JP2000037057A - ガスタービン発電機のシェアピン保護装置 - Google Patents

ガスタービン発電機のシェアピン保護装置

Info

Publication number
JP2000037057A
JP2000037057A JP10201034A JP20103498A JP2000037057A JP 2000037057 A JP2000037057 A JP 2000037057A JP 10201034 A JP10201034 A JP 10201034A JP 20103498 A JP20103498 A JP 20103498A JP 2000037057 A JP2000037057 A JP 2000037057A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
generator
torque
output torque
shear pin
electrical output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10201034A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3899687B2 (ja
Inventor
Toshihisa Funahashi
俊久 舟橋
Nobutaka Takeuchi
伸貴 竹内
Haruo Sasaki
春生 佐々木
Teruhisa Iwasa
照久 岩佐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
Priority to JP20103498A priority Critical patent/JP3899687B2/ja
Publication of JP2000037057A publication Critical patent/JP2000037057A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3899687B2 publication Critical patent/JP3899687B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Protection Of Generators And Motors (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シェアピンの破断を予測し誤動作/誤不動作
を少なくした。 【解決手段】 発電機42の端子電圧および電流は変圧
器PTおよび変流器CTで検出してアナログ・ディジタ
ル変換器A/Dに入力され、ディジタル信号に変換され
る。このディジタル信号は、電気的出力トルク演算部1
1に供給され、この演算部11で電気的出力トルクを算
出する。演算部11で算出された電気的出力トルクと、
事故直前に算出された電気的出力トルクおよび発電機の
定数は、軸ねじりトルク演算部12に供給されて軸ねじ
りトルクが算出される。軸ねじりトルク演算部12で算
出された軸ねじりトルクは検出部13に供給される。検
出部13では、供給された軸ねじりトルクの検出値が一
定値以上になったときに、遮断指令を系統連系遮断器4
7に送出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガスタービン発
電機のシェアピン保護装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンを原動機とする発電機で
は、過負荷から原動機を保護するために減速機と発電機
との間にシェアピンが設けられている。図4はガスター
ビンを原動機とする発電機を使用した系統の構成図で、
図4において41はガスタービン、42は発電機で、ガ
スタービン41と発電機42との間には減速機43が設
けられ、減速機43と発電機42との間にはシェアピン
44が設けられている。このシェアピン44は、原動機
に過負荷がかかった場合に、原動機が破損しないための
保護装置であり、このシェアピン44にかかるトルク
が、一定の値に達すると破断するように設計されてい
る。
【0003】この臨界値は通常、発電機定格トルクの数
倍である。発電機42が連系されている電力系統45で
事故があり、発電機42の電気的出力トルクが急激に変
化すると発電機軸にねじりトルクが発生する。この軸ね
じりトルクが、発電機定格トルクの数倍に達し、このた
め、シェアピンが破断することがある。シェアピン44
が破断すると、これを修復するには長時間がかかり、そ
の間発電機の運転は不能となる。このため、適切なシェ
アピン保護機能、すなわち軸ねじりトルクが原動機を破
損させるには至らないが、シェアピンが破断するような
大きさであった場合にシェアピンを破断から保護する機
能が必要となる。
【0004】次に、文献等に開示された従来技術につい
て述べる。 従来技術−1 発電機の端子電圧と電流を変圧器と変流器から得て、こ
の電圧と電流をヒューズ動作指令検出装置に入力し、こ
こで、発電機の電気的出力トルクを求める。この求めら
れたトルクが所定値以上になったときにシェアピンの破
断を保護する必要がある。このため、発電機を系統から
高速に解列させるためにヒューズ遮断器を遮断させるよ
うにしている技術がある。(参考資料:論文「系統側の
電気的外乱によるガスタービン発電機のシェアピン保
護』H5電気学会B部門大会No.357」) 従来技術−2 発電機42の端子電圧と電流を変圧器PTと変流器CT
から得て、この電圧と電流をマイクロプロセッサ46に
入力し、ここで、発電機42の電気的出力トルクと事故
直前に算出された電気的出力トルクとの差が所定値以上
になったときに、シェアピンを破断から保護する必要が
ある。このため、発電機42を系統45から高速に解列
させるために系統連系遮断器47を遮断させるようにし
ている技術がある。(特願平7−271401号公報)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術には
次のような問題点がある。 従来技術−1の問題点 (1)シェアピンにかかるトルクは、軸ねじりトルクで
あるにもかかわらず、電気的出力トルクの検出値でシェ
アピン破断を予測しているため、正確な予測ができず誤
動作/誤不動作が起き易い。 (2)電気的出力トルクの算出過程で極めて複雑な計算
を行うため、演算部が複雑となる。
【0006】従来技術−2の問題点 (1)シェアピンにかかるトルクは、軸ねじりトルクで
あるが、電気的出力トルクと事故直前に算出された電気
的出力トルクとの差の検出値でシェアピン破断を予測し
ているため正確な予測ができず誤動作/誤不動作が起き
易い。 (2)電気的出力トルクの算出過程で事故点を発電機端
子近傍と仮定しているため、常に電気的出力トルクを実
際より大きめに見積もる傾向があり、誤動作が起き易
い。 (3)電気的出力トルクの算出過程で短絡や地絡事故を
判別する事故様相判別部を必要とするため演算部が複雑
となる。
【0007】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、シェアピンにかかるトルクを演算し、これにより
シェアピンの破断を予測することにより、誤動作/誤不
動作の少ないガスタービン発電機のシェアピン保護装置
を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を達成するために、 第1発明は、発電機の端子電圧お
よび電流を検出し、この検出信号をディジタル変換して
演算処理装置に入力し、演算処理装置で入力した信号を
処理して遮断指令を送出するガスタービン発電機のシェ
アピン保護装置において、前記演算処理装置は、入力さ
れた電圧値、入力された電流値および発電機の定数から
電気的出力トルクを算出する電気的出力トルク演算部
と、このトルク演算部で算出されたトルクと事故直前の
電気的出力トルクおよび発電機の定数から軸ねじりトル
