CN101908856A

CN101908856A - 新型阻塞滤波器

Info

Publication number: CN101908856A
Application number: CN 201010264927
Authority: CN
Inventors: 王绍德; 任树东; 孙寿广; 朱芸; 徐珂; 康海燕
Original assignee: North China Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group Corp
Current assignee: North China Power Engineering Co Ltd of China Power Engineering Consulting Group
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: CN101908856B

Abstract

本发明一种新型阻塞滤波器，安装于发电机升压变压器三相高压绕组低压端与中性点之间，每相阻塞滤波器各阶并联谐振回路电容器两端分别并联金属氧化物，三相阻塞滤波器与地之间串联设置中性点限流电抗器，有效解决阻塞滤波器电容器无过电压保护设备的问题，并降低金属氧化物变阻器的容量需求和总投资；每相阻塞滤波器高低压端分别安装隔离开关，和并联旁路开关及三相公共旁路回路，使得旁路单相阻塞滤波器进行维修成为可能；每相高压绕组与其连接的阻塞滤波器之间设置0阶电抗器或者在三相公共旁路回路增加旁路电容器组，解决旁路单相阻塞滤波器导致的三相不平衡和发电机负序电流过大问题。

Description

新型阻塞滤波器

技术领域

本发明涉及到发电机组轴系扭振保护装置，尤其是衰减流入并网发电机的次同步频率电流，从而达到预防和抑制次同步谐振的作用。

背景技术

串联电容补偿是提高远距离输电线路输电能力的经济有效措施，但是，输电线路上增加串联电容补偿后容易引起附近发电机组轴系的次同步谐振，造成发电机组大轴的损坏。为了消除上述次同步谐振，美国GE公司在1974年提出了一种在发电机升压变压器高压绕组的低压侧安装阻塞滤波器的方法[United States Patent 3813593]来预防和抑制上述次同步谐振。此阻塞滤波器的接线如图1所示，在升压变压器三相高压绕组20a、20b、20c的低压侧与中性点D(地)之间分别串联接入相同的阻塞滤波器24、26和28，每相阻塞滤波器由多个并联谐振回路（图1中仅表示了X、Y和Z三个）串联组成，同一相中的每个并联谐振回路有不同的谐振频率，每个谐振频率与发电机组大轴的一个次同步扭振模态的频率相适应，通过这种阻塞滤波器，有效地减少和衰减了含有串联电容补偿输电系统流入发电机的次同步频率电流，从而预防和抑制发电机组的次同步谐振。

但，受当时技术水平等方面的限制，上述阻塞滤波器存在几个方面的问题：首先，阻塞滤波器回路没有考虑过电压保护装置，在系统故障时容易造成设备损坏；其次，没有考虑阻塞滤波器元件损坏时在不解列发电机组情况下维护及其可能带来的问题，例如，当阻塞滤波器回路中有元件损坏时，需要退出全部阻塞滤波器进行维修，此时需要解列发电机，从而影响发电和电厂可靠性和可用率。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于：第一：解决电容器过电压保护问题，第二：解决当阻塞滤波器部分元件损坏时，不能单独退出有故障的单相阻塞滤波器进行维修的问题，并解决当退出单相阻塞滤波器后，带来的系统三相不平衡和发电机负序电流过大的问题。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种新型阻塞滤波器，安装于升压变压器三相高压绕组与中性点之间，重点改进在于：在每相阻塞滤波器高、低压端分别安装隔离开关，和并联旁路开关以及三相公共旁路回路，使得旁路单相阻塞滤波器进行维修成为可能。当有元件损坏时，可以通过旁路开关和公用旁路回路旁路有故障的单相阻塞滤波器，然后通过隔离开关隔离该相阻塞滤波器进行维修。

针对上述旁路单相阻塞滤波器后导致的三相不平衡和发电机负序电流过大的问题，考虑了两种解决方案，第一种技术方案：在每相高压绕组与其连接的阻塞滤波器之间设置0阶电抗器，以抵消阻塞滤波器在工频时的总容抗，使得变压器高压绕组低压侧与中性点之间的总工频阻抗接近于0，从而达到单相阻塞滤波器与0阶电抗器全部旁路时三相工频基本平衡，消除发电机负序电流过大的问题；第二种技术方案：在三相公共旁路回路增加旁路电容器组，该电容器组的工频总容抗与阻塞滤波器单相工频总容抗相当，这样当旁路单相阻塞滤波器时，也可达到三相基本平衡。为了保证旁路电容器的安全，该旁路电容器的两端也并联MOV过电压保护设备。

本发明另一重要改进点在于：在每相阻塞滤波器中各阶并联谐振回路电容器的两端均并联金属氧化物变阻器作为并联谐振回路的过电压保护设备；在三相阻塞滤波器连接的中性点与地之间串联设置中性点限流电抗器，有效解决阻塞滤波器电容器无过电压保护设备的问题，并降低了金属氧化物变阻器（MOV）的容量需求和总投资。

