发电机定子单相接地保护
发电机定子单相接地故障电流的计算和测试
22第44卷 第4期2021年4月Vol.44 No.4Apr.2021水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station1 引言发电机定子接地故障是最常见的发电机故障，大型发电机组在发生接地故障时会产生较大的对地电容电流，为将接地故障电流限制在允许范围内，中性点常采用消弧线圈接地方式运行，而测试发电机定子单相接地故障电流是为了检验发电机在发生单相接地时消弧线圈是否能够有效地补偿故障电流，保证接地电弧瞬间熄灭，以消除弧光间歇接地过电压，防止事故进一步扩大为匝间或相间短路。
需要知道发电机单相接地故障电流的大小，究其原因，主要有3点。
（1）发电机的定子一点接地保护动作出口方式的整定和这个电流大小有关。
根据DLT 684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》的规定，当发电机定子单相接地故障电流大小超过规定值，发电机定子一点接地保护动作后就必须出口跳闸停机，而小于这个值，则允许保护仅动作于告警，由运行值班人员确认后，采取转移负荷解列停机的方式进行处置。
（2）知道中性点不接地时发电机单相接地故障电容电流的大小后，与消弧线圈标注的补偿电流比较，可以定性地判断消弧线圈是否工作在欠补偿状态。
（3）消弧线圈投入后发电机单相接地故障电流必须小于制造厂的规定，制造厂无明确规定时，这个电流应小于15 A，否则在运行中发生定子绕组内部单相接地故障，有可能对定子铁心造成不可修复的损伤。
本文以万安水力发电厂1号发电机为例，通过简单估算和现场实测这两种方法对发电机定子单相接地故障电流进行讨论，所得结论不一定适合其它发电厂，仅供同行参考。
2 发电机定子单相接地故障电流的计算发电机定子单相接地故障点可能在定子绕组从机端到中性点的任意位置，但因为机端对地电压最高，所以在机端发生单相接地故障时故障电流最大，因此，我们只计算机端单相接地时的故障电流。
发电机定子绕组单相接地保护的工作原理
发电机定子绕组单相接地保护的工作原理文档下载说明Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document 发电机定子绕组单相接地保护的工作原理can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!发电机定子绕组单相接地保护是一种用于防止发电机定子绕组发生单相接地故障的保护装置。
当发生单相接地故障时，如果不及时进行处理，可能会导致发电机的损坏，甚至引发火灾等严重后果。
因此，发电机定子绕组单相接地保护显得尤为重要。
该保护装置的工作原理主要包括以下几个方面。
1. 接地检测器。
发电机定子绕组单相接地保护系统会安装一个接地检测器，用于监测定子绕组是否发生接地故障。
发电机定子接地保护范围
发电机定子接地保护范围（最新版）目录一、发电机定子接地保护的概述二、发电机定子接地保护的工作原理三、发电机定子接地保护的保护范围四、发电机定子接地保护的动作处理方法五、发电机定子接地保护的注意事项正文一、发电机定子接地保护的概述发电机定子接地保护是针对发电机定子绕组单相接地故障而设置的一种保护措施。
其主要目的是确保发电机在发生定子绕组单相接地故障时，能够及时、准确地检测到故障，并采取相应的措施，以避免故障扩大，保证发电机的安全稳定运行。
二、发电机定子接地保护的工作原理发电机定子接地保护通常由基波零序电压保护和三次谐波电压保护两部分组成。
基波零序电压保护主要针对发电机定子绕组中性点附近的单相接地故障，其保护范围通常可达到中性点附近 95% 的区域。
三次谐波电压保护则主要针对发电机定子绕组机尾至机端 30% 区域的单相接地故障，其保护范围相对较小。
三、发电机定子接地保护的保护范围发电机定子接地保护的保护范围主要包括发电机定子绕组中性点及其附近范围内的接地故障。
对于中性点附近 50% 的区域，可以通过基波零序电压保护来实现保护。
而对于中性点附近 95% 的区域，则需要通过三次谐波电压保护来实现保护。
在发电机正常运行时，保护不会误动，具有较高的灵敏度。
四、发电机定子接地保护的动作处理方法当发电机定子接地保护检测到单相接地故障时，保护装置将根据设定的时限进行动作处理。
基波零序电压保护的时限通常为 3 秒，三次谐波电压保护的时限通常为 5 秒。
动作后，保护装置将发出信号，对发电机进行解列灭磁，以避免故障扩大。
五、发电机定子接地保护的注意事项在使用发电机定子接地保护时，应注意以下几点：1.确保保护装置的设定参数与发电机的实际参数相匹配，以保证保护的准确性。
2.定期对保护装置进行检修和维护，以确保保护装置的正常运行。
3.在发生故障时，应根据保护装置的信号及时采取相应的处理措施，以避免故障扩大。
发电机定子接地保护范围
发电机定子接地保护范围【最新版】目录一、发电机定子接地保护的必要性二、发电机定子接地保护的原理与保护范围1.基波零序电压保护2.三次谐波电压保护三、发电机定子接地保护的构成与实现1.基波零序电压保护与三次谐波电压保护的结合2.采用注入式定子接地保护四、发电机定子接地保护的注意事项1.故障点电流不应超过安全电流五、发电机定子接地保护的作用与意义正文一、发电机定子接地保护的必要性发电机定子接地保护是确保电力系统安全稳定运行的重要措施之一。
