一、利用零序電壓構成的發(fā)電機定子繞組單相接地保護
根據式（2-9）可以畫(huà)出零序電壓3U0隨故障點(diǎn)位置α變化的曲線(xiàn)圖，如圖1所示。故障點(diǎn)越靠近機端，零序電壓就越高，可以利用基波零序電壓構成定子單相接地保護。圖中Uop為零序電壓定子接地保護的動(dòng)作電壓。
零序電壓保護常用于發(fā)電機一變壓器組的接地保護。發(fā)電機一變壓器組的一次接線(xiàn)及零序電壓定子接地保護使用的零序電壓的獲取見(jiàn)圖2。
圖2中的機端電壓互感器變比為
中性點(diǎn)單相電壓互感器變比為
如果機端發(fā)生金屬性單相接地故障，從機端或者中性點(diǎn)電壓互感器得到的基波零序電壓二次值為100。距離中性點(diǎn)α處發(fā)生單相金屬性接地故障時(shí)，基波零序電壓二次值為α×100V。零序電壓可取自發(fā)電機機端TV的開(kāi)口三角繞組或中性點(diǎn)TV二次側（也可從發(fā)電機中性點(diǎn)接地消弧線(xiàn)圈或者配電變壓器二次繞組取得）。當保護動(dòng)作于跳閘且零序電壓取自發(fā)電機機端TV開(kāi)口三角繞組時(shí)需要有TV一次側斷線(xiàn)的閉鎖措施。
產(chǎn)生零序電壓3U
不平衡輸出的因素主要有發(fā)電機的三次諧波電動(dòng)勢、機端三相TV各相間的變比誤差（主要是TV一次繞組對開(kāi)口三角繞組之間的變比誤差）、發(fā)電機電壓系統中三相對地絕緣不一致及主變壓器高壓側發(fā)生接地故障時(shí)由變壓器高壓側傳遞到發(fā)電機系統的零序電壓。由于發(fā)電機正常運行時(shí)，相電壓中含有三次諧波，因此，在機端電壓互感器接成開(kāi)口三角的一側也有三次諧波電壓輸出。因此為了提高靈敏度，保護需有三次諧波濾除功能。在發(fā)電機出口處發(fā)生單相接地時(shí)，3U0電壓為100V；在中性點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí)，3U0電壓為0V。因此，3U0間接反映了接地故障點(diǎn)的位置。若3U0保護整定為5V，就保護了從機端開(kāi)始的95％定子繞組，死區僅為5％。
目前100％定子接地保護一般由兩部分組成：一部分是上述零序電壓保護，能保護定子繞組的85％以上；另一部分需由其他原理（如三次諧波原理或疊加電源原理）的保護共同構成100％定子接地保護。
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圖1 發(fā)電機定子繞組單相接地時(shí)3U0與α的關(guān)系曲線(xiàn)圖 |
圖2 發(fā)電機單相接地保護接線(xiàn)原理圖 |
二、利用零序電壓和疊加電源構成的發(fā)電機100％定子繞組單相接地保護
除利用故障分量反應定子繞組接地保護外，還可以利用疊加電源原理構成定子繞組接地保護。疊加電源方式的發(fā)電機100％定子繞組單相接地保護采用疊加低頻電源，疊加電源頻率主要有12.5Hz和20Hz兩種，由發(fā)電機中性點(diǎn)變壓器或發(fā)電機端TV開(kāi)口三角繞組處注入一次發(fā)電機定子繞組。這種方式能夠獨立地檢測接地故障，與發(fā)電機的運行方式無(wú)關(guān)；不僅在發(fā)電機正常運行的狀態(tài)下可以檢測，而且在發(fā)電機靜止或是啟動(dòng)、停機的過(guò)程中同樣能夠檢測故障。更重要的是，這種方式對定子繞組各處故障檢測的靈敏度相同。但需要增加專(zhuān)用設備，并存在一、二次回路直接連接安全性差等缺點(diǎn)。
三、發(fā)電機100％定子繞組接地保護的構成
微機型發(fā)電機保護均設有100％定子繞組接地保護功能，其保護原理一次接線(xiàn)示意圖如圖3所示。取發(fā)電機中性點(diǎn)零序電壓，經(jīng)數字濾波器濾除三次諧波電壓分量，其動(dòng)作判據為3U0＞U0p。三次諧波電壓元件取發(fā)電機機端零序電壓和中性點(diǎn)零序電壓，經(jīng)數字濾波器濾除基波電壓，取得相應的三次諧波電壓。
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圖3 發(fā)電機100%接地保護一次接線(xiàn)圖 |
發(fā)電機100％定子繞組接地保護的構成框圖如圖4所示。若發(fā)電機接地電流小于允許值，保護延時(shí)動(dòng)作于信號；若大于允許值，保護延時(shí)動(dòng)作于跳閘。一般在中性點(diǎn)附近接地，產(chǎn)生的接地電流小于允許值，故通常三次諧波電壓元件出口發(fā)信號，僅將基波零序電壓元件出口投跳閘。
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圖4 發(fā)電機100%接地保護構成框線(xiàn)圖 |
圖5所示為發(fā)電機基波零序電壓定子繞組接地保護邏輯框圖，圖6所示為發(fā)電機三次諧波電壓定子繞組接地保護邏輯框圖?；阈螂妷罕Ｗo設兩段定值，一段為靈敏段，另一段為不靈敏段（高定值段）。靈敏段一般動(dòng)作于信號，高定值段保護一般動(dòng)作于跳閘。由于基波零序電壓定子接地保護取自發(fā)電機中性點(diǎn)電壓、機端開(kāi)口三角零序電壓，TV斷線(xiàn)時(shí)會(huì )導致保護拒動(dòng)。因此在發(fā)電機中性點(diǎn)、機端開(kāi)口三角TV斷線(xiàn)時(shí)需發(fā)報警信號，在發(fā)電機中性點(diǎn)TV斷線(xiàn)時(shí)閉鎖三次諧波電壓保護。
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圖5 發(fā)電機基波零序電壓定子繞組接地保護邏輯框圖 |
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圖6 發(fā)電機三次諧波電壓定子繞組接地保護邏輯框圖 |
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