專利名稱：新型阻塞濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到發(fā)電機(jī)組軸系扭振保護(hù)裝置，尤其是衰減流入并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的次同步 頻率電流，從而達(dá)到預(yù)防和抑制次同步諧振的作用。
背景技術(shù)：
串聯(lián)電容補(bǔ)償是提高遠(yuǎn)距離輸電線路輸電能力的經(jīng)濟(jì)有效措施，但是，輸電線路 上增加串聯(lián)電容補(bǔ)償后容易引起附近發(fā)電機(jī)組軸系的次同步諧振，造成發(fā)電機(jī)組大軸的損 壞。為了消除上述次同步諧振，美國GE公司在1974年提出了一種在發(fā)電機(jī)升壓變壓器高 壓繞組的低壓側(cè)安裝阻塞濾波器的方法[United States Patent 3813593]來預(yù)防和抑制 上述次同步諧振。此阻塞濾波器的接線如圖1所示，在升壓變壓器三相高壓繞組20a、20b、 20c的低壓側(cè)與中性點(diǎn)D (地)之間分別串聯(lián)接入相同的阻塞濾波器24、26和28，每相阻塞 濾波器由多個并聯(lián)諧振回路(圖1中僅表示了 Χ、 和2三個)串聯(lián)組成，同一相中的每個并 聯(lián)諧振回路有不同的諧振頻率，每個諧振頻率與發(fā)電機(jī)組大軸的一個次同步扭振模態(tài)的頻 率相適應(yīng)，通過這種阻塞濾波器，有效地減少和衰減了含有串聯(lián)電容補(bǔ)償輸電系統(tǒng)流入發(fā) 電機(jī)的次同步頻率電流，從而預(yù)防和抑制發(fā)電機(jī)組的次同步諧振。但，受當(dāng)時技術(shù)水平等方面的限制，上述阻塞濾波器存在幾個方面的問題首先， 阻塞濾波器回路沒有考慮過電壓保護(hù)裝置，在系統(tǒng)故障時容易造成設(shè)備損壞；其次，沒有考 慮阻塞濾波器元件損壞時在不解列發(fā)電機(jī)組情況下維護(hù)及其可能帶來的問題，例如，當(dāng)阻 塞濾波器回路中有元件損壞時，需要退出全部阻塞濾波器進(jìn)行維修，此時需要解列發(fā)電機(jī)， 從而影響發(fā)電和電廠可靠性和可用率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明目的在于第一解決電容器過電壓保護(hù)問題，第二 解決當(dāng)阻 塞濾波器部分元件損壞時，不能單獨(dú)退出有故障的單相阻塞濾波器進(jìn)行維修的問題，并解 決當(dāng)退出單相阻塞濾波器后，帶來的系統(tǒng)三相不平衡和發(fā)電機(jī)負(fù)序電流過大的問題。為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種新型阻塞濾波器，安裝于升壓變壓 器三相高壓繞組與中性點(diǎn)之間，重點(diǎn)改進(jìn)在于在每相阻塞濾波器高、低壓端分別安裝隔離 開關(guān)，和并聯(lián)旁路開關(guān)以及三相公共旁路回路，使得旁路單相阻塞濾波器進(jìn)行維修成為可 能。當(dāng)有元件損壞時，可以通過旁路開關(guān)和公用旁路回路旁路有故障的單相阻塞濾波器，然 后通過隔離開關(guān)隔離該相阻塞濾波器進(jìn)行維修。針對上述旁路單相阻塞濾波器后導(dǎo)致的三相不平衡和發(fā)電機(jī)負(fù)序電流過大的問 題，考慮了兩種解決方案，第一種技術(shù)方案在每相高壓繞組與其連接的阻塞濾波器之間設(shè) 置0階電抗器，以抵消阻塞濾波器在工頻時的總?cè)菘?，使得變壓器高壓繞組低壓側(cè)與中性 點(diǎn)之間的總工頻阻抗接近于0，從而達(dá)到單相阻塞濾波器與0階電抗器全部旁路時三相工 頻基本平衡，消除發(fā)電機(jī)負(fù)序電流過大的問題；第二種技術(shù)方案在三相公共旁路回路增 加旁路電容器組，該電容器組的工頻總?cè)菘古c阻塞濾波器單相工頻總?cè)菘瓜喈?dāng)，這樣當(dāng)旁路單相阻塞濾波器時，也可達(dá)到三相基本平衡。為了保證旁路電容器的安全，該旁路電容器 的兩端也并聯(lián)MOV過電壓保護(hù)設(shè)備。