在发电过程中，由于各种原因可能导致发电机定子绕组出现接地故障，如绝缘损坏、潮湿环境、操作失误等。
这些故障可能导致设备损坏、人身安全受到威胁，甚至引发火灾等严重后果。
因此，对发电机定子接地保护进行研究和实践具有重要的现实意义。
二、发电机定子接地保护的原理与保护范围发电机定子接地保护主要包括基波零序电压保护和三次谐波电压保护。
1.基波零序电压保护基波零序电压保护主要针对发电机定子绕组中性点附近的接地故障进行保护。
在正常运行状态下，发电机定子绕组存在不平衡电压，包括基波和三次谐波。
当发生接地故障时，基波零序电压会出现明显变化，因此可以通过检测基波零序电压的变化来实现对中性点附近接地故障的保护。
保护范围：基波零序电压保护可以保护定子绕组中性点及其附近范围内的接地故障，保护范围约占整个定子绕组的 95%。
2.三次谐波电压保护三次谐波电压保护主要针对发电机定子绕组机尾至机端 30% 区域的接地故障进行保护。
在发电机运行过程中，三次谐波电压是定子绕组接地故障的特征之一。
因此，通过检测三次谐波电压的变化，可以实现对机尾至机端 30% 区域内的接地故障的保护。
保护范围：三次谐波电压保护可以保护机尾至机端 30% 区域的定子绕组单相接地故障，保护范围约占整个定子绕组的 30%。
三、发电机定子接地保护的构成与实现为了实现 100% 的发电机定子绕组接地保护，可以将基波零序电压保护和三次谐波电压保护结合起来，形成一个完整的保护体系。
发电机定子接地保护原理及应用
发电机定子接地保护原理及应用摘要：发电机作为电力系统最重要的运行设备之一，保证发电机的安全稳定运行是电力系统继电保护的最重要的任务。
发电机定子接地保护，作为发电机保护中相当重要的一员，应该引起我们继电保护人员的足够重视。
本文详细分析了目前国内常见的几种发电机定子接地保护原理，在实际生产运行中，应根据系统接线及运行方式，决定保护接线，选择合适的定值整定和跳闸方式以及发信方式，保证发电机组安全稳定运行。
关键词：发电机定子接地原理应用正文：发电机是电力系统中最重要的设备之一，根据安全的要求，发电机的外壳是接地的，因此，定子绕组因绝缘破坏而引起的单相接地故障比较普遍。
发生定子单相接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路，当接地电流比较大，能在故障点引起电弧时，将使绕组和定子铁芯烧坏，并且也容易发展成危害更大的定子绕组相间或匝间短路，因此，应装设发电机定子绕组单相接地保护。
目前，发电机定子接地保护已经有很多不同的保护原理，包括利用零序电流构成的定子接地保护，利用基波零序电压构成的定子接地保护，利用基波零序电压和三次谐波电压构成的100%定子接地保护，以及利用附加电源构成100%的定子接地保护，本文将一一介绍各个保护的保护原理。
发电机定子单相接地的特点首先，我们先来了解一下发电机发生单相接地故障时，发电机两侧的故障电压故障电流的分布情况。
现代的发电机，其中性点一般为不接地或经消弧线圈接地（或者通过接地变压器接地）的，因此，当发电机内部单相接地时，流经接地点的电流仍为发电机所在电压网络（即与发电机直接电联系的各元件）对地电容电流之和，而不同之处在于故障点的零序电压将随发电机内部接地点的位置而改变。
如图1（a）所示，假设A相接地发生在定子绕组距中性点a处，a表示出中性点到故障点的绕组占全部绕组的百分数，故障点各相电动势为，，,则发电机中性点电位将发生位移，产生零序电压，如图1（b）。
图中，C0G为发电机每相的对地电容，C01为发电机意外电压网络每相对地的等效电容。
发电机定子接地保护原理(注入式、基波电压)及保护调试方法
主要内容
一、定子接地保护原理 基波电压式 注入式 二、调试方法
定子接地保护原理
基波定子接地保护
假设在右图中F点的A相绕组发生 接地短路。F点到中性点的匝数
占该相绕组总匝数的百分比为
。此时机端T 点各相的对地（对 A相的F点）电压为：
定子接地保护原理
所以机端T点对地的零序电压为：
零序电压值随短路点位置α的 变化而变化的关系如图所示。 在机端单相接地时零序电压最 大，在中性点处接地时零序电 压为零。
定子接地保护原理
基波零序电压保护发电机85～95 ％的定子绕组单相接地,在中性点N附 近发生接地故障，保护有死区。
基波零序电压保护设两段定值， 一段为灵敏段，另一段为高定值段。
灵敏段基波零序电压保护，动作 跳闸时，需经主变高压侧零序电压闭 锁，防止区外故障时定子接地基波零 序电压灵敏段误动；
调试方法
注入式定子接地调试方法及步骤 1、检查注入式定子接地保护电源正常 2、检查非电量保护柜内注入式定子接地保 护闭锁输出压板退出（解、接线前先投入， 解、接后再退出） 3、检查发电机保护A柜内投注入式定子接地 保护功能压板
调试方法
注入式定子接地调试方法及步骤 4、在接地变处接入电阻箱，一端接在接地刀闸靠近定子侧，一 端接地 5、通过调节电阻进行检查，补偿后相角通常在274°左右，测量 阻值按照工序卡与输入阻值基本一致，并验证报警及跳闸值。
