側(也可從消弧線(xiàn)圈副方繞組取得)。

l由于發(fā)電機正常運行時(shí)，相電壓中含有三次諧波，因此，在機端電壓互感器接成開(kāi)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(shí)，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(huì )產(chǎn)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(shí)要躲過(guò)正常運行時(shí)的不平衡電壓以及變壓器高壓側接地時(shí)在發(fā)電機端所產(chǎn)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(dòng)作于跳閘且零序電壓取自發(fā)電機機端TV的開(kāi)口△繞組時(shí)需要裝設TV斷線(xiàn)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(dòng)作方程：3U0＞3U0g

3U0——機端TV開(kāi)口三角電壓或中性點(diǎn)TV（或消弧線(xiàn)圈）二次電壓；

3U0g——動(dòng)作電壓整定值。 

保護動(dòng)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(kāi)口三角形繞組時(shí)，為確保TV一次斷線(xiàn)時(shí)保護不誤動(dòng)，需引入TV斷線(xiàn)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(zhì)的分量，它雖然在線(xiàn)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(diǎn)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(xiàn)、升壓變壓器、廠(chǎng)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(diǎn)不接地時(shí)，其等值電路如圖所示。這時(shí)中性點(diǎn)及機端的三次諧波電壓分別為

中性點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)變壓器或發(fā)電機端TV開(kāi)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(wú)關(guān)；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(dòng)、停機的過(guò)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