第一部分

發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)

由于發(fā)電機(jī)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(jī)組定子對地電容較大，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)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(jī)的安全運(yùn)行；l同時(shí)由于接地故障的存在，會(huì)引起接地弧光過電壓，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)其它位置絕緣的破壞，形成危害嚴(yán)重的相間或匝間短路故障。

發(fā)電機(jī)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(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，接地電容電流應(yīng)在規(guī)定的允許值之內(nèi)，如下表所示。大型發(fā)電機(jī)由于造價(jià)昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī)有的裝設(shè)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(nèi)。

單相接地故障時(shí)的零序電壓

發(fā)電機(jī)定子接地時(shí)的零序網(wǎng)絡(luò)圖

當(dāng)中性點(diǎn)不接地時(shí)，故障點(diǎn)的接地電流為

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

當(dāng)機(jī)端發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流最大

l經(jīng)消弧線圈接地可補(bǔ)償故障接地容性電流。在裝設(shè)消弧線圈時(shí)，要采用過補(bǔ)償方式選擇線圈的電感L，使得補(bǔ)償?shù)母行噪娏鞔笥诮拥厝菪噪娏鳎苑乐瓜到y(tǒng)總?cè)菘购拖【€圈的感抗在數(shù)值上相等，發(fā)生共振而引起過電壓。而在大型發(fā)電機(jī)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(bǔ)償運(yùn)行方式，即補(bǔ)償?shù)母行噪娏餍∮诮拥厝菪噪娏?，這樣有利于減小電容耦合傳遞的過電壓。

l當(dāng)發(fā)電機(jī)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)是否裝有消弧線圈，接地保護(hù)動(dòng)作于跳閘；當(dāng)接地電流小于允許值時(shí)，接地保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，即可以不立即跳閘，由值班人員請示調(diào)度中心后，轉(zhuǎn)移故障發(fā)電機(jī)的負(fù)荷，然后平穩(wěn)停機(jī)進(jìn)行檢修。

l對于中小型發(fā)電機(jī)，通常采用零序電壓定子單相接地構(gòu)成保護(hù)，由于整定值要避開不平衡電壓，保護(hù)區(qū)一般只能達(dá)到定子繞組的85~95%，故在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近存在著死區(qū)。實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子100%接地保護(hù)主要利用三次諧波電壓或是疊加電源與零序電壓配合構(gòu)成。

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

故障點(diǎn)的零序電壓將隨著故障點(diǎn)位置的不同而改變，越靠近機(jī)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(gòu)成定子單相接地保護(hù)，通常零序電壓保護(hù)用于發(fā)電機(jī)變壓器組，該保護(hù)反映發(fā)電機(jī)的基波零序電壓大小，而零序電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端TV的開口△繞組或中性點(diǎn)TV二次側(cè)(也可從消弧線圈副方繞組取得)。

由于發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，相電壓中含有三次諧波，因此，在機(jī)端電壓互感器接成開口三角的一側(cè)也有三次諧波電壓輸出，此外，當(dāng)變壓器高壓側(cè)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(jī)機(jī)端也會(huì)產(chǎn)生零序電壓。因此，為了保證選擇性，保護(hù)要具有三次諧波濾除功能，并且整定時(shí)要躲過正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電壓以及變壓器高壓側(cè)接地時(shí)在發(fā)電機(jī)端所產(chǎn)生的零序電壓。

零序電壓保護(hù)的出口方式：發(fā)信或跳閘。當(dāng)動(dòng)作于跳閘且零序電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端TV的開口△繞組時(shí)需要裝設(shè)TV斷線閉鎖。

利用零序電壓的定子單相接地保護(hù)

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

l由于發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，相電壓中含有三次諧波，因此，在機(jī)端電壓互感器接成開口三角的一側(cè)也有三次諧波電壓輸出，此外，當(dāng)變壓器高壓側(cè)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(jī)機(jī)端也會(huì)產(chǎn)生零序電壓。因此，為了保證選擇性，保護(hù)要具有三次諧波濾除功能，并且整定時(shí)要躲過正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電壓以及變壓器高壓側(cè)接地時(shí)在發(fā)電機(jī)端所產(chǎn)生的零序電壓。

l零序電壓保護(hù)的出口方式：發(fā)信或跳閘。當(dāng)動(dòng)作于跳閘且零序電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端TV的開口△繞組時(shí)需要裝設(shè)TV斷線閉鎖。

利用零序電壓構(gòu)成的定子單相接地保護(hù)

保護(hù)構(gòu)成原理

動(dòng)作方程：3U0＞3U0g

3U0——機(jī)端TV開口三角電壓或中性點(diǎn)TV（或消弧線圈）二次電壓；

3U0g——動(dòng)作電壓整定值。 

保護(hù)動(dòng)作邏輯

l當(dāng)零序電壓式定子接地保護(hù)的輸入電壓取自機(jī)端TV開口三角形繞組時(shí)，為確保TV一次斷線時(shí)保護(hù)不誤動(dòng)，需引入TV斷線閉鎖。 

利用零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成的100％定子單相接地保護(hù)

l由于發(fā)電機(jī)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(yīng)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(jī)的對地電容等效地看作集中在發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)N和機(jī)端S，且每相的電容大小都是0.5Cf,并將發(fā)電機(jī)端引出線、升壓變壓器、廠用變壓器以及電壓互感器等設(shè)備的每相對地電容也等效在機(jī)端Cw，并設(shè)三次諧波電勢為E3，那么當(dāng)發(fā)電機(jī)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(jī)端的三次諧波電壓分別為

中性點(diǎn)及機(jī)端的三次諧波電壓分別為

機(jī)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(jī)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(hù)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(jī)中性點(diǎn)變壓器或發(fā)電機(jī)端TV開口處注入一次發(fā)電機(jī)定子繞組。這種方式能夠獨(dú)立地檢測接地故障，與發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式無關(guān)；不僅在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的狀態(tài)下可以檢測，而且在發(fā)電機(jī)靜止或是啟動(dòng)、停機(jī)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(hù)原理圖