E3—发电机三次谐波相电动势；EH3—系统高压侧三次谐波相电动势；
Zn—发电机中性点对地三次谐波感抗或电阻的三倍；C1—发电机每相对地电容之半； C2—机端外接元件每相对地总电容；CM—主变压器高低压绕组间每相耦合电容
图6 发电机三次谐波电压分析计算用等值电路
3.3 中性点经配电变压器高阻接地的定子绕组单相接地保护
接于配电变压器(变比nt)二次侧的电阻RN，应按机端单相接地时由RN产生的电阻电流大于电容电流选定，即
RN?1/(3?Cg?nt)2 (2-28)
式中：CgΣ——发电机及机端外接元件每相对地总电容。
a)基波零序过电压保护。与3.1相同，但此保护用在中性点经配电变压器高阻接地的发电机上，灵敏度较低。
b)三次谐波电压单相接地保护。与3.2相同。
c)95%定子绕组单相接地基波零序过电流保护。该保护装设在发电机中性点接地连线的电流互感器上，保护应具有三次谐波阻波部件，其动作电流为
(1)?1??U%IkI2nIop?(1?0.95)(1?Ker)??1??U%naI2n??Ier? (2-29)
(1)Ik式中：Ker——电流互感器比误差系数，取为3%；ΔU%——机端电压变化百分值，取为10%；
——机端单相金属性接地电流；na——电流互感器变比；I2n——电流互感器二次额定电流；
ΔIer——保护继电器误差，取为5%。
保护经0.5s延时动作于停机。 整定计算举例：
汽轮发电机，300MW，18kV，N=18000/240=75，Cg=0.25μF/相，选择R’N=4.25kΩ，则对于这台发电机有
3.4 外加交流电源式100%定子绕组单相接地保护
国内应用的外加交流电源式定子绕组单相接地保护有两种，其一为外加20Hz电源， 另一为外加12.5Hz电源。
外加电源方式的定子绕组单相接地保护，在启、停机过程中仍有保护作用，但必须增设低频电源，且对其要求有很高的可靠性。 4 励磁回路接地保护
汽轮发电机通用技术条件规定：对于空冷及氢冷的汽轮发电机，励磁绕组的冷态绝缘电
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阻不小于1MΩ，直接水冷却的励磁绕组，其冷态绝缘电阻不小于2kΩ。水轮发电机通用技术条件规定：绕组的绝缘电阻在任何情况下都不应低于0.5MΩ。
励磁绕组及其相连的直流回路，当它发生一点绝缘损坏时(一点接地故障)并不产生严重后果；但是若继发第二点接地故障，则部分转子绕组被短路，可能烧伤转子本体，振动加剧，甚至可能发生轴系和汽轮机磁化，使机组修复困难、延长停机时间。为了大型发电机组的安全运行，无论水轮发电机或汽轮发电机，在励磁回路一点接地保护动作发出信号后，应立即转移负荷，实现平稳停机检修。对装有两点接地保护的汽轮发电机组，在一点接地故障后继续运行时，应投入两点接地保护，后者带时限动作于停机。 4.1 叠加直流式一点接地保护
在励磁绕组负端和大地之间经一电流继电器KA叠加直流电压Uad构成的转子一点接地保护，见图8，其等效电路见图9。
图7 叠加直流电压一点接地保护原理图
图8 正常情况下，图7的等效电路
由图9可知，正常运行时流过继电器KA的电流为
1Uad?Ufd2Iad?Ri?Rins? (2-30)
式中：Uad——叠加直流电压；Ufd——发电机励磁电压；Ri——继电器KA的内阻；Rins——励磁绕组对地等效绝缘电阻。
发电机强行励磁但励磁绕组并不接地时，流过继电器KA的电流为
Iad.max1Uad?Ufd.max2?Ri?Rins? ?(2-31)
式中：Ufd.max——发电机强励时的转子电压。
对于空冷及氢冷汽轮发电机，要求在励磁绕组负端经过渡电阻Rtr＝20kΩ接地时继电器KA动作。
发电机空载运行，励磁绕组负端经过渡电阻Rtr接地条件下，流过继电器KA的电流Iop为
1Uad(Rtr?Rins)?Ufd0Rtr2Iop?RiRins?Rtr(Rins?Ri) (2-32) ??
