一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波滤波装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波滤波装置，属于同步发电机 静止励磁系统产生的轴电压、轴电流防治领域。
【背景技术】
[0002] 发电机组在运行过程中，在发电机轴两端之间、转轴与地或者轴承之间形成的电 压，称为轴电压。过高的轴电压会击穿发电机轴与轴承之间的润滑油膜而产生放电现象， 造成电腐蚀现象，损害轴承等电机部件，加速机械磨损，缩短电机寿命，严重时甚至会造成 机组停机，危及电网系统的稳定运行，造成重大损失。因此，轴电压是制约大型同步发电机 (汽轮发电机、水轮发电机）安全、可靠运行的严重问题之一。
[0003] 轴电压异常对发电机的危害主要源于其所产生的轴电流。当轴电流密度很大时， 轴电流通过的轴颈、轴瓦等有关部件将被烧坏；轴电流引起的电弧也会烧蚀轴承部件并使 轴承的润滑油老化，加速轴承的机械磨损；轴电流还会使汽轮机部件、发电机端盖、轴承和 环绕轴的其他部件强烈磁化，并在轴颈和叶轮处产生单极电势，加剧轴电压的产生，造成恶 性循环。
[0004] 随着晶闸管静态励磁系统在大型发电机中的广泛应用，因晶闸管换流所引发的高 频轴电压脉冲幅值往往很高，是一种相当大的轴电压源，对油膜绝缘危害很大，而且高频轴 电流会对转轴振动测量信号形成一定的干扰，影响测振精度，严重时可能引起轴振信号虚 高，导致机组因误报轴振振动大而跳机。抑制静态励磁高频轴电压和轴电流是提高绝缘监 督深度、确保大型同步发电机组安全、可靠运行的迫切需要。
[0005] 为了确保大型同步发电机组安全和可靠运行，现有的轴电压滤波装置包括并联的 电阻和电容，电阻和电容并联电路的一端接地，另一端与同步发电机转轴励磁侧连接。此结 构的轴电压滤波装置可显著抑制轴电压、轴电流，但并不能完全消除整流器换流时引起的 高频脉冲轴电压，轴电流依然含有高频谐波分量。 【实用新型内容】
[0006] 为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波 滤波装置。
[0007] 为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：
[0008] 一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波滤波装置，包括电容C、电阻R和无源谐波滤 波器，所述电容C、电阻R和无源谐波滤波器并联，所述电容C、电阻R和无源谐波滤波器并 联电路的一端接地，另一端接同步发电机转轴励磁侧，所述同步发电机转轴驱动侧接地；所 述无源谐波滤波器包括电感U和电容Ci，所述电感U和电容Ci串联。
[0009] 所述无源谐波滤波器的电感U和电容ci取值满足以下等式
[0010]
[0011] 其中，电感Li的单位为亨利，电容Ci的单位为法拉，fn为所要滤除的共模电压第n 次谐波引起的高频轴电流分量的频率，单位为赫兹，f n= 150n，n = 3, 5, 7, 9,…，n为大于 1的奇数。
[0012] 所述电容C、电阻R和无源谐波滤波器并联电路的一端通过快速熔断丝F1与同步 发电机转轴励磁侧连接。
[0013] 所述无源谐波滤波器还包括快速熔断丝F2,所述快速熔断丝F2、电感U和电容C i 串联。
[0014] 所述电阻R取值为510欧姆。
[0015] 所述电容C取值为10微法拉。
[0016] 本实用新型所达到的有益效果：本实用新型不仅能有效滤除因同步发电机磁通不 对称等机组自身结构原因引起的直流轴电压、低频轴电压以及静止励磁系统产生的高频轴 电压，同时可有选择地滤除静止励磁系统输出共模电压某次谐波引起的同步发电机高频轴 电流。
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型、同步发电机以及静止励磁系统的连接结构示意图。
[0018] 图2为三相全控桥整流器输出励磁电压。
[0019] 图3为三相全控桥整流器输出共模电压。
[0020]图4为采用现有的轴电压滤波装置时同步发电机的转轴驱动侧轴电压。
[0021] 图5为采用现有的轴电压滤波装置时同步发电机的转轴励磁侧轴电压。
[0022] 图6为采用现有的轴电压滤波装置时同步发电机的转轴轴电流的时域波形。
[0023] 图7为采用现有的轴电压滤波装置时同步发电机的转轴轴电流的FFT。
[0024] 图8为采用本实用新型所述的谐波滤波装置时同步发电机的转轴驱动侧轴电压。
[0025] 图9为采用本实用新型所述的谐波滤波装置时同步发电机的转轴励磁侧轴电压。
[0026] 图10为采用本实用新型所述的谐波滤波装置时同步发电机的转轴轴电流的时 域波形。
[0027] 图11为采用本实用新型所述的谐波滤波装置时同步发电机的转轴轴电流的FFT。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本 实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0029] 如图1所述，为本实用新型、同步发电机以及静止励磁系统的连接结构示意图，其 中滤除高频轴电流的谐波滤波装置，包括电容C、电阻R和无源谐波滤波器，电容C、电阻R 和无源谐波滤波器并联，电容C、电阻R和无源谐波滤波器并联电路的一端接地，另一端接 同步发电机转轴励磁侧，同步发电机的转轴驱动侧接地，其中电阻R取值为510欧姆，电容 C取值为10微法拉。
[0030] 上述无源谐波滤波器包括电感U和电容Ci，电感Li和电容Ci串联，电感Li和电容 q取值满足以下等式
[0031]
[0032] 其中，电感U的单位为亨利，电容q的单位为法拉，fn为所要滤除的共模电压第n 次谐波引起的高频轴电流分量的频率，单位为赫兹，fn= 150n，n= 3, 5, 7, 9,…，n为大于 1的奇数。