クを算出する軸ねじりトルク演算部と、この軸ねじりト
ルク演算部で算出された軸ねじりトルクが供給され、こ
の軸ねじりトルクが一定値以上になったときに系統連系
遮断器へ遮断指令を送出する検出部とから構成されたこ
とを特徴とするものである。
【0009】第2発明は、演算処理装置は、マイクロプ
ロセッサから構成したことを特徴とするものである。
【0010】第3発明は、電気的出力トルク演算部への
入力を2相の電圧、電流としたことを特徴とするもので
ある、第4発明は、軸ねじりトルク演算部を、原動機、
発電機からなる二元連立微分方程式を一元に縮約した微
分方程式を解くための一つの積分演算部のみにより構成
したことを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。まず、この発明の実施の形態を述
べる前に、図2により、2つの質量で表現したガスター
ビン発電機ロータについて述べる。図2において、ガス
タービン発電機のロータは、バネで接続された複数の質
量と考えることができるので、ニュートンの法則により
次式(1)、(2)が成り立つ。
【0012】
【数1】
【0013】(1)式、(2)式において、J1,J2
回転体の質量、T1,T2は回転体へ与えられるトルク、
12は軸トルク、δ1、δ2は機械的位相角である。
【0014】外から与えられるトルクは次の(3)式、
(4)式になる。 T1=Tm ……(3) T2=−Te ……(4) ここで、Tmは機械的入力トルク、Teは電気的出力トル
クである。
【0015】また、軸トルクT12は次の(5)式で表さ
れる。 T12=K12(δ2−δ1) ……(5) ただし、K12はばね定数である。
【0016】上記(1)式から(5)式は、次式(6
a),(6b)式のようにまとめることができる。
【0017】
【数2】
【0018】なお、電気的出力トルクは次式(7)式で
表すことができる。 Te(t)=va(t)ia(t)+vb(t)ib+vc(t)ic(t) ……(7) ただし、 va,vb,vc:発電機端子電圧 ia、ib、ic:発電機端子電流 事故発生から数サイクル以内では、ガバナなどの影響は
無視できるので、機械的入力トルクは一定であり、その
値は、事故直前の値に等しいと考えることができる。ま
た、事故発生前は定常状態であるので、機械的入力トル
クと電気的出力トルクの値は等しい。よって、事故直前
の電気的出力トルクをもって事故後の機械的入力トルク
を近似することができる。
【0019】Tm=Tm0=Te0 ……(8) ただし、 Tm0:事故直前の機械的入力トルク Te0:事故直前の電気的出力トルク なお、図3は、電気的出力トルクと軸ねじりトルクの特
性図である。
【0020】ここで、この発明の実施の第1形態を図1
により説明するに、図4と同一部分は同一符号を付して
述べる。図1において、発電機42の端子電圧および電
流は変圧器PTおよび変流器CTで検出してアナログ・
ディジタル変換器A/Dに入力され、ディジタル信号に
変換される。このディジタル信号は、電気的出力トルク
演算部11に供給され、この演算部11で前記(7)式
によって電気的出力トルクを算出する。
【0021】(7)式は近似式であり、ここでは発電機
の回転速度が事故前と変わらず一定であると仮定してい
るが、一般に発電機の電気的出力トルクの最大値は事故
発生から数サイクル以内で発生し、シェアピンの破断の
予測には、この最大値が対象となるので、発電機の回転
速度の変化は無視することができる。また、(7)式で
は、電機子の抵抗による損失を考慮していないが、電機
子の抵抗は小さいので、これを無視しても差し支えな
い。
【0022】電気的出力トルク演算部11により演算に
よって算出されたトルクと、事故直前に算出された電気
的出力トルク((8)式参照)および発電機の定数は、
軸ねじりトルク演算部12に供給され、この演算部12
で前記(5)式、(6a)および(6b)式によって軸
ねじりトルクが算出される。算出された軸ねじりトルク
は、検出部13に供給され、供給されたトルクの値が一
定値以上のときに、遮断指令を系統連系遮断器47に送
出する。なお、上記(5)式、(6a)および(6b)
式は近似式であり、ここでは、摩擦など発電機機械系の
損失は無視している。上記の理由で軸トルクの最大値
は、事故発生から数サイクル以内で発生し、シェアピン
の破断の予測には、この最大値が対象となるので、発電
機機械系の損失は無視することができる。
【0023】上記図1に示すように構成することによ
り、発電機42の軸ねじりトルクが発電機42の定格出
力に対するトルクの数倍になるような電気的外乱、すな
わち系統事故が発生すると、発電機42の三相分の端子
電圧、電流から演算部11で演算して、系統事故時の発
電機42の電気的出力トルクを求める。求められたこの
値と、あらかじめ求められていた事故直前のトルクとを
演算部12で演算して軸ねじりトルクを求める。このよ
うにして求めたトルク検出値を検出部13に入力して、
その検出値が一定値以上になったときに遮断指令を系統
連系遮断器47へ与えて、発電機42を系統から解列
し、シェアピン44を破断から保護する。
【0024】次に、この発明の実施の第2形態について
述べる。図1、図2において、発電機42が接地されて
いない場合、あるいは高抵抗で接地されている場合に
は、前記(7)式を次式(9)式のように簡略化するこ
とができる。発電機42の中性点が接地されていない
か、高抵抗で接地されている場合には、次式(9)式が
成り立つ。
【0025】 ia(t)+ib(t)+ic(t)=0 ……(9) ∴ib(t)=-ia(t)-ic(t) ……(10) この(10)式を(7)式に代入すると、次式(11)
式が得られる。 Te(t)=va(t)ia(t)+vb(t){-ia(t)-ic(t)}+vc(t)ic(t) ={va(t)-vb(t)}ia(t)-{vb(t)-vc(t)}ic(t) =vab(t)ia(t)-vbc(t)ic(t) ……(11) 電気的出力トルク演算部11で(7)式の替わりに、上
記(11)式を用いることにより、3台の変圧器PT,
変流器CTを、それぞれ2台に削減することができるよ
うになる。
【0026】次に、この発明の実施の第3形態について
述べる。前記(6a)式、(6b)式の二元連立微分方
程式を、ひとつの微分方程式に縮約することができる。
すなわち、(6a)式/J1−(6b)式/J2より次式
(12)式が得られる。
【0027】
【数3】
【0028】この微分方程式は容易に解くことができ、
軸ねじりトルク演算部12は一つの積分演算部で構成す
ることができるようになる。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
シェアピンにかかる軸トルクを演算し、これによりシェ
アピンの破断を予測するため、保護装置の誤動作/誤不
動作がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態を示す構成説明図。
【図2】実施の形態の補足説明用のガスタービン発電機
ロータを示す原理説明図。
【図3】実施の形態の補足説明用の電気的出力トルクと
軸ねじりトルクの特性図。
【図4】従来例を示す構成説明図。
【符号の説明】
11…電気的出力トルク演算部 12…軸ねじりトルク演算部 13…検出部 41…ガスタービン 42…発電機 43…減速機 44…シェアピン 45…電力系統 46…マイクロプロセッサ 47…系統連系遮断器 PT…変圧器 CT…変流器 A/D…アナログ・ディジタル変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 春生 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内 (72)発明者 岩佐 照久 東京都品川区大崎2丁目1番17号 株式会 社明電舎内 Fターム(参考) 5G044 AA01 AA03 AC01 AD01 BA10 5H607 AA01 BB02 CC07 FF30 HH02 HH05

