JP2010051119A - 水力発電機絶縁回復装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】作業員が現地に出向いて乾燥運転を実施しなくても停止中の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁を回復させることができる水力発電機絶縁回復装置を提供する。
【解決手段】水力発電機絶縁回復装置は、第1および第2の水力発電機11,12の発電機界磁回路の絶縁低下を検出するための第1および第2の界磁地絡継電器51,52と、第1の水力発電機11に設置された第1の排気ダクト21と第2の水力発電機12に設置された第2の排気ダクト22とを連通する箇所に設けられた絶縁回復用ダンパー20と、第2の界磁地絡継電器52によって停止中の第2の水力発電機12の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されると絶縁回復用ダンパー20を開いて、運転中の第1の水力発電機11によって温められた空気を第2の水力発電機12に供給するための絶縁回復用ダンパー制御回路10とを具備する。
【選択図】図1

Description

本発明は、水力発電機絶縁回復装置に関し、特に、停止中の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁を回復するのに好適な水力発電機絶縁回復装置に関する。
従来、運転中の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁が低下した場合には、水力発電機の界磁巻線の正極側と接地との間に接続された界磁地絡継電器(たとえば、下記の特許文献1参照)によって閉塞継電器を動作させることにより、水力発電機を停止させている。
たとえば、図4に示すように第1および第2の水力発電機11,12のうち第1の水力発電機11(先行機)のみを運転している場合には、同図に実線の矢印で示すように発電機励磁回路4から第1の水力発電機11の第1の界磁巻線1a1に第1の励磁電流I1を供給している。また、停止中の第2の水力発電機12(後行機)の第2の界磁巻線1a2には同図に波線の矢印で示すように発電機励磁回路4から第2の励磁電流I2を供給しないようにしている。
運転中の第1の水力発電機11の発電機界磁回路の絶縁が低下した場合には、第1の界磁巻線1a1の正極側と接地との間に接続された第1の界磁地絡継電器51に整定値以上の事故電流が入力されるため、第1の界磁地絡継電器51が動作して第1の事故発生通知信号S1を第1の閉塞継電器61に出力する。
第1の閉塞継電器61は、第1の事故発生通知信号S1が第1の界磁地絡継電器51から入力されると、第1の水力発電機11を停止するように指示する第1の停止指示信号を発電機励磁回路4に出力する。
発電機励磁回路4は、第1の停止指示信号が第1の閉塞継電器61から入力されると、第1の励磁電流I1の第1の界磁巻線1a1への供給を中止する。これにより、第1の水力発電機11は停止する。
また、第1および第2の水力発電機11,12の運転に伴う発電機室内の高温化を防ぐために、図5(a),(b)に示すように第1および第2の水力発電機11,12に第1および第2の排気ダクト21,22をそれぞれ設置して、第1の水力発電機11の運転中には第1の排気ダクト21内に設けられた第1の排気ダンパー31を図5(a)に白抜きで示すように開いて第1の水力発電機11によって温められた空気を発電機室外に排気し、第2の水力発電機12の運転中には第2の排気ダクト22内に設けられた第2の排気ダンパー32を図5(b)に白抜きで示すように開いて第2の水力発電機12によって温められた空気を発電機室外に排気している。
なお、下記の特許文献2には、水車発電機の休止中に発電機風道の気密をより高めて発電機風道内を乾燥空気の雰囲気に保つために、上部保護カバー上の吸気口にそれぞれ吸気口閉止装置が設けられ、吸気口閉止装置が吸気口の開口部を塞ぐカバーと枢軸として働くヒンジと手で扱うための取っ手とからなり、水車発電機の休止中に各カバーを閉じてヒータで空気を加熱することにより発電機風道内を乾燥空気の雰囲気に保持するようにした水車発電機の吸湿防止装置が開示されている。
