JP2016226159A - Hydraulic power generation device and field circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電機の絶縁低下を防止する水力発電装置及び界磁回路に関する。 The present invention relates to a hydraulic power generation apparatus and a field circuit that prevent a reduction in insulation of a generator.
従来より、水力発電装置は、発電機の巻線が周囲の水分を吸湿することによって、前記の巻線の絶縁抵抗が低下することが知られている。このため、発電機の絶縁抵抗の低下を監視する水力発電装置が提供されている。 Conventionally, it is known that a hydroelectric generator reduces the insulation resistance of the windings when the windings of the generator absorb surrounding moisture. For this reason, a hydroelectric generator that monitors a decrease in the insulation resistance of the generator is provided.
この種の水力発電装置は、発電機が停止中か否かを検知する運転状態検知手段と、運転状態検知手段により発電機が停止中の時に、該発電機の巻線の絶縁抵抗を測定する絶縁抵抗測定手段と、該絶縁抵抗測定手段により測定された抵抗値が規定値未満である場合、発電機を起動し、該発電機の巻線に電力を供給して、巻線を発熱させて乾燥させる運転制御手段と、を備える。 This type of hydroelectric generator measures an operating state detecting means for detecting whether or not the generator is stopped, and measures the insulation resistance of the winding of the generator when the generator is stopped by the operating state detecting means. Insulation resistance measuring means, and when the resistance value measured by the insulation resistance measuring means is less than a specified value, start the generator, supply power to the winding of the generator, and heat the winding And an operation control means for drying.
かかる監視装置は、発電機の絶縁抵抗が規定値未満になると、発電機の巻線に直流電流を供給し、発電機を所定時間運転する。そうすることで、発電機の巻線が乾燥することになり、発電機の絶縁抵抗が回復するようになる(特許文献1参照)。 When the insulation resistance of the generator becomes less than the specified value, such a monitoring device supplies a direct current to the winding of the generator and operates the generator for a predetermined time. By doing so, the windings of the generator are dried, and the insulation resistance of the generator is recovered (see Patent Document 1).
ところで、前記水力発電装置では、絶縁抵抗が低下してから発電機の巻線に直流電流を供給しているため、低下した発電機の絶縁抵抗を回復させるのに時間を要する。また、周囲の水分を吸湿することによる発電機の絶縁抵抗の低下そのものを防止できない、という問題がある。 By the way, in the said hydroelectric power generation apparatus, since direct current is supplied to the coil | winding of a generator, after insulation resistance falls, it takes time to recover the insulation resistance of the reduced generator. In addition, there is a problem that it is impossible to prevent a decrease in the insulation resistance of the generator due to moisture absorption of the surrounding water.
そこで、本発明は、上記問題に鑑み、周囲の水分の吸湿による発電機の絶縁低下を防止することができる水力発電装置及び界磁回路を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a hydraulic power generation device and a field circuit that can prevent a decrease in insulation of a generator due to moisture absorption of surrounding water.
本発明に係る水力発電装置は、水車の回転に伴って回転するメインロータ、及びメインロータと対峙するメインステータを含むメイン発電機と、メインロータ又はメインステータの何れか一方に電力を供給し、該一方を励磁させる界磁回路とを備え、界磁回路は、水車の回転に伴って回転するサブロータ、及びサブロータと対峙するサブステータを含み、サブロータ又はサブステータの何れか一方が外部からの電力供給に伴って励磁されるサブ発電機と、メイン発電機とサブ発電機とを電気的に接続し、サブ発電機が発電した電力をメイン発電機におけるメインロータ又はメインステータの何れか一方に供給する電力供給系統と、メイン発電機のメインロータ及びサブ発電機のサブロータの停止中に、電力供給系統に外部から電力を供給する外部電力供給系統とを備えていることを特徴とする。 The hydroelectric power generator according to the present invention supplies power to either the main rotor that rotates with the rotation of the water turbine, the main generator that includes the main stator facing the main rotor, and either the main rotor or the main stator, A field circuit that excites the one, and the field circuit includes a sub-rotor that rotates as the water turbine rotates, and a sub-stator that faces the sub-rotor, and either the sub-rotor or the sub-stator is used to supply power from the outside. The sub-generator excited together with the main generator and the sub-generator is electrically connected, and the power generated by the sub-generator is supplied to either the main rotor or the main stator of the main generator. While the supply system and the main rotor of the main generator and the sub-rotor of the sub-generator are stopped, power is supplied to the power supply system from the outside. Characterized in that it includes a section power supply system.
