JP2012039711A - Ground fault detector of double-fed synchronous machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、一次(固定子)側が電力系統に、二次(回転子)側が可変周波数の電力変換器に接続された二重給電同期機の地絡検出装置に関し、特に、界磁回路の1線地絡検出
装置に関するものである。
The present invention relates to a ground fault detection device for a double-feed synchronous machine in which a primary (stator) side is connected to a power system and a secondary (rotor) side is connected to a variable frequency power converter, and in particular, 1 of a field circuit. The present invention relates to a wire ground fault detection device.
従来の二重給電同期機の界磁回路は、高電圧が印加され、かつ、非接地系であるため、1線地絡検出においては、二重給電同期機の回転子の中性点を引き出し、高抵抗接地回路
を構成していた。この接地回路に電流監視回路を設け、他に地絡が発生することで、地絡電流が流れるため、この電流値を監視していた。
また、例えば、特許文献1に記載されているように、励磁装置のインバータとコンバータ間の直流電位部のコンデンサ中性相を引き出し、対地間を流れる電流を計測する方式が提案されている。
The field circuit of the conventional double-fed synchronous machine is applied with a high voltage and is ungrounded. Therefore, the neutral point of the rotor of the double-fed synchronous machine is extracted when detecting a one-wire ground fault. A high resistance grounding circuit was constructed. A current monitoring circuit is provided in the ground circuit, and since a ground fault occurs due to the occurrence of a ground fault, the current value is monitored.
In addition, for example, as described in
従来の回転子の中性点を引き出し、抵抗接地させる方式では、中性点の引き出しのためのスリップリングを設置する必要があり、二重給電同期機のコストを押し上げる要因となる。 In the conventional method in which the neutral point of the rotor is pulled out and the resistance is grounded, it is necessary to install a slip ring for pulling out the neutral point, which increases the cost of the double-feed synchronous machine.
また、特許文献1に示された技術は、コンバータとインバータ間で中性相から抵抗接地回路を引き出し、地絡を検出する方法であるが、この方法では、対地に対し、発電機が有するキャパシタンスに比べ、インバータおよびコンバータが有するキャパシタンスが絶対的に小さいために、地絡していない通常運転時に、発電機回転子部が対地に対し安定した電位を示し、励磁装置のインバータとコンバータ間の中性相の対地電位は、常時、変動する挙動を示し、地絡事故発生時の変動との違いが明確に現れにくいため、地絡事故の正確な検出が困難であるとの問題点があった。
The technique disclosed in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、二重給電同期機の中性点を引き出すことなく、交流界磁回路の1線地絡を、簡単な構成で、確実に検出す
ることのできる二重給電同期機の地絡検出装置を得ることを目的とする。
The present invention was made to solve the above problems, and without drawing out the neutral point of the double-feed synchronous machine, the one-line ground fault of the AC field circuit, with a simple configuration, An object of the present invention is to obtain a ground fault detection device for a double-fed synchronous machine that can be reliably detected.
この発明に係る二重給電同期機の地絡検出装置は、固定子巻線が電力系統に接続され、回転子巻線が可変周波数の電力変換器からなる交流励磁装置に接続され、系統周波数と回転子の回転速度との差に相当する周波数(すべり周波数)を持った交流励磁電流が前記交流励磁装置から前記回転子巻線に供給されるよう構成された二重給電同期機において、前記回転子巻線と前記電力変換器とを接続する界磁回路から分岐して、抵抗を介して形成された模擬中性点回路と、この模擬中性点回路の中性点を抵抗を介して接地する抵抗接地回路と、この抵抗接地回路に設けられ、前記回転子巻線と電力変換器を含む界磁回路の一線地絡発生時に、この抵抗接地回路に流れる地絡電流を検出し、前記界磁回路の地絡を検出する地絡検出器を備えたものである。 A ground fault detection device for a double-feed synchronous machine according to the present invention has a stator winding connected to an electric power system, and a rotor winding connected to an AC exciter composed of a variable frequency power converter. In the double-feed synchronous machine configured to supply an AC excitation current having a frequency (slip frequency) corresponding to a difference from a rotation speed of the rotor to the rotor winding from the AC excitation device, the rotation A simulated neutral point circuit branched from the field circuit connecting the child winding and the power converter and grounded via the resistor and the neutral point of the simulated neutral point circuit grounded via the resistor A resistance grounding circuit, and a ground fault current flowing in the resistance grounding circuit is detected when a one-line ground fault occurs in the field circuit including the rotor winding and the power converter. It has a ground fault detector that detects the ground fault of the magnetic circuit. That.