100%的定子绕组接地短路保护的一种方案是用三次谐 波电压和基波零序过电压两种保护联合构成。三次谐波 电压定子接地保护对于中性点附近的单相接地短路有很 高的灵敏度，它与基波零序过电压保护正好有互补性。 所以可用这两个保护联合构成100%的定子绕组接地短 路保护。
发电机定子接地保护
对于中小型发电机, 通常采用零序电压定子单相接地构成保护, 由于整定值要避开不平衡电压, 保护区一般只能达到定子绕组 的85~95%, 故在发电机中性点附近存在着死区。实现发电机定 子100%接地保护主要利用三次谐波电压或是叠加电源与零序电 压配合构成。
单相接地故障时的零序电压
•
• EA
U AD d
•
U CD
•
U d0
•
E A
•
U BD
Cf
Cw
•
EC
•
EB
（a）电路图
• U
AD
(1 )
•
E
A
图
发电机定子绕组单相接地时的电路图和相量图
（b）相量图
U•
BD
•
EB
•
EA
•
•
•
U
CD
EC
EA
•
U d 0
1
•
(U
AD
•
U
BD
•
U
CD
)
•
E
A
3
发电机定子接地时的零序网络图
当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零。由于发电 机的感应电势Ed随着励磁电流的减小而减小，因此，其电磁转矩 也将小于原动机的转矩，因而引起转子加速，使发电机的功角δ 增大。当δ超过静态稳定极限角时，发电机与系统失去同步。发 电机失磁后将从电力系统中吸取感性无功功率。在发电机超过同 步转速后，转子回路中将感应出频率为ff-fs（ ff此处为对应发 电机转速的频率，fs为系统的频率）的电流，此电流产生异步转 矩。当异步转矩与原动机转矩达到新的平衡时，即进入稳定的异 步运行。
发电机定子接地保护范围
发电机定子接地保护范围摘要：I.发电机定子接地保护的概念和重要性II.发电机定子接地保护的范围A.基波零序电压保护B.三次谐波电压保护III.发电机定子接地保护的工作原理IV.发电机定子接地保护的注意事项正文：发电机定子接地保护是保障发电机正常运行和安全的关键措施之一。
在发电机运行过程中，定子绕组的单相接地故障是常见的故障类型，如果没有及时的保护，可能会导致绕组损坏，进而影响发电机的正常运行。
因此，了解发电机定子接地保护范围和原理非常重要。
发电机定子接地保护范围主要包括基波零序电压保护和三次谐波电压保护。
其中，基波零序电压保护可以保护机端至机尾95% 区域的定子绕组单相接地故障，通过反映发电机机端零序电压原理构成，经时限t1（3s）动作于解列灭磁；而三次谐波电压保护可以保护机尾至机端30% 区域的定子绕组单相接地故障，由发电机中性点和机端三次谐波原理构成，经时限t2（5s）动作于信号。
二者组成100% 的定子接地保护。
发电机定子接地保护的工作原理是，当定子绕组出现单相接地故障时，会在定子绕组中产生零序电压。
基波零序电压保护通过检测基波零序电压，判断是否存在接地故障；而三次谐波电压保护则通过检测三次谐波电压，进一步确认故障位置。
当检测到定子接地故障时，保护装置会及时动作，通过解列灭磁或发出信号，切断故障电路，保护发电机的安全运行。
在实际应用中，发电机定子接地保护还需要注意一些问题。
例如，保护装置的灵敏度和可靠性需要满足一定的要求，以防止误动作或漏动作；保护装置的接线需要正确，以避免因接线错误导致的保护失效；此外，还需要定期对保护装置进行维护和检修，以确保保护装置的正常运行。
总之，发电机定子接地保护范围和原理是保障发电机正常运行和安全的重要措施，需要认真理解和掌握。
发电机100定子接地保护
发电机100%定子接地保护发电机定子单相接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路。
当接地电流较大能在故障点引起电弧时，将使定子绕组的绝缘和定子铁芯烧坏，也容易发展成危害更大的定子绕组相间或匝间短路。
第一部分是基波零序电压式定子接地保护：保护接入的3Uo电压，取自发电机机端电压互感器开口三角绕组两端和发电机中性点单相电压互感器的二次。
零序电压式定子接地保护的交流输入回路如图1所示。
第二部分是利用发电机三次谐波电动势构成的定子接地保护由于发电机气隙磁通密度的非正旋分布和受铁芯饱和的影响，其定子中的感应电动势除基波外，还含有三、五、七次等高次谐波。
因为三次谐波具有零序分量的性质，在线电动势中它们虽然不存在，但在相电动势中亦然存在。
正常运行时，发电机中性点的三次谐波电压总是大于发电机机端的三次谐波电压。
而当发电机靠中性点侧0～50％范围内有接地故障时，发电机机端的三次谐波电压大于发电机中性点的三次谐波电压。
根据发电机定子绕组中性点附近接地故障的三次谐波分布特性，保护装置取发电机中性点及机端三次谐波电压，并对其进行大小和相位的矢量比较。
三次谐波定子接地保护交流接入回路如图6所示。
该保护的动作逻辑图如图7所示。
发电机启停机和误上电保护1、300MW及以上发电机组，一般都要装设误上电保护，以防止发电机起停机时的误操作。
当发电机盘车或转子静止时发生误合闸操作，定子的电流（正序电流）在气隙产生的旋转磁场会在转子本体中感应工频或接近工频的电流，会引起转子过热而损失。
误上电保护原理是将误上电分成两个阶段。
以开机为例，第一阶段：从开机到合磁场开关。