本發(fā)明另一重要改進(jìn)點(diǎn)在于在每相阻塞濾波器中各階并聯(lián)諧振回路電容器的兩 端均并聯(lián)金屬氧化物變阻器作為并聯(lián)諧振回路的過電壓保護(hù)設(shè)備；在三相阻塞濾波器連接 的中性點(diǎn)與地之間串聯(lián)設(shè)置中性點(diǎn)限流電抗器，有效解決阻塞濾波器電容器無過電壓保護(hù) 設(shè)備的問題，并降低了金屬氧化物變阻器(MOV)的容量需求和總投資。最后在升壓變壓器三相高壓繞組低壓端分別安裝金屬氧化物變阻器作為過電壓 保護(hù)設(shè)備，用于限制變壓器高壓繞組低壓側(cè)的過電壓水平。上述技術(shù)方案的有益效果可以匯總為首先，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時MOV能夠保護(hù)電 容器不損壞，提高了阻塞濾波器的可靠性，同時通過增加中性點(diǎn)電抗器降低了 MOV的容量 需求和系統(tǒng)的單相短路電流，有利于改善線路斷路器工作條件，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的可 靠性，同時減少系統(tǒng)總投資；其次，通過增加隔離開關(guān)和旁路回路，當(dāng)阻塞濾波器回路元件 損壞時退出故障相進(jìn)行維修而不必退出三相阻塞濾波器，也消除了因阻塞濾波器故障影響 發(fā)電機(jī)的發(fā)電和運(yùn)行的問題，從而進(jìn)一步提高阻塞濾波器和發(fā)電機(jī)組的可用率，通過增加0 階電抗器或者旁路電容器消除了單相阻塞濾波器旁路時的三相不對稱和發(fā)電機(jī)負(fù)序電流 過大的問題。增加0階電抗器與增加旁路電容兩個方案中，前者可以降低系統(tǒng)短路電流和 變壓器中性點(diǎn)側(cè)運(yùn)行電壓，后者可以省去0階電抗器減少工程總投資和占地，在實(shí)際問題 中可以靈活選用。


圖1為現(xiàn)有阻塞濾波器的接線方式電路圖。圖2為本發(fā)明新型阻塞濾波器接線示意圖之一。圖3為本發(fā)明新型阻塞濾波器接線示意圖之二。圖4為本發(fā)明新型阻塞濾波器接線示意圖之三。圖號說明 10~汽輪機(jī)； 12~發(fā)電機(jī)；
16~升壓變壓器三相低壓繞組； 20~升壓變壓器三相高壓繞組； 22~發(fā)電機(jī)組三相四線輸電系統(tǒng)； 14——汽輪發(fā)電機(jī)大軸；
18——發(fā)電機(jī)升壓變壓器；
19——升壓變壓器三相高壓繞組低壓端； 21——升壓變壓器三相高壓繞組高壓端； 20a.20b.20c——升壓變壓器a、b和c三相高壓繞組；
24、26、28——a、b、c三相阻塞濾波器，包括X、U多階(圖中僅表示了 3階)并聯(lián)諧振 回路；
30、32、34——Χ、 、Ζ各并聯(lián)諧振回路中的過電壓保護(hù)設(shè)備，金屬氧化物變阻器(MOV)； 36,38,40——升壓變壓器高壓繞組a、b、c三相低壓側(cè)過電壓保護(hù)設(shè)備，金屬氧化物變
4阻器(MOV)；
42——中性點(diǎn)限流電抗器；
44a.44b.44c——分別為a、b和c相0階補(bǔ)償電抗器，簡稱0階電抗器； 46a.46b.46c——分別為a、b和c相阻塞濾波器高壓端隔離開關(guān)； 48a.48b.48c——分別為a、b和c相阻塞濾波器低壓端隔離開關(guān)； 50a.50b.50c——分別為a、b和c相阻塞濾波器旁路開關(guān)； 52——旁路電容器；
54——旁路電容器過電壓保護(hù)設(shè)備，金屬氧化物變阻器； 56——阻塞濾波器旁路回路低壓端隔離開關(guān)，三相公共旁路開關(guān)。
具體實(shí)施例方式為能使貴審查員清楚本發(fā)明的組成，以及實(shí)施方式，茲配合圖式說明如下
請參見圖2和圖3，針對現(xiàn)有技術(shù)中電容器無過電壓保護(hù)設(shè)備的問題，b相阻塞濾波器 26各階并聯(lián)諧振回路X、I、Z的電容器的兩端分別并聯(lián)金屬氧化物變阻器(MOV) 30、32、34 作為并聯(lián)諧振回路的過電壓保護(hù)設(shè)備，a相阻塞濾波器24和c相阻塞濾波器28的各階并 聯(lián)諧振回路同樣增加了該設(shè)備。同時，在三相阻塞濾波器連接的中性點(diǎn)與地之間串聯(lián)設(shè)置 中性點(diǎn)限流電抗器42，用于限制單相短路電流和降低MOV的容量需求與總投資。