JP2014110714A - 地絡保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サイリスタ起動方式を適用した発電プラントにおいて、外部電源印可方式での地絡保護を行う場合に、サイリスタ起動装置の地絡事故時による地絡電流を制限し、外部電源印可のための変圧器を焼損しないようにした地絡保護装置を得る。
【解決手段】サイリスタ起動装置２を用いて発電機１に電力を供給し電動機として使用するサイリスタ起動方式において、発電機１の巻線導体に変圧器５を介して低周波の交流電力を供給する外部電源３を設け、発電機の主回路に配置された計器用変流器６と地絡保護継電器７により地絡事故を検出すると共に、変圧器５の発電機主回路側に設けられた巻線に並列に接続された第１の抵抗器８と、この第１の抵抗器８と接地側との間に直列接続された第２の抵抗器９により、変圧器５に流れる地絡電流を制限する。
【選択図】図１

Description

この発明は、タービン起動時にサイリスタ起動装置を用いて発電機に電力を供給し電動機として使用するサイリスタ起動方式を適用した発電プラントにおいて、サイリスタ起動装置および発電機の地絡事故に対する保護を実現する地絡保護装置に関するものである。

サイリスタ起動装置は、発電プラントにおいて発電機を低周波起動する際に、サイリスタ変換器を用いて交流電流を供給することにより。同期発電機を同期電動機として使用するものであり、エネルギーの有効な利用を図るため、火力発電所のガスタービン起動時などに広く利用されている。

このような発電機の起動装置において、複数の発電機を共通のサイリスタ起動装置で起動するプラントの場合、起動用電源装置と各発電機との間の主回路に遮断器を設け、これら遮断器のうち１つの遮断器を切替制御装置によって選択して閉成することにより発電機に起動用の交流電力を供給して発電機を起動するようにしている。そして、上記主回路に３巻線の計器用変圧器を設け、その三次巻線に零相電圧を検出する地絡過電圧継電器を接続して、複数の発電機の地絡事故を検出するようにしている（特許文献１を参照）。

一方、発電機の固定子（ステータ）巻線の地絡事故を検出するために、インジェクション信号源から低周波の周波数を持った方形波のインジェクション信号をインジェクション変成器および接地抵抗を介して発電機の主回路に供給し、固定子（ステータ）巻線の星型ポイントを接地電位に対してバイアスするようにし、上記接地抵抗の両端に発生する電圧を測定変成器を介して評価ユニット（地絡保護継電器）に入力することにより、この評価ユニットで発電機の地絡事故を検出するようにしている（特許文献２を参照）。

特開２０１０−１３０７０４号公報 特開平７−８３９８４号公報

特許文献１の発電機の起動装置は、サイリスタ起動装置を用いて発電機を起動するものの、発電機の地絡事故の検出は特許文献２のようにインジェクション信号などの外部電源印加方式を採用したものでなく、地絡事故からの１００％の保護については課題がある。
一方、特許文献２の地絡事故検出方法は、発電機などの電気機器における通常運転時の地絡事故を検出するもので、サイリスタ起動装置の地絡事故については何ら対策は採られていない。

特許文献２の地絡事故検出方法をサイリスタ起動方式を適用した発電プラントに適用した場合、サイリスタ起動装置の地絡事故で発生した直流電流によって測定変成器が焼損しないよう、サイリスタ起動装置の起動中は発電機主回路と測定変成器の間に遮断器を設置し、発電機主回路から測定変成器を遮断する必要がある。
このため、回路遮断中は地絡保護継電器が発電機主回路と切り離されるため、地絡保護継電器を動作させることが出来ないという課題があった。

