JP2018046636A - 高調波共振防止装置及びその方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の変圧器6、電力ケーブル11及び高調波電圧検出継電器8を備えた系統に設けられ、第1の変圧器6の運転台数を判定する変圧器運転台数判定部91と、電力ケーブル11の運転回線数を判定するケーブル運転回線数判定部92と、変圧器運転台数判定部91及びケーブル運転回線数判定部92の判定結果から系統の回路構成を判定する回路構成判定部93と、系統における高調波電圧が、系統に設けられた高調波電圧検出継電器8の整定値以上となった場合に、系統の共振周波数が、奇数次高調波の共振を起こす共振周波数領域から外れた回路構成に変更する回路構成変更部94と、を備える。
【選択図】図2
Description
(1)前記変圧器の運転台数を判定する変圧器運転台数判定部。
(2)前記ケーブルの運転回線数を判定するケーブル運転回線数判定部。
(3)前記変圧器運転台数判定部及び前記ケーブル運転回線数判定部の判定結果から前記系統の回路構成を判定する回路構成判定部。
(4)前記系統における高調波電圧が、前記系統に設けられた高調波電圧検出継電器の整定値以上となった場合に、前記系統の共振周波数が、奇数次高調波の共振を起こす共振周波数領域から外れた回路構成に変更する回路構成変更部。
以下では、図1〜図8を参照しつつ、本実施形態の高調波共振防止装置について説明する。
図1は、本実施形態に係る高調波共振防止装置が適用された系統の単線結線図である。本実施形態の系統は、長距離ケーブル系統であり、電源1、第1の変電所3、電力ケーブル11、第2の変電所12を有する。
回線構成(B):第1の変圧器6が1バンク停止した状態[1B+2C]
回線構成(C):電力ケーブル11が1回線停止した状態[2B+1C]
回線構成(D):第1の変圧器6が1バンク、電力ケーブル11が1回線停止した状態[1B+1C]
図5〜図8を用いて、高調波共振防止装置9の作用について説明する。その前準備として、系統の共振周波数及び系統の共振周波数が系統の回路構成によって変化することを説明する。
図5は、図1に示した系統の等価回路であり、図1の送電系統において、高調波共振に関して主要な電気的要素を示したものである。図5に示すように、この送電系統は、電源1から電源系統のインダクタンス2L、第1の変圧器6のインダクタンス6L、電力ケーブル11のインダクタンス11L、電力ケーブル11の対地静電容量11C、第2の変電所12の第2の変圧器14のインダクタンス14Lと、順次接続されている。実際には、架空送電線にも対地静電容量や抵抗があるが、共振現象に及ぼす影響が小さいので図示は省略している。
長距離ケーブル系統の共振周波数は、系統の回路構成によって変化する。上記の通り本実施形態では、第1の変圧器6は2台、電力ケーブル11は2回線で構成されているので、回路構成は図3の通り、回路構成(A)〜(D)の4種類ある。これに伴って、以下に述べる通り、この系統の共振周波数も4種類になる。すなわち、各回路構成(A)〜(D)の共振周波数は、式(1)のL0・C0にそれぞれの回路構成のL0・C0を代入することで得られる。
LG :電源系統のインダクタンス
LTR:第1の変圧器6の漏れインダクタンス
LC :電力ケーブル11のインダクタンス
C0 :回路全体の合成した静電容量
CC :電力ケーブル11の対地静電容量
(1)電源系統の電圧:220kV
(2)定格周波数:60Hz
(3)電源系統の短絡容量: 9500MVAとする。短絡電流は25kA、66kV側から見たインダクタタンスLGは、1.21mHとなる。
(4)低圧側母線の電圧:66kV
(5)第1の変圧器の定格容量:100MVA
(6)第1の変圧器のバンク数:2バンク
(7)第1の変圧器の1次/2次定格電圧:220/66kV
(8)第1の変圧器の短絡インピーダンス:15%とする。従って、66kV側から見たインダクタンスLTR=17.33mHとなる。
(9)長距離ケーブルの電圧および長さ:66kV、70km
(10)長距離ケーブルの回線数:2回線
(11)長距離ケーブルの種別:架橋ポリエチレンケーブル、325mm2、3心、海底ケーブルとする。対地静電容量は0.201μF/km、70kmでは14.07μFである。インダクタンスは0.330mH/km、70kmでは23.10mHとなる。
(12)第1の変圧器の台数とケーブル回線数の組合せ:図3のとおり4種類
ここで、高調波共振防止装置9の動作について説明する。以下では、高調波共振防止装置9の動作フローを説明するが、その動作順序はその順序に限定されない。
