在能源格局调整与资源环境约束加强的大背景下,高压发电机的诞生成为能源电力技术的一次重要变革,突破了绝缘问题的限制与传统升压输电的模式,实现发电单元与高压输电网直联。然而,发电机故障保护长此以来是电力系统主设备继电保护技术领域的瓶颈问题。尤其对于定子材料、绕制方式和并网模式都发生突破性变革的高压发电机而言,其故障保护策略除具有常规发电机保护的共性外,还必须遵循高压发电机的固有属性赋予的复杂故障信息,具有独特的物理结构特性,并呈现出特有的故障机理。为此,本项目立足高压发电机电气及物理特性,考虑高压发电机定子绕组采用分级绝缘技术,开展高压发电机定子单相接地故障保护研究,以提高保护方案的可靠性和灵敏度。本文遵循以下主要研究内容开展基于分级绝缘的高压发电机定子单相接地故障保护原理研究:首先,考虑高压发电机交联聚乙烯定子绕组采用分级绝缘技术,定量给出了高压发电机定子齿部各位置齿宽分布情况;针对高压发电机不同齿部尺寸下磁密分布特性,定性分析了高压发电机定子齿宽与每相每分支匝电动势的差异性分布;其次,针对高压输电网三次谐波电压波动对保护方案的干扰问题,在原有的保护方案的基础之上增加了自适应门槛判据,提出了 一种基于分级绝缘的高压发电机定子单相接地故障保护方案。最后,对所提出的保护方案进行仿真验证,研究不同故障位置和不同过渡电阻条件下保护方案的可行性。上述所提出的保护方案充分考虑了高压发电机定子绕组采用分级绝缘技术给保护方案带来的影响,仿真结果同时也表明该方案在兼顾可靠性和灵敏度上有明显优势。有望在实际应用中改善高压发电机定子单相接地故障保护的性能。