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、外部電源印可方
式においてサイリスタ起動装置が起動中であったとしても、地絡保護継電器を発電機主回路から遮断することなく、常時、地絡保護を可能にする地絡保護装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係る地絡保護装置は、タービン起動時にサイリスタ起動装置を用いて発電機に電力を供給し電動機として使用するサイリスタ起動方式において、発電機の巻線導体に変圧器を介して低周波の交流電力を供給する外部電源、発電機の主回路に配置された計器用変流器、この計器用変流器に接続された地絡保護継電器、変圧器の発電機主回路側に設けられた巻線に並列に接続された第１の抵抗器、この第１の抵抗器と接地側との間に直列接続された第２の抵抗器を備えたものである。

また、この発明に係る地絡保護装置は、タービン起動時にサイリスタ起動装置を用いて発電機に電力を供給し電動機として使用するサイリスタ起動方式において、発電機の巻線導体に変圧器を介して低周波の交流電力を供給する外部電源、発電機の主回路に配置された計器用変流器、この計器用変流器に接続された地絡保護継電器、変圧器の発電機主回路側に設けられた巻線に並列に接続された抵抗器を備えたものである。

また、この発明に係る地絡保護装置は、タービン起動時にサイリスタ起動装置を用いて発電機に電力を供給し電動機として使用するサイリスタ起動方式において、発電機の巻線導体に変圧器を介して低周波の交流電力を供給する外部電源、発電機の主回路に配置された計器用変流器、この計器用変流器に接続された地絡保護継電器、変圧器の発電機主回路側に設けられた巻線と接地側との間に接続された抵抗器を備えたものである。

この発明によれば、サイリスタ起動装置による直流地絡事故が発生したとしても、抵抗器が地絡事故時の電流を制限するため、発電機の巻線導体に低周波の交流電力を供給する変圧器が焼損することもない。また、発電機主回路と変圧器との間に遮断器を設置する必要もないため、常時、１００％地絡事故を検出することが可能となる。

この発明の実施の形態１の地絡保護装置を示す回路構成図である。 この発明の実施の形態２の地絡保護装置を示す回路構成図である。 この発明の実施の形態３の地絡保護装置を示す回路構成図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における地絡保護装置を図に基づいて説明する。
図１はこの発明による地絡保護装置の回路構成図である。図１において、発電機１は図示しないタービンによって駆動されるもので、タービン起動時にサイリスタ起動装置２を用いて発電機１に電力を供給し電動機として使用する。サイリスタ起動装置２は発電機１を電動機として使用するため、タービン起動時に発電機１の固定子に回転磁界を発生させるためのものである。発電機１の定格値は、例えば２１ＫＶ、９６２３Ａである。

発電機１の地絡事故を検出するため、発電機１の固定子巻線、例えば星型に接続された固定子巻線導体の星形ポイント（中性点）に接地電位に対してバイアスするための低周波（２０Ｈｚ）の交流電力を供給する２０Ｈｚ発生器などの外部電源３が設けられている。
外部電源３から出力される２０Ｈｚの方形波の交流電力は、２０Ｈｚの周波数のみを通過させ、他の周波数は減衰させるバンドパスフィルタ４に通してノイズを軽減させる。バンドパスフィルタ４を通過した２０Ｈｚの方形波の交流電力は、大容量電圧検出用変圧器
（ＶＴ）５の２次巻線に出力され、その１次巻線を介して発電機１の固定子巻線の中性点に供給される。大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の１次巻線と２次巻線の変圧比は、例えば１０．５／√３ＫＶ：５００Ｖになるように設定されている。

発電機１の主回路には、主回路に流れる電流を検出するための計器用変流器（ＣＴ）６が配置され、この計器用変流器６には地絡保護継電器７が接続されている。地絡保護継電器７は２０Ｈｚ発生器などの外部電源３から方形波の交流電力が正常に発生しているか監視するために、バンドパスフィルタ４を介して２０Ｈｚの方形波の交流電力も入力している。

発電機１の主回路側に設けられた大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線に並列に第１の抵抗器８が接続され、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線に大電流が流れるのを防止するようにしている。また、この第１の抵抗器８と接地側との間に、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線と直列接続された第２の抵抗器９が接続されている。この第２の抵抗器９も大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線に大電流が流れるのを防止するようにしている。なお、抵抗器８、９の抵抗値としては、実施例としてはそれぞれ６２５Ωの抵抗が用いられている。