また、下記の特許文献3には、蒸気タービンがトリップしてもガスタービンをトリップさせることなく連続してプラントを運転することのできるように、蒸気タービンの回転体とガスタービンの回転体との間に回転体の切放しおよび結合を可能とする、かつ、動力伝達装置制御装置によって制御される動力伝達装置が設けられているとともに、ガスタービンの排気経路を切り換えるための排熱回収ボイラバイパスダクトおよびガスダンパーが配設されており、ガスダンパーの動作がダンパー制御装置によって制御されるガスタービン運転継続装置が開示されている。
特開平10−38953号公報 特開2001−165028号公報 特開平9−21303号公報
上述したように運転中の第1の水力発電機11の発電機界磁回路の絶縁が低下した場合には第1の水力発電機11を自動停止させることができるが、停止中の第2の水力発電機12が発電機室内の湿度の上昇によって吸湿し発電機界磁回路の絶縁低下が生じた場合には、第2の水力発電機12の第2の界磁巻線1a2には発電機励磁回路4から第2の励磁電流I2が供給されていないため、第2の界磁巻線1a2の正極側と接地との間に接続された第2の界磁地絡継電器52は動作しない(図4参照)。
その結果、第2の水力発電機12の運転開始時に第2の水力発電機12の第2の界磁巻線1a2に発電機励磁回路4から第2の励磁電流I2を供給して始めて、上述した第1の界磁地絡継電器51と同様にして第2の界磁地絡継電器52が動作して第2の事故発生通知信号S2を第2の閉塞継電器62に出力し、第2の閉塞継電器62が第2の水力発電機12を停止するように指示する第2の停止指示信号を発電機励磁回路4に出力する。これにより、発電機励磁回路4が第2の励磁電流I2の第2の界磁巻線1a2への供給を中止して、第2の水力発電機12を停止する。
また、このときに警報が発せられるので、作業員が現地に出向いて、第2の水力発電機12の発電機界磁回路の絶縁を回復させるための乾燥運転(無負荷無励磁運転)を実施している。
なお、停止中の第2の水力発電機12の発電機界磁回路の絶縁低下を防止するために、図6に示すように第1の排気ダクト21と第2の排気ダクト22とを連通させて、運転中の第1の水力発電機11によって温められた空気(高温で乾燥した空気)を第2の水力発電機12に供給して第2の水力発電機12を常に乾燥させておくことも考えられる。
しかし、この場合には、高温で乾燥した空気が発電機室内を循環して発電機室の室温が上昇するため、第1および第2の水力発電機11,12の軸受けの温度が上昇して第1および第2の水力発電機11,12の軸受けメタルが焼損したり第1および第2の水力発電機11,12の寿命が低下したりするおそれがあるという問題がある。
本発明の目的は、作業員が現地に出向いて乾燥運転を実施しなくても停止中の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁を回復させることができる水力発電機絶縁回復装置を提供することにある。
本発明の水力発電機絶縁回復装置は、第1および第2の水力発電機(11,12)のうち該第1の水力発電機が運転中であるとともに該第2の水力発電機が停止中である場合に該第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が生じた際に該第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁を回復するための水力発電機絶縁回復装置であって、前記第1および第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下を検出するための絶縁低下検出手段と、前記第1の水力発電機に設置された第1の排気ダクト(21)と前記第2の水力発電機に設置された第2の排気ダクト(22)とを連通する箇所に設けられた絶縁回復用ダンパー(20)と、前記絶縁低下検出手段によって停止中の前記第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されると前記絶縁回復用ダンパーを開いて、運転中の前記第1の水力発電機によって温められた空気を前記第1の排気ダクト、該絶縁回復用ダンパーおよび前記第2の排気ダクトを通して該第2の水力発電機に供給するための絶縁回復用ダンパー制御回路(10)とを具備することを特徴とする。
