一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波濾波裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波濾波裝置，屬于同步發電機 靜止勵磁系統產生的軸電壓、軸電流防治領域。
【背景技術】
[0002] 發電機組在運行過程中，在發電機軸兩端之間、轉軸與地或者軸承之間形成的電 壓，稱為軸電壓。過高的軸電壓會擊穿發電機軸與軸承之間的潤滑油膜而產生放電現象， 造成電腐蝕現象，損害軸承等電機部件，加速機械磨損，縮短電機壽命，嚴重時甚至會造成 機組停機，危及電網系統的穩定運行，造成重大損失。因此，軸電壓是制約大型同步發電機 (汽輪發電機、水輪發電機）安全、可靠運行的嚴重問題之一。
[0003] 軸電壓異常對發電機的危害主要源于其所產生的軸電流。當軸電流密度很大時， 軸電流通過的軸頸、軸瓦等有關部件將被燒壞；軸電流引起的電弧也會燒蝕軸承部件并使 軸承的潤滑油老化，加速軸承的機械磨損；軸電流還會使汽輪機部件、發電機端蓋、軸承和 環繞軸的其他部件強烈磁化，并在軸頸和葉輪處產生單極電勢，加劇軸電壓的產生，造成惡 性循環。
[0004] 隨著晶閘管靜態勵磁系統在大型發電機中的廣泛應用，因晶閘管換流所引發的高 頻軸電壓脈沖幅值往往很高，是一種相當大的軸電壓源，對油膜絕緣危害很大，而且高頻軸 電流會對轉軸振動測量信號形成一定的干擾，影響測振精度，嚴重時可能引起軸振信號虛 高，導致機組因誤報軸振振動大而跳機。抑制靜態勵磁高頻軸電壓和軸電流是提高絕緣監 督深度、確保大型同步發電機組安全、可靠運行的迫切需要。
[0005] 為了確保大型同步發電機組安全和可靠運行，現有的軸電壓濾波裝置包括并聯的 電阻和電容，電阻和電容并聯電路的一端接地，另一端與同步發電機轉軸勵磁側連接。此結 構的軸電壓濾波裝置可顯著抑制軸電壓、軸電流，但并不能完全消除整流器換流時引起的 高頻脈沖軸電壓，軸電流依然含有高頻諧波分量。 【實用新型內容】
[0006] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波 濾波裝置。
[0007] 為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案是：
[0008] 一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波濾波裝置，包括電容C、電阻R和無源諧波濾 波器，所述電容C、電阻R和無源諧波濾波器并聯，所述電容C、電阻R和無源諧波濾波器并 聯電路的一端接地，另一端接同步發電機轉軸勵磁側，所述同步發電機轉軸驅動側接地；所 述無源諧波濾波器包括電感U和電容Ci，所述電感U和電容Ci串聯。
[0009] 所述無源諧波濾波器的電感U和電容ci取值滿足以下等式
[0010]
[0011] 其中，電感Li的單位為亨利，電容Ci的單位為法拉，fn為所要濾除的共模電壓第n 次諧波引起的高頻軸電流分量的頻率，單位為赫茲，f n= 150n，n = 3, 5, 7, 9,…，n為大于 1的奇數。
[0012] 所述電容C、電阻R和無源諧波濾波器并聯電路的一端通過快速熔斷絲F1與同步 發電機轉軸勵磁側連接。
[0013] 所述無源諧波濾波器還包括快速熔斷絲F2,所述快速熔斷絲F2、電感U和電容C i 串聯。
[0014] 所述電阻R取值為510歐姆。
[0015] 所述電容C取值為10微法拉。
[0016] 本實用新型所達到的有益效果：本實用新型不僅能有效濾除因同步發電機磁通不 對稱等機組自身結構原因引起的直流軸電壓、低頻軸電壓以及靜止勵磁系統產生的高頻軸 電壓，同時可有選擇地濾除靜止勵磁系統輸出共模電壓某次諧波引起的同步發電機高頻軸 電流。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型、同步發電機以及靜止勵磁系統的連接結構示意圖。