式中：Ufd0——发电机空载励磁电压；Rtr——接地点的过渡电阻。
按负端经过渡电阻接地时流过继电器KA的电流大于发电机强励而励磁绕组并不接地时流过继电器KA的电流整定。
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Iop?≥KrelIad.max? (2-33)
式中：Krel——可靠系数，取1.5。
解出表示最小灵敏度的过渡电阻Rtr为(当Ufd.max＝2Ufdn,Ufdn为正常额定励磁电压)
Rtr?UadRins?15.(Uad?Ufdn)Ra05.Uad?15.Ufdn?05.Ufd0? (2-34)
式中：Ra＝RinsRi／(Rins+Ri)。
Rtr?Uad(Ri?Rins)?Ri15.(Uad?Ufdn (2-35)
4.2 测量励磁绕组对地导纳的一点接地保护
该保护外加工频交流电源经补偿电感L与隔直电容C(L、C对50Hz串联谐振)接于励磁绕组的正负极。励磁绕组正常对地(大轴)的绝缘电阻为Rins(或电导gins)和对地电容为Ce。重要的是由外加电源a、b两端向励磁绕组看进去的等值电路(图8)中除Rins和Ce外，只有纯阻Rb，不应有与Rb串联的感抗或容抗(Ce除外)。
由a、b两点看到的输入对地导纳轨迹如图9所示，图中实线圆族为以gins为常量、Ce为变量的等电导圆，虚线圆族为以Ce为常量、gins为变量的等电纳圆。
??图8 测量对地导纳式一点接地保护的等值电路
图9中，横坐标右侧端点表示励磁绕组发生金属性接地故障(Rins＝0，gins＝∞)，输入端对地导纳为gb＝1／Rb。
理想的测量对地导纳式一点接地保护的动作特性应只与整定的Rins值有关，而与Ce大小无关。因此保护整定的动作特性(以Rins＝2kΩ为例)如图11中的阴影整圆，它与等电导圆(Rins＝2kΩ)完全重合，表明该保护的动作特性与Ce无关，只要Rins≤2kΩ，保护就动作。
图9 等电导圆和整定圆
继电器的动作判据如图10所示，为
｜Y－gm｜≤｜gN－gm｜ (2-36)
式中：Y——继电器测得的励磁绕组对地导纳；gm——继电器整定圆圆心；gn－gm——继电器整定圆半径。
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图10 测量对地导纳继电器的整定圆
当已确定要求继电器在转子绕组对地绝缘电阻下降到Rins(相应有gins＝1／Rins)时动作，且已知Rb值(制造厂家供给，相应有参考电导gb＝1／Rb)，则需要整定计算的对地导纳整定圆圆心为gm(位于g轴上)
gm?gb(gb?2gins)2(gb?gins)?? (2-37)
整定圆半径为gn－gm，由图12知，gn＝gb，所以半径为
gn?gm?g2b2(gb?gins)?? (2-38)
在实际工作中应注意以下几点： a) Rins的整定值不能取得太大(例如大于10kΩ)，这是由保护原理确定的；因为当Rins从8kΩ变到无穷大时，等电导圆十分密集，极易产生定值变异。一般Rins的整定值宜取5kΩ左右。
b）励磁回路发生金属性一点接地故障时，Rins＝0,gins＝∞，测量对地导纳Y位于整定圆的边界上，处于动作边缘。在发生金属性接地时，检验保护不应拒动。
c)电刷与大轴间的接触电阻，严重影响保护的动作定值，为此必须使滑环电刷的压力足够大，减小其接触电阻值。
d）测量回路L与C的工频调谐一定要严谨，使之呈现纯阻性质。 4.3 切换采样式一点接地保护
图11 接地保护装置的阻容网络
该保护要在转子绕组两端外接阻容网络，电子开关S1～S3轮流接通和断开，如图11所示，对电流I1～I3采样。
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I1?K1U1Ra?Rb?Rtr? (2-39)
I2?K2Ufd2Ra?Rc (2-40) K1U2Ra?Rb?Rtr (2-41)
I3?式中：K1、K2——选定的常数；故障点将Ufd分为U1和U2。
保护的动作判据为
I1+I3≥I2 (2-42)
?保护动作时的过渡电阻Rtr为
Rtr?K1(2Ra?Rc)?(Ra?Rb)K2??? (2-43)
??Rtr即为保护的灵敏度，其定值取决于正常运行时转子回路的绝缘水平。
K2?K1(2Ra?Rc)Ra?Rb?Rtr ?(2-44)
要求在一定的Rtr时动作，就有相应的K2值，所以改变K2可以改变转子一点接地保护整定值Rset，通常取Rset＝10kΩ以上。当Rtr＜Rset时，保护动作。
切换采样式转子一点接地保护的另一种形式为乒乓式转子一点接地保护。原理图如图12所示。
图12 乒乓式转子一点接地保护
励磁绕组中任一点E经过渡电阻Rtr(即对地绝缘电阻)接地，励磁电压Ufd由E点分为U1和U2。 S1闭合，S2打开时(此时设Ufd＝Ufd1)
I1?U1R0?Rtr ?(2-45)
式中：R0——保护的固定电阻；Rtr——励磁回路对地绝缘电阻。
S2闭合，S1打开时(此时有Ufd＝Ufd2)
I2?U2R0?Rtr ?(2-46)
??电导为
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