发电机定子接地故障及保护

发电机定子接地故障及保护

摘要：本文介绍了发电机定子接地的危害，中性点接地方式，单相接地故障时的基波零序电压，三次谐波电势，并介绍了发电机定子接地保护。

关键词：定子接地零序电压三次谐波保护

发电机定子接地是指发电机定子绕组回路与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路。定子接地按接地时间长短可分为瞬时接地、断续接地和永久接地；按接地范围可分为内部接地和外部接地；按接地性质可分为金属性接地、电弧接地和电阻接地；按接地原因可分为真接地和假接地。

1 发电机中性点的接地方式

发电机中性点的接地方式与定子单相接地故障电流的大小、定子绕组的过电压、定子接地保护的实现等因素有关，尽管接地方式不同，但均要求单相接地电流尽量小些，动态过电压倍数低些和易于实现高灵敏度的定子接地保护。我国目前应用的发电机中性点接地方式主要有以下几点。

发电机中性点经消弧线圈接地后，可使接地故障电流减小到安全电流以下（300 MW及上以发电机一般都欠补偿到1 A以下），从而有效地防止了接地故障发展成相间或匝间短路，使故障点电弧存在时

间大为缩短，特别是在补偿良好时更是如此。这对构成无死区的100%定子接地保护非常有益。

2 正常运行和单相接地故障时的基波零序电压

2.1 正常运行时

当发电机中性点没有消弧线圈时，即使三相电势完全对称相等，由于发电机电压系统三相对地电容不完全相等，中性点也有一定的不平衡电压存在。当中性点接有消弧线圈（欠补偿）时，为降低定子接地保护零序电压的动作值，可适当改变串联电阻，使一般中性点的不平衡电压可降到规定值以内。

2.2 单相接地时

对于金属性接地，假设三相电源电势和三相对地电容完全对称，并设故障点位于定子绕组A相距中性点处。当在机端接地时，=1.0，U0=EX；当在中性点接地时，=0，U0=0。当故障发生在定子绕组任一相的任一点时，零序电压U0=EX，U0与成线性关系。

3 发电机三次谐波电势的分布特点

由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁磁饱和影响，在定子绕组中感应的电势除基波分量外，还含高次谐波分量。其中三次谐波电势虽然在线电势中可将它消除，但在相电势中依然存在。因此，每台发电机总有约百分之几的三次谐波电势，以E3表示。如果把发电

机的对地电容等效地看作集中在发电机的中性点N和机端S，每端为1/2Cof，并将发电机端引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容Cos也等效地放在机端，同此即可求出中性点及机端的三次谐波电压分别为：

4 发电机定子接地保护

4.1 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。

4.2 基波零序电压定子接地保护

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。

4.3 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。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。

4.4 100％定子接地保护

采用基波零序电压式定子接地保护和三次谐波电压型定子接地保护共同组成100％定子接地保护。前者可反应发电机的机端向机内不少于85％定子绕组单相接地故障（85％～95％），后者反应发电机中性点向机端20％左右定子绕组单相接地故障（0～50％）。通过这两种保护的相互配合，达到了大容量机组100％定子接地保护的要求。

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。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。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的矢量比较。

参考文献

[1] 电力系统继电保护原理[M].2版.水利电力出版社,1985.