かかる構成によれば、乾燥用の外部電力供給系統から、停止中のメイン発電機に該メイン発電機を乾燥させるための電力を供給するようにしたため、メイン発電機のメインロータ及びメインステータが供給された電力によって発熱して乾燥し、周囲の水分を吸湿することによる主発電機の絶縁低下を防止することができる。 According to this configuration, since the power for drying the main generator is supplied from the external power supply system for drying to the main generator being stopped, the main rotor and the main stator of the main generator are supplied. It is possible to prevent the insulation of the main generator from being lowered due to heat generated by the generated electric power and drying and absorbing moisture in the surrounding area.
また、本発明に係る水力発電装置の一態様として、水車の停止を検出する検出手段を備え、外部電力供給系統は、検出手段による水車の停止の検出に合わせ、電力供給系統に電力を供給することが好ましい。 Further, as one aspect of the hydroelectric power generation apparatus according to the present invention, a detection unit that detects the stop of the turbine is provided, and the external power supply system supplies power to the power supply system in accordance with detection of the stop of the turbine by the detection unit It is preferable.
かかる構成によれば、検出手段による水車の停止の検出に合わせ、外部電力供給系統から電力供給系統に電力を供給するようにしたため、メイン発電機の絶縁抵抗の低下を防止することができる。 According to such a configuration, power is supplied from the external power supply system to the power supply system in accordance with the detection of the stop of the water turbine by the detection means, so that it is possible to prevent a decrease in the insulation resistance of the main generator.
本発明に係る界磁回路は、水車の回転に伴って回転するメインロータ、及びメインロータと対峙するメインステータを含むメイン発電機のメインロータ又はメインステータの何れか一方に電力を供給し、該一方を励磁させる界磁回路であって、水車の回転に伴って回転するサブロータ、及びサブロータと対峙するサブステータを含み、サブロータ又はサブステータの何れか一方が外部からの電力供給に伴って励磁されるサブ発電機と、メイン発電機とサブ発電機とを電気的に接続し、サブ発電機が発電した電力をメイン発電機におけるメインロータ又はメインステータの何れか一方に供給する電力供給系統と、メイン発電機のメインロータ及びサブ発電機のサブロータの停止中に、電力供給系統に外部から電力を供給する外部電力供給系統とを備えていることを特徴とする。 The field circuit according to the present invention supplies electric power to either the main rotor or the main stator of the main generator including the main rotor rotating with the rotation of the water turbine and the main stator facing the main rotor, A field circuit that excites one of the sub-rotors that rotates as the water turbine rotates and a sub-stator that faces the sub-rotor, and one of the sub-rotor and the sub-stator is excited when power is supplied from the outside. A power supply system that electrically connects the generator, the main generator, and the sub-generator, and supplies power generated by the sub-generator to either the main rotor or the main stator of the main generator; An external power supply system for supplying power from the outside to the power supply system while the main rotor of the machine and the sub-rotor of the sub-generator are stopped. Characterized in that it comprises.
かかる構成によれば、乾燥用の外部電力供給系統から、停止中のメイン発電機に該メイン発電機を乾燥させるための電力を供給するようにしたため、メイン発電機のメインロータ及びメインステータが供給された電力によって発熱して乾燥し、周囲の水分を吸湿することによる主発電機の絶縁低下を防止することができる。 According to this configuration, since the power for drying the main generator is supplied from the external power supply system for drying to the main generator being stopped, the main rotor and the main stator of the main generator are supplied. It is possible to prevent the insulation of the main generator from being lowered due to heat generated by the generated electric power and drying and absorbing moisture in the surrounding area.
また、本発明に係る界磁回路の一態様として、水車の停止を検出する検出手段を備え、外部電力供給系統は、検出手段による水車の停止の検出に合わせ、電力供給系統に電力を供給することが好ましい。 In addition, as one aspect of the field circuit according to the present invention, a detection unit that detects the stop of the turbine is provided, and the external power supply system supplies power to the power supply system in accordance with the detection of the stop of the turbine by the detection unit. It is preferable.
