定子接地保護

由於發電機氣隙磁通密度的非正旋分佈和鐵芯飽和的影響，其定子中的感應電動勢除基波外，還含有三、五、七次等高次諧波。因為三次諧波具有零序分量的性質，在線電動勢中它們雖然不存在，但在相電動勢中亦然存在，設以E3表示之。

為便於分析，假定：

（1）把發電機每相繞組對地電容CG分成相等的兩部分，每部CG/2分等效地分別集中在發電機的中性點N和機端S。

（2）將發電機端部引出線、升壓變壓器、廠用變壓器以及電壓互感器等設備的每相對地電容CS也等效的集中放在機端。

根據理論分析，在上述加設條件下，可得出下列結論：

（1）當發電機中性點絕緣時，發電機在正常運行情況下，機端S和中性點N處三次諧波電壓之比為

US3/UN3=CG/(CG+2CS)<1

（2）當發電機中性點經消弧線圈接地時，若基波電容電流被完全補償，

US3/UN3=(7CG-2CS)/9(CG+2CS)<1

（3）不論發電機中性點是否接有消弧線圈，當在距發電機中性點α（中性點到故障點的匝數占每相分支總匝數的百分比）處發生定子繞組金屬性單相接地時，中性點N和機端S處的三次處的三次諧波電壓恆為

UN3=αE3 US3=(1-α)E3

如圖所示

從右圖中可以看出，UN3=f(α)、US3=f(α)皆為線性關係，它們相交於α=0.5處；當發電機中性點接地時，α=0，UN3=0，US3=E3；當機端接地時，α=1,UN3=E3，US3=0；當αUN3；當α>O.5時，恆有UN3>US3。

綜上所述，用US3作為動作量，UN3作為制動量構成發電機定子繞組單相接地保護，且當US3>UN3時保護動作，則在發電機正常運行時保護不會誤動，而在發電機中性點附近發生接地時，保護具有很高的靈敏度。用這種原理構成的發電機定子繞組單相接地保護，可以保護定子繞組中性點及其附近範圍內的接地故障，對其餘範圍則可用反應基波零序電壓的保護，從而構成了100%發電機定子繞組接地保護。

隨著機組容量的增大,定子接地保護的重要性越來越大。繼電保護和安全自動裝置技術規程第2.2.4.3條規定:對100 MW及以上的發電機,應裝設100%的定子接地保護。全國統計表明,已投運的100%定子接地保護正確動作率不高,且不能有效保護髮電機不受損壞。其主要原因是保護投運方式不合理,動作可靠性低,動作靈敏度不高等。