ここで、前記絶縁低下検出手段が、運転中の前記第1の水力発電機の第1の界磁巻線(1a1)に第1の励磁電流(I1)を供給するとともに停止中の前記第2の水力発電機の第2の界磁巻線(1a2)にも第2の励磁電流(I2)を供給する発電機励磁回路(4’)と、前記第1の水力発電機の前記第1の界磁巻線に接続された第1の界磁地絡継電器(51)および前記第2の水力発電機の前記第2の界磁巻線に接続された第2の界磁地絡継電器(52)とを備え、前記絶縁回復用ダンパー制御回路が、前記第2の界磁地絡継電器によって停止中の前記第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されると、前記絶縁回復用ダンパーを開くための制御信号(VCON)を該絶縁回復用ダンパーに出力してもよい。
前記第1の界磁地絡継電器によって運転中の前記第1の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されても、前記絶縁回復用ダンパー制御回路が前記制御信号を前記絶縁回復用ダンパーに出力しなくてもよい。
前記第2の界磁地絡継電器によって停止中の前記第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されても、前記発電機励磁回路が該第2の水力発電機の前記第2の界磁巻線に前記第2の励磁電流を供給し続けてもよい。
前記第1の界磁地絡継電器によって運転中の前記第1の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されると、前記発電機励磁回路が該第1の水力発電機の前記第1の界磁巻線への前記第1の励磁電流の供給を中止して、該第1の水力発電機を緊急停止させてもよい。
本発明の水力発電機絶縁回復装置は、停止中の第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁が低下しても運転中の第1の水力発電機によって温められた空気で第2の水力発電機を乾燥させることができるので、作業員が現地に出向いて乾燥運転を実施しなくても停止中の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁を回復させることができるという効果を奏する。
上記の目的を、第1の水力発電機に設置された第1の排気ダクトと第2の水力発電機に設置された第2の排気ダクトとを連通する箇所に絶縁回復用ダンパーを設け、停止中の第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されると絶縁回復用ダンパーを開いて運転中の第1の水力発電機によって温められた空気を第1の排気ダクト、絶縁回復用ダンパーおよび第2の排気ダクトを通して第2の水力発電機に供給することにより実現した。
以下、本発明の水力発電機絶縁回復装置の実施例について図面を参照して説明する。
本発明の水力発電機絶縁回復装置は、以下に示す2つの点を特徴とする。
(1)停止中の水力発電機の界磁巻線にも発電機励磁回路から励磁電流を供給しておき、停止中の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下を界磁地絡継電器によって監視できるようにする。
(2)絶縁回復用ダンパーを介して2つの排気ダクトを連通させておき、停止中の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が界磁地絡継電器によって検出されると、絶縁回復用ダンパーを開くことにより、運転中の水力発電機によって温められた空気(高温で乾燥した空気)を停止中の水力発電機に供給して停止中の水力発電機を乾燥させる。
これを実現するため、本発明の一実施例による水力発電機絶縁回復装置は、図1に示す絶縁回復用ダンパー制御回路10と、図3(a),(b)に示す絶縁回復用ダンパー20とを具備する。
また、図1に示す発電機励磁回路4’は、以下に示す2つの点で図4に示した発電機励磁回路4と相違する。
(1)第1および第2の水力発電機11,12が停止中でも第1および第2の励磁電流I1,I2を第1および第2の界磁巻線1a1,1a2に供給する。なお、停止中の第1および第2の水力発電機11,12の第1および第2の界磁巻線1a1,1a2に第1および第2の励磁電流I1,I2を供給しても、第1および第2の水力発電機11,12が備える第1および第2の水車(不図示)に水が流されない限り第1および第2の水力発電機11,12は発電しない。