かかる構成によれば、検出手段による水車の停止の検出に合わせ、外部電力供給系統から電力供給系統に電力を供給するようにしたため、メイン発電機の絶縁抵抗の低下を防止することができる。 According to such a configuration, power is supplied from the external power supply system to the power supply system in accordance with the detection of the stop of the water turbine by the detection means, so that it is possible to prevent a decrease in the insulation resistance of the main generator.
以上のように、本発明によれば、周囲の水分を吸湿することによる発電機の絶縁低下を防止することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to prevent a decrease in insulation of the generator due to moisture absorption of surrounding moisture.
本発明の一実施形態に係る水力発電装置について図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る水力発電装置は、図1〜図3に示す如く、水車10の回転に伴って回転するメインロータ20、及びメインロータ20と対峙するメインステータ21を含み、送電用の電力を発電するためのメイン発電機2と、メインロータ20又はメインステータ21の何れか一方に電力を供給し、該一方を励磁させる界磁回路Aとを備える。
A hydroelectric generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The hydroelectric generator according to this embodiment includes a
界磁回路Aは、水車10の回転に伴って回転するサブロータ30、及びサブロータ30と対峙するサブステータ31を含み、サブロータ30又はサブステータ31の何れか一方が外部からの電力供給に伴って励磁されるサブ発電機3と、メイン発電機2とサブ発電機3とを電気的に接続し、サブ発電機3が発電した電力をメイン発電機2におけるメインロータ20又はメインステータ21の何れか一方に供給する電力供給系統4と、メイン発電機2のメインロータ20及びサブ発電機3のサブロータ30の停止中に、電力供給系統4に外部から電力を供給する外部電力供給系統5とを備える。
The field circuit A includes a
また、本実施形態において、水力発電装置1は、水車10の停止を検出する検出手段6をさらに備える。そして、外部電力供給系統5は、検出手段6による水車10の停止の検出に合わせ、電力供給系統4に電力を供給する。
Moreover, in this embodiment, the hydroelectric generator 1 is further provided with the detection means 6 which detects the stop of the
水車10は、回転可能に設けられた回転軸10aの一端部に固定され、水量発電所からの給水によって回転軸10aとともに回転する。
The
メインロータ20は、回転軸10aに取り付けられたメインステータ21が回転可能に内挿される。また、メインロータ20は、界磁巻線で発生する磁界によって発電するための複数の巻線であって、スター結線された三相交流発電用の巻線を有する。また、複数の巻線のそれぞれは、負荷(R相,S相,T相の送電線)に接続される。
The
メインステータ21は、メインステータ21の中心を回転軸10aが貫通した状態で、回転軸10aに固定される。また、メインステータ21は、発電用の磁界を発生させるための界磁巻線を有する。
The
サブロータ30は、サブロータ30の中心を回転軸10aが貫通した状態で、回転軸10aに固定される。したがって、メインロータ20とサブロータ30とは回転軸10aによって直結されている。また、サブロータ30は、メインステータ21の界磁巻線に電圧を供給するための複数の巻線であって、スター結線された三相交流発電用の巻線を有する。
The
サブステータ31は、円筒形状で、回転軸10aに固定されたサブロータ30が回転可能に内挿される。また、サブステータ31は、サブロータ30を励磁するための磁界を発生する装置であり、発電用の外部電力供給系統5の外部電源50に接続された励磁巻線を有する。
The
電力供給系統4は、サブステータ31に電力を供給する電源40と、サブロータ30とメインステータ21との間に配置された整流器41を有する。該整流器41は、サブロータ30とメインステータ21との間の回転軸10aに固定される。また、整流器41は、サブロータ30で発電された交流電力を直流電力に変換するために、複数のダイオード410を有する。なお、本実施形態において、サブロータ30、電力供給系統4、及びメインステータ21によって界磁回路Aが構成される。
The
外部電力供給系統5は、直流電流の供給により励磁可能な停止中のメイン発電機2に、直流電流を供給し前記メイン発電機2を乾燥させるための外部電源50と、前記メイン発電機2に対して外部電源50からの電流を供給可能に構成された電流供給手段51とを備える。また、外部電力供給系統5は、前記水車10の回転が停止した時点で、水車10の停止を検出する検出手段6の検知信号に基づいて、電力供給系統4から切り替わるように構成される。