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電機の端子電圧および電流を検出し、
    この検出信号をディジタル変換して演算処理装置に入力
    し、演算処理装置で入力した信号を処理して遮断指令を
    送出するガスタービン発電機のシェアピン保護装置にお
    いて、 前記演算処理装置は、入力された電圧値、入力された電
    流値および発電機の定数から電気的出力トルクを算出す
    る電気的出力トルク演算部と、このトルク演算部で算出
    されたトルクと事故直前の電気的出力トルクおよび発電
    機の定数から軸ねじりトルクを算出する軸ねじりトルク
    演算部と、この軸ねじりトルク演算部で算出された軸ね
    じりトルクが供給され、この軸ねじりトルクが一定値以
    上になったときに系統連系遮断器へ遮断指令を送出する
    検出部とから構成されたことを特徴とするガスタービン
    発電機のシェアピン保護装置。
  2. 【請求項2】 前記演算処理装置は、マイクロプロセッ
    サから構成したことを特徴とする請求項1記載のガスタ
    ービン発電機のシェアピン保護装置。
  3. 【請求項3】 前記電気的出力トルク演算部への入力を
    2相の電圧値および電流値としたことを特徴とする請求
    項1また2記載のガスタービン発電機のシェアピン保護
    装置。
  4. 【請求項4】 前記軸ねじりトルク演算部を、原動機、
    発電機からなる二元連立微分方程式を一元に縮約した微
    分方程式を解くための一つの積分演算部のみにより構成
    したことを特徴とする請求項1から3記載のガスタービ
    ン発電機のシェアピン保護装置。
JP20103498A 1998-07-16 1998-07-16 ガスタービン発電機のシェアピン保護装置 Expired - Fee Related JP3899687B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20103498A JP3899687B2 (ja) 1998-07-16 1998-07-16 ガスタービン発電機のシェアピン保護装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20103498A JP3899687B2 (ja) 1998-07-16 1998-07-16 ガスタービン発電機のシェアピン保護装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000037057A true JP2000037057A (ja) 2000-02-02
JP3899687B2 JP3899687B2 (ja) 2007-03-28

