发电机定子接地保护

大容量发电机为什么要采用100%定子接地保护？并说明附加直流电压的100%定子绕组单相接地保护的原理？

答：利用零序电流和零序电压原理构成的接地保护，对定子绕组都不能达到100%的保护范围，在靠近中性点附近有死区，而实际上大容量的机组，往往由于机械损伤或水冷系统的漏水原因，在中性点附近也有发生接地故障的可能，如果对之不能及时发现，就有可能使故障扩展而造成严重损坏发电机事故。因此，在大容量的发电机上必须设100%保护区的定子接地保护。发电机正常运行时，电流继电器线圈中没有电流，保护不动作。当发电机定子绕组单相接地时，直流电压通过定子回路的接地点，加到电流继电器上，使之有电流通过而动作，并发出信号。

根据3U。的计算公式，当故障发生在机端时U。的值最大，整定值容易选择，当故障发生在中性点附近时，U。很小无法确定整定值。于是零序电压接地保护在中性点附近存在死区。所以利用发电机相电压中固有的少量三次谐波做三次谐波接地保护，三相绕组中的三次谐波电势通过绕组对地分布电容和发电机所连接设备对地导纳形成Us和Un，大小与机端和中性点对地等值导纳成反比，由于机端所连接设备对地电容使机端等值电容增大，故通常Us≤Un。接地故障时，接地点迫使Us和Un发生变化，故障点越靠近中性点，Un减小得越多，而Us增大得越多，因此利用三次谐波电压Us与Un的相对变化，可以有效的消除中性点附近的保护死区，与前述的3U。构成100%接地保护

发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及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）定子接地的原因可能引起发电机定子接地的原因有：◆ 小动物引起定子接地。如老鼠窜入设备，使发电机一次回路的带电导体经小动物接地，造成瞬时接地报警。

◆ 定子绕组绝缘损坏。除了绝缘老化的原因，主要还有各种外部原因引起绝缘损坏。如定子铁芯叠装松动、绝缘表面落下导电性物体（如铁屑）、绕组线棒在槽中固定不紧等，在运行中产生振动使绝缘损坏；制造发电机时，线棒绝缘留有局部缺陷，运转时转子零件飞出，定子端部固定零件帮扎不紧，定子端部接头开焊等因素均能引起绝缘损坏。◆ 定子绕组引出线回路的绝缘瓷瓶受潮或脏物引起定子回路接地；◆ 水冷机组漏水及内冷却水导电率严重超标，引起接地报警；◆ 发变组单元接线中，主变压器低压绕组或高压厂用变压器高压绕组内部发生单相接地，都会引起定子接地报警信号；发电机带开口三角形绕组的电压互感器高压熔断器熔断时，也会发出定子接地报警信号，这种现象通常称为“假接地”。2）定子接地的现象及判断当发电机定子绕组及与定子绕组直接连接的一次回路发生单相接地或发电机电压互感器高压熔断器熔断时，均发出“`定子接地”光字牌报警信号，按下发电机定子绝缘测量按钮，“定子接地”电压表出现零序电压指示。发电机发出“定子接地”报警后，应判断接地相别和真、假接地。判断的方法是：当定子一相接地为金属性接地时，通过切换定子电压表可测得接地相对地电压为零，非接地相对地电压为线电压，各线电压不变且平衡。按下定子绝缘测量按钮，“定子接地”电压表指示为零序电压值，其值应为100V。如果一点接地发生在定子绕组内部或发电机出口且为电阻性，或接地发生在发变组主变压器低压绕组内，切换测量定子电压表，测得的接地相对地电压大于零而小于相电压，非接地相对地电压大于相电压而小于线电压，“定子接地”电压表指示小于100V。当发电机电压互感器高压侧一相或两相熔断器熔断时，其二次侧开口三角形绕组端电压也要升高。如U相熔断器熔断，发电机各相一次对地电压未发生变化，仍为相电压，但电压互感器二次侧电压测量值因U相熔断器熔断发生了变化，即UUV、UWU降低，而UVW仍为线电压（线电压不平衡），各相对地电压UV0、UW0接近相电压，UU0明显降低（相对地无电压升高），“定子接地”电压表指示为100/3V，发出“定子接地”光字牌信号（假接地）。综上所述，真、假接地的根本区别在于：真接地时，定子电压表指示接地相对地电压降低（或等于零），非接地相对地电压升高（大于相电压但不超过线电压），而线电压仍平衡；假接地时，相对地电压不会升高，线电压也不平衡。这是判断真、假接地的关键。3）发电机定子接地的处理对于中性点不接地或经中性点经消弧线圈接地的发电机（200MW及以下），当发生单相接地时，接地点六均不超过允许值（2～4A），故可继续运行，并查找和处理接地故障，若判明接地点在发电机内，应立即减负荷停机，若接地点在机外，运行时间不超过2h；对于中性点经高阻接地的发电机（200MW及以上），当发生单相接地时，姐弟保护一般作用于跳闸，动作跳闸待机停转后，通过摇测接地电阻，找出故障点。这是考虑接地点发生在发电机内部时，接地电弧电流易使铁芯损坏，对大机组来说，铁芯损坏不易修复。另外，接地电容电流能使铁芯熔化，融化的铁芯又会引起损坏区扩大，使有效铁芯“着火”，由单相短路发展为相间短路。由上所述，当接到“定子接地”报警后，若判明为真接地，应检查发电机本体及所连接的一次回路，如接

地点在发电机外部，应设法消除。如将厂用电倒为备用电源供电观察接地是否消失。如接地无法消除，应在规定时间内停机。如果查明接地点在发电机内部，应立即减负荷停机，并向上级调度汇报。如果现场检查不能发现明显故障，但“定子接地”报警又不消失，应视为发电机内部接地，必须停机检查处理。若判明为假接地，应检查并判明发电机电压互感器熔断器熔断的相别，视具体情况，带电或停机更换熔断器。如果带电更换熔断器，应做好人身安全措施和防止继电保护误动的措施。

利用三次谐波电压构成的100%发电机定子接地保护的工作原理是什么？

由于发电机气隙磁通密度的非正旋分布和铁芯饱和的影响，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，设

以E3表示之。

为便于分析，假定：

（1）把发电机每相绕组对地电容CG分成相等的两部分，每部CG/2分等效地

分别集中在发电机的中性点N和机端S。

（2）将发电机端部引出线、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CS也等效的集中放在机端。

根据理论分析，在上述加设条件下，可得出下列结论：

（1）当发电机中性点绝缘时，发电机在正常运行情况下，机端S和中性点N

处三次谐波电压之比为

US3/UN3=CG/(CG+2CS)＜1

（2）当发电机中性点经消弧线圈接地时，若基波电容电流被完全补偿，发电

机在正常运行情况下，机端S和中性点N处三次谐波电压之比为

US3/UN3=(7CG-2CS)/9(CG+2CS)＜1