(2)第1の運転中通知信号T1(第1の水力発電機11が運転中であるとハイレベルの信号)と第2の運転中通知信号T2(第2の水力発電機12が運転中であるとハイレベルの信号)とを絶縁回復用ダンパー制御回路10に出力する。
絶縁回復用ダンパー20は、図3(a),(b)に示すように、第1の排気ダクト21と第2の排気ダクト22とを連通する箇所に設けられており、絶縁回復用ダンパー制御回路10によって開閉制御される。
絶縁回復用ダンパー制御回路10は、停止中の第1の水力発電機11に接続されている第1の界磁地絡継電器51から第1の事故発生通知信号S1が入力されると、絶縁回復用ダンパー20を開くための制御信号VCONを絶縁回復用ダンパー20に出力するとともに、停止中の第2の水力発電機12に接続されている第2の界磁地絡継電器52から第2の事故発生通知信号S2が入力されると、絶縁回復用ダンパー20を開くための制御信号VCONを絶縁回復用ダンパー20に出力する。
このため、絶縁回復用ダンパー制御回路10は、図2に示すように、第1の界磁地絡継電器51から入力される第1の事故発生通知信号S1と発電機励磁回路4’から入力される第1の運転中通知信号T1の極性を反転した信号との論理積をとる第1の論理積回路111と、第2の界磁地絡継電器52から入力される第2の事故発生通知信号S2と発電機励磁回路4’から入力される第2の運転中通知信号T2の極性を反転した信号との論理積をとる第2の論理積回路112と、第1の論理積回路111の出力信号と第2の論理積回路112の出力信号との論理和をとる論理和回路12とを備える。ここで、制御信号VCONは論理和回路12から出力される。
次に、第1の水力発電機11が運転中で第2の水力発電機12が停止中である場合に停止中の第2の水力発電機12の発電機界磁回路が絶縁低下したときの本実施例による水力発電機絶縁回復装置の動作について説明する。
第1および第2の水力発電機11,12の発電機界磁回路の絶縁が低下していない場合には、ロウレベルの第1および第2の事故発生通知信号S1,S2が第1および第2の界磁地絡継電器51,52から絶縁回復用ダンパー制御回路10に出力されているため、絶縁回復用ダンパー制御回路10の第1および第2の論理積回路111,112にはロウレベルの第1および第2の事故発生通知信号S1,S2がそれぞれ入力されているので、第1および第2の論理積回路111,112の出力信号は共にロウレベルとなっている。
その結果、絶縁回復用ダンパー制御回路10の論理和回路12には第1および第2の論理積回路111,112のロウレベルの出力信号が入力されているため、論理和回路12から絶縁回復用ダンパー20に出力される制御信号VCONはロウレベルとなっているので、絶縁回復用ダンパー20は図3(a)に黒塗りで示すように閉じられている。
なお、第1の水力発電機11は運転中であるため、ハイレベルの第1の運転中通知信号T1が発電機励磁回路4’から絶縁回復用ダンパー制御回路10に出力されている。また、第2の水力発電機12は停止中であるため、ロウレベルの第2の運転中通知信号T2が発電機励磁回路4’から絶縁回復用ダンパー制御回路10に出力されている。
このような状態で、停止中の第2の水力発電機12の発電機界磁回路が絶縁低下すると、第2の界磁巻線1a2の正極側と接地との間に接続された第2の界磁地絡継電器52に整定値以上の事故電流が入力されるために第2の界磁地絡継電器52が動作して、ハイレベルの第2の事故発生通知信号S2が第2の界磁地絡継電器52から第2の閉塞継電器62および絶縁回復用ダンパー制御回路10に出力される。
第2の閉塞継電器62は、ハイレベルの第2の事故発生通知信号S2が第2の界磁地絡継電器52から入力されると、第2の水力発電機12を停止するように指示するハイレベルの第2の停止指示信号を発電機励磁回路4’に出力する。しかし、発電機励磁回路4’は、ハイレベルの第2の停止指示信号が第2の閉塞継電器62から入力されても第2の励磁電流I2を第2の界磁巻線1a2へ供給し続ける。
また、絶縁回復用ダンパー制御回路10では、ハイレベルの第2の事故発生通知信号S2が第2の界磁地絡継電器52から入力されると、ハイレベルの第2の事故発生通知信号S2とロウレベルの第2の運転中通知信号T2とが第2の論理積回路112に入力されるため、第2の論理積回路112の出力信号はロウレベルからハイレベルとなる。