The external
外部電源50は、メイン発電機2を発電するための電源40(電力供給系統4の電源)とは別の電源であり、メイン発電機2に対して直流電流を供給するための電源である。
The
電流供給手段51は、回転軸10aに取り付けられた複数のスリップリングである。該スリップリング51は、回転軸10aに取り付けられた環状の通電体で、スイッチSWを介して乾燥用の外部電源50に接続される。そして、スリップリング51は、図示しないブラシの接触によってメイン発電機2に対して直流電流を間接的に供給する。
The current supply means 51 is a plurality of slip rings attached to the
検出手段6は、メインロータ20の回転速度を検知する速度リレーである。
The detection means 6 is a speed relay that detects the rotational speed of the
つぎに本実施形態に係る水力発電装置の使用態様について説明する。なお、本実施形態においては、サブ発電機のサブステータに電力を供給してサブロータが励磁される場合を例にとって説明する。 Next, a usage mode of the hydroelectric generator according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, an example will be described in which power is supplied to the sub-stator of the sub-generator to excite the sub-rotor.
まず、電力供給系統4の電源40からサブステータ31の励磁巻線に直流電圧が供給され、励磁巻線において磁界が発生する。
First, a DC voltage is supplied from the
つぎに水力発電所の入水弁(図示せず)を開くと、流入した水によって水車10が回転すると共に、回転軸10aが正方向に回転する。これに伴って、サブロータ30、整流器41、及びメインロータ20が回転する。
Next, when a water intake valve (not shown) of the hydroelectric power station is opened, the
そして、サブロータ30、整流器41、及びメインロータ20の回転により、サブロータ30において交流電圧が発生し、整流器41において、交流電圧から直流電圧に変換される。この直流電圧がメインステータ21の界磁巻線に供給され、発電するための磁界が発生する。この磁界によって、メインロータ20で発電が行われ、メインロータ20において交流電圧(送電用の電力)が発生する。これにより、水力発電装置1が運転状態となる。
Then, an AC voltage is generated in the sub-rotor 30 by the rotation of the sub-rotor 30, the
つぎに水力発電装置1の停止について説明する。電源40との接続を解除すると、サブステータ31の励磁巻線に対する電源供給が停止され、励磁巻線において磁界が発生しない状態となる。また、水力発電所の入水弁を閉じると、回転軸10aの回転が停止するとともに、水車10の回転も停止する。したがって、サブロータ30からメインステータ21の界磁巻線に対する電圧供給が停止され、界磁巻線において磁界が発生しなくなる。よって、メインロータ20で発電が行われない状態となる。
Next, stop of the hydroelectric generator 1 will be described. When the connection with the
メインロータ20の停止状態は速度リレー6によって検知される。そして、速度リレー6によって、メインロータ20の停止状態が検知されると、複数のスリップリング51,51に外部電力供給系統5の外部電源50が接続される。具体的には、スイッチSWが閉じられて、外部電源50からスリップリング51,51を介してメイン発電機2に直流電流が供給されて、界磁巻線及び巻線が発熱し、メイン発電機2の絶縁低下が防止される。
The stop state of the
このように、本実施形態に係る水力発電装置によれば、停止中のメイン発電機2に電力を供給することで、メイン発電機2の絶縁低下を防止することができる。
As described above, according to the hydroelectric generator according to the present embodiment, it is possible to prevent a decrease in insulation of the
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論のことである。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、前記実施形態の場合、水車発電機に適用したが、車両の回転機の磁界回路にも適用できる。 For example, in the case of the above-described embodiment, the present invention is applied to the water turbine generator, but it can also be applied to a magnetic field circuit of a rotating machine of the vehicle.