針對阻塞 濾波器部分元件損壞只能全部退出阻塞濾波器進(jìn)行維修的問題，在每相阻塞濾波器的兩端 分別安裝隔離開關(guān)和并聯(lián)旁路開關(guān)以及三相公共旁路回路，如圖2和圖3所示，在a、b和c 相阻塞濾波器高壓端分別安裝隔離開關(guān)46a、46b、46c，以及并聯(lián)旁路開關(guān)50a、50b、50c，在 a、b和c相阻塞濾波器低壓端分別安裝隔離開關(guān)48a、48b、48c和三相公共旁路開關(guān)56。任 何一相阻塞濾波器的任何元件損壞后，均可以首先通過合旁路開關(guān)經(jīng)旁路回路旁路該相阻 塞濾波器，然后通過分隔離開關(guān)隔離有故障元件的阻塞濾波器對壞損元件進(jìn)行維修。另外，在升壓變壓器三相高壓繞組低壓端19與地之間設(shè)置金屬氧化物變阻器 36,38和40，金屬氧化物變阻器36、38和40分別與阻塞濾波器24、26、28形成并聯(lián)，用于限 制變壓器高壓繞組低壓側(cè)的過電壓水平。本發(fā)明針對上述旁路單相阻塞濾波器后導(dǎo)致的三相不平衡和發(fā)電機(jī)負(fù)序電流過 大的問題，提出了兩種解決方案一是在每相阻塞濾波器與變壓器高壓繞組之間增加一個 0階電抗器，以抵消阻塞濾波器在工頻時的總?cè)菘?，使得變壓器高壓繞組低壓側(cè)與中性點(diǎn)之 間的總工頻阻抗接近于0，從而達(dá)到單相阻塞濾波器與0階電抗器全部旁路時三相工頻基 本平衡，消除發(fā)電機(jī)負(fù)序電流過大的問題。請參見圖2，a相高壓繞組與a相阻塞濾波器24 之間設(shè)置0階電抗器44a，b相高壓繞組與b相阻塞濾波器26之間設(shè)置0階電抗器44b，c 相高壓繞組與c相阻塞濾波器28之間設(shè)置0階電抗器44c，用于降低變壓器高壓繞組低壓 側(cè)運(yùn)行電壓，維持單相旁路時的三相工頻平衡，減少流入發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流，同時可以降低 系統(tǒng)短路電流。二是在三相公共旁路回路增加電容器組，該電容器組的工頻總?cè)菘古c阻塞 濾波器單相工頻總?cè)菘瓜喈?dāng)，這樣當(dāng)單相阻塞濾波器被旁路時，也可達(dá)到三相基本平衡。當(dāng) 然，也可以控制該電容器組的工頻總?cè)菘共淮笥谧枞麨V波器單相工頻總?cè)菘?，適當(dāng)降低三 相不平衡度。為了保證電容器的安全，該旁路電容器的兩端也并聯(lián)MOV過電壓保護(hù)設(shè)備。請 參見圖3，旁路電容器52與旁路電容器過電壓保護(hù)設(shè)備54并聯(lián)后添加到三相公共旁路回路中。此旁路電容器可以維持單相旁路時的三相工頻平衡，減少流入發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流；此旁 路電容器可以作為0階電抗器的替代方案，減少系統(tǒng)總投資和設(shè)備占地面積。假設(shè)有一個發(fā)電廠中有一種機(jī)組，其軸系存在三個次同步扭振模態(tài)，頻率分別為 13. OHz,25. OHz和30. OHz，經(jīng)過研究，其中30. OHz的模態(tài)三是次同步諧振穩(wěn)定的，可以不采 取措施，其他兩個模態(tài)在很多運(yùn)行方式下存在次同步諧振問題，同時該電廠高壓母線三相 短路電流已經(jīng)接近其線路開關(guān)的開斷能力。這一電廠可以采用阻塞濾波器進(jìn)行預(yù)防和抑制 次同步諧振。由于系統(tǒng)短路電流很高，需采用圖1所示的阻塞濾波器，因機(jī)組僅兩個模態(tài)存在 次同步諧振問題，因此，可以采用兩個阻塞頻率的阻塞濾波器，如圖4所示。其中第一個并 聯(lián)諧振回路(圖4中X回路)的諧振頻率在37Hz附近，主要阻塞機(jī)組模態(tài)1 (13. OHz)對應(yīng) 的次同步電流流入發(fā)電機(jī)，第二個并聯(lián)諧振回路(圖4中I回路)諧振頻率在25Hz附近，主 要阻塞機(jī)組模態(tài)2 (25. OHz)對應(yīng)的次同步電流流入發(fā)電機(jī)。在該方案中，每個電容器組均增加了 MOV過電壓保護(hù)設(shè)備，在系統(tǒng)故障時電容器 的過電壓水平將限制在可以承受的范圍內(nèi)，從而大大降低電容器損壞的幾率；在發(fā)電機(jī)組 高壓三相輸電系統(tǒng)的中性點(diǎn)與地之間增加了電抗器42，能夠降低單相短路電流和MOV容 量，從而降低總投資；在每相阻塞濾波器的高壓側(cè)增加了一個0階電抗器，可以抵消阻塞濾 波器工頻容抗，從而避免了增加阻塞濾波器后短路電流增加問題，維持正常運(yùn)行時變壓器 高壓繞組的低壓側(cè)的電壓接近于0，當(dāng)阻塞濾波器元件損壞或者故障單相旁路時，保證三相 工頻平衡，避免了發(fā)電機(jī)流入較大的負(fù)序電流。