【摘 要】本文分析了发电机发生单相接地故障前后机端侧及中性点侧相电流变化量，提出一种基于故障电阻测量的选择性定子单相接地保护，通过计算各机组故障后的计算电阻，来判断单相接地点是否在本发电机定子绕组内部，实现100%定子单相接地保护。
【关键词】发电机；定子接地保护；选择性；电阻测量
0 前言
定子绕组对地（铁心）绝缘的损坏将引发单相接地故障，这是定子绕组最常见的电气故障。由于发电机中性点是不接地的或经高阻抗接地的，所以定子单相接地故障并不引起大的故障电流，相应的定子接地保护通常只发信号，经转移负荷后平稳停机。目前很多研究应用在多台发电机机组并联运行故障时的故障机组的判断上时存在一定的不足，无法正确判断出故障机组。逐台机组去排除，不仅会延长故障时间，还会导致很大经济损失。本文对现有的各种保护方法进行分析，分析并联运行的发电机定子绕组单相接地故障引起的机端及中性点相电流变化特点，进行发电机定子单相接地保护方案设计，使用Matlab来实现接地保护算法，进行仿真分析。
1 基于故障电阻测量的选择性定子单相接地保护
1.1 定子绕组单相接地故障前正常运行时相电流的分析
1.2 定子绕组单相接地故障时相电流的分析
故障发电机故障相相电流变化量大于非故障发电机相电流变化量和故障发电机的非故障相相电流变化量。对于发电机定子单相接地故障，相电流变化量会随发电机定子接地点位置不同而改变，且当发电机定子在靠近中性点附近发生单相接地时（即α趋于0时），相电流变化量基波分量数值很小（趋于0）。通过分析发现，当发电机发生定子单相接地故障时，故障相相电流变化量大，而非故障发电机各相和非故障相相电流变化量较小，因此可以利用此区分故障发电机。
1.3 基于故障电阻测量的接地保护原理
1.3.1 保护启动
通过在线监测并连续计算并列运行的发电机中性点侧和机端侧的零序电压有效值。当大于电压整定值U0set时，判定系统发生接地故障，启动保护判断。启动判据为：
由于发电机发生定子单相接地故障时（设故障相为A相），故障点的零序电压为：
因此在中性点附近发生定子单相接地时，α趋于0，零序电压也趋于0，此时保护不会启动，存在死区，由于设计时间有限，仅对零序电压保护启动判据进行分析和研究，故不能实现定子100%接地保护。
1.3.2 保护判据
对地计算电阻进行接地故障检测，采用发电机的对地计算电阻值与整定值比较，如果发电机对地计算电阻小于该发电机的整定值（Rf 所以保护判据为：
发电机计算电阻整定值按需要保护的最大高阻接地故障电阻值乘以一大于1的灵敏系数确定。当发电机发生定子单相接地故障时，故障发电机故障相相电流变化量大，而非故障发电机各相和故障发电机非故障相相电流变化量较小，因此可以利用此区分故障发电机。通过发电机的对地计算电阻值与整定值比较进行故障机组的判断。
2 仿真波形及结果分析
采用EMTP仿真，以三台发电机并列运行为例。各项参数取值如下：各发电机额定电压均为13.8kV，各发电机每相对地电容分别为0.577μF、0.560μF、0.560μF，发电机外部系统每相总电容0.15μF。以发电机中性点不接地为例，根据故障点位置（按照从机端到中性点侧的顺序，即α的取值分别为1.00、0.50、0.00三种定子绕组单相接地位置）、故障电阻Rf（低阻5？赘和高阻1000？赘）等不同情况，分别进行仿真测试。
2.1 仿真波形
图2、6为发电机1定子单相接地故障（C相）前后零序电压变化波形图，从图3到图5和图7到图9为发电机1定子绕组C相发生单相接地时，发电机1、2的计算电阻波形图。由于此时对于发电机2和3属于外部故障，为了简化分析的过程，只画出发电机1和2的测量电阻波形图。图10和图11为发电机外部系统发生接地故障时的波形图。Rf1为发电机1的计算电阻，Rf2为发电机2的计算电阻。
2.1.1 定子绕组经低阻接地时仿真波形图
2.1.2 定子绕组经高阻接地时仿真波形图
2.1.3 发电机外部系统接地时仿真波形图
2.2 仿真结果分析
3 结论
本文提出一种新的有选择性的定子接地保护方案，即利用测量电阻法，比较各发电机的计算电阻而构成的定子单相接地保护原理。分析了三台发电机供电系统在正常运行和定子接地故障时相电流变化量的基波分量的大小，并提出了保护的启动判据和保护判据。通过分析发现，故障发电机的计算电阻为一有限值（接近于接地电阻大小的值），而非故障发电机的计算电阻为一很大的值，可以区分故障发电机，实现有选择性的定子单相接地保护，且易于工程实现。
当定子单相接地故障发生在中性点附近时，零序电压趋于零，保护不能启动，保护存在死区；且低阻接地时，由于故障相电压值很小，是保护判据存在死区。发电机外部系统接地故障时，对于三台发电机来说均属于外部故障，故此时三台发电机的计算电阻均为较大的值（相对于接地电阻来说），故该保护具有较高的可靠性。
【参考文献】
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[责任编辑：庞修平]
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