康明斯动力（深圳）有限公司

1、三次谐波电压保护原理

由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁磁饱和的影响，在定子绕组中感应的电动势除基波分量外，还含有高次谐波分量。其中三次谐波分量是零序性质的分量，虽然在线电动势中被消除，但是在相电动势中依然存在。如果把发电机的对地电容等效地看作集中在发电机的中性点N和机端S，且每相的电容大小都是0.5C_f，并将发电机端引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容C_w也等效在机端，并设三次谐波电动势为E_3。那么当发电机中性点不接地时，其等值电路如图1所示。这时中性点及机端的三次谐波电压分别为

发电机端的三次谐波电压U_S3与中性点侧的三次谐波电压U_N3之比为

由式（2-14）可见，在正常运行时，发电机中性点侧的三次谐波电压U_N3总是大于发电机端的三次谐波电压U_S3。当发电机孤立运行时，即发电机出线端开路，C_w＝0时，U_N3＝U_S3。

当发电机中性点经消弧线圈接地时，其等值电路如图2所示，假设基波电容电流被完全补偿，即

此时发电机中性点侧对三次谐波的等值阻抗为

整理后得

发电机端对三次谐波的等值阻抗为

因此，发电机端三次谐波电压和中性点三次谐波电压之比为

式（2-19）表明，接入消弧线圈后，中性点的三次谐波电压U_N3在正常运行时比机端三次谐波电压U_S3更大。在发电机出线端开路后，即C_w＝0时，则有

在正常运行情况下，尽管发电机的三次谐波电动势E₃随着发电机的结构及运行状态而改变，但是其机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压的比值总是符合以上关系的。

当发电机定子绕组发生金属性单相接地时，设接地发生在距中性点α处，其等值电路如图2-16所示，此时不管发电机中性点是否接有消弧线圈，总是有U_N3＝αE₃和U_S3＝（1-α）E₃，两者相比，得

中性点电压U_N3和机端电压U_S3随故障点α的变化曲线如图2-17所示。因此，如果利用机端三次谐波电压U_S3作为动作量，而用中性点三次谐波电压U_N3作为制动量来构成接地保护，且当U_S3≥U_N3时作为保护的动作条件，则在正常运行时保护不可能动作，而当中性点附近发生接地时，则具有很高的灵敏性。利用此原理构成的接地保护，可以反应距中性点约50％范围内的接地故障。

2、反应三次谐波电压比值的定子绕组单相接地保护

利用反应三次谐波电压比值U_S3/U_N3和基波零序电压可以构成100％定子绕组单相接地保护。反应三次谐波电压比值的定子绕组接地保护的动作判据为