ここでは、一例として、回路構成判定部93は、現在の回路構成が回路構成(B)であると判定したものとして説明する。図7に示すように、回路構成(B)の共振周波数は、第3次高調波の共振領域に含まれており、共振を防止するため、回路構成を変更する必要がある。回路構成判定部93は、現在の回路構成が回路構成(B)である旨を回路構成変更部94に通知する。
基本的な動作は、上記のパターン1と同じであるので、異なる部分のみ説明する。現在の回路構成が回路構成(C)である場合、回路構成判定部93は、現在の回路構成が回路構成(B)である旨を回路構成変更部94に通知する。
図8は、従来技術による直列リアクトルを設けた場合の単線結線図である。図8に示すように、回路構成(A)〜(D)までの全ての回路構成において、第3次及び第5次高調波共振が発生しないようにする直列リアクトルが、ケーブル回線用遮断器10aと電力ケーブル11の送電端との間に直列リアクトル17として挿入されている。
(1)本実施形態の高調波共振防止装置9は、第1の変圧器6、電力ケーブル11及び高調波電圧検出継電器8を備えた系統に設けられ、第1の変圧器6の運転台数を判定する変圧器運転台数判定部91と、電力ケーブル11の運転回線数を判定するケーブル運転回線数判定部92と、変圧器運転台数判定部91及びケーブル運転回線数判定部92の判定結果から系統の回路構成を判定する回路構成判定部93と、系統における高調波電圧が、系統に設けられた高調波電圧検出継電器8の整定値以上となった場合に、系統の共振周波数が、奇数次高調波の共振を起こす共振周波数領域から外れた回路構成に変更する回路構成変更部94と、を備えるようにした。
第1の実施形態の変形例1〜5について説明する。各変形例は、第1の実施形態の基本構成と同じである。以下では、第1の実施形態と異なる点のみを説明し、第1の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
[構成]
上記では、第1の実施形態に係る高調波共振防止装置と従来技術との作用の相違を説明したが、第1の実施形態に対して直列リアクトルを設けることを妨げない。すなわち、複数の電力ケーブル11のうち、少なくとも何れかの電力ケーブル11の送電端と遮断器10aとの間に直列リアクトル17を設けるようにしても良い。直列リアクトル17は、系統の第1の変圧器6及び電力ケーブル11が全て運転する回路構成(A)を含めた複数の回路構成で共振が発生しないインダクタンスを有する。
(解析条件2)
解析条件2は、解析条件1とケーブル長が異なり、その他は同一である。
(9)長距離ケーブルの長さ:50km
本変形例1の作用、効果について説明する。その前段階として、まず、電力ケーブル11のケーブル長が変わることで共振周波数が変わることを説明し、従来技術の直列リアクトルを全ての回路構成に適用する場合のデメリットを説明する。
図13は、第1の実施形態に係る高調波共振防止装置が適用された変形例2の系統の単線結線図である。図13に示すように、第2の変電所12の母線13には、電力ケーブル18がケーブル回線用遮断器10bを介して接続されている。変形例2の想定例は、第2の変電所12が離島に設けられ、更に当該離島から電力ケーブル18が延び、他の離島などに電力を送配電する場合である。すなわち、離島は1つとは限らず、離島間を海底に敷設する電力ケーブル18で接続する場合が挙げられる。
第1の実施形態の適用範囲は、離島送電に限定されない。図14は、洋上風力発電所からの長距離ケーブル系統に高調波共振防止装置9を適用した場合の単線結線図である。第2の変電所12を洋上変電所21としている。すなわち、図14に示すように、洋上発電所19からの電力を、送電線20を経由して洋上変電所21の母線22に送り、変圧器23を介して電力ケーブル11から第1の変電所3へと送電する。
図15は、第1の実施形態に係る高調波共振防止装置が適用された変形例4の系統の単線結線図である。変形例4の想定例としては、第1の変電所3が本土に設置され、第2の変電所12が離島に設置され、本土側から離島側へ送電するケースである。図15に示すように、第1の変電所3の低電圧側母線4bだけでなく、第2の変電所12の配電系統用母線15にも計器用変圧器7を介して高調波電圧検出継電器8(以下、第2の継電器8といい、第1の変電所3に設けた高調波電圧検出継電器8を第1の継電器8という。)を設けており、本土側及び離島側の高調波電圧を監視する。
第1の実施形態では、第1の変圧器6の台数、電力ケーブル11の回線数は、各2組としたが、その台数、回線数は任意である。その場合には、1つ以上の回路構成で共振が発生しないように設計しておけば良い。
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
2…電源送電線
3…第1の変電所
4a…高圧側母線
4b…低圧側母線
5a…高圧側遮断器
5b…低圧側遮断器
