发电机定子绕组单相接地的危害，以及定子接地的保护措施

发电机定子绕组单相接地的危害

为了安全起见，发电机的外壳、铁芯都要接地。因此，只要发电机定子绕组与铁芯间绝缘在某一点上遭到破坏，就可能发生单相接地故障。发电机的定子绕组的单相接地故障是发电机的常见故障之一。

发电机定子绕组单相接地故障时的主要危害有两点：

(1)、接地电流会产生电弧，烧伤铁芯，使定子绕组铁芯叠片烧结在一起，造成检修困难。

(2)、接地电流会破坏绕组绝缘，扩大事故，若一点接地而未及时发现，很有可能发展成绕组的匝间或相间短路故障，严重损伤发电机。

定子绕组单接地时，对发电机的损坏程度与故障电流的大小及持续时间有关。当发电机单相接地故障电流(不考虑 消弧线圈的补偿作用)大于允许值时，应装设有选择性的接地保护装置。

1、发电机定子绕组单相接地的特点

现代的发电机，其中性点都是不接地或经 消弧线圈接地的，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)对地电容电流之总和，而区别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。

如上图(a)，假设A相接地发生在定于绕组距中性点α处，α表示出中性点到故障点的绕组占全部绕组布线的百分数。

2、利用零序电流构成的定子接地保护

对直接连接在母线上的发电机，当发电机电压网络接地电容电流大于允许值时，不论该网络是否装有消弧线圈，均应装设动作于跳闸的接地保护。当接地电容电流小于允许值，则装设 作用于信号的接地保护。

发电机零序电流保护，其整定值的选择原则如下：

①避开外部单相接地时发电机本身的电容电流，以及出于零序电流互感器—次侧三相导线排列不对称而在二次侧引起的不平衡电流。

②保护装置的一次动作电流应小于规定的允许值。

③为防止外部相间短路产生的不平衡电流引起的接地保护误动作，应在相间保护动作时将接地保护闭锁。

④保护装置一般带有1～2s的时限，以避开外部单相接地瞬间，发电机暂态电容电流(其数据远较稳态时的(特殊字符)为大)的影响。

因为，如果不带时限．则保护装置的起动电流就必须按照大于发电机的暂态电容电流来整定。

3、利用零序 电压构成的定子接地保护

一般大、中型发电机在电力系统中大都采用发电机变压器组的接线方式。在这种情况下，发电机电压网络中，只有发电机本身、连接发电机与变压器的电缆以及变压器的对地电容，其分布可用下图来说明。

当发电机单相接地后，接地电容电流一般小于允许值。对于大容量的发电机变压器组，若接地后的电容电流大于允许值．则可在发电机电压网络中装设消弧线圈予以补偿。由于上述三项电容电流的数值基本上不受系统运行方式变化的影响，因此，装设消弧线圈后，可以把接地电流补偿到很小的数值。

在上述两种情况下，均可装设作成发信号的接地保护。

4、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

1.发电机三次谐波电势的分布特点

在正常运行时，发电机中性点侧的三次谐波电压U3N总是大于发电机端的三次谐波电压U3S。

当发电机定子绕组发生金属性单相接地时，设接地发生在距中性点a处，其等值电路如上图所示。此时不管发电机中性点是否接有 消弧线圈，恒 有:

U3S,U3N随a而变化的关系如图所示。当a＜50%时， 恒有U3S＞U3N。

如果利用机端三次谐波电压U3S作为动作量，而用中性点侧三次谐波电压UN3作为制动量来构成接地保护，且当U3S>U3N时为保护的动作条件，则在正常运行时保护不可能动作，而当中件点附近发生接地时，则具有很高的灵敏性。利用这种原理构成的接地保护，可以反应定子绕组中件点侧约50％范围以内的接地故障。

2.基波零序电压和三次谐波电压构成的定子单相接地保护

保护由基波零序电比和3次谐波电压共同完成100％定子接地故障的保护任务。由基波零序电压保护发电机距机端85％～95％范围内定子绕组单相接地故障(中性点附近有5%～15％的死区)；三次谐波电压保护发电机中性点附近定子绕组的单相接地 。

动作判据为：

其中3U0为发电机零序电压，Uset为基波零序电压整定值 ，U3S和U3N分别为发电机机端TV开口三角形绕组和中性点TV输出中的三次谐波分量，K为三次谐波比例定值。

零序电压判据和三次谐波判据各有独立的出口回路，以满足不同配置的要求(如零序判据作用于直接跳闸，3次谐波判据作用于发信号等)。逻辑框图如下。