定子绕组单相接地是发电机常见的电气故障之一，目前基波零序电压原理、注入式原理的定子接地保护，对于类似大渡河深溪沟水电站采取扩大单元接线方式的水电站机组，均存在无选择性或选择性差的问题，任意一台机发生定子接地故障将导致其余非故障机组非计划停运，影响水电站对外供电以及电力系统安全稳定，同时水电站运行值班人员无法迅速判断故障机组、排查故障耗时长等问题。此问题为国内同类型水电站技术管理的难点，也是继电保护行业的技术瓶颈。 传统的通过零序功率判别方向来实现选择性跳闸的定子接地保护原理在部分小水电站得到运用，通过电磁式电流来测量发电机接地零序电流。但根据现场多年实践经验，用于测量发电机机端基波零序电流的穿心型电磁式电流互感器存在以下问题： 一是电磁式电流互感器选型难。对于扩大单元接线的大型发电机一次额定电流值上数千安培，而发生接地故障时的零序电流一次值往往小于十安培，需在大负载电流中识别小零序电流，对于常规电磁式电流互感器具有很大挑战，存在电流互感器绕组匝数少、漏磁通大、精度差等问题。 二是对一次导体布局、安装空间要求极高，只适应于排列规则、对称安装的电缆出线方式的发电机，对于三相导体布局不规则的母排出线方式的大型发电机组，由于三相导体之间电磁耦合造成正常运行时不平衡电流极大，保护装置会检测到由导体空间磁场不对称引起的“虚假”零序电流，影响保护装置准确判别功率方向，因此保护功能可靠性低。 三是对安装空间要求高，当发电机机端安装空间狭小，如机端为三相共相封闭母线时，或机端出线相间间距较大，如深溪沟电站机端铜排AC相间距离60cm，均存在难以或无法安装常规电磁式CT的问题。因此基于电磁式电流互感器的选择性定子接地保护在深溪沟水电站等类型的大中型水电站难以实现。 国能大渡河深溪沟水电站创新应用了基于全光学电流互感器的发电机选择性定子接地保护方案。首先结合深溪沟水电站发电机一次设备局部、安装空间结构，设计制造了基于Faraday磁光效应原理的套管式光学电流互感器，将一次传感器制成光缆，可方便的缠绕在各种形状的一次导体上，电流互感器壳体采用环氧材料DFL202制作，具有较高绝缘强度，整个电流互感器重量仅20kg，因此无需改变原一次设备结构与布局，采用绕制拼接的就地安装方式，方便快捷。并通过分析计算深溪沟发电机区内、区外故障时零序电流大小，结合相关一次设备参数，确定了合理的变比、准确级等，实现发电机接地故障时零序故障电流的准确，克服了电磁式电流互感器的应用局限性。二是通过分析深溪沟水电站发电机定子区内、区外接地故障时电气量特征，确定了可靠性高的选择性定子接地保护判据，并制定了现场接地试验验证方案，通过在发电机区内、区外分别设置单相故障接地点，验证了保护功能能正确判别发电机区内、外接地故障，从而选择性切除故障发电机，缩小了事故停电范围。 本研究成果及应用已在国能大渡河深溪沟水电站4台165MW水轮发电机组上应用，为国内、外首创，能减少了发电厂发电经济损失，提高发电机接地故障排查效率，避免故障排查不及时造成事故扩大，同时避免因非故障机组停运、电网功率损失造成的电网稳定事故，能创造巨大的经济效益和社会效益。该研究成果下一步将在大渡河流域沙南电站、龚嘴电站推广应用，在国内其它流域水电站具有广泛推广应用前景。 光学电流互感器在数字化变电站、高压直流输电工程等领域得到广泛应用，而基于光学电流互感器的继电保护原理的研究与应用必将成为趋势。本研究成果及应用是深溪沟水电站基于实际面临的问题、难点，运用新技术、新原理分析问题、解决问题的典型案例，起到了良好的示范推广作用。