この発明の二重給電同期機の地絡検出装置によれば、交流界磁回路から地絡検出回路を分岐するように構成したので、安価に回路を構成することができ、且つ、常時の電圧変動が少なくて済むため、確実に界磁回路の1線地絡を検出することができる。 According to the ground fault detection device of the double-feed synchronous machine of the present invention, since the ground fault detection circuit is branched from the AC field circuit, the circuit can be configured at low cost, and the constant voltage Since the fluctuation is small, a one-line ground fault of the field circuit can be reliably detected.
上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。 The above-described and other objects, features, and effects of the present invention will become more apparent from the detailed description and the drawings in the following embodiments.
以下この発明の実施の形態について、図面を参照して詳述する。なお、各図中、同一符号は、同一あるいは相当部分を示すものとする。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における二重給電同期機の地絡検出装置の全体的な概略回路構成図であり、図1において、1は二重給電同期機で、その固定子巻線は並列用遮断器2及び主変圧器3を通じて電力系統4に接続されている。可変周波数の電力変換器で構成される交流励磁装置5は、励磁変圧器6及び励磁用遮断器7を介して並列用遮断器2と主変圧器3の間の母線から給電され、系統周波数と二重給電同期機1の回転子の回転速度の差に相当する周波数(すなわち、すべり周波数)を持った交流励磁電流を二重給電同期機1の回転子巻線に供給する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol shall show the same or an equivalent part.
FIG. 1 is an overall schematic circuit configuration diagram of a ground fault detection device for a double-feed synchronous machine according to
8はこの発明の主要部をなす地絡検出回路で、二重給電同期機1と交流励磁装置5を接続する交流界磁回路(以下、単に界磁回路ともいう。)から分岐して、高抵抗9を介して模擬中性点回路を形成し、模擬中性点10は、抵抗11、地絡検出器である地絡検出リレー回路12を経由して抵抗接地されている。13は、界磁回路における1線地絡(例)を表している。また、地絡電流が流れるループを地絡電流回路14としている。
次に動作について説明する。
地絡が発生していない時、模擬中性点10の電圧は0Vであり、地絡検出器である地絡検出リレー回路12に地絡電流は流れない。
界磁回路に地絡が発生すると、抵抗9、抵抗11、地絡検出リレー回路12、地絡点13をループする地絡電流回路14に沿って地絡電流が流れる。この地絡電流を地絡検出リレー回路12で認識することで、回転子巻線と可変周波数の電力変換器を含む交流界磁回路の1線地絡を検出する。
Next, the operation will be described.
When no ground fault occurs, the voltage at the simulated
When a ground fault occurs in the field circuit, a ground fault current flows along the ground fault
以上のように、この発明の実施の形態1の二重給電同期機の地絡検出装置によれば、固定子巻線が電力系統4に接続され、回転子巻線が可変周波数の電力変換器からなる交流励磁装置5に接続された二重給電同期機1であって、系統周波数と回転子の回転速度との差に相当する周波数(すべり周波数)を持った交流励磁電流が交流励磁装置5から回転子巻線に供給されるよう構成成された二重給電同期機において、回転子巻線と電力変換器とを接続する界磁回路から分岐して、抵抗9を介して形成された模擬中性点回路と、この模擬中性点回路の中性点10を抵抗11を介して接地する抵抗接地回路と、この抵抗接地回路に設けられ、前記回転子巻線と電力変換器を含む界磁回路の1線地絡発生時に、この抵抗接地回路に流れる地絡電流を検出し、前記界磁回路の地絡を検出する地絡検出器12を備えたので、二重給電同期機1の回転子巻線の中性点を引き出す必要がなく、安価な地絡検出装置を構成できる。また、常時の電圧変動が少ないため、地絡発生時に流れる地絡電流を確実に検出する信頼性の高い二重給電同期機の地絡検出装置を得ることができる。
As described above, according to the ground fault detection device for a double-feed synchronous machine according to
実施の形態2.
