定子绕组单相接地故障是发电机最常见的一种故障,而且往往是更为严重的绕组内部短路故障发生的先兆。定子绕组单相接地保护的可靠与灵敏动作可以大大降低绕组内部短路故障的发生几率,减少故障造成的损失。定子绕组单相接地保护是大型发电机继电保护系统中十分重要的一项内容。目前定子绕组单相接地保护主要是基于基波零序电压和三次谐波电压来实现的,该方法对扩大单元接线的机组定子接地和机组区内、区外接地无选择性,造成在机组定子接地时寻找接地故障点困难,影响了机组的安全可靠运行。针对目前大型水轮发电机定子绕组单相接地保护无选择性的问题,通过分析发电机定子单相接地故障后机端和中性点零序电压、零序电流的变化特点,本文提出了一种基于零序暂态功率方向的发电机定子接地保护。该保护灵敏度高、抗干扰能力强,对于数台发电机机端共母线的情况,能够区分接地故障机组,具有选择性;对于一机一变的大型发电机组,可以区分接地故障点位于机内或机外。通过对扩大单元接线及单机单变接线方式的发电机定子绕组单相接地故障进行仿真分析,明晰了大型水轮发电机定子绕组单相接地的故障特点,在此基础上,本文应用电力系统瞬变信号正弦逼近处理方法来求取零序暂态功率方向。为了验证本文所提出的保护方法的正确性和有效性,本文对发电机定子单相接地保护进行了仿真研究,仿真结果表明基于零序暂态功率方向的发电机定子接地保护是正确、有效的。