6…第1の変圧器
7…計器用変圧器
8…高調波電圧検出継電器
9…高調波共振防止装置
10a、10b…ケーブル回線用遮断器
11…電力ケーブル
12…第2の変電所
13…母線
14…第2の変圧器
15…配電系統用母線
16…配電系統
17…直列リアクトル
18…電力ケーブル
19…洋上発電所
20…送電線
21…洋上変電所
22…母線
23…変圧器
91…変圧器運転台数判定部
92…ケーブル運転回線数判定部
93…回路構成判定部
94…回路構成変更部
94a…遮断決定部
94b…遮断指令生成部
95…復帰検出部
96…警報部
Claims (10)
- 変圧器、ケーブル及び高調波電圧検出継電器を備えた系統に設けられ、
前記変圧器の運転台数を判定する変圧器運転台数判定部と、
前記ケーブルの運転回線数を判定するケーブル運転回線数判定部と、
前記変圧器運転台数判定部及び前記ケーブル運転回線数判定部の判定結果から前記系統の回路構成を判定する回路構成判定部と、
前記系統における高調波電圧が、前記系統に設けられた高調波電圧検出継電器の整定値以上となった場合に、前記系統の共振周波数が、奇数次高調波の共振を起こす共振周波数領域から外れた回路構成に変更する回路構成変更部と、
を備えたことを特徴とする高調波共振防止装置。 - 前記系統には、前記変圧器又は前記ケーブルを前記系統から遮断する遮断器が設けられ、
前記回路構成変更部は、
前記系統から遮断させる前記変圧器又は前記ケーブルを決定する遮断決定部と、
前記遮断決定部で決定された遮断対象となる前記変圧器又は前記ケーブルに対する遮断器を遮断させる遮断指令を生成し、当該遮断器に遮断指令を出力する遮断指令生成部と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の高調波共振防止装置。 - 前記遮断決定部は、候補となる回路構成が複数ある場合は、その優先順位を決定することを特徴とする請求項2記載の高調波共振防止装置。
- 前記遮断決定部は、運転中の前記変圧器の台数と前記ケーブルの回線数とを比較し、数の多い方を遮断対象とすること、
を特徴とする請求項2又は3記載の高調波共振防止装置。 - 前記高調波電圧検出継電器からの復帰信号を検出する復帰検出部を備え、
前記遮断指令生成部が遮断指令を出力した後、前記復帰検出部が、所定時間前記復帰信号を受信しない場合、前記遮断決定部は、前記優先順位に従って遮断対象となる前記変圧器又は前記ケーブルを決定し、
前記遮断指令生成部は、決定された前記変圧器又は前記ケーブルに対する遮断器に遮断指令を出力すること、
を特徴とする請求項3記載の高調波共振防止装置。 - 前記回路構成変更部は、前記回路構成判定部が、運転中の前記変圧器が1台で前記系統に接続状態にある前記ケーブルが1回線であると判定する場合に、共振が発生しているときは、当該変圧器及びケーブルの両方又はその何れかを遮断すること、
を特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の高調波共振防止装置。 - 前記回路構成変更部が前記系統の回路構成を変更する場合に、警報を発する警報部を備えること、
を特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の高調波共振防止装置。 - 前記警報部は、運転中の前記変圧器又は前記系統と接続された前記ケーブルがない場合に警報を発すること、
を特徴とする請求項7記載の高調波共振防止装置。 - 前記系統には、複数の前記ケーブルのうち、少なくとも何れかの前記ケーブルの端部に直列に直列リアクトルが設けられ、
前記直列リアクトルは、前記変圧器及び前記ケーブルが全て運転する回路構成を含めた複数の回路構成で共振が発生しないインダクタンスを有すること、
を特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の高調波共振防止装置。 - 変圧器、ケーブル、及び高調波電圧検出継電器を備えた系統の高調波共振を防止する高調波共振防止方法であって、
前記変圧器の運転台数を判定する変圧器運転台数判定ステップと、
前記ケーブルの運転回線数を判定するケーブル運転回線数判定ステップと、
前記変圧器運転台数判定ステップ及び前記ケーブル運転回線数判定ステップの判定結果から前記系統の回路構成を判定する回路構成判定ステップと、
前記系統における高調波電圧が、前記系統に設けられた高調波電圧検出継電器の整定値以上となった場合に、前記系統の共振周波数が、奇数次高調波の共振を起こす共振周波数領域から外れた回路構成に変更する回路構成変更ステップと、
を備えたことを特徴とする高調波共振防止方法。
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