この発明の実施の形態2を図2、図3に基づいて説明する。
この発明の実施の形態2の二重給電同期機の地絡検出装置は、地絡検出器の具体的な構成の一例を示すもので、図2において、地絡検出器である地絡検出リレー回路12は、抵抗15の両端から電圧信号を取り出し、この電圧信号を一次遅れフィルタ16を通して、地絡判定部17に入力する回路構成となっている。また、地絡発生時に抵抗接地回路に強制的に電流を流すため、外部の交流電源18から変圧器19を介して、整流回路20により直流電源を構成している。
なお、図3は、一次遅れフィルタ16への入力信号波形例と、出力信号波形例を表している。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The ground fault detection device for a double-feed synchronous machine according to
FIG. 3 shows an example of an input signal waveform to the first-order lag filter 16 and an example of an output signal waveform.
次に実施の形態2の動作について説明する。
界磁回路に地絡が発生すると、整流回路20により作られた直流電圧を抵抗接地回路に印加することで、地絡抵抗に応じた直流地絡電流を流す。
しかしながら、交流励磁装置5が流す励磁電流は、すべり周波数による数Hzの低周波電流であり、地絡発生時に地絡検出リレー回路12に流れる地絡電流にもすべり周波数成分が含まれる。このため、抵抗15の両端から取り出す地絡信号は、図3に示すように、直流にすべり周波数成分が重ね合わされた信号となる。
地絡判定部17が、このすべり周波数成分を含む地絡電流をレベル判定するために、フィルタ16を設ける。このフィルタ16は、一次遅れ機能であり、図3に示すように、すべり周波数成分を除去し、直流電圧印加による直流地絡電流成分のみを取り出すことができる。この一次遅れフィルタ16の出力を地絡判定部17に入力し、地絡判定部17でレベル判定することで1線地絡を検出する。
Next, the operation of the second embodiment will be described.
When a ground fault occurs in the field circuit, a DC ground fault current corresponding to the ground fault resistance is caused to flow by applying a DC voltage generated by the
However, the excitation current that the
The ground
以上のように、この発明の実施の形態2によれば、地絡検出器12は、地絡電流に重畳される直流成分を抵抗接地回路に供給するための外部交流電源18と整流器20からなる直流電源部と、地絡電流に含まれるすべり周波数成分を除去するための一次遅れフィルタ16と、この一次遅れフィルタ16の出力レベルを判定して地絡故障を検出する地絡判定部17を具備しているので、二重給電同期機の特徴である地絡電流に含まれるすべり周波数成分を取り除くことができ、一次遅れという安価な回路を適用するだけで確実に地絡判定する回路を得ることができる。
また、直流電源を印加し、強制的に地絡電流を流すため、二重給電同期機が停止中であったとしても、直流電源を印加することで地絡の有無を確認できる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the
Further, since a ground fault current is forcibly applied by applying a DC power source, the presence or absence of a ground fault can be confirmed by applying the DC power source even when the double-feed synchronous machine is stopped.
実施の形態3.
この発明の実施の形態3を図4、図5、図6に基づいて説明する。
実施の形態2では、地絡検出器12においてすべり周波数成分を取り除くために、一次遅れフィルタ16を用いたが、この実施の形態3においては、図4、図5に示すように、地絡検出器において、一次遅れフィルタに代えて、すべり周波数成分除去演算部21を設けることで同様の効果を得るよう構成したものである。
Embodiment 3 FIG.
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 6. FIG.
