反映零序电压的定子绕组匝间短路保护优化方案

当发电机定子绕组发生匝间短路时，三相绕组的对称性遭到破坏，机端三相对发电机中性点出现零序电压3，利用它可以构成零序电压匝间短路保护，如图6.8所示。但在构成这种原理的保护时需在发电机出口侧装设此保护专用的电压互感器TV0，且TV0原绕组的中性点与发电机中性点相连而不直接接地。

大、中型发电机中性点采用高阻抗接地或中性点不接地，当发电机定子绕组发生匝间短路或匝数不等的相间短路时，TV0三相一次对中性点的电压不再平衡，开口三角形绕组有3输出，使零序电压匝间短路保护动作。当发电机内部或外部发生单相接地故障时，虽然一次系统出现了零序电压，即一次侧三相对地电压不再平衡，中性点电位升高3U0，但由于TV0一侧中性点并不接地，所以即使它的中性点电位升高，而三相对中性点的电压仍然是对称的，第三绕组输出电压为零。如果保护不采用专用的TV0，而采用通常一次绕组中性点接地的TV，则就不能区分发电机定子绕组匝间短路内外部单相接地故障。

同理，当发电机出现外部相间短路或内部匝数相等的相间短路时，则TV0开口三角形绕组也不会出现零序电压，保护不会动作。

在实际应用中，由于发电机制造上的原因，在正常运行和外部故障时，TV0的开口三角形绕组存在不平衡电压，根据对许多正常运行的发电机的实测和分析，这个不平衡电压主要是三次谐波电压，其最大值可达20 V左右，为了提高保护的灵敏度，需装设良好的三次谐波滤过器，以降低不平衡电压的数值。这里还需要指出的是：当发电机外部短路电流太大时，波形畸变得非常严重，所出现的三次谐波通过三次谐波滤过器后还会有相当高的数值。为此，可采用负序功率方向闭锁的方式。

为了防止专用TV0断线在开口三角形出口侧出现较大的零序电压使保护误动作，还需装设断线闭锁元件。

整定原则：动作电压需躲过外部严重故障时的最大不平衡基波零序电压和三次谐波零序电压，即

图6.9　负序功率闭锁零序电压匝间保护的方框原理图(www.xing528.com)

1—三次谐波滤过器；2—断线闭锁保护；3—出口

式中　U01max——最大基波零序电压，一般取0.4～0.5 V；

U03max——最大三次谐波零序电压，一般取40 V；

Krel——可靠系数，取1.5；

Kf1.3——基波对三次谐波滤过比，取50。