即ち、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線に並列に接続された第１の抵抗器８によって、発電機１側から流れる短絡電流を第１の抵抗器８側に迂回させ、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５を焼損から保護し、また、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線に直列に接続された第２の抵抗器９によって、発電機１側から流れる短絡電流を小さくし、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５を焼損から保護するようにしている。

上記構成において、発電機１の固定子に１相地絡が発生した場合、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の１次巻線に交流電流が多く流れるが、第１の抵抗器８および第２の抵抗器９により、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５に流れる地絡電流が制限されるため、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５が焼損せず、計器用変流器（ＣＴ）６で地絡電流が検出され、地絡保護継電器７が地絡事故を検出する。

一方、サイリスタ起動装置２内で地絡事故が発生した場合、通常の変圧器であれば直流回路の電流が流れた場合、インピーダンスが小さく変圧器を損傷するが、直流電流に対して大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５のインピーダンスは通常の変圧器に比べ大きいため、地絡電流は第１の抵抗器８および第２の抵抗器９を経由し、計器用変流器（ＣＴ）６を通過する。この通過した電流により地絡保護継電器７はサイリスタ起動装置２で発生した地絡事故を検出する。

地絡保護継電器７における地絡事故の検出は、通常は発電機１の固定子巻線の中性点側には、外部電源３から供給される２０Ｈｚの低周波の電流しか流れていないが、地絡事故が発生すると、固定子巻線の中性点側に異常電流が発生し、外部電源３から供給される２０Ｈｚの低周波の電流が乱れるため、その異常電流を計器用変流器（ＣＴ）６で検出し、地絡保護継電器７がそれを検出することにより行われる。

なお、上記実施の形態１では、２０Ｈｚの方形波の交流電力を発電機１の巻線に供給するために大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５を使用しているが、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５に代えて、通常の変圧器を使用することも可能である。
なぜならば、この実施形態１では大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線と直列に第２の抵抗器９を接続しているため、この第２の抵抗器９の効果で通常の変圧器を使用しても短絡電流は小さくなるから、変圧器の損傷を防ぐことができる。

以上のように実施の形態１の地絡保護装置は、タービン起動時にサイリスタ起動装置を用いて発電機に電力を供給し電動機として使用するサイリスタ起動方式を適用した発電プラントにおいて、サイリスタ起動装置の地絡事故における電流を制限しつつ、遮断器などによるオンオフ回路を必要とせず、常時、外部電源印加方式での１００％地絡保護を実現することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２における地絡保護装置を図に基づいて説明する。 図２はこの発明による地絡保護装置の回路構成図である。図２において実施の形態１の 図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
図２において、図１と異なる点は、第１の抵抗器８と接地側との間に、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線と直列接続されていた第２の抵抗器９が省略されている点である。

この実施の形態２の発明では、発電機主回路側に設けられた大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線に並列に接続された抵抗器８によって、発電機１側から流れる短絡電流を抵抗器８側に迂回させ、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５を焼損から保護するようにしている。

上記構成において、発電機１の固定子に１相地絡が発生した場合、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の１次巻線に交流電流が多く流れるが、抵抗器８により、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５に流れる地絡電流が制限されるため、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５が焼損せず、計器用変流器（ＣＴ）６で地絡電流が検出され、地絡保護継電器７が地絡事故を検出する。

一方、サイリスタ起動装置２内で地絡事故が発生した場合、通常の変圧器であれば直流回路の電流が流れた場合、インピーダンスが小さく変圧器を損傷するが、直流電流に対して大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５のインピーダンスは通常の変圧器に比べ大きいため、地絡電流は抵抗器８を経由し、計器用変流器（ＣＴ）６を通過する。この通過した電流により地絡保護継電器７はサイリスタ起動装置２で発生した地絡事故を検出する。
地絡保護継電器７における地絡事故の検出は、実施の形態１と同じにつき、説明を省略する。