In the second embodiment, the first-order lag filter 16 is used to remove the slip frequency component in the
図5は、すべり周波数成分除去演算部21の演算ブロックを表している。
図5に示すように、すべり周波数成分除去演算部21は、抵抗15で地絡電流から変換された地絡電圧信号22が入力される微分回路23と、微分回路23の出力(即ち、演算結果)と地絡電圧信号22が入力される減算器24を備えており、減算器24により地絡電圧信号22から微分回路23の演算結果を引いたものを地絡判別信号25として出力するよう構成されている。
地絡判定部17は、すべり周波数成分除去演算部21からの地絡判別信号25を使って地絡判定の演算を行なう。
図6は、すべり周波数成分除去演算部21の入、出力信号波形例と、微分回路23の出力波形例を示す。
FIG. 5 shows a calculation block of the slip frequency component removal calculation unit 21.
As shown in FIG. 5, the slip frequency component removal calculation unit 21 includes a
The ground
FIG. 6 shows an example of the input and output signal waveforms of the slip frequency component removal calculating unit 21 and an output waveform example of the differentiating
以上のように構成されたこの発明の実施の形態3によれば、地絡電圧信号22は微分回路23を通ることで地絡電圧成分に含まれるすべり周波数成分を地絡電圧信号22の変動分として出力する。これを減算器24により、地絡電圧信号22から引くことで、すべり周波数成分を除去できる。この結果、地絡判別信号25は直流成分のみとなり、地絡判定部17で地絡発生を認識できる。
According to the third embodiment of the present invention configured as described above, when the ground fault voltage signal 22 passes through the differentiating
尚、この実施の形態3においては、すべり周波数成分の除去に微分回路を用いたので、実施の形態2の一次遅れフィルタに比べて、若干、複雑な回路となるが、時間遅れなしで直流成分を検出することができるため、地絡判別に時間遅れを持たせない場合に有効な手段となる。 In the third embodiment, since the differential circuit is used to remove the slip frequency component, the circuit is slightly more complicated than the first-order lag filter of the second embodiment. Therefore, it is an effective means when no time delay is given to the ground fault determination.
実施の形態4.
この発明の実施の形態4を図7、図8に基づいて説明する。
この発明の実施の形態4は、地絡検出器において、地絡電流に含まれるすべり周波数成分を取り除くため、上述した実施の形態2、3における一次遅れフィルタ16、すべり周波数成分除去演算部21の代わりに、ピークホールド回路26を設けたものである。
なお、その他の構成は実施の形態2、3と同一であり説明は省略する。
図8はピークホールド回路26への入力信号と出力信号を示している。
Embodiment 4 FIG.
Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS.
The fourth embodiment of the present invention eliminates the slip frequency component included in the ground fault current in the ground fault detector, so that the first-order lag filter 16 and the slip frequency component removal calculating unit 21 in the second and third embodiments described above. Instead, a peak hold circuit 26 is provided.
Other configurations are the same as those in the second and third embodiments, and a description thereof will be omitted.
FIG. 8 shows an input signal and an output signal to the peak hold circuit 26.
次に実施の形態4の動作について説明する。
ピークホールド回路26は、すべり周波数成分のピーク値をホールドするため、すべり周波数のピーク値を直流信号として地絡判定部17へ送る。
尚、実施の形態4では、ピークホールド回路26を用いるようにしたので、実施の形態2及び3によるすべり周波数成分の除去後の信号に比べて、大きな信号により地絡判定することになるため、実際の地絡よりも高い地絡抵抗で動作する。二重給電同期機を保護する目的からすると、早期に検出が可能となり、地絡事故を未然に防ぐ目的で回路を適用する際には有効である。また、ピークホールド回路は実施の形態2の一次遅れフィルタ16よりも、時間遅れが少ないというメリットもある。
Next, the operation of the fourth embodiment will be described.
In order to hold the peak value of the slip frequency component, the peak hold circuit 26 sends the peak value of the slip frequency to the ground
In the fourth embodiment, since the peak hold circuit 26 is used, the ground fault is determined by a large signal as compared with the signal after the removal of the slip frequency component according to the second and third embodiments. It operates with a ground fault resistance higher than the actual ground fault. For the purpose of protecting the double-feed synchronous machine, detection is possible at an early stage, which is effective when the circuit is applied for the purpose of preventing a ground fault. Further, the peak hold circuit has an advantage that the time delay is smaller than that of the first-order lag filter 16 of the second embodiment.