在这期间，由于无励磁，发电机不可能进行并网操作，因此要求发电机断路器合闸和定子有电流，则必然为误上电，瞬时跳闸；第二阶段：从合磁场开关到并网。
在这期间，用阻抗元件来区分并网和误上电，误上电一般可做到0.5s内跳闸，并且误上电情况越严重，跳闸也越快。
误上电保护在发电机并网后自动退出运行，解列后自动投入运行。
发电机定子单相接地处理
发电机定子绕组单相接地,是发电机最常见的一种电气故障。
非故障相对地电压上升为线电压，可能导致绝缘薄弱处发生接地形成两点接地短路，扩大事故。
定子绕组单相接地的危害性主要是流过故障点的电容电流产生电弧可能烧坏定子铁心,进一步造成匝间短路或相间短路(铁心灼伤后造成磁场分布不均，定子绕组局部温度高，后果必然是相间短路损坏发电机。
),使发电机遭受更为严重的破坏。
6ｋＶ发电机为中性点不接地系统,当发生定子绕组单相接地时,故障点将出现零序电压。
下面以Ａ相定子绕组任一点发生金属性接地故障为例进行分析。
如图1所示,假设Ａ相在距中性点ａ处(ａ表示由中性点到故障点的匝数占该相总匝数的百分数)的ｄ点发生接地故障。
则零序电压为(推导过程略):Ｕｄ0=－ａＥＡ上式表明,故障点的零序电压与ａ成正比, 即接地点离中性点越远,零序电压越高。
这样,可以利用接于机端的电压互感器开口三角形侧取得零序电压,构成单相接地保护,如图2所示。
零序电压型单相接地保护,是从机端电压互感器开口三角形侧取得零序电压,接入保护用的过电压继电器。
理想情况下,发电机正常运行时,ＴＶ开口三角形侧无零序电压,继电器不动作。
但实际上,发电机在正常运行情况下,其相电压中存在三次谐波电压;另外,在变压器高压侧发生接地短路时,由于变压器高低压绕组之间有电容存在,发电机机端也会产生零序电压。
为了保证保护动作的选择性,保护的整定值应躲开上述三次谐波电压与零序电压。
根据运行经验,电压值一般整定为15～20Ｖ之间。
按此值整定后,由于靠近中性点附近发生接地故障时,零序电压低,保护可能不会起动,故此种保护的保护范围约为由机端到中性点绕组的85%左右,保护存在死区。
规程规定,对于出口电压为6 3ｋＶ的发电机,当接地电流等于或大于5Ａ时,单相接地保护作用跳闸;小于5Ａ时,一般只发信号不跳闸,这是基于保护发电机定子绕组而作出的规定。
保护动作时间国家有关规程对发电机定子绕组单相接地保护的动作时间未作明确规定,各电厂应根据本厂机组的实际运行情况给出延时时间。
发电机定子接地保护定值的整定配合分析
发电机定子接地保护定值的整定配合分析前言：发电机定子接地故障是发电机运行中常见的故障，一旦发电机发生单相接地故障，故障点与定子绕组间会产生电容电流和过电压，可能导致绕组等绝缘破坏，危害发电机设备和影响发电机组及系统安全运行。
本文对发电机定子接地保护配置分析和南方A电厂发变组保护改造后发电机定子接地保护定值的整定配合分析。
国内标准中发电机定子绕组接地故障电流允许值如下表：表（1）发电机组在实际运行中，当定子绕组接地故障电流小于允许值时，定子接地保护会动作于发信号，电厂可申请平稳地停机后，组织相关人员处理故障。
而当故障电流大于允许值时，定子接地保护经短延时后动作于跳闸。
为了发电机组的安全运行和发电机设备安全，配置发电机定子接地保护是一种有效的方法。
由此显得发电机定子接地保护相关定值的正确整定配合尤为重要。
根据《南方电网大型发电机及发变组保护技术规范QCSG110033-2012》，发电机组定子接地保护应装设保护区为100%的定子接地保护作为发电机定子绕组单相接地故障保护。
双频分离式100％定子接地保护由反应近机端侧单相接地的基波零序过电压保护和反应近中性点侧单相接地的三次谐波过电压保护两部分组成。
南方A电厂采用发变组单元接线，发电机与主变压器之间不设置发电机出口断路器，发电机中性点经接地变压器接地，主变高压侧接地方式采用直接接地或者经间隙接地，低压侧为不接地系统。
主接线图如图（1）：图（1）#1发电机采用东方电机厂生产的型号为QFSN-330-2-20B，额定功率为330MW。
#1主变采用衡阳特变电工生产的型号为SFP10-407000/220，额定容量为407kVA。
1.发电机定子接地保护基波零序电压整定。
#1发变组保护改造后发电机保护采用南瑞生产的PCS-985B系列的双套保护装置。
配置的发电机定子接地保护中，基波零序电压保护发电机 85～95％的定子绕组单相接地。
保护动作逻辑如图（2）。
图（2）定子接地保护由接于发电机中性点电阻上的过压元件实现的，希望保护95%的定子绕组。
基于发电机零序电压和三次谐波构成的定子单相接地保护的探讨
＼
／
对保护动作产生影 响。当变压器高压侧发生接地短
路时， 高压侧 的零 序 电动势 通过 变压 器 高低 压侧绕 组 之 间耦合 电容 传 变至发 电机侧 ， 发 电机端 就会 产生 零 序 电压 。如 果此 零 序 电压 值 较 高 可 能造 成 发 电机 定
图４ Ｕ ｏ ａ 、 Ｕ 随ｏ ｃ 的 变 化 曲 线
江西电力 ・ ２ ０ １ ７ 即接 地 点离 中性 点越 远 ， 采 集 的零 序 电压 越 高 ， 系 曲线 ， 如 图 ４所示 。
中 性 点 机端
靠近 中性点处 ， 采集的零序 电压越低 ， 当接地点距离