その結果、絶縁回復用ダンパー制御回路10の論理和回路12には第2の論理積回路112からハイレベルの出力信号が入力されるため、論理和回路12から絶縁回復用ダンパー20に出力される制御信号VCONはロウレベルからハイレベルとなるので、絶縁回復用ダンパー20は図3(b)に白抜きで示すように開かれる。
これにより、運転中の第1の水力発電機11によって温められた空気(高温で乾燥した空気)が第1の排気ダクト21,絶縁回復用ダンパー20および第2の排気ダクト22を通って第2の水力発電機12に供給されるため、第2の水力発電機12が乾燥される。
その後、第2の水力発電機12の発電機界磁回路の絶縁状態が回復すると、第2の界磁地絡継電器52には整定値よりも小さい電流が入力されるために第2の界磁地絡継電器52は不動作となり、第2の事故発生通知信号S2はハイレベルからロウレベルとなる。
その結果、絶縁回復用ダンパー制御回路10の第2の論理積回路112に入力される第2の事故発生通知信号S2はハイレベルからロウレベルとなるため、第2の論理積回路112の出力信号はハイレベルからロウレベルとなる。
これにより、絶縁回復用ダンパー制御回路10の論理和回路12に入力される第1および第2の論理積回路111,112の出力信号は共にロウレベルとなるため、論理和回路12から絶縁回復用ダンパー20に出力される制御信号VCONはハイレベルからロウレベルとなるので、絶縁回復用ダンパー20は図3(a)に黒塗りで示すように閉じられる。
なお、運転中の第1の水力発電機11の発電機界磁回路が絶縁低下した場合には、第1の界磁巻線1a1の正極側と接地との間に接続された第1の界磁地絡継電器51に整定値以上の事故電流が入力されるために第1の界磁地絡継電器51が動作して、ハイレベルの第1の事故発生通知信号S1が第1の界磁地絡継電器51から第1の閉塞継電器61および絶縁回復用ダンパー制御回路10に出力される。
第1の閉塞継電器61は、ハイレベルの第1の事故発生通知信号S1が第1の界磁地絡継電器51から入力されると、第1の水力発電機11を停止するように指示するハイレベルの第1の停止指示信号を発電機励磁回路4’に出力する。発電機励磁回路4’は、ハイレベルの第1の停止指示信号が第1の閉塞継電器61から入力されると、第1の励磁電流I1の第1の界磁巻線1a1への供給を中止して、運転中の第1の水力発電機11を緊急停止させる。
第1の励磁電流I1の第1の界磁巻線1a1への供給が中止されると、第1の界磁地絡継電器51には整定値よりも小さい電流が入力されるために第1の界磁地絡継電器51は不動作となり、第1の事故発生通知信号S1はハイレベルからロウレベルとなる。また、運転中の第1の水力発電機11が緊急停止させられると、第1の運転中通知信号T1はハイレベルからロウレベルとなる。
その結果、絶縁回復用ダンパー制御回路10の第1の論理積回路111に入力される第1の運転中通知信号T1はハイレベルからロウレベルとなるが、第1の論理積回路111に入力される第1の事故発生通知信号S1はハイレベルからロウレベルとなるため、第1の論理積回路111の出力信号はロウレベルのままとなる。
これにより、絶縁回復用ダンパー制御回路10の論理和回路12に入力される第1および第2の論理積回路111,112の出力信号は共にロウレベルのままとなるため、論理和回路12から絶縁回復用ダンパー20に出力される制御信号VCONはロウレベルのままとなるので、絶縁回復用ダンパー20は図3(a)に黒塗りで示すように閉じられたままとなる。
本発明の一実施例による水力発電機絶縁回復装置について説明するための図である。 図1に示した絶縁回復用ダンパー制御回路10の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例による水力発電機絶縁回復装置が具備する絶縁回復用ダンパー20について説明するための図であり、(a)は絶縁回復用ダンパー20が閉じられている状態を示す図であり、(b)は絶縁回復用ダンパー20が開かれている状態を示す図である。 運転中の第1の水力発電機11の発電機界磁回路の絶縁が低下した場合に第1の水力発電機11を自動停止させる従来の方法について説明するための図である。 第1および第2の水力発電機11,12の運転に伴う発電機室内の高温化を防ぐために設けられている従来の第1および第2の排気ダクト21,22の構成を示す図である。 停止中の第2の水力発電機12の発電機界磁回路の絶縁低下を防止するために第1の排気ダクト21と第2の排気ダクト22とを連通させた状態を示す図である。
