JP2934092B2 - 発電設備 - Google Patents

発電設備

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JP2934092B2
JP2934092B2 JP4060599A JP6059992A JP2934092B2 JP 2934092 B2 JP2934092 B2 JP 2934092B2 JP 4060599 A JP4060599 A JP 4060599A JP 6059992 A JP6059992 A JP 6059992A JP 2934092 B2 JP2934092 B2 JP 2934092B2
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毅 山出
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14Combined heat and power generation [CHP]

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  • Protection Of Generators And Motors (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原動機と、該原動機に
より駆動する発電機と、を備えている発電設備に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の技術としては、原動機と発電機の
動力伝達系において、短絡事故による過大トルクから原
動機を保護するため、原動機の耐力以下で切断する機械
的ヒューズを設けている。この場合の機械的ヒューズは
軸継手の部分にシャーピンを設けるのが一般的である。
【0003】ところで、発電機を電気的に保護するため
に継電器が設けられているものがある。この継電器につ
いて、図2を用いて簡単に説明する。なお、同図におい
て、横軸は時間、縦軸は出力(定格出力を100%)を