中性 点 越远 ， 保 护越灵 敏 。而 接地 点发 生在 中性 点 附 近时 ， 保 护 的灵 敏度越 低 ， 就可 能造 成保 护拒 动后果 。 ２ ） 在 主 变高 压 侧 系统发 生 单 相接 地 故 障时 可能
＝
０ ． ５ 处， 当发 电机 中性 点接 地 时 ， ＝ ０ ， Ｕ ｏ ＝ ； ＝ ０ ，
＝ Ｉ ＝ Ｂ；
拒动 现象 ， 还 可能 在主 变高 压侧 系统 发生 单相 接地 故 障时 保护 误动 。
１ ． ２ 基 于三 次谐 波型 的保 护
１ ． ２ ． １ 原理
当发 电机机 端接 地 时 ， ０ 【 ＝ １ ， Ｕ ｎ ＝ Ｅ ３ ； ＝ ０ 。
开
时， 故 障点 的接地 电流经故 障 点 、 三相对 地 电容 、 三相
定子绕组 而构成通路 。当接地 电流超过允许值时 ， 在
接地 点 产生 电弧 ， 造 成定 子绕 组 的绝缘 和定 子铁 芯绝 缘损坏 ， 引 起定 子 绕 组 相 问或 匝 间 短路 事 故 。 因此 ，
利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护
利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护一、引言在电力系统中，发电机是一个重要的组成部分，其稳定运行对于整个电力系统的正常运行至关重要。
然而，在发电机的运行过程中，由于各种原因可能会导致定子出现故障，为了保护发电机及整个电力系统的安全稳定运行，必须采取有效的保护措施。
本文将介绍一种利用基波零序电压的发电机定子单相接地保护方法。
二、发电机定子故障及其危害1. 发生原因发生在发电机定子上的故障主要有以下几种：（1）绕组短路：由于绕组内部绝缘损坏或外部过热等原因导致绕组内部出现直接短路或间接短路。
（2）匝间短路：由于匝间绝缘损坏或外部过热等原因导致匝间出现直接短路或间接短路。
（3）接触不良：由于连接头松动、氧化等原因导致连接不良。
2. 危害如果发生在发电机定子上的故障不能及时得到有效处理，将会对整个电力系统造成严重的危害，主要表现在以下几个方面：（1）对发电机本身的损坏：定子故障会导致发电机输出功率降低、温度升高等，如果不能及时处理将会导致发电机受损甚至报废。
（2）对电力系统的影响：定子故障会导致电压不稳定、频率波动等，甚至可能引起整个电力系统的崩溃。
（3）对人员和设备的安全造成威胁：定子故障会导致绕组过热、烧毁等，可能造成火灾等事故。
三、基波零序电压保护原理1. 原理简介基波零序电压保护是一种常用的发电机定子单相接地保护方法。
其原理是通过检测发电机定子上产生的基波零序电压来判断是否存在接地故障。
2. 保护装置基波零序电压保护装置主要由以下几部分组成：（1）变压器：用于将发电机定子上产生的基波零序电压信号变换为适合保护装置处理的信号。
（2）保护装置：用于检测变压器输出的信号，并根据一定的逻辑关系判断是否存在接地故障。
（3）输出装置：用于控制断路器等设备，实现对故障电路的隔离和保护。
3. 工作原理当发电机定子出现接地故障时，会在定子上产生基波零序电压信号。
该信号经过变压器变换后，送入保护装置进行处理。
保护装置通过对基波零序电压信号进行比较、滤波等操作，判断是否存在接地故障。
发电机定子绕组单相接地故障原因分析及处理
发电机定子绕组单相接地故障原因分析及处理发电机定子绕组单相接地故障是指发电机定子绕组中的其中一相出现了对地短路的故障。
这种故障往往会导致发电机产生过热、震动、噪音等问题，严重时还可能损坏发电机甚至引发火灾。
因此，及时发现和处理发电机定子绕组单相接地故障是非常重要的。
引起发电机定子绕组单相接地故障的原因很多，主要可以归纳为以下几点：1.绝缘老化：发电机绝缘材料长期工作在高温、高电压等恶劣环境下，容易发生老化和劣化，从而导致绝缘性能下降，增加了绕组对地短路的风险。
2.绝缘击穿:在运行过程中，由于过电压、过流或其他原因，绕组绝缘可能会发生击穿。
当击穿发生时，绝缘性能会急剧下降，导致绕组出现对地短路。
3.潮湿环境：对于一些工作环境潮湿的发电机来说，湿度会导致绕组的绝缘性能下降，以及绕组接地的可能性增加，从而引发对地短路故障。
处理发电机定子绕组单相接地故障的方法可以参考以下步骤：1.停机检修:一旦发现发电机存在单相接地故障，应立即停机，切断电源，确保安全。
2.检查绕组绝缘:初步检查发电机绕组绝缘，确定是否有明显的裂纹、击穿和老化等现象，如果有，需要更换绝缘材料。
3.检测绕组接地点:使用绝缘电阻测试仪等工具，检测出故障相的接地点，确定接地点后可以着手修复。
4.修复绕组:对于绕组出现的单相接地现象，可以采用以下方法进行修复：首先，清理接地点，确保无灰尘和杂质；接着，使用绝缘材料进行绝缘处理；最后，重新包扎绕组。
5.防止二次发生:在修复完毕之后，应对发电机的绝缘系统进行全面检查，确保没有其它潜在的问题存在，并根据情况增加绝缘层的厚度，提高绕组的绝缘性能。
总之，发电机定子绕组单相接地故障是一种常见的故障，但是只要我们能够及时发现并采取正确的处理方法，就能够有效避免故障扩大和带来的不利影响。
因此，对于发电机的定期检修和维护是非常重要的，只有保持设备的正常运行状态，才能够确保发电机的安全和稳定运行。
发电机定子接地保护,利用零序电流及零序电压构成的定子绕组单相接地保护,100%定子绕组接地保护,