[0033] 通过上式可看出，兼顾元器件的标称值、体积、价格等因素，依据上式优化选取电 感Q和电容Ci，可滤除频率为fn的高频轴电流分量。
[0034] 为了保护电感U和电容q，在上述的无源谐波滤波器中还设置了快速熔断丝F2， 快速熔断丝F2、电感Q和电容q串联；同理为了保护电容C和电阻R，电容C、电阻R和无 源谐波滤波器并联电路的一端通过快速熔断丝F1与同步发电机转轴励磁侧连接。
[0035] 静止励磁系统主要由三相励磁变压器和三相全控桥整流器构成，静止励磁系统为 转子励磁绕组提供直流励磁。
[0036] 为了进一步说明该谐波滤波装置，通过以下实施例进行分析
[0037] 将本实用新型运用到采用静止励磁的某100(MW、3000r/min汽轮发电机组上，在 MATLAB环境下进行仿真建模与仿真分析。
[0038] 图2-图11为三相全控桥整流器触发角设置为90°时的仿真结果，其中，图2为三 相全控桥整流器输出励磁电压；图3为三相全控桥整流器输出共模电压，图4为采用现有的 轴电压滤波装置（即【背景技术】中提及的轴电压滤波装置，电阻值取510欧姆，电容取10微 法拉，接地电阻为0. 1欧姆）时同步发电机的转轴驱动侧轴电压；图5为采用现有的轴电压 滤波装置时同步发电机的转轴励磁侧轴电压；图6为采用现有的轴电压滤波装置时同步发 电机的转轴轴电流的时域波形；图7为采用现有的轴电压滤波装置时同步发电机的转轴轴 电流的FFT;图8为采用本实用新型所述的谐波滤波装置（其中，电阻R取值为510欧姆，电 容C取值为10微法拉，n取值为7,接地电阻为0. 1欧姆）时同步发电机的转轴驱动侧轴电 压；图9为采用本实用新型所述的谐波滤波装置时同步发电机的转轴励磁侧轴电压；图10 为采用本实用新型所述的谐波滤波装置时同步发电机的转轴轴电流的时域波形；图11为 为采用本实用新型所述的谐波滤波装置时同步发电机的转轴轴电流的FFT。
[0039] 无源谐波滤波器的电感U和电容C:取值满足
[0040]
[0041]图3表明静止励磁系统输出的共模电压基频为150赫兹，三相全控桥整流器换流 将引起高频共模电压尖峰脉冲。图4-图7表明【背景技术】中提及的轴电压滤波装置对轴电压 具有显著的抑制作用，但并不能完全消除三相全控桥整流器换流引起的高频脉冲轴电压， 轴电流依然以共模电压的基频及其3次、5次、7次、9次等谐波分量为主要成分。图8-图 11表明本实用新型不仅能有效抑制轴电压，也能滤除轴电流中的7次谐波（1050赫兹）分 量。
[0042] 综上所述，本实用新型在显著抑制轴电压的同时，可有选择地滤除静止励磁系统 输出共模电压某次谐波引起的同步发电机高频轴电流，可用于同步发电机静态励磁轴电压 和轴电流的防治。
[0043] 以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改 进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波滤波装置，其特征在于：包括电容C、电阻R和 无源谐波滤波器，所述电容C、电阻R和无源谐波滤波器并联，所述电容C、电阻R和无源谐 波滤波器并联电路的一端接地，另一端接同步发电机转轴励磁侧，所述同步发电机转轴驱 动侧接地； 所述无源谐波滤波器包括电感L1和电容C i，所述电感L1和电容C i串联。2. 根据权利要求1所述的一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波滤波装置，其特征在 于：所述无源谐波滤波器的电感L1和电容C i取值满足以下等式其中，电感L1的单位为亨利，电容C 单位为法拉，fn为所要滤除的共模电压第η次谐 波引起的高频轴电流分量的频率，单位为赫兹，fn= 150η，η = 3, 5, 7, 9,…，η为大于1的 奇数。3. 根据权利要求1所述的一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波滤波装置，其特征在 于：所述电容C、电阻R和无源谐波滤波器并联电路的一端通过快速熔断丝Fl与同步发电 机转轴励磁侧连接。4. 根据权利要求1-3任意一项所述的一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波滤波装置， 其特征在于：所述无源谐波滤波器还包括快速熔断丝F2,所述快速熔断丝F2、电感L 1和电 容C1串联。5. 根据权利要求1所述的一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波滤波装置，其特征在 于：所述电阻R取值为510欧姆。6. 根据权利要求1所述的一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波滤波装置，其特征在 于：所述电容C取值为10微法拉。
【专利摘要】本实用新型公开了一种滤除静止励磁高频轴电流的谐波滤波装置，包括电容C、电阻R和无源谐波滤波器，电容C、电阻R和无源谐波滤波器并联，电容C、电阻R和无源谐波滤波器并联电路的一端接地，另一端接同步发电机转轴励磁侧，同步发电机转轴驱动侧接地；无源谐波滤波器包括电感L1和电容C1，所述电感L1和电容C1串联。本实用新型不仅能有效抑制因同步发电机磁通不对称等机组自身结构原因引起的直流轴电压、低频轴电压以及静止励磁系统产生的高频轴电压，同时可有选择地滤除静止励磁系统输出共模电压某次谐波引起的同步发电机高频轴电流。
【IPC分类】H02M1/14
【公开号】CN204615630
【申请号】CN201520066086
【发明人】王宏华, 王成亮, 蒋一泉, 徐钢, 包玉树, 吴德才, 代佳佳
【申请人】国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏方天电力技术有限公司, 河海大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年1月29日