最后：在升压变压器三相高压绕组低压端分别安装金属氧化物变阻器作为过电压保护设备，用于限制变压器高压绕组低压侧的过电压水平。

上述技术方案的有益效果可以汇总为：首先，当系统发生故障时MOV能够保护电容器不损坏，提高了阻塞滤波器的可靠性，同时通过增加中性点电抗器降低了MOV的容量需求和系统的单相短路电流，有利于改善线路断路器工作条件，进一步提高系统运行的可靠性，同时减少系统总投资；其次，通过增加隔离开关和旁路回路，当阻塞滤波器回路元件损坏时退出故障相进行维修而不必退出三相阻塞滤波器，也消除了因阻塞滤波器故障影响发电机的发电和运行的问题，从而进一步提高阻塞滤波器和发电机组的可用率，通过增加0阶电抗器或者旁路电容器消除了单相阻塞滤波器旁路时的三相不对称和发电机负序电流过大的问题。增加0阶电抗器与增加旁路电容两个方案中，前者可以降低系统短路电流和变压器中性点侧运行电压，后者可以省去0阶电抗器减少工程总投资和占地，在实际问题中可以灵活选用。

附图说明

图1为现有阻塞滤波器的接线方式电路图。

图2为本发明新型阻塞滤波器接线示意图之一。

图3为本发明新型阻塞滤波器接线示意图之二。

图4为本发明新型阻塞滤波器接线示意图之三。

图号说明：

10——汽轮机；

12——发电机；

16——升压变压器三相低压绕组；

20——升压变压器三相高压绕组；

22——发电机组三相四线输电系统；

14——汽轮发电机大轴；

18——发电机升压变压器；

19——升压变压器三相高压绕组低压端；

21——升压变压器三相高压绕组高压端；

20a、20b、20c——升压变压器a、b和c三相高压绕组；

24、26、28——a、b、c三相阻塞滤波器，包括X、Y、Z多阶（图中仅表示了3阶）并联谐振回路；

30、32、34——X、Y、Z各并联谐振回路中的过电压保护设备，金属氧化物变阻器(MOV)；

36、38、40——升压变压器高压绕组a、b、c三相低压侧过电压保护设备，金属氧化物变阻器(MOV)；

42——中性点限流电抗器；

44a、44b、44c——分别为a、b和c相0阶补偿电抗器，简称0阶电抗器；

46a、46b、46c——分别为a、b和c相阻塞滤波器高压端隔离开关；

48a、48b、48c——分别为a、b和c相阻塞滤波器低压端隔离开关；

50a、50b、50c——分别为a、b和c相阻塞滤波器旁路开关；

52——旁路电容器；

54——旁路电容器过电压保护设备，金属氧化物变阻器；

56——阻塞滤波器旁路回路低压端隔离开关，三相公共旁路开关。

具体实施方式

为能使贵审查员清楚本发明的组成，以及实施方式，兹配合图式说明如下：

请参见图2和图3，针对现有技术中电容器无过电压保护设备的问题，b相阻塞滤波器26各阶并联谐振回路X、Y、Z的电容器的两端分别并联金属氧化物变阻器(MOV)30、32、34作为并联谐振回路的过电压保护设备，a相阻塞滤波器24 和c相阻塞滤波器28的各阶并联谐振回路同样增加了该设备。同时，在三相阻塞滤波器连接的中性点与地之间串联设置中性点限流电抗器42，用于限制单相短路电流和降低MOV的容量需求与总投资。针对阻塞滤波器部分元件损坏只能全部退出阻塞滤波器进行维修的问题，在每相阻塞滤波器的两端分别安装隔离开关和并联旁路开关以及三相公共旁路回路，如图2和图3所示，在a、b和c相阻塞滤波器高压端分别安装隔离开关46a、46b、46c，以及并联旁路开关50a、50b、50c，在a、b和c相阻塞滤波器低压端分别安装隔离开关48a、48b、48c和三相公共旁路开关56。任何一相阻塞滤波器的任何元件损坏后，均可以首先通过合旁路开关经旁路回路旁路该相阻塞滤波器，然后通过分隔离开关隔离有故障元件的阻塞滤波器对坏损元件进行维修。

另外, 在升压变压器三相高压绕组低压端19与地之间设置金属氧化物变阻器36、38和40，金属氧化物变阻器36、38和40分别与阻塞滤波器24、26、28形成并联，用于限制变压器高压绕组低压侧的过电压水平。