Family

ID=16434348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP20103498A Expired - Fee Related JP3899687B2 (ja) 1998-07-16 1998-07-16 ガスタービン発電機のシェアピン保護装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3899687B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1310419C (zh) * 2003-01-29 2007-04-11 株式会社电装 车辆发电机的扭矩计算单元
KR100806178B1 (ko) 2005-01-25 2008-02-25 가부시키가이샤 덴소 발전토크 산출/제어를 위한 방법 및 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1310419C (zh) * 2003-01-29 2007-04-11 株式会社电装 车辆发电机的扭矩计算单元
KR100806178B1 (ko) 2005-01-25 2008-02-25 가부시키가이샤 덴소 발전토크 산출/제어를 위한 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP3899687B2 (ja) 2007-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2908148A2 (en) Rectifier diode fault detection in brushless exciters
EP1929602B1 (en) Method and system for fault detection in electrical power devices
EP2562926B1 (en) Fault clearing method for permanent magnet machines
EP2808996B1 (en) Voltage-controlled DC link for variable frequency generator excitation
US4488198A (en) Protective circuit for clutchless parallel generating system
JPH11308757A (ja) 電力系統の監視制御装置
US5715124A (en) System and method of isolation for detecting a passive protective function failure for an electric power generating system
US5400205A (en) Breaker fail-safe system for a multi-channel electric power generating system
JP2000037057A (ja) ガスタービン発電機のシェアピン保護装置
US4661877A (en) Transformer protective relay
JP4352267B2 (ja) 発電機主回路のディジタル保護継電システム
JP4272171B2 (ja) 電力系統運用方法
JPWO2004042883A1 (ja) 保護継電器
JPS5921234A (ja) 電動発電機の並行運転自動解列装置
JP2890373B2 (ja) コージェネレーション用ヒューズの動作指令装置
JP3899686B2 (ja) ガスタービン発電機の軸トルク監視装置
KR102467410B1 (ko) 권선형 유도전동기의 2차측 감시장치
CA1140989A (en) Protective circuit for clutchless parallel generating system
JPS6117222B2 (ja)
JPH10112931A (ja) ガスタービン用高速限流遮断装置
JP3409694B2 (ja) 方向短絡継電装置
JP3537629B2 (ja) クロスコンパウンド形タービン発電機の横流保護装置
JP3237018B2 (ja) 同期調相機の保護装置
Shanku et al. Graphical method for estimating impact of distance line protection into electric power system stability
RU2162270C2 (ru) Способ автоматического предотвращения асинхронного режима в энергосистеме

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040823

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060222

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060307

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060421

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20061205

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061218

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees