JP2000014197A - 同期発電機の同期化装置及びその同期投入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】２台の同期投入が行える同期発電機の同期化装
置を提供すること。 【解決手段】第１，第２の同期発電機に界磁電力を供給
する第１，第２の直流電源装置と、第１，第２の同期発
電機の出力電圧を検出し、該同期発電機の出力電圧を一
定に制御する第１，第２の自動電圧調整器と、第１の直
流電源装置と第１の自動電圧調整器並に第２の直流電源
装置と第２の自動電圧調整器を切替えて第１，第２の同
期発電機に接続する第１，第２の切替器と、第１の同期
発電機の界磁電流を検出する第１の電流検出手段と、第
１，第２の同期発電機の出力電流を検出する第２の電流
検出手段と、第１，第２の電流検出手段の検出量に基づ
いて第１，第２の切替器と第１，第２の直流電源装置の
出力を操作する機能を備えた制御装置とから構成されて
いるので、非同期投入時の過大な電流によるしゃ断器の
誤動作や発電設備内の各機器への衝撃をなくし、かつ同
期発電機の同期投入期間を短縮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２台の発電設備の
同期発電機間を同期投入する場合の同期発電機の同期化
装置及びその同期投入方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、病院やホテル等には非常用電源
設備として内燃力発電設備が設置されているが、信頼性
の問題から複数の内燃力発電設備が設置されている場合
が多い。また、このような非常用電源設備の運転操作
は、例えば、（１）発電開始指令を受けると、（２）原
動機の運転を開始し、（３）発電機の電圧を定格まで上
昇させ、（４）発電機間を同期投入して並列運転した
後、（５）負荷に接続するという順序で行われる。ま
た、従来は２台の発電設備の発電機間を同期投入し、並
列運転する方法として、強制同期投入方法や自動同期投
入方法が用いられてきた。

【０００３】図２は強制同期投入方法によって同期投入
が行われる従来の発電設備の回路構成図である。同図に
おいて、ガバナ１２，２２によって定格回転数で運転さ
れている原動機１１，２１は、同期発電機１０，２０を
定格回転数で回転させる。自動電圧調整器１５，２５は
それぞれ同期発電機１０，２０の出力電圧を検出して電
圧指令値と比較し、その偏差が零となるよう同期発電機
１０，２０の界磁電力を調整する。直流電源装置１４，
２４は同期発電機１０，２０に初期励磁電力を供給す
る。

【０００４】このような従来の発電設備において、同期
発電機１０，２０を同期投入するには、各同期発電機が
無負荷定格回転数で運転中に、２台の同期発電機の回転
数，電圧，位相のうち、回転数と電圧だけを一致させて
しゃ断器３１を閉じる。無負荷定格回転中は、原動機の
回転数はガバナによって速度指令と一致するように制御
され、発電機電圧は自動電圧調整器によって電圧指令と
一致するように制御される。しゃ断器３０を閉じた時、
同期発電機の位相が一致している場合は直ちに同期投入
は完了する。電圧の位相が異なっている場合は同期発電
機間に電流が流れ、同期化力が働き、位相が進んでいる
方の同期発電機は減速され、位相が遅れている方の同期
発電機は加速され、互いの位相が一致した時点で同期投
入は完了する。

【０００５】図３は、自動同期投入方法によって同期投
入が行われる従来の発電設備の回路構成図である。同図
において、同期発電機１０及び同期発電機２０を同期投
入するには、同期発電機１０及び同期発電機２０が無負
荷定格運転中に、自動同期投入装置３２に同期投入指令
を与えることによって行われる。

【０００６】自動同期投入装置３２は、同期投入指令が
与えられると、同期発電機１０と同期発電機２０の出力
電圧を検出し、両発電機電圧の電圧値が異なる場合は自
動電圧調整器２５に電圧増減指令を与えることで電圧値
を調整し、両同期発電機の電圧の周波数と位相が異なっ
ている場合は、ガバナ２２に速度増減指令を与えること
で周波数と位相を調整し、両同期発電機電圧の電圧値と
周波数と位相が一致した時点でしゃ断器３３を投入して
同期投入を完了する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】２台の発電設備を始動
し、同期発電機を同期投入して並列運転する場合におい
て、図２の従来例に示す強制同期投入方法を用いると、
同期発電機１０と同期発電機２０の出力電圧の大きさと
周波数のみ一致させ、任意の位相で同期投入するため、
発電機同士の位相が大きく異なる場合にしゃ断器３１を
閉じると、瞬間的に過大な突入電流が流れる。この突入
電流が著しい場合には保護用のしゃ断器の誤動作を引き
起こしたり、発電設備を構成する機器に大きな衝撃を与
えて破壊を招く可能性がある。

【０００８】一方、図３の自動同期投入装置を用いた自
動同期投入方法では、自動同期投入装置３２が同期発電
機１０と同期発電機２０の電圧と周波数と位相が一致し
た時点でしゃ断器３３を閉じて同期投入を行うため、図
２の強制同期投入方法のような過大な電流が流れる可能
性はない。しかし、自動同期投入装置による発電機電圧
の大きさ，周波数，位相の調整に時間を要し、発電設備
への始動開始信号から同期投入完了までに通常４０〜１
２０秒間もの制御時間を必要とする。したがって、例え
ば複数の内燃力発電設備を同期投入して緊急に負荷に電
力供給するような非常用発電設備において、速やかに始
動を完了し、非常照明電源として使用するような場合、
同期投入するまでの時間がかかり過ぎるという問題があ
った。

【０００９】本発明は、上記したような問題を解消する
ためになされたもので、その目的は、従来よりも短期間
で複数台の内燃力発電設備の同期投入を行えるようにす
るとともに機器の安全性を向上させる同期発電機の同期
化装置とその同期投入方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の同期発電機の同期化装置は、定
格回転数で回転し互いの出力端子を直接接続した第１の
同期発電機と第２の同期発電機と、前記第１の同期発電
機に界磁電力を供給する第１の直流電源装置と、前記第
２の同期発電機に界磁電力を供給する第２の直流電源装
置と、前記第１の同期発電機の出力電圧を検出すると共
に、該同期発電機の界磁電力を調整し，該同期発電機の
出力電圧を一定に制御する第１の自動電圧調整器と、前
記第２の同期発電機の出力電圧を検出すると共に、該同
期発電機の界磁電力を調整し，該同期発電機の出力電圧
を一定に制御する第２の自動電圧調整器と、前記第１の
直流電源装置と前記第１の自動電圧調整器を切替えて前
記第１の同期発電機に接続する第１の切替器と、前記第
２の直流電源装置と前記第２の自動電圧調整器を切替え
て前記第２の同期発電機に接続する第２の切替器と、前
記第１の同期発電機の界磁電流を検出する第１の電流検
出手段と、前記第１の同期発電機及び前記第２の同期発
電機の出力電流を検出する第２の電流検出手段と、前記
第１の電流検出手段の検出量と前記第２の電流検出手段
の検出量に基づいて、第１の開閉器及び第２の開閉器と
前記第１の直流電源装置及び前記第２の直流電源装置の
出力を操作する機能を備えた制御装置とから構成された
ことを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項２の同期発電機の同期投入
方法は、請求項１記載の同期発電機の同期化装置におい
て、前記制御装置が前記第１の切替器及び前記第２の切
替器を操作して、前記第１の同期発電機及び前記第２の
同期発電機にそれぞれ前記第１の直流電源装置及び前記
第２の直流電源装置を接続し、前記制御装置が前記第１
の直流電源の出力電圧を調整して徐々に前記第１の同期
発電機出力電圧を上昇させ、前記第１の電流検出手段に
よって検出される前記第１の同期発電機の励磁電流がお
よそ無負荷定格運転時の電流値となった後、前記第２の
直流電源装置の出力電圧を調整して前記第２の同期発電
機の励磁電流を徐々に上昇させ、前記第２の電流検出手
段によって検出される発電機の出力電流が微小となった
時点で、前記第１の切替器及び前記第２の切替器を操作
して前記第１の自動電圧調整器及び前記第２の自動電圧
調整器をそれぞれ前記第１の同期発電機及び前記第２の
同期発電機の界磁回路に接続することで２台の同期発電
機の同期投入を行うことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の一実施例（請求項１
対応）である同期発電機の同期化装置の回路構成図であ
る。

