有效抑制三种形式次同步谐振的阻塞滤波器

摘要

本发明是一种有效抑制三种形式次同步谐振的阻塞滤波器，包括至少两阶（称作Y阶和Y+阶）串联的并联谐振回路。其中一阶（Y阶）的谐振频率对应于发电机组轴系某个固有扭振频率，用来抑制机网复合共振问题和暂态扭矩放大问题，另一阶（Y+阶）的谐振频率对应于Y阶阻塞滤波器引起的异步自励磁问题的异步自励磁频率。对应解决机网复合共振问题的谐振回路（Y阶）采用高Q值电抗器，而新的对应解决异步自励磁问题的谐振回路（Y+阶）采用低Q值电抗器，高Q值电抗器的Q值一般在100～220之间，低Q值电抗器的Q值一般在30～60之间。

说明书

技术领域

本发明的技术领域属于电机、电气装置和电能领域，涉及到发电机组次同步谐振预防和抑制装置，本发明中的阻塞滤波器能够抑制流入并网发电机的次同步频率（包括机网复合共振、暂态扭矩放大和异步自励磁频率）的电流，从而达到预防和抑制次同步谐振的作用。

背景技术

目前，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中性点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。

在2010年，华北电力设计院相关专业技术人员提出了新型阻塞滤波器，并获得中国发明专利授权，发明专利申请号为201010264927.8。与GE公司提出的阻塞滤波器相比增加了过电压保护装置、单相旁路装置、零阶电抗器或旁路电容器组来解决阻塞滤波器单相退出后的三相不平衡问题。

次同步谐振问题有三种表现形式，即机网复合共振、异步自励磁和暂态扭矩放大。上述的两种发明专利中的阻塞滤波器解决的都是次同步谐振三种形式中的机网复合共振问题和暂态扭矩放大问题，这种阻塞滤波器的电路见图1。

假设某台机组轴系存在两个固有扭振频率，19.6Hz和29.1Hz，即模态1和模态2，两个模态对应的阻塞滤波器分别为X阶和Y阶。

图1中24、26、28——a、b、c三相阻塞滤波器，包括X、Y两阶并联谐振回路，对应于阻塞机组轴系2个固有扭振频率的工频补频率电流；60a为第2阶阻塞滤波器中的电抗器的电感；61a为第2阶阻塞滤波器中的电抗器的电阻；该电路的阻抗频率特性见图4，可以看到，Y阶对应的谐振阻抗在1100Ω左右。

以前的阻塞滤波器设计也都是按照阻塞滤波器对机网复合共振和暂态扭矩放大起到抑制作用进行设计的，并没有考虑加入阻塞滤波器后有可能引起的异步自励磁问题。这样设计出来的阻塞滤波器在投入运行过程中容易引起异步自励磁问题，有可能导致阻塞滤波器无法投入运行，从而无法发挥阻塞滤波器抑制机网复合共振和暂态扭矩放大的作用。以前，关于不能投入运行的阻塞滤波器的改进都是在阻塞滤波器中的电抗器回路增加小电阻来实现的。在Y阶阻塞滤波器加装小电阻后的阻塞滤波器电路见图2。图2中的62a为Y阶阻塞滤波器中的电抗器回路为限制异步自励磁后加的电阻；该电路的阻抗频率特性见图5，可以看到，Y阶对应的谐振阻抗在400Ω左右。由此看出，在阻塞滤波器的电抗器回路加装小电阻这种方法虽然可解决异步自励磁问题，但却大幅度降低了阻塞滤波器抑制机网复合共振和暂态扭矩放大的效果，使阻塞滤波器的效果大打折扣。

机网复合共振和异步自励磁是相互矛盾的一对问题，如何兼顾抑制机网复合共振和异步自励磁问题一直是阻塞滤波器设计中的一个难题。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于：提出了采用两阶阻塞滤波器来解决机组某个模态的机网复合共振问题、暂态扭矩放大问题和异步自励磁问题。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种有效抑制三种形式次同步谐振的阻塞滤波器，包括至少两阶（称作Y阶和Y+阶）串联的并联谐振回路。其中一阶（Y阶）的谐振频率对应于发电机组轴系某个固有扭振频率，用来抑制机网复合共振问题和暂态扭矩放大问题，另一阶（Y+阶）的谐振频率对应于Y阶阻塞滤波器引起的异步自励磁问题的异步自励磁频率。对应解决机网复合共振问题的谐振回路（Y阶）采用高Q值电抗器，而新的对应解决异步自励磁问题的谐振回路（Y+阶）采用低Q值电抗器，高Q值电抗器的Q值一般在100～220之间，低Q值电抗器的Q值一般在30～60之间。

本发明的有益效果是：Y+阶可采用较低电压水平的电容器和电抗器，与抑制机网复合共振的Y阶阻塞滤波器相比，抑制异步自励磁的Y+阶的阻塞滤波器的造价可大为降低；采用本方法设计的两阶（Y和Y+）阻塞滤波器很好解决了机网复合共振和异步自励磁问题相互矛盾、难以兼顾的设计难题，使阻塞滤波器抑制机网复合共振和暂态扭矩放大问题的能力得到显著提高，与此同时异步自励磁问题也得到很好的解决。本方法有望在托克托电厂五期工程阻塞滤波器的设计中得到应用。

附图说明

图1为现有阻塞滤波器的接线方式电路图。

图2为阻塞滤波器加装小电阻后的接线方式电路图。

图3为采用两阶（Y和Y+）阻塞滤波器的接线方式电路图。

图4针对Y阶对应的模态，采用一阶阻塞滤波器的方法抑制SSR的阻塞滤波器的阻抗频率特性。

图5针对Y阶对应的模态，采用一阶阻塞滤波器并加装小电阻的方法抑制SSR的阻抗频率特性。

图6针对Y阶对应的模态，采用Y和Y+两阶阻塞滤波器抑制SSR的阻抗频率特性。

图号说明：

10——汽轮机；

12——发电机；

14——汽轮发电机大轴；

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；

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；

60a——为第2阶阻塞滤波器中的电抗器的电感；

61a——为第2阶阻塞滤波器中的电抗器的电阻；

62a——为Y阶阻塞滤波器中的电抗器回路为限制异步自励磁后加的电阻；

70a——为第Y+阶阻塞滤波器中的电抗器的电感；

71a——为第Y+阶阻塞滤波器中的电抗器的电阻。

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，兹配合图示说明如下。

本发明首次提出了采用两阶阻塞滤波器来解决机组某个模态（Y阶对应模态）的机网复合共振问题、暂态扭矩放大问题和异步自励磁问题，电路图见图3。与图2相比，整个电路变成3阶， X阶保持不变，而图2中的Y阶变成Y和Y+两阶。其中Y阶阻塞滤波器根据机组轴系频率仍然采用高Q值电抗器（60a和61a）以抑制机网复合共振和暂态扭矩放大，而Y+阶阻塞滤波器采用低Q值电抗器（70a和71a）的宽带阻塞滤波器以抑制异步自励磁，Y+阶谐振频率根据异步自励磁频率进行整定。从图3中可看出，异步自励磁频率对应的电阻与图2相比，基本相同，仍在31Ω左右，能够起到很好的抑制异步自励磁的效果；Y阶对应的谐振阻抗依然保持在1100Ω左右，抑制机网复合共振问题和暂态扭矩放大问题的效果与没有增加Y+阶前保持不变。

Y阶和Y+阶虽然在电路结构上相同，但为得到更好的抑制机网复合共振和暂态扭矩放大的效果，Y阶应采用高Q值电抗器，Q值一般在100～220之间。与此相反，为得到更好的抑制异步自励磁的效果，Y+阶应采用低Q值电抗器，Q值一般在30～60之间。

因可采用较低电压水平的电容器和电抗器，与抑制机网复合共振的Y阶阻塞滤波器相比，抑制异步自励磁的Y+阶的阻塞滤波器造价可大为降低。

同理，当采用三阶或以上阻塞滤波器时，针对其中引起异步自励磁问题的谐振回路，再串联一阶新的谐振回路，新的谐振回路采用低Q值电抗器，原谐振回路的电抗器Q值不变。

相较于之前工程实践中并联回路串接小电阻的解决方法，采用本方法设计的两阶（Y和Y+）阻塞滤波器很好解决了机网复合共振和异步自励磁问题相互矛盾、难以兼顾的设计难题，在很好解决异步自励磁问题的同时，显著提高阻塞滤波器抑制机网复合共振和暂态扭矩放大问题的能力。

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。