[0018] 圖2為三相全控橋整流器輸出勵磁電壓。
[0019] 圖3為三相全控橋整流器輸出共模電壓。
[0020]圖4為采用現有的軸電壓濾波裝置時同步發電機的轉軸驅動側軸電壓。
[0021] 圖5為采用現有的軸電壓濾波裝置時同步發電機的轉軸勵磁側軸電壓。
[0022] 圖6為采用現有的軸電壓濾波裝置時同步發電機的轉軸軸電流的時域波形。
[0023] 圖7為采用現有的軸電壓濾波裝置時同步發電機的轉軸軸電流的FFT。
[0024] 圖8為采用本實用新型所述的諧波濾波裝置時同步發電機的轉軸驅動側軸電壓。
[0025] 圖9為采用本實用新型所述的諧波濾波裝置時同步發電機的轉軸勵磁側軸電壓。
[0026] 圖10為采用本實用新型所述的諧波濾波裝置時同步發電機的轉軸軸電流的時 域波形。
[0027] 圖11為采用本實用新型所述的諧波濾波裝置時同步發電機的轉軸軸電流的FFT。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本 實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0029] 如圖1所述，為本實用新型、同步發電機以及靜止勵磁系統的連接結構示意圖，其 中濾除高頻軸電流的諧波濾波裝置，包括電容C、電阻R和無源諧波濾波器，電容C、電阻R 和無源諧波濾波器并聯，電容C、電阻R和無源諧波濾波器并聯電路的一端接地，另一端接 同步發電機轉軸勵磁側，同步發電機的轉軸驅動側接地，其中電阻R取值為510歐姆，電容 C取值為10微法拉。
[0030] 上述無源諧波濾波器包括電感U和電容Ci，電感Li和電容Ci串聯，電感Li和電容 q取值滿足以下等式
[0031]
[0032] 其中，電感U的單位為亨利，電容q的單位為法拉，fn為所要濾除的共模電壓第n 次諧波引起的高頻軸電流分量的頻率，單位為赫茲，fn= 150n，n= 3, 5, 7, 9,…，n為大于 1的奇數。
[0033] 通過上式可看出，兼顧元器件的標稱值、體積、價格等因素，依據上式優化選取電 感Q和電容Ci，可濾除頻率為fn的高頻軸電流分量。
[0034] 為了保護電感U和電容q，在上述的無源諧波濾波器中還設置了快速熔斷絲F2， 快速熔斷絲F2、電感Q和電容q串聯；同理為了保護電容C和電阻R，電容C、電阻R和無 源諧波濾波器并聯電路的一端通過快速熔斷絲F1與同步發電機轉軸勵磁側連接。
[0035] 靜止勵磁系統主要由三相勵磁變壓器和三相全控橋整流器構成，靜止勵磁系統為 轉子勵磁繞組提供直流勵磁。
[0036] 為了進一步說明該諧波濾波裝置，通過以下實施例進行分析
[0037] 將本實用新型運用到采用靜止勵磁的某100(MW、3000r/min汽輪發電機組上，在 MATLAB環境下進行仿真建模與仿真分析。
[0038] 圖2-圖11為三相全控橋整流器觸發角設置為90°時的仿真結果，其中，圖2為三 相全控橋整流器輸出勵磁電壓；圖3為三相全控橋整流器輸出共模電壓，圖4為采用現有的 軸電壓濾波裝置（即【背景技術】中提及的軸電壓濾波裝置，電阻值取510歐姆，電容取10微 法拉，接地電阻為0. 1歐姆）時同步發電機的轉軸驅動側軸電壓；圖5為采用現有的軸電壓 濾波裝置時同步發電機的轉軸勵磁側軸電壓；圖6為采用現有的軸電壓濾波裝置時同步發 電機的轉軸軸電流的時域波形；圖7為采用現有的軸電壓濾波裝置時同步發電機的轉軸軸 電流的FFT;圖8為采用本實用新型所述的諧波濾波裝置（其中，電阻R取值為510歐姆，電 容C取值為10微法拉，n取值為7,接地電阻為0. 1歐姆）時同步發電機的轉軸驅動側軸電 壓；圖9為采用本實用新型所述的諧波濾波裝置時同步發電機的轉軸勵磁側軸電壓；圖10 為采用本實用新型所述的諧波濾波裝置時同步發電機的轉軸軸電流的時域波形；圖11為 為采用本實用新型所述的諧波濾波裝置時同步發電機的轉軸軸電流的FFT。
[0039] 無源諧波濾波器的電感U和電容C:取值滿足
[0040]
