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　　大型水輪發(fā)電機(jī)多采用多分支結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)對(duì)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(yán)重的故障［1-2］。目前主要的保護(hù)原理有基波零序電壓保護(hù)［3-4］、3次諧波電壓保護(hù)［5］和注入式定子單相接地保護(hù)［6-8］。上述保護(hù)原理成熟，在現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用，但均沒(méi)有故障定位功能。實(shí)現(xiàn)大型水輪發(fā)電機(jī)定子單相接地故障定位能擴(kuò)展目前保護(hù)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(xiàn)準(zhǔn)確的故障定位。文獻(xiàn)［9-10］利用行波信號(hào)實(shí)現(xiàn)定子單相接地故障定位，但行波信號(hào)測(cè)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(xiàn)［11］首先利用注入信號(hào)計(jì)算接地電阻，再根據(jù)零序電壓幅值計(jì)算故障點(diǎn)位置。該方法需要注入式定子接地保護(hù)，應(yīng)用范圍受限，且接地電阻的計(jì)算誤差受配電變壓器參數(shù)的影響。文獻(xiàn)［12］提出一種不依賴(lài)注入信號(hào)的定子單相接地故障定位方法，利用機(jī)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(jì)算過(guò)渡電阻。文獻(xiàn)［13-14］利用計(jì)算繞組合成電勢(shì)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(hù)，應(yīng)用范圍受限，且水輪發(fā)電機(jī)每極每相槽數(shù)一般為分?jǐn)?shù)，即繞組合成電勢(shì)的相位角與故障位置不存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以不適用于水輪發(fā)電機(jī)。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本文以瀑布溝600 MW水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組為例對(duì)水輪發(fā)電機(jī)繞組電動(dòng)勢(shì)特征進(jìn)行了分析，給出了水輪發(fā)電機(jī)繞組基波電勢(shì)和故障位置關(guān)系的近似表達(dá)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(jī)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(duì)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(jī)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(duì)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(shì)，α為故障點(diǎn)到中性點(diǎn)的定子繞組匝數(shù)占總繞組匝數(shù)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(jī)B、C相的基波電勢(shì)，該基波電勢(shì)為包含電樞反應(yīng)電勢(shì)的總電勢(shì)；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(shù)值與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的接地方式有關(guān)。
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