定子接地保护原理与接地保护方案

本文介绍了定子接地保护的工作原理，定子接地保护的方案，包括零序电流定子接地保护、基波零序电压定子接地保护、三次谐波电压型定子接地保护以及外加电源式定子接地保护等。

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。这种保护原理简单，接线容易。

但是，当发电机中性点附(jìn)接地时，接地电流很小，保护将不能动作，因此零序电流保护存在一定的死区。

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。

这种保护主要应用于发电机变压器组接线方式，它的一个突出优点是即使在单相接地电流很小的情况下也可以采用，但是由于在发电机中性点处存在位移电压，该保护不可避免的在中性点附(jìn)存在死区，且当经过过渡电阻接地时灵敏度不高。

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(jìn)发生接地故障时，机端三次谐波电压增大，中性点三次谐波电压降低。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。

由三次谐波电压构成的保护动作判据总的来说有两大类，一种是利用机端或中性点单侧三次谐波电压构成的保护，其判据为＜a(阀值)，这种保护特别简单，在国外仍有应用，但是灵敏度较低，且保护范围较小，受运行工况影响很大。

另一种是由机端和中性点双侧三次谐波电压构成的判据，可以保护距中性点约50％的范围，但灵敏度并没有得到很大的提高。而后者引入了幅值和相角调节系数，可以减小动作量降低制动量，从而提高保护的灵敏度和可靠性，而且此方案还可单独完成定子接地的100％保护。但由于利用的是稳态量，当接地过渡电阻较大尤其是故障位置在绕组中部附(jìn)时，机端和中性点三次谐波电压的变化量很小，此时保护的灵敏度较低。

另外，基波零序电压保护可以保护85％～95％范围的定子绕组，且故障点越靠(jìn)机端保护灵敏度越高；三次谐波电压保护则是故障点越靠(jìn)中性点保护灵敏度越高。

据此，而将两者结合，可以实现100％的定子绕组接地保护。这种保护方案已在国内外获得广泛应用，不足之处是其灵敏度不够，这种情况对水轮发电机尤为突出。

这种类型的保护是在发电机定子回路与大地之间外加一个信号电源，正常运行时，此信号电源很少或不产生电流，而当发生接地故障后，产生相应频率的接地电流使保护动作。

目前外加的电源有西门子采用的20Hz低频电源和ABB公司的外加12.5Hz的信号电源等，这两种信号源都是按编码的方式间歇注入到定子回路中的。

这种保护对电源的可靠性和性能有很高的要求，装置的现场调试复杂而且价格昂贵。但是它的优势也非常明显，它能完成100％定子接地保护，灵敏度高，对绝缘老化起到监督作用，另外在发电机停机状态、起停和运行过程中均能起到保护作用，应用前景广泛。

此外采用外加20Hz或12.5Hz电源时，中性点接地方式和外加电源的内阻会影响保护的灵敏度。(电工之友 www.gdzrlj.com)为了消除这种影响，新的改进的外加电源保护有采用电流突变量作为判据、引入电流平衡原理等方法，都不同程度地改善了保护的性能。

故障信息和故障特征的识别和处理是继电保护技术发展的基础，所以对这些故障信息和故障特征的发掘和利用则具有十分重要的意义。国内外继电保护的学者应用一些新原理新技术在定子接地保护方面做了深入的研究，并取得了较好的成果。

具有代表性的有自适应原理、故障暂态分量原理及小波变换在定子接地保护中应用。