符号の説明
1,12 第1および第2の水力発電機
a1,1a2 第1および第2の界磁巻線
1,22 第1および第2の排気ダクト
1,32 第1および第2の排気ダンパー
4、4’ 発電機励磁回路
1,52 第1および第2の界磁地絡継電器
1,62 第1および第2の閉塞継電器
10 絶縁回復用ダンパー制御回路
111,112 第1および第2の論理積回路
12 論理和回路
20 絶縁回復用ダンパー
1,I2 第1および第2の励磁電流
1,S2 第1および第2の事故発生通知信号
1,T2 第1および第2の運転中通知信号
CON 制御信号

Claims (5)

  1. 第1および第2の水力発電機(11,12)のうち該第1の水力発電機が運転中であるとともに該第2の水力発電機が停止中である場合に該第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が生じた際に該第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁を回復するための水力発電機絶縁回復装置であって、
    前記第1および第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下を検出するための絶縁低下検出手段と、
    前記第1の水力発電機に設置された第1の排気ダクト(21)と前記第2の水力発電機に設置された第2の排気ダクト(22)とを連通する箇所に設けられた絶縁回復用ダンパー(20)と、
    前記絶縁低下検出手段によって停止中の前記第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されると前記絶縁回復用ダンパーを開いて、運転中の前記第1の水力発電機によって温められた空気を前記第1の排気ダクト、該絶縁回復用ダンパーおよび前記第2の排気ダクトを通して該第2の水力発電機に供給するための絶縁回復用ダンパー制御回路(10)と、
    を具備することを特徴とする、水力発電機絶縁回復装置。
  2. 前記絶縁低下検出手段が、
    運転中の前記第1の水力発電機の第1の界磁巻線(1a1)に第1の励磁電流(I1)を供給するとともに停止中の前記第2の水力発電機の第2の界磁巻線(1a2)にも第2の励磁電流(I2)を供給する発電機励磁回路(4’)と、
    前記第1の水力発電機の前記第1の界磁巻線に接続された第1の界磁地絡継電器(51)および前記第2の水力発電機の前記第2の界磁巻線に接続された第2の界磁地絡継電器(52)とを備え、
    前記絶縁回復用ダンパー制御回路が、前記第2の界磁地絡継電器によって停止中の前記第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されると、前記絶縁回復用ダンパーを開くための制御信号(VCON)を該絶縁回復用ダンパーに出力する、
    ことを特徴とする、請求項1記載の水力発電機絶縁回復装置。
  3. 前記第1の界磁地絡継電器によって運転中の前記第1の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されても、前記絶縁回復用ダンパー制御回路が前記制御信号を前記絶縁回復用ダンパーに出力しないことを特徴とする、請求項2記載の水力発電機絶縁回復装置。
  4. 前記第2の界磁地絡継電器によって停止中の前記第2の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されても、前記発電機励磁回路が該第2の水力発電機の前記第2の界磁巻線に前記第2の励磁電流を供給し続けることを特徴とする、請求項2または3記載の水力発電機絶縁回復装置。
  5. 前記第1の界磁地絡継電器によって運転中の前記第1の水力発電機の発電機界磁回路の絶縁低下が検出されると、前記発電機励磁回路が該第1の水力発電機の前記第1の界磁巻線への前記第1の励磁電流の供給を中止して、該第1の水力発電機を緊急停止させることを特徴とする、請求項2乃至4いずれかに記載の水力発電機絶縁回復装置。
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