[0041]圖3表明靜止勵磁系統輸出的共模電壓基頻為150赫茲，三相全控橋整流器換流 將引起高頻共模電壓尖峰脈沖。圖4-圖7表明【背景技術】中提及的軸電壓濾波裝置對軸電壓 具有顯著的抑制作用，但并不能完全消除三相全控橋整流器換流引起的高頻脈沖軸電壓， 軸電流依然以共模電壓的基頻及其3次、5次、7次、9次等諧波分量為主要成分。圖8-圖 11表明本實用新型不僅能有效抑制軸電壓，也能濾除軸電流中的7次諧波（1050赫茲）分 量。
[0042] 綜上所述，本實用新型在顯著抑制軸電壓的同時，可有選擇地濾除靜止勵磁系統 輸出共模電壓某次諧波引起的同步發電機高頻軸電流，可用于同步發電機靜態勵磁軸電壓 和軸電流的防治。
[0043] 以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改 進和變形也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波濾波裝置，其特征在于：包括電容C、電阻R和 無源諧波濾波器，所述電容C、電阻R和無源諧波濾波器并聯，所述電容C、電阻R和無源諧 波濾波器并聯電路的一端接地，另一端接同步發電機轉軸勵磁側，所述同步發電機轉軸驅 動側接地； 所述無源諧波濾波器包括電感L1和電容C i，所述電感L1和電容C i串聯。2. 根據權利要求1所述的一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波濾波裝置，其特征在 于：所述無源諧波濾波器的電感L1和電容C i取值滿足以下等式其中，電感L1的單位為亨利，電容C 單位為法拉，fn為所要濾除的共模電壓第η次諧 波引起的高頻軸電流分量的頻率，單位為赫茲，fn= 150η，η = 3, 5, 7, 9,…，η為大于1的 奇數。3. 根據權利要求1所述的一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波濾波裝置，其特征在 于：所述電容C、電阻R和無源諧波濾波器并聯電路的一端通過快速熔斷絲Fl與同步發電 機轉軸勵磁側連接。4. 根據權利要求1-3任意一項所述的一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波濾波裝置， 其特征在于：所述無源諧波濾波器還包括快速熔斷絲F2,所述快速熔斷絲F2、電感L 1和電 容C1串聯。5. 根據權利要求1所述的一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波濾波裝置，其特征在 于：所述電阻R取值為510歐姆。6. 根據權利要求1所述的一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波濾波裝置，其特征在 于：所述電容C取值為10微法拉。
【專利摘要】本實用新型公開了一種濾除靜止勵磁高頻軸電流的諧波濾波裝置，包括電容C、電阻R和無源諧波濾波器，電容C、電阻R和無源諧波濾波器并聯，電容C、電阻R和無源諧波濾波器并聯電路的一端接地，另一端接同步發電機轉軸勵磁側，同步發電機轉軸驅動側接地；無源諧波濾波器包括電感L1和電容C1，所述電感L1和電容C1串聯。本實用新型不僅能有效抑制因同步發電機磁通不對稱等機組自身結構原因引起的直流軸電壓、低頻軸電壓以及靜止勵磁系統產生的高頻軸電壓，同時可有選擇地濾除靜止勵磁系統輸出共模電壓某次諧波引起的同步發電機高頻軸電流。
【IPC分類】H02M1/14
【公開號】CN204615630
【申請號】CN201520066086
【發明人】王宏華, 王成亮, 蔣一泉, 徐鋼, 包玉樹, 吳德才, 代佳佳
【申請人】國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇方天電力技術有限公司, 河海大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年1月29日