发电机定、转子接地保护原理及应用东南大学成贤学院毕业设计报告（论文）诚信承诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。
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学生签名：日期：发电机定、转子接地保护原理及应用摘要发电机定子接地时，对发电机损坏程度与故障电流大小及持续时间有关。
采用零序电流、电压保护后，虽然保护范围最高可达90%以上，但对于大容量发电机来说，还应配置100%定子接地保护。
本文重点分析了利用零序电压和三次谐波电压特点构成的100%定子绕组接地保护。
励磁回路一点接地故障，对发电机并未造成危害，但若再相继发生第二点接地故障，则将严重威胁发电机的安全。
发电机必须装设灵敏的励磁回路一点接地保护作用于信号，以便通知值班人员采取措施。
本文从励磁回路一点接地检测装置出发，逐一分析了不同原理的一点接地保护以及各自的优缺点，提出了相应的解决方案，励磁回路两点接地故障是一种严重的故障，故障点流过相当大的短路电流，本文介绍了两种两点接地保护原理。
关键词：发电机；定子接地；转子接地；保护Generator stator and rotor earth fault protectionAbstractGenerator stator ground, the extent of damage of generators and fault current size and duration related.Zero-sequence current, voltage protection, although the scope of protection up to more than 90% and 100% stator ground fault protection, but should also be configured for large capacity generator.This paper focuses on the use of zero-sequence voltage and third harmonic voltage characteristics consisting of 100% stator winding ground fault protection.Excitation circuit is ground fault, the generator does not cause harm, but if more have occurred in the second ground fault, is a serious threat to the safety of the generator.Generator to be fitted with a sensitive point grounding protective effect of the excitation circuit in the signal, in order to inform the staff on duty to take measures.From the excitation circuit ground detection devices to analyze a different principle of grounding protection, as well as their advantages and disadvantages, the solution, the excitation circuit of two ground fault is a serious fault, the point of failure flow over a considerable large short-circuit current, this paper introduces two kinds of two-point grounding protection principle.Keywords:Generator; stator ground; rotor earth;protection目录摘要 (I)Abstract (II)目录............................................................................................................................................ I II 第一章引言 (1)1.1 选题的背景及意义 (1)1.2 课题现状及存在问题 (1)1.3 本课题主要研究方向及其方法内容 (1)第二章发电机定子接地保护 (3)2.1 概述定子接地短路 (3)2.2 反应基波零序电压的接地保护 (3)2.3利用零序电流及零序电压构成的定子绕组单相接地保护 (7)2.3.1 利用零序电流构成的定子接地保护 (7)2.3.2 利用零序电压构成的定子接地保护 (8)2.4 100%定子绕组接地保护 (9)2.4.1 中性点双频100%定子接地保护 (9)2.4.2 利用三次谐波电压构成100%定子绕组单相接地保护 (11)2.4.3 其他原理的定子100%接地保护 (15)2.4.4 大型水轮发电机定子三次谐波接地保护误动防范新方法 (16)第三章发电机转子接地保护 (21)3.1 概述转子接地短路 (21)3.2 励磁回路一点接地保护 (21)3.2.1 绝缘检查装置 (21)3.2.2 直流电桥式一点接地保护 (21)3.2.3 叠加交流电压测量励磁回路对地导纳的一点接地保护 (22)3.3 励磁回路两点接地保护 (26)3.3.1 利用电桥原理构成的励磁回路两点接地保护 (26)3.3.2 反应发电机定子电压二次谐波分量的励磁回路两点接地保护 (28)第四章课件制作 (29)4.1 多媒体应用软件简介 (29)4.2 多媒体课件制作思路 (29)4.3 多媒体课件演示 (29)第五章结束语 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录：外文资料翻译 (33)第一章引言1.1 选题的背景及意义发电机组是现代电力系统中重要的组成部分。
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发电机定子绕组单相接地保护方案综述
发布: 2009-8-07 09:59 | 作者: slrd8888 | 查看: 882次
1 前言
定子绕组单相接地故障是发电机最常见的一种故障，而目往往是更为严重的绕组内部故障发生的先兆，因此定子接地保护意义重大。
目前实际应用中比较成熟的定子接地保护有基波零序电压保护、三次谐波电压保护及二者组合构成的保护，国外的发电机中性点大都是经高阻接地，较多的采用的是外加电源式的保护。
近十几年微机保护的飞速发展，为新保护原理的开发提供了强大的硬件平台和广阔的软件空间。
其中基于自适应技术、故障分量原理和小波变换的保护比较突出，它们有力地推动了单相接地保护技术的发展。
扩大单元接线的发电机定子接地保护迫切需要具有选择性的保护方案，由于零序方向保护自身的缺陷、基于行波原理的保护在理论和技术上尚不够成熟，因此将小波变换应用到选择性定子接地保护有着重要的意义。
2 定子绕组单相接地保护方案
发电机定子绕组单相接地时有如下特点：内部接地时，流经接地点的电流为发电机所在电压网络对地电容电流的总和，此时故障点零序电压随故障点位置的改变而改变；外部接地故障时，零序电流仅包含发电机本身的对地电容电流。
这些故障信息对接地保护非常重要，下面就介绍几种定子接地保护方法。
2.1 零序电流定子接地保护
由单相接地故障特点可知，对直接连在母线上的发电机发生内部单相接地时，外接元件对地电容较大，接地电流增大超过允许值，这就是零序电流接地保护的动作条件。
这种保护原理简单，接线容易。
但是当发电机中性点附近接地时，接地电流很小，保护将不能动作，因此零序电流保护存在一定的死区。
2.2 基波零序电压定子接地保护
发电机定子绕组(设A相距中性点α处)发生单相接地时，定子回路各点的零序电压
，其他两相故障情况亦有此关系。
可见单相接地时零序电压U0＝αEph，Eph 为故障相电动势，可将之作为保护动作参量。
此基波零序电压可以在机端或中性点处获得，对于发电机中性点经配电变压器接地的情况，基波零序电压可取自配电变压器的二次电压。
这种保护主要应用于发电机变压器组接线方式，它的一个突出优点是即使在单相接地电流很小的情况下也可以采用，但是由于在发电机中性点处存在位移电压，该保护不可避免的在中性点附近存在死区，且当经过过渡电阻接地时灵敏度不高。
2.3 三次谐波电压型定子接地保护
发电机正常运行时，中性点三次谐波电压比机端三次谐波电压大，而在中性点附近发生接地故障时，机端三次谐波电压增大，中性点三次谐波电压降低。
利用单相接地故障前后发电机中性点与机端处三次谐波电压变化特点构成三次谐波电压型定子接地保护。
由三次谐波电压构成的保护动作判据总的来说有两大类，一种是利用机端或中性点单侧三次谐波电压构成的保护，其判据为＜a(阀值)，这种保护特
别简单，在国外仍有应用，但是灵敏度较低，且保护范围较小，受运行工况影响很大。
另一种是由机端和中性点双侧三次谐波电压构成的判据， >b 和。
式中Kp为调整系数，b和c为常数。
前者以U3s为动作量，U3n为制动量，可以保护距中性点约50％的范围，但灵敏度并没有得到很大的提高。
而后者引入了幅值和相角调节系数，可以减小动作量降低制动量，从而提高保护的灵敏度和可靠性，而且此方案还可单独完成定子接地的100％保护。
但由于利用的是稳态量，当接地过渡电阻较大尤其是故障位置在绕组中部附近时，机端和中性点三次谐波电压的变化量很小，此时保护的灵敏度较低。
另外，基波零序电压保护可以保护85％～95％范围的定子绕组，且故障点越靠近机端保护灵敏度越高；三次谐波电压保护则是故障点越靠近中性点保护灵敏度越高。
据此，而将两者结合，可以实现100％的定子绕组接地保护。
这种保护方案已在国内外获得广泛应用，不足之处是其灵敏度不够，这种情况对水轮发电机尤为突出。
2.4 外加电源式定子接地保护
这种类型的保护是在发电机定子回路与大地之间外加一个信号电源，正常运行时，此信号电源很少或不产生电流，而当发生接地故障后，产生相应频率的接地电流使保护动作。
