為了安全起見，發(fā)電機(jī)的外殼、鐵芯都要接地。所以只要發(fā)電機(jī)定子繞組與鐵芯間絕緣在某一點(diǎn)上遭到破壞，就可能發(fā)生單相接地故障。發(fā)電機(jī)的定子繞組的單相接地故障是發(fā)電機(jī)的常見故障之一。
發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障時(shí)的主要危害有兩點(diǎn)：
(1) 接地電流會(huì)產(chǎn)生電弧，燒傷鐵芯，使定子繞組鐵芯疊片燒結(jié)在一起，造成檢修困難。
(2) 接地電流會(huì)破壞繞組絕緣，擴(kuò)大事故，若一點(diǎn)接地而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很有可能發(fā)展成繞組的匝間或相間短路故障，嚴(yán)重?fù)p傷發(fā)電機(jī)。
定子繞組單接地時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)的損壞程度與故障電流的大小及持續(xù)時(shí)間有關(guān)。當(dāng)發(fā)電機(jī)單相接地故障電流(不考慮消弧線圈的補(bǔ)償作用)大于允許值時(shí)，應(yīng)裝設(shè)有選擇性的接地保護(hù)裝置。
1、發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地的特點(diǎn)
現(xiàn)代的發(fā)電機(jī)，其中性點(diǎn)都是不接地或經(jīng)消弧線圈接地的，因此，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部單相接地時(shí)，流經(jīng)接地點(diǎn)的電流仍為發(fā)電機(jī)所在電壓網(wǎng)絡(luò)(即與發(fā)電機(jī)直接電聯(lián)系的各元件)對(duì)地電容電流之總和，而不同之處在于故障點(diǎn)的零序電壓將隨發(fā)電機(jī)內(nèi)部接地點(diǎn)的位置而改變。
如上圖（a）所示，假設(shè)a相接地發(fā)生在定于繞組距中性點(diǎn)α處，α表示出中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的繞組占全部繞組布線的百分?jǐn)?shù)。
2、利用零序電流構(gòu)成的定子接地保護(hù)
對(duì)直接連接在母線上的發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓網(wǎng)絡(luò)接地電容電流大于允許值時(shí)，不論該網(wǎng)絡(luò)是否裝有消弧線圈，均應(yīng)裝設(shè)動(dòng)作于跳閘的接地保護(hù)。當(dāng)接地電容電流小于允許值，則裝設(shè)作用于信號(hào)的接地保護(hù)。
發(fā)電機(jī)零序電流保護(hù)，其整定值的選擇原則如下：
①避開外部單相接地時(shí)發(fā)電機(jī)本身的電容電流，以及出于零序電流互感器—次側(cè)三相導(dǎo)線排列不對(duì)稱而在二次側(cè)引起的不平衡電流。
②保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流應(yīng)小于規(guī)定的允許值。
③為防止外部相間短路產(chǎn)生的不平衡電流引起的接地保護(hù)誤動(dòng)作，應(yīng)在相間保護(hù)動(dòng)作時(shí)將接地保護(hù)閉鎖。
④保護(hù)裝置一般帶有1～2s的時(shí)限，以避開外部單相接地瞬間，發(fā)電機(jī)暫態(tài)電容電流(其數(shù)據(jù)遠(yuǎn)較穩(wěn)態(tài)時(shí)的(特殊字符)為大)的影響。因?yàn)?，如果不帶時(shí)限．則保護(hù)裝置的起動(dòng)電流就必須按照大于發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電容電流來整定。
3、利用零序電壓構(gòu)成的定子接地保護(hù)
一般大、中型發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中大都采用發(fā)電機(jī)變壓器組的接線方式。在這種情況下，發(fā)電機(jī)電壓網(wǎng)絡(luò)中，只有發(fā)電機(jī)本身、連接發(fā)電機(jī)與變壓器的電纜以及變壓器的對(duì)地電容，其分布可用下圖來說明。當(dāng)發(fā)電機(jī)單相接地后，接地電容電流一般小于允許值。對(duì)于大容量的發(fā)電機(jī)變壓器組，若接地后的電容電流大于允許值．則可在發(fā)電機(jī)電壓網(wǎng)絡(luò)中裝設(shè)消弧線圈予以補(bǔ)償。由于上述三項(xiàng)電容電流的數(shù)值基本上不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響，因此，裝設(shè)消弧線圈后，可以把接地電流補(bǔ)償?shù)胶苄〉臄?shù)值。在上述兩種情況下，均可裝設(shè)作成于信號(hào)的接地保護(hù)。
4、利用基波零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成的100％定子接地保護(hù)
1.發(fā)電機(jī)三次諧波電勢(shì)的分布特點(diǎn)
在正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的三次諧波電壓u3n總是大于發(fā)電機(jī)端的三次諧波電壓u3s。
當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生金屬性單相接地時(shí)，設(shè)接地發(fā)生在距中性點(diǎn)a處，其等值電路如上圖所示。此時(shí)不管發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是否接有消弧線圈，恒有:
u3s,u3n隨a而變化的關(guān)系如圖所示。當(dāng)a＜50％時(shí)，恒有u3s＞u3n。
如果利用機(jī)端三次諧波電壓u3s作為動(dòng)作量，而用中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓un3作為制動(dòng)量來構(gòu)成接地保護(hù)，且當(dāng)u3s>u3n時(shí)為保護(hù)的動(dòng)作條件，則在正常運(yùn)行時(shí)保護(hù)不可能動(dòng)作，而當(dāng)中件點(diǎn)附近發(fā)生接地時(shí)，則具有很高的靈敏性。利用這種原理構(gòu)成的接地保護(hù)，可以反應(yīng)定子繞組中件點(diǎn)側(cè)約50％范圍以內(nèi)的接地故障。
2.基波零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成的定子單相接地保護(hù)
保護(hù)由基波零序電比和3次諧波電壓共同完成100％定子接地故障的保護(hù)任務(wù)。由基波零序電壓保護(hù)發(fā)電機(jī)距機(jī)端85％～95％范圍內(nèi)定子繞組單相接地故障（中性點(diǎn)附近有5%～15％的死區(qū)）；三次諧波電壓保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近定子繞組的單相接地 。
動(dòng)作判據(jù)為：
其中3u0為發(fā)電機(jī)零序電壓，uset為基波零序電壓整定值 ，u3s和u3n分別為發(fā)電機(jī)機(jī)端tv開口三角形繞組和中性點(diǎn)tv輸出中的三次諧波分量，k為三次諧波比例定值。
零序電壓判據(jù)和三次諧波判據(jù)各有獨(dú)立的出口回路，以滿足不同配置的要求(如零序判據(jù)作用于直接跳閘，3次諧波判據(jù)作用于發(fā)信號(hào)等)。邏輯框圖如下。