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。根据运行经验,延时时间应躲过变压器高压侧后备保护的动作时间,一般为3～5ｓ为宜,否则容易误动。

发电机定子绕组单相接地保护,对于中小型发电机,可采用零序电压型保护,实际运行中,应根据系统接线与运行方式,决定保护接线、定值整定、跳闸方式等,以利于发电机定子单相接地保护准确而可靠地动作。

如果查明接地点在发电机内部（在窥视孔能见到放电火花或电弧），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，30min内必须停机检查处理。

一、零序电压式定子接地保护的整定计算

1、零序动作电压

零序电压式定子接地保护的动作电压，应按躲过发电机正常工况下及恶劣条件下发电机系统产生的最大横向零序电压来整定，即Udz0=Krel*U0max

Udz0：零序电压式定子接地保护的动作电压

Krel：可靠系数，取1.2~1.3

U0max：发电机正常运行时的最大横向零序电压

影响U0max的因素主要有：

a、发电机的三次谐波电势

b、机端三相TV各相间的变比及角误差（主要是TV一次绕组对三次绕组之间的比误差）

c、发电机电压系统中三相对地绝缘不一致

d、主变压器高压侧发生接地故障时由变压器高压侧传递到发电机系统的零序电压

测量表明：

a、并网运行发电机的三次谐波电势与发电机的负荷有关，最大可达发电机电压的5%~7%。在发电机机端TV开口三角形绕组两端及中性点TV二次产生的电压最大各位3V。如果定子接地保护能有效滤去三次谐波电压，在进行定值整定时可不考虑这一电压。

b、机端三相TV的一次绕组对三次绕组之间变比不一致，在机端TV开口三角形绕组两端产生基波电压通常有0.5~1.5V。

c、主变压器高压侧发生接地故障时，有变压器高压侧传递到发电机系统的零序电压，主要决定于变压器高压侧绕组与发电机侧（低压侧）绕组之间的耦合电容。对于电压等级为220kV 及以上的变压器，高压侧零序电压传递到发电机系统侧的分量很小。另外通过延时可以躲过这一电压的影响。因此，整定定子接地保护的动作电压时，可以不考虑这一因素。

d、引起发电机三相对地绝缘不一致的因素是多种多样的，主要是发电机三相绕组对地绝缘固有的不一致，以及外界环境的影响。当发电机母线经穿墙套管－裸导线与室外的主变压器或厂用高压变压器连接时，在雨天很容易引起发电机系统三相对地绝缘不对称。运行实践表明：最严重时，在发电机系统产生的零序电压可达发电机额定电压的8～10%，即将在机端TV开口三角绕组两端或中性点TV二次产生8~10V的电压。发电机三相绕组对地绝缘固有不一致引起的零序电压，最大为2%，即2V（二次值）。

考虑到上述种种因素，Udz0可取5~15V。

a、对于发电机出线至主变压器及厂用高压变压器均采用全封闭系统的大型发电机组，且零序电压式定子接地保护具有较高的三次谐波滤过比时，Udz0可取5~7V。

b、当由发电机定子出线至主变压器及高压厂用变压器（在室外）经穿墙套管－裸导线连接、且位于环境污染严重地区的发电机，Udz0可取10~12V。

c、对于其他发电机，当接地保护不反应三次谐波电压时，Udz0可取7~10V。

d、对于出线全封闭的发电机，Udz0可取5V。

2、动作延时

为躲过主变压器高压侧或中压侧（大电流系统侧）接地故障时对发电机定子接地保护的影响，零序电压式定子接地保护的延时，应与主变压器大电流系统侧接地保护最长的动作延时相配合，即：t=t0max+t1

t零序电压式定子接地保护的动作时间

t0max主变压器高压侧（或中压侧）接地保护最长的动作时间

t1是时间级差，取0.3～0.5S

3、出口方式的确定

零序电压式定子接地保护的出口方式，应根据发电机的结构、容量及发电机电压系统中的主接线状况而定。

（1）对于双水内冷式发电机，不论容量及接地故障时接地电流的大小，都应动作于跳闸