本发明针对上述旁路单相阻塞滤波器后导致的三相不平衡和发电机负序电流过大的问题，提出了两种解决方案：一是在每相阻塞滤波器与变压器高压绕组之间增加一个0阶电抗器，以抵消阻塞滤波器在工频时的总容抗，使得变压器高压绕组低压侧与中性点之间的总工频阻抗接近于0，从而达到单相阻塞滤波器与0阶电抗器全部旁路时三相工频基本平衡，消除发电机负序电流过大的问题。请参见图2，a相高压绕组与a相阻塞滤波器24之间设置0阶电抗器44a，b相高压绕组与b相阻塞滤波器26之间设置0阶电抗器44b，c相高压绕组与c相阻塞滤波器28之间设置0阶电抗器44c，用于降低变压器高压绕组低压侧运行电压，维持单相旁路时的三相工频平衡，减少流入发电机的负序电流，同时可以降低系统短路电流。二是在三相公共旁路回路增加电容器组，该电容器组的工频总容抗与阻塞滤波器单相工频总容抗相当，这样当单相阻塞滤波器被旁路时，也可达到三相基本平衡。当然，也可以控制该电容器组的工频总容抗不大于阻塞滤波器单相工频总容抗，适当降低三相不平衡度。为了保证电容器的安全，该旁路电容器的两端也并联MOV过电压保护设备。请参见图3，旁路电容器52与旁路电容器过电压保护设备54并联后添加到三相公共旁路回路中。此旁路电容器可以维持单相旁路时的三相工频平衡，减少流入发电机的负序电流；此旁路电容器可以作为0阶电抗器的替代方案，减少系统总投资和设备占地面积。

假设有一个发电厂中有一种机组，其轴系存在三个次同步扭振模态，频率分别为13.0Hz、25.0Hz和30.0Hz，经过研究，其中30.0Hz的模态三是次同步谐振稳定的，可以不采取措施，其他两个模态在很多运行方式下存在次同步谐振问题，同时该电厂高压母线三相短路电流已经接近其线路开关的开断能力。这一电厂可以采用阻塞滤波器进行预防和抑制次同步谐振。

由于系统短路电流很高，需采用图1所示的阻塞滤波器，因机组仅两个模态存在次同步谐振问题，因此，可以采用两个阻塞频率的阻塞滤波器，如图4所示。其中第一个并联谐振回路（图4中X回路）的谐振频率在37Hz附近，主要阻塞机组模态1（13.0Hz）对应的次同步电流流入发电机，第二个并联谐振回路（图4中Y回路）谐振频率在25Hz附近，主要阻塞机组模态2（25.0Hz）对应的次同步电流流入发电机。

在该方案中，每个电容器组均增加了MOV过电压保护设备，在系统故障时电容器的过电压水平将限制在可以承受的范围内，从而大大降低电容器损坏的几率；在发电机组高压三相输电系统的中性点与地之间增加了电抗器42，能够降低单相短路电流和MOV容量，从而降低总投资；在每相阻塞滤波器的高压侧增加了一个0阶电抗器，可以抵消阻塞滤波器工频容抗，从而避免了增加阻塞滤波器后短路电流增加问题，维持正常运行时变压器高压绕组的低压侧的电压接近于0，当阻塞滤波器元件损坏或者故障单相旁路时，保证三相工频平衡，避免了发电机流入较大的负序电流。

以上所述，仅供说明本发明之用，而非对本发明作任何形式上的限制；有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实例，因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims

1.一种新型阻塞滤波器，安装于升压变压器三相高压绕组与中性点之间，其特征在于：在每相阻塞滤波器高、低压端分别安装隔离开关，和并联旁路开关以及三相公共旁路回路。

2.如权利要求1所述的新型阻塞滤波器，其特征在于：在每相高压绕组与其连接的阻塞滤波器之间设置0阶电抗器。

3.如权利要求1所述的新型阻塞滤波器，其特征在于：在旁路回路中增加电容器组。

4.如权利要求3所述的新型阻塞滤波器，其特征在于：在旁路电容器组设置旁路电容器过电压保护设备。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的新型阻塞滤波器，其特征在于：每相阻塞滤波器各阶并联谐振回路电容器的两端分别并联金属氧化物变阻器作为并联谐振回路中的过电压保护设备。

6.如权利要求5所述的新型阻塞滤波器，其特征在于：在三相阻塞滤波器连接的中性点与地之间串联设置中性点限流电抗器。

7.如权利要求1至4中任一权利要求所述的新型阻塞滤波器，其特征在于：在三相阻塞滤波器连接的中性点与地之间串联设置中性点限流电抗器。

8.如权利要求1至4或6中任一权利要求所述的新型阻塞滤波器，其特征在于：在升压变压器三相高压绕组低压端与地之间设置金属氧化物变阻器作为过电压保护设备。

9.如权利要求5所述的新型阻塞滤波器，其特征在于：在升压变压器三相高压绕组低压端与地之间设置金属氧化物变阻器作为过电压保护设备。

10.如权利要求7所述的新型阻塞滤波器，其特征在于：在升压变压器三相高压绕组低压端与地之间设置金属氧化物变阻器作为过电压保护设备。