发电机发生定子单相接地故障时可能会灼伤定子铁心,甚至进一步发展成更严重的故障。此外,发电机组铁心结构复杂,铁心一旦损坏,修复困难,造成巨大的经济损失。论文以发电机定子绕组单相接地故障为研究对象,从定子单相接地故障选相、故障定位、双频注入式定子接地保护和选择性定子接地保护几方面进行研究。论文的主要工作与创新点如下:论文分析了大型隐极发电机的绕组电势相位特征,提出了两种计及绕组电势相位的绕组电势表达式。与传统的绕组电势表达式相比,所提出的绕组电势表达式计及了绕组电势的相位特性,为研究大型隐极发电机定子接地故障时电气量的相位特征提供了理论基础。论文提出了一种基于零序电压相位特征的选相新方法,提高了高阻接地故障时选相算法的灵敏度。新的选相算法充分利用了动作区域向顺时针偏转的特征,解决了低电压选相算法在高阻接地故障时灵敏度低且可能出现误选相的问题。理论和仿真分析表明:该选相方法适用于各种中性点接地方式,在高阻接地故障时也可以可靠识别故障相。论文提出了一种利用零序电压相位特征计算过渡电阻的新方法,进而实现了大型凸极发电机的定子单相接地故障定位。准确计算出故障时的过渡电阻是定子单相接地故障定位的最关键问题,论文发现了大型凸极发电机的零序电压相位与过渡电阻间的关系,实现了仅利用发电机的本体故障信号计算过渡电阻。对所提的故障定位方法进行了仿真分析和动模测试,结果表明:该方法适用于大型凸极发电机,在各种中性点接地方式下,定位结果准确,满足工程需要。论文指出大型隐极发电机的绕组电势相位会影响故障定位的精度,利用发电机的本体故障信号计算过渡电阻时必须考虑绕组电势的相位特征。论文计及了绕组电势的相位特征,对利用零序电压相位特征和相电压偏移特征的故障定位方法进行了改进。对改进前后的故障定位方法进行了仿真分析,结果表明:计及绕组电势相位特征后的定位方法,适用于大型隐极发电机,在各种中性点接地方式下,定位结果准确,高阻接地故障时同样满足要求。论文设计了一套双频率注入的定子接地保护方案,注入频率为20Hz和80Hz。此保护方案在发电机的起停机过程中不需要短时闭锁,实现了全过程的保护功能。高频段注入频率的选取是双频率注入的定子接地保护的重要问题,论文从注入式保护的灵敏度、滤波器参数设计等方面,对注入式保护的高频段注入信号的频率取值进行研究,确定高频段的注入频率选取为80Hz。论文提出了一种基于导纳不对称度参数的选择性定子接地保护新原理,解决了扩大单元接线机组定子接地保护无选择性的问题。论文分析了发电机定子接地故障时的导纳不对称度,对于故障发电机其导纳不对称度参数为“有”,其值大于1,非故障发电机其导纳不对称度为“无”,理论值为0。利用导纳不对称度参数构成的扩大单元接线定子接地保护,通过计算导纳不对称度的最大值找出故障元件。对所提出的方法进行了仿真分析和动模测试,测试结果表明该方法能够选出故障机组,灵敏度高。