また、前記実施形態の場合、速度リレー6によって回転子の速度を検知するようにしたが、スピードメータ、速度センサによって速度検知するようにしてもよい。
In the case of the above embodiment, the speed of the rotor is detected by the
また、前記実施形態の場合、界磁回路Aの巻線に直流電流を間接的に供給するために、電流供給手段としてスリップリング51を使用したが、回転トランス(ロータリートランス)を用いるようにしてもよく、メイン発電機2の巻線に電流を直接的に供給するようにしてもよい。
In the case of the above-described embodiment, the
また、前記実施形態の場合、回転軸10aによって水車10とメインロータ20とを直結するようにしたが、クラッチによって、水車10とメインロータ20とを適宜接続したり、分離したりするようにしてもよい。
In the case of the above embodiment, the
また、前記実施形態の場合、メイン発電機2及びサブ発電機3において、ステータを励磁させてロータで発電するようにしたが、ロータを励磁させてステータで発電させるようにしてもよい。
Further, in the case of the embodiment, in the
1…水力発電装置、10…水車、10a…回転軸、2…メイン発電機、20…メインロータ、21…メインステータ、3…サブ発電機、30…サブロータ、31…サブステータ、4…電力供給系統、40…電力供給系統の電源、41…整流器、5…外部電力供給系統、50…外部電源、51…スリップリング(電流供給手段)、6…速度リレー(検出手段)、A…界磁回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydroelectric power generator, 10 ... Water wheel, 10a ... Rotating shaft, 2 ... Main generator, 20 ... Main rotor, 21 ... Main stator, 3 ... Sub generator, 30 ... Sub rotor, 31 ... Sub stator, 4 ... Electric power supply system DESCRIPTION OF
Claims (4)
メインロータ又はメインステータの何れか一方に電力を供給し、該一方を励磁させる界磁回路とを備え、
界磁回路は、
水車の回転に伴って回転するサブロータ、及びサブロータと対峙するサブステータを含み、サブロータ又はサブステータの何れか一方が外部からの電力供給に伴って励磁されるサブ発電機と、
メイン発電機とサブ発電機とを電気的に接続し、サブ発電機が発電した電力をメイン発電機におけるメインロータ又はメインステータの何れか一方に供給する電力供給系統と、
メイン発電機のメインロータ及びサブ発電機のサブロータの停止中に、電力供給系統に外部から電力を供給する外部電力供給系統とを備えていることを特徴とする水力発電装置。 A main rotor for generating electric power for power transmission, including a main rotor rotating with the rotation of the water turbine and a main stator facing the main rotor;
A field circuit for supplying power to either the main rotor or the main stator and exciting the one;
The field circuit is
A sub-rotor that rotates along with the rotation of the water turbine, and a sub-stator that faces the sub-rotor, and either the sub-rotor or the sub-stator is energized with an external power supply;
A power supply system that electrically connects the main generator and the sub-generator and supplies power generated by the sub-generator to either the main rotor or the main stator of the main generator;
A hydroelectric generator comprising: an external power supply system that supplies power to the power supply system from outside while the main rotor of the main generator and the subrotor of the sub-generator are stopped.
水車の回転に伴って回転するサブロータ、及びサブロータと対峙するサブステータを含み、サブロータ又はサブステータの何れか一方が外部からの電力供給に伴って励磁されるサブ発電機と、
メイン発電機とサブ発電機とを電気的に接続し、サブ発電機が発電した電力をメイン発電機におけるメインロータ又はメインステータの何れか一方に供給する電力供給系統と、
メイン発電機のメインロータ及びサブ発電機のサブロータの停止中に、電力供給系統に外部から電力を供給する外部電力供給系統とを備えていることを特徴とする界磁回路。 Including a main rotor rotating with the rotation of the water turbine, and a main stator facing the main rotor, supplying power to either the main rotor or the main stator of the main generator for generating electric power for power transmission, A field circuit for exciting the one,
A sub-rotor that rotates along with the rotation of the water turbine, and a sub-stator that faces the sub-rotor, and either the sub-rotor or the sub-stator is energized with an external power supply;
A power supply system that electrically connects the main generator and the sub-generator and supplies power generated by the sub-generator to either the main rotor or the main stator of the main generator;
A field circuit comprising: an external power supply system that supplies power to the power supply system from outside while the main rotor of the main generator and the sub rotor of the sub-generator are stopped.
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