【００１３】同図に示すように、本実施例が既に説明し
た図３の従来の発電設備と相違する構成は、同期発電機
１０と同期発電機２０の出力端子がしゃ断器を介さずに
接続されている点と、同期発電機１０の界磁回路に接続
される装置を自動電圧調整器１５と直流電源装置１４の
どちらか一方に切替える開閉器１３と、同期発電機２０
の界磁回路に接続される装置を自動電圧調整器２５と直
流電源装置２４のどちらか一方を切替える開閉器２３
と、同期発電機１０の界磁電流を検出する変流器１６
と、同期発電機１０，２０の出力電流を検出する変流器
１７と、前記変流器１６と前記変流器１７が検出する電
流値を基に直流電源装置１４，２４の出力と前記開閉器
１３，１４を操作する制御装置１８を備えている点であ
り、その他の構成要素は同一であるので、同一部分には
同一符号を付して重複説明は省略する。

【００１４】次に、本実施例（請求項２対応）の同期投
入方法について説明する。同期発電機１０と同期発電機
２０の同期投入を行うには、まず原動機１１と原動機２
１により同期発電機１０と同期発電機２０をそれぞれ定
格回転数にて回転させる。次に制御装置１８により開閉
器１３を操作して直流電源装置１４を同期発電機１０の
界磁回路に接続するとともに開閉器２３を操作して直流
電源装置２４を同期発電機２０の界磁回路に接続する。
ついで、制御器１８により直流電源装置１４の出力電圧
を零から徐々に上昇させて同期発電機１０の出力電圧を
上昇させ、変流器１６によって検出される同期発電機１
０の界磁電流が凡そ無負荷定格運転時の電流値となった
後、直流電源装置２４の出力電圧を零から徐々に上昇さ
せて同期発電機２０の界磁電流を徐々に増加させ、変流
器１７によって検出される発電機出力電流が零に近づい
た時点で開閉器１３と開閉器２３を切替えて同期発電機
１０と同期発電機２０の界磁回路にそれぞれ自動電圧調
整器１５と自動電圧調整器２５を接続する。上記したよ
うな同期投入方法により、同期発電機１０と同期発電機
２０の同期投入が速やかに完了し、並列運転が開始され
る。

【００１５】以上説明した本実施例による同期投入方法
を用いることにより、定格回転数で回転している２台の
同期発電機の位相が異なっていても、両同期発電機の出
力端子間に流れる電流が同期化力として働き、位相の進
んでいる側の同期発電機に対しては発電機電流，遅れて
いる側の同期発電機に対しては電動機電流として作用
し、２台の同期発電機の位相を容易に一致させることが
できる。また、同期発電機出力端子間に流れる電流が零
に近づいた時点において両同期発電機はほぼ無負荷状態
となり、且つ両同期発電機のそれぞれの界磁電流はほぼ
定格界磁電流に保持されているため、自動電圧調整器１
５と自動電圧調整器２５をそれぞれ同期発電機１０と同
期発電機２０に接続しても過大な電圧変動を起こすこと
なく速やかに自動電圧制御状態に移行できる。