以上所述，僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明作任何形式上的限制；有關(guān)技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容 加以變更或改型為等同變化的等效實(shí)例，因此，所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的 范疇，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種新型阻塞濾波器，安裝于升壓變壓器三相高壓繞組與中性點(diǎn)之間，其特征在于在每相阻塞濾波器高、低壓端分別安裝隔離開關(guān)，和并聯(lián)旁路開關(guān)以及三相公共旁路回路。
2.如權(quán)利要求1所述的新型阻塞濾波器，其特征在于在每相高壓繞組與其連接的阻 塞濾波器之間設(shè)置0階電抗器。
3.如權(quán)利要求1所述的新型阻塞濾波器，其特征在于在旁路回路中增加電容器組。
4.如權(quán)利要求3所述的新型阻塞濾波器，其特征在于在旁路電容器組設(shè)置旁路電容 器過電壓保護(hù)設(shè)備。
5.如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的新型阻塞濾波器，其特征在于每相阻塞 濾波器各階并聯(lián)諧振回路電容器的兩端分別并聯(lián)金屬氧化物變阻器作為并聯(lián)諧振回路中 的過電壓保護(hù)設(shè)備。
6.如權(quán)利要求5所述的新型阻塞濾波器，其特征在于在三相阻塞濾波器連接的中性 點(diǎn)與地之間串聯(lián)設(shè)置中性點(diǎn)限流電抗器。
7.如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的新型阻塞濾波器，其特征在于在三相阻 塞濾波器連接的中性點(diǎn)與地之間串聯(lián)設(shè)置中性點(diǎn)限流電抗器。
8.如權(quán)利要求1至4或6中任一權(quán)利要求所述的新型阻塞濾波器，其特征在于在升 壓變壓器三相高壓繞組低壓端與地之間設(shè)置金屬氧化物變阻器作為過電壓保護(hù)設(shè)備。
9.如權(quán)利要求5所述的新型阻塞濾波器，其特征在于在升壓變壓器三相高壓繞組低 壓端與地之間設(shè)置金屬氧化物變阻器作為過電壓保護(hù)設(shè)備。
10.如權(quán)利要求7所述的新型阻塞濾波器，其特征在于在升壓變壓器三相高壓繞組低 壓端與地之間設(shè)置金屬氧化物變阻器作為過電壓保護(hù)設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明一種新型阻塞濾波器，安裝于發(fā)電機(jī)升壓變壓器三相高壓繞組低壓端與中性點(diǎn)之間，每相阻塞濾波器各階并聯(lián)諧振回路電容器兩端分別并聯(lián)金屬氧化物，三相阻塞濾波器與地之間串聯(lián)設(shè)置中性點(diǎn)限流電抗器，有效解決阻塞濾波器電容器無過電壓保護(hù)設(shè)備的問題，并降低金屬氧化物變阻器的容量需求和總投資；每相阻塞濾波器高低壓端分別安裝隔離開關(guān)，和并聯(lián)旁路開關(guān)及三相公共旁路回路，使得旁路單相阻塞濾波器進(jìn)行維修成為可能；每相高壓繞組與其連接的阻塞濾波器之間設(shè)置0階電抗器或者在三相公共旁路回路增加旁路電容器組，解決旁路單相阻塞濾波器導(dǎo)致的三相不平衡和發(fā)電機(jī)負(fù)序電流過大問題。
文檔編號H02P9/10GK101908856SQ20101026492
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者任樹東, 孫壽廣, 康海燕, 徐珂, 朱蕓, 王紹德 申請人:中國電力工程顧問集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院工程有限公司