目前外加的电源有西门子采用的20Hz低频电源和ABB公司的外加12.5Hz的信号电源等，这两种信号源都是按编码的方式间歇注入到定子回路中的。
这种保护对电源的可靠性和性能有很高的要求，装置的现场调试复杂而且价格昂贵。
但是它的优势也非常明显，它能完成100％定子接地保护，灵敏度高，对绝缘老化起到监督作用，另外在发电机停机状态、起停和运行过程中均能起到保护作用，应用前景广泛。
此外采用外加20Hz或12.5Hz电源时，中性点接地方式和外加电源的内阻会影响保护的灵敏度。
为了消除这种影响，新的改进的外加电源保护有采用电流突变量作为判据、引入电流平衡原理等方法，都不同程度地改善了保护的性能。
2.5 新原理新技术在定子接地保护中的应用
故障信息和故障特征的识别和处理是继电保护技术发展的基础，所以对这些故障信息和故障特征的发掘和利用则具有十分重要的意义。
国内外继电保护的学者应用一些新原理新技术在定子接地保护方面做了深入的研究，并取得了较好的成果。
具有代表性的有自适应原理、故障暂态分量原理及小波变换在定子接地保护中应用。
自适应原理通过实时跟踪发电机两侧电量的变化来进一步减小制动量，以提高保护的灵敏度。
其中微机自适应式定子接地保护的发展引人注目，由于发电机运行工况的改变和系统振荡引起中性点和机端两侧的三次谐波电压及其比值的变化比较缓慢，微机强大的记忆功能和计算能力可以自动跟踪这种变化，采用两
侧自适应三次谐波电压的向量比差作为主判据：，该保护的灵敏度比常规保护方案有了很大的提高。
故障分量信号有低频和高频之分，其中故障工频分量原理的继电保护早已在实际中应用；而故障高频暂态信息在传统保护中被视为干扰而被滤掉，其实这些暂态信号包含大量的故障信息，通过检测这些高频信号构成保护是故障暂分量保护的出发点。
基于故障暂态分量的定子接地保护充分利用中性点和机端故障分量的变化特征，进而作出具体的判据。
由于利用的是暂态量，使这种保护不受过渡电阻、系统振荡等的影响，故具有较高的灵敏度。
小波变换作为一种数字信号处理方法具优有的时频聚焦能力和信号奇异检测能力，非常适合区分故障与正常情况下特征信息的变化方式。
在定子单相接地时，机端和中性点零序电压和零序电流都会发生突变，小波分析对故障时的奇异信号做多分辨分析，将信号分解到不同的尺度上，而每个尺度分量反映原信号的不同频率成分，可以显示出故障信号的特征，利用零序电压和零序电流的小波变换模极大值的位置和符号的异同来判定故障。
其优点是灵敏度较高，缺点是易受噪声干扰。
2.6 选择性定子接地保护
对于扩大单元接线的发电机发生单相接地故障时，通常的保护方案不具备选择性，即无法选出故障机，也不能区分故障位于机内还是机外。
当一台发电机发生接地故障时，母线上并联的所有发电机接地保护都会动作，将造成不必要的扩大停机。
在这种情况下单相接地保护的选择性十分必要，目前具有选择性的定子接地保护有以下几种方案。
方案一：将发电机中性点经电阻接地，适当增大接地故障电流，然后利用零序方向保护取得动作的选择性。
这种做法可以实现保护的选择性，但人为增大了接地故障电流，对发电机定子铁芯不利，使本来轻微的定子接地故障恶化，保护出口也由发信号改为故障跳闸，因此，不是理想的保护方案。
方案二：行波零序功率方向保护。
当一台发电机内部故障时，在故障初始半波期间，故障机与非故障机的行波零序功率符号相反；母线上故障时，各台发电
机机端行波零序功率方向相同。
故可通过检测机端零序功率的方向实现保护的选择性，但要完成这个工作以及相关的装置仍有很多困难。
方案三：基于小波变换的选择性保护。
信号的奇异检测理论描述了具有突变信号在何时发生突变以及变化程度，小波变换用模极大值的形式来刻划这一奇异性。
具体到定子绕组单相接地，故障时各发电机中性点和机端零序电压和零序电流，用小波变换得到其模极大值。
内部故障时，故障机与非故障机零序电流的小波变换模极大值极性相反，零序电压的模极大值极性相同；外部故障时，零序电流的小波变换模极大值极性相同。
利用这个特点，可将小波变换作为选择性定子接地保护的一个较好的方案。
一种方法是，将中性点和机端的零序电压与零序电流的小波变换模极大值的极性相与，由结果的正负来判别故障位于机内还是机外。
另一种方法是，把零序电流的小波变换系数的差与和作为保护的动作量与制动量，通过判断，动作次数为n-1的为故障机（n为发电机的台数）。
这种情况下当发电机只有两台时，还需另加其他判据。
这里介绍的是两种利用小波变换确定选择性保护的基本思想，然而小波变换只是一个分析工具，具体的保护方案还有很多。
总之，这种基于小波变换的定子接地保护具有选择性，灵敏度高，是一种的较佳的保护思路。
需要注意的是，该保护需要较高的采样率，且易受噪声的干扰。
不过，笔者认为通过改善相关装置或采用可靠性更高的保护判据应该可以消除上述因素的影响。
3 结论
发电机定子绕组接地的保护问题一直倍受人们的关注，随着相关理论和技术的发展，新的保护原理和方法不断涌现。
本文对现有的研究成果进行了一个全面的分析和比较，对传统保护方法和新的保护方案均有涉及，并针对扩大单元接线方式的接地保护选择性比较困难这一问题，介绍了几种保护方案，着重讨论了小波变换在选择性保护中的应用，对于这种保护方法，还有待于通过大量的仿真或动模试验进行考核，验证其结果的选择性。