1 引言
發(fā)電機定子繞組" title="定子繞組">定子繞組單相接地" title="單相接地">單相接地，是發(fā)電機最常見的一種電氣故障。定子繞組單相接地的危害性主要是流過故障點的電容電流產(chǎn)生電弧可能燒壞定子鐵心，進一步造成匝間短路或相間短路，使發(fā)電機遭受更為嚴重的破壞。因此，擁有一套可靠而靈敏的單相接地保護裝置" title="保護裝置">保護裝置，成為消除這種電氣故障的關鍵。
近幾年來，各種原理的發(fā)電機定子繞組單相接地保護裝置紛紛出現(xiàn)，如三次諧波電壓型" title="電壓型">電壓型、零序電流型等，但零序電壓型由于其接線簡單、維護方便、運行可靠等優(yōu)點，仍在中小型機組上廣泛應用。因此，對零序電壓型單相接地保護進行分析和改進，仍有現(xiàn)實意義。
2 零序電壓型單相接地保護原理
6kV發(fā)電機為中性點不接地系統(tǒng)，當發(fā)生定子繞組單相接地時，故障點將出現(xiàn)零序電壓。下面以A相定子繞組任一點發(fā)生金屬性接地故障" title="接地故障">接地故障為例進行分析。
如圖1所示，假設A相在距中性點a處（a表示由中性點到故障點的匝數(shù)中該相總匝數(shù)的百分數(shù)）的d點發(fā)生接地故障。
則零序電壓為（推導過程略）：Ud0=-aEA
上式表明，故障點的零序電壓與a成正比，即接地點離中性點越遠，零序電壓越高。這樣，可以利用接于機端的電壓互感器開口三角形取得零序電壓，構(gòu)成單相接地保護，如圖2所示。
3 存在問題與改進
圖2是最基本的零序電壓型發(fā)電機定子接地保護，實際運行中，經(jīng)常發(fā)生保護誤動或拒動現(xiàn)象。因此，有必要對這些問題進行分析與改進，從而提高保護的正確動作率。
3.1 動作電壓值整定
零序電壓型單相接地保護，是從機端電壓互感器開口三角形側(cè)取得零序電壓，接入保護用的過電壓繼電器。理想情況下，發(fā)電機正常運行時，TV開口三角形側(cè)無零序電壓，繼電器不動作。但實際上，發(fā)電機在正常運行情況下，其相電壓中存在三次諧波電壓；另外，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地短路時，由于變壓器高低壓繞組之間有電容存在，發(fā)電機機端也會產(chǎn)生零序電壓。為了保證保護動作的選擇性，保護的整定值應躲開上述三次諧波電壓與零序電壓。根據(jù)運行經(jīng)驗，電壓值一般整定為15~20V之間。按此值整定后，由于靠近中性點附近發(fā)生接地故障時，零序電壓低，保護可能不會起動，故此種保護的保護范圍約為由機端到中性點繞組的85%左右，保護存在死區(qū)。為了減小死區(qū)，提高保護的靈敏性，應采取措施降低動作電壓。包括裝設三次諧波電壓濾過器、利用變壓器高壓側(cè)的零序電壓將接地閉鎖等方法來實現(xiàn)。接線原理如圖3所示。
將發(fā)電機出口6.3kV側(cè)零序由壓經(jīng)三次諧波濾過器LF濾波后，作為起動量輸入定子接地繼電器KE中，為防止變壓器高壓側(cè)接地時對低壓側(cè)的影響，將35kV側(cè)零序電壓作為制動量輸入KE中，這樣保護的整定值可降低。實際運行中電壓值可整定在10V以下，可實現(xiàn)對發(fā)電機定子繞組90%范圍以上單相接地保護。
3.2 發(fā)信或跳閘
規(guī)程規(guī)定，對于出口電壓為6.3kV的發(fā)電機，當接地電流等于或大于5A時，單相接地保護作用跳閘；小于5A時，一般只發(fā)信號不跳閘，這是基于保護發(fā)電機定子繞組而作出的規(guī)定。由于電力系統(tǒng)都在不斷擴大，現(xiàn)有系統(tǒng)的電容電流一般都在5A以上，按照規(guī)定發(fā)電機是應該跳閘的。但實際運行中，受各種因素影響，單相接地誤動率還是較高的，發(fā)電機頻頻停機影響較大。這樣，在發(fā)信和跳閘上進一步研究提有必要的。
（1）應準確區(qū)分接地點在發(fā)電機側(cè)還是在6kV廠用系統(tǒng)。多數(shù)中小電廠，發(fā)電機與廠用系統(tǒng)是聯(lián)為一體的，構(gòu)成6kV不接地系統(tǒng)。為準確區(qū)分接地點，可在廠用分支處裝一方向零序電流保護，當判斷為6kV廠用系統(tǒng)單相接地時，因線電壓對稱，仍可繼續(xù)運行（一般為2h）。當判斷為發(fā)電機側(cè)單相接地時，可按下面（2）跳閘方式處理。
（2）跳閘方式選擇。現(xiàn)代電廠，一般都是多臺鍋爐與汽機通過母管并列運行。這樣，當判斷為發(fā)電機側(cè)單相接地時，為避免發(fā)電機停機，可將該6kV系統(tǒng)上不重要的輔機跳閘，以減少電容電流至規(guī)定值以下，避免發(fā)電機定子鐵心進一步燒損。在此期間，值班人員可對接地點進行確認，確認無誤后，再通過調(diào)整系統(tǒng)負荷，對接地發(fā)電機進行停機處理。
3.3 保護動作時間
國家有關規(guī)程對發(fā)電機定子繞組單相接地保護的動作時間未作明確規(guī)定，各電廠應根據(jù)本廠機組的實際運行情況給出延時時間。根據(jù)運行經(jīng)驗，延時時間應躲過變壓器高壓側(cè)后備保護的動作時間，一般為3~5s為宜，否則容易誤動。
4 小結(jié)
發(fā)電機定子繞組單相接地保護，對于中小型發(fā)電機，可采用零序電壓型保護，實際運行中，應根據(jù)系統(tǒng)接線與運行方式，決定保護接線、定值整定、跳閘方式等，以利于發(fā)電機定子單相接地保護準確而可靠地動作。