実施の形態３.
次に、この発明の実施の形態３における地絡保護装置を図に基づいて説明する。
図３はこの発明による地絡保護装置の回路構成図である。図３において実施の形態１の
図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
図３において、図１と異なる点は、発電機１の主回路側に設けられた大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線と並列に接続されていた第１の抵抗器８が省略されている点である。

この実施の形態３の発明では、発電機主回路側に設けられた大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線と直列に接続された抵抗器９によって、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線に大電流が流れるのを防止し、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５を焼損から保護するようにしている。

上記構成において、発電機１の固定子に１相地絡が発生した場合、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の１次巻線に交流電流が多く流れるが、抵抗器９により、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５に流れる地絡電流が制限されるため、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５が焼損せず、計器用変流器（ＣＴ）６で地絡電流が検出され、地絡保護継電器７が地
絡事故を検出する。

一方、サイリスタ起動装置２内で地絡事故が発生した場合、通常の変圧器であれば直流回路の電流が流れた場合、インピーダンスが小さく変圧器を損傷するが、直流電流に対して大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５のインピーダンスは通常の変圧器に比べ大きいため、地絡電流は抵抗器９を経由し、計器用変流器（ＣＴ）６を通過する。この通過した電流により地絡保護継電器７はサイリスタ起動装置２で発生した地絡事故を検出する。
地絡保護継電器７における地絡事故の検出は、実施の形態１と同じにつき、説明を省略する。

なお、上記実施の形態３では、２０Ｈｚの方形波の交流電力を発電機１の巻線に供給するために大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５を使用しているが、大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５に代えて、通常の変圧器を使用することも可能である。
なぜならば、この実施形態３では大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）５の一次巻線と直列に抵抗器９を接続しているため、この抵抗器９の効果で通常の変圧器を使用しても短絡電流は小さくなるから、変圧器の損傷を防ぐことができる。

なおこの発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：発電機、 ２：サイリスタ起動装置、 ３：外部電源（２０Ｈｚ発生器）、
４：バンドパスフィルタ、 ５：大容量電圧検出用変圧器（ＶＴ）、
６：計器用変流器（ＣＴ）、 ７：地絡保護継電器、 ８、９：抵抗器。

Claims (5)

1. タービン起動時にサイリスタ起動装置を用いて発電機に電力を供給し電動機として使用するサイリスタ起動方式において、前記発電機の巻線導体に変圧器を介して低周波の交流電力を供給する外部電源、前記発電機の主回路に配置された計器用変流器、この計器用変流器に接続された地絡保護継電器、前記変圧器の発電機主回路側に設けられた巻線に並列に接続された第１の抵抗器、この第１の抵抗器と接地側との間に直列接続された第２の抵抗器を備えた地絡保護装置。
2. 前記変圧器として大容量電圧検出用変圧器を使用した請求項１に記載の地絡保護装置。
3. タービン起動時にサイリスタ起動装置を用いて発電機に電力を供給し電動機として使用するサイリスタ起動方式において、前記発電機の巻線導体に変圧器を介して低周波の交流電力を供給する外部電源、前記発電機の主回路に配置された計器用変流器、この計器用変流器に接続された地絡保護継電器、前記変圧器の発電機主回路側に設けられた巻線に並列に接続された抵抗器を備えた地絡保護装置。
4. タービン起動時にサイリスタ起動装置を用いて発電機に電力を供給し電動機として使用するサイリスタ起動方式において、前記発電機の巻線導体に変圧器を介して低周波の交流電力を供給する外部電源、前記発電機の主回路に配置された計器用変流器、この計器用変流器に接続された地絡保護継電器、前記変圧器の発電機主回路側に設けられた巻線と接地側との間に接続された抵抗器を備えた地絡保護装置。
5. 前記変圧器として大容量電圧検出用変圧器を使用した請求項４に記載の地絡保護装置。