実施の形態5.
この発明の実施の形態5を図9に基づいて説明する。
図9は、図1の地絡検出回路8を取り出したものであり、この実施の形態5の発明は、地絡検出回路部のいずれかで断線28が発生した場合に対処するもので、抵抗接地回路の抵
抗11と地絡検出器である地絡検出リレー回路12の間に、地絡検出器12と並列にアレスタ27を接続したものである。
FIG. 9 shows the ground
次に実施の形態5の動作について説明する。
地絡13が発生中に断線28が発生した場合、もしくは、断線28が発生した状態で地絡13が発生した場合、地絡検出リレー回路12の対地電圧は、界磁回路電圧が、数kVであるため、同様に数kVに上昇する。従って、地絡検出リレー回路12に接続される機器が壊れないように高圧仕様とする必要がある。但し、全ての機器を高圧仕様とすると、高コストになるため、アレスタ27を設置することで、地絡検出リレー回路12に印加される電圧を抑え機器の耐圧仕様レベルを下げる。
尚、アレスタ27を設置したので、断線が発生したとしても、耐圧仕様を抑えた低コスト機器を地絡検出リレー回路12に適用できる。
Next, the operation of the fifth embodiment will be described.
When the disconnection 28 occurs while the
In addition, since the
実施の形態6.
この発明の実施の形態6を図10に基づいて説明する。
この発明の実施の形態6は、実施の形態5の変形例であって、実施の形態5におけるアレスタ27に代えて、過電圧検出機能とコンタクタを設けたものである。
図10において、抵抗接地回路の抵抗11と地絡検出器である地絡検出リレー回路12の間に、地絡検出リレー回路12に印加される過電圧を検出する過電圧検出器29が接続され、コンタクタ30が抵抗11と過電圧検出器29への分岐との間に接続されている。
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The sixth embodiment of the present invention is a modification of the fifth embodiment, and is provided with an overvoltage detection function and a contactor in place of the
In FIG. 10, an
次に実施の形態6の動作について説明する。
実施の形態5では、アレスタ27により過電圧を抑制したが、この実施の形態6では、過電圧検出器29により、過電圧を検出した場合、コンタクタ30を開放することで、地絡検出器である地絡検出リレー回路12を抵抗接地回路から切り離すことができ、過電圧が地絡検出リレー回路12に印加されることを防止できるので過電圧により機器が壊れることを防ぐことができる。
尚、実施の形態5のアレスタを適用した場合、電圧抑制効果は高いが、必要な特性を得ることが困難な場合もあり、そのときには、過電圧検出器29とコンタクタ30による回路が有効となる。
Next, the operation of the sixth embodiment will be described.
In the fifth embodiment, the overvoltage is suppressed by the
When the arrester of the fifth embodiment is applied, the voltage suppression effect is high, but it may be difficult to obtain necessary characteristics. In this case, the circuit using the
実施の形態7.
この発明の実施の形態7を図11に基づいて説明する。
この発明の実施の形態7は、図11に示すように、地絡検出リレー回路12と並列に同じ回路、機能の地絡検出リレー回路31を接続するものである。
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the seventh embodiment of the present invention, as shown in FIG. 11, a ground fault
このように構成された実施の形態7において、実施の形態5、6と同様に断線と地絡が同時に発生した場合、地絡検出リレー回路12に高圧が印加されることを防止するため、地絡検出リレー回路31を接続し、地絡が発生したときは、地絡検出リレー回路12及び31の動作信号をOR回路で動作させる。
In the seventh embodiment configured as described above, when a disconnection and a ground fault occur at the same time as in the fifth and sixth embodiments, in order to prevent a high voltage from being applied to the ground fault
尚、この地絡検出リレー回路12と31を設ける方法は、断線が2つの回路で同時に発生することは稀であることを利用しており、実施の形態5、6とコスト、信頼性を総合的に判断し、最良の方法を選択することになる。
Note that the method of providing the ground fault
実施の形態8.
この発明の実施の形態8を図12に基づいて説明する。
この発明の実施の形態8は、図12に示すように、地絡検出器12は、抵抗15の両端から取り出した地絡電圧信号を整流する整流器32と、この整流回路32の出力に含まれるリップル分を除去する、例えば抵抗RとコンデンサCを使用したCR回路等で構成される
リップル除去回路33と、このリップル除去回路で直流化された直流信号が入力されて1線地絡を判定検出する地絡判定部17を備えている。
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the eighth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 12, the
次に実施の形態8の動作について説明する。
抵抗15に流れる地絡電流は、すべり周波数の交流信号である。これを地絡判定するため、抵抗15の両端から取り出した地絡電圧信号を整流回路32を通して整流する。
この整流信号に含まれるリップル分を取り除くため、抵抗RとコンデンサCを使用したCR回路等で構成されたリップル除去回路33を介して、地絡判定部17へ直流信号を渡す。
Next, the operation of the eighth embodiment will be described.
The ground fault current flowing through the
In order to remove the ripple included in the rectified signal, a DC signal is passed to the ground
この実施の形態8の地絡検出装置によれば、整流回路32を抵抗15の両端から引き出した電圧信号に適用したため、実施の形態2、3、4で適用した変圧器19が不要となる。但し、直流電源を強制的に印加することはしていないので、運転中のみの監視となる。
According to the ground fault detection device of the eighth embodiment, since the
1 二重給電同期機、4 電力系統、5 交流励磁装置、8 地絡検出回路、
9、11 抵抗、10 模擬中性点、12 地絡検出器(地絡検出リレー回路)、
13 地絡点、14 地絡電流回路、15 抵抗、16 一次遅れフィルタ、
17 地絡判定部、18 交流電源、 19 変圧器、20、32 整流回路、
21 すべり周波数成分除去演算部、22 地絡電圧信号、23 微分回路、
24 減算器、25 地絡判別信号、26 ピークホールド回路、
27 アレスタ、28 断線、29 過電圧検出器、30 コンタクタ、
31 地絡検出器(地絡検出リレー回路)、33 リップル除去回路
1 double-feed synchronous machine, 4 power system, 5 AC exciter, 8 ground fault detection circuit,
9, 11 resistance, 10 simulated neutral point, 12 ground fault detector (ground fault detection relay circuit),
13 ground fault point, 14 ground fault current circuit, 15 resistance, 16 first order lag filter,
17 ground fault determination unit, 18 AC power supply, 19 transformer, 20, 32 rectifier circuit,
21 slip frequency component elimination operation unit, 22 ground fault voltage signal, 23 differentiation circuit,
24 subtractor, 25 ground fault determination signal, 26 peak hold circuit,
27 Arrester, 28 Disconnection, 29 Overvoltage detector, 30 Contactor,
31 Ground fault detector (ground fault detection relay circuit), 33 Ripple elimination circuit
Claims (8)
前記回転子巻線と前記電力変換器とを接続する界磁回路から分岐して、抵抗を介して形成された模擬中性点回路と、この模擬中性点回路の中性点を抵抗を介して接地する抵抗接地回路と、この抵抗接地回路に設けられ、前記回転子巻線と電力変換器を含む界磁回路の1線地絡発生時に、この抵抗接地回路に流れる地絡電流を検出し、前記界磁回路の地絡を検出する地絡検出器を備えた二重給電同期機の地絡検出装置。 The stator winding is connected to the power system, the rotor winding is connected to an AC exciter consisting of a variable frequency power converter, and the frequency (slip frequency) corresponding to the difference between the system frequency and the rotational speed of the rotor. In a double-feed synchronous machine configured to supply an AC excitation current having a current to the rotor winding from the AC excitation device,
A simulated neutral point circuit branched from a field circuit connecting the rotor winding and the power converter and formed via a resistor, and a neutral point of the simulated neutral point circuit via a resistor When a one-wire ground fault occurs in the field circuit including the rotor winding and the power converter, the ground fault current flowing in the resistance ground circuit is detected. A ground fault detection device for a double-feed synchronous machine comprising a ground fault detector for detecting a ground fault in the field circuit.
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