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　　大型水輪發(fā)電機多采用多分支結構，發(fā)電機對地分布電容較大，定子繞組單相接地故障可能造成定子鐵芯灼傷或發(fā)展成更嚴重的故障［1-2］。目前主要的保護原理有基波零序電壓保護［3-4］、3次諧波電壓保護［5］和注入式定子單相接地保護［6-8］。上述保護原理成熟，在現場(chǎng)得到了廣泛應用，但均沒(méi)有故障定位功能。實(shí)現大型水輪發(fā)電機定子單相接地故障定位能擴展目前保護的功能，為故障快速檢修提供參考。
　　基波零序電壓幅值受中性點(diǎn)接地方式和接地點(diǎn)過(guò)渡電阻的影響較大，僅利用零序電壓幅值不能實(shí)現準確的故障定位。文獻［9-10］利用行波信號實(shí)現定子單相接地故障定位，但行波信號測量困難，且受故障時(shí)刻和故障點(diǎn)過(guò)渡電阻影響較大。文獻［11］首先利用注入信號計算接地電阻，再根據零序電壓幅值計算故障點(diǎn)位置。該方法需要注入式定子接地保護，應用范圍受限，且接地電阻的計算誤差受配電變壓器參數的影響。文獻［12］提出一種不依賴(lài)注入信號的定子單相接地故障定位方法，利用機端三相電壓大小與過(guò)渡電阻有關(guān)的特征，通過(guò)高相與次高相電壓的平方差和高相與故障相電壓的平方差比值計算過(guò)渡電阻。文獻［13-14］利用計算繞組合成電勢的相位尋找故障位置，該方法仍然利用了注入式定子接地保護，應用范圍受限，且水輪發(fā)電機每極每相槽數一般為分數，即繞組合成電勢的相位角與故障位置不存在對應關(guān)系，所以不適用于水輪發(fā)電機。
　　針對上述問(wèn)題，本文以瀑布溝600 MW水輪發(fā)電機機組為例對水輪發(fā)電機繞組電動(dòng)勢特征進(jìn)行了分析，給出了水輪發(fā)電機繞組基波電勢和故障位置關(guān)系的近似表達式。分析了發(fā)生定子單相接地故障時(shí)基波零序電壓相位與過(guò)渡電阻和故障位置的關(guān)系，提出了一種適用于大型水輪發(fā)電機的定子單相接地故障定位方法，該方法同時(shí)利用了基波零序電壓幅值和相位，適用于各種中性點(diǎn)接地方式。對所提出的方法進(jìn)行了仿真分析。
　　1 定子單相接地故障定位的關(guān)鍵技術(shù)
　　發(fā)電機定子A相接地故障的示意圖如圖1所示。圖1中，CA、CB和 CC分別為定子繞組 A、B、C相對地電容；Rk為接地故障電阻；E（α）為故障點(diǎn)到中性點(diǎn)的繞組基波合成電勢，α為故障點(diǎn)到中性點(diǎn)的定子繞組匝數占總繞組匝數的百分比；Ik為故障點(diǎn)的接地電流；EB和EC分別為故障前發(fā)電機B、C相的基波電勢，該基波電勢為包含電樞反應電勢的總電勢；U0為故障后的基波零序電壓；Z為中性點(diǎn)的接地阻抗，其數值與發(fā)電機中性點(diǎn)的接地方式有關(guān)。
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