【００１６】このように同期投入の際に２台の同期発電
機の出力端子間に電流を流し、同期発電機同士の同期化
作用を利用することにより、速やかに同期投入を完了さ
せることができ、発電設備の始動開始から並列運転開始
までの時間を短縮することができる。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項１
及び請求項２対応）によれば、２台の発電設備の並列運
転において、非同期投入時の過大な電流によるしゃ断器
の誤動作や発電設備内の各機器への衝撃をなくし、且つ
同期発電機の同期投入期間を短縮することができ、同期
発電機始動開始から速やかに負荷へ電力を供給すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の回路構成図。

【図２】従来の同期投入方法の発電設備の回路構成図。

【図３】従来の他の同期投入方法の発電設備の回路構成
図。

【符号の説明】

１０，２０…同期発電機、１１，２１…原動機、１２，
２２…ガバナ、１３，２３…開閉器、１４，２４…直流
電源装置、１５，２５…自動電圧調整器、１６，１７…
変流器、３０，３１，３３…しゃ断器、３２…自動同期
投入装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 吉光 兵庫県姫路市網干区浜田1000番地 西芝電 機株式会社内 Ｆターム(参考） 5G066 HA02 HA04 HB01 5H590 AA30 AB02 CA07 CA21 CA28 CC01 CE02 DD01 DD64 EA01 EA07 EA14 EB02 EB07 EB21 FA01 FA06 GA02 HA04 HA05 HB03 JB18

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定格回転数で回転し互いの出力端子を直
   接接続した第１の同期発電機と第２の同期発電機と、前
   記第１の同期発電機に界磁電力を供給する第１の直流電
   源装置と、前記第２の同期発電機に界磁電力を供給する
   第２の直流電源装置と、前記第１の同期発電機の出力電
   圧を検出すると共に、該同期発電機の界磁電力を調整
   し，該同期発電機の出力電圧を一定に制御する第１の自
   動電圧調整器と、前記第２の同期発電機の出力電圧を検
   出すると共に、該同期発電機の界磁電力を調整し，該同
   期発電機の出力電圧を一定に制御する第２の自動電圧調
   整器と、前記第１の直流電源装置と前記第１の自動電圧
   調整器を切替えて前記第１の同期発電機に接続する第１
   の切替器と、前記第２の直流電源装置と前記第２の自動
   電圧調整器を切替えて前記第２の同期発電機に接続する
   第２の切替器と、前記第１の同期発電機の界磁電流を検
   出する第１の電流検出手段と、前記第１の同期発電機及
   び前記第２の同期発電機の出力電流を検出する第２の電
   流検出手段と、前記第１の電流検出手段の検出量と前記
   第２の電流検出手段の検出量に基づいて、第１の開閉器
   及び第２の開閉器と前記第１の直流電源装置及び前記第
   ２の直流電源装置の出力を操作する機能を備えた制御装
   置とから構成されたことを特徴とする同期発電機の同期
   化装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の同期発電機の同期化装置
   において、前記制御装置が前記第１の切替器及び前記第
   ２の切替器を操作して、前記第１の同期発電機及び前記
   第２の同期発電機にそれぞれ前記第１の直流電源装置及
   び前記第２の直流電源装置を接続し、前記制御装置が前
   記第１の直流電源の出力電圧を調整して徐々に前記第１
   の同期発電機出力電圧を上昇させ、前記第１の電流検出
   手段によって検出される前記第１の同期発電機の励磁電
   流がおよそ無負荷定格運転時の電流値となった後、前記
   第２の直流電源装置の出力電圧を調整して前記第２の同
   期発電機の励磁電流を徐々に上昇させ、前記第２の電流
   検出手段によって検出される発電機の出力電流が微小と
   なった時点で、前記第１の切替器及び前記第２の切替器
   を操作して前記第１の自動電圧調整器及び前記第２の自
   動電圧調整器をそれぞれ前記第１の同期発電機及び前記
   第２の同期発電機の界磁回路に接続することで２台の同
   期発電機の同期投入を行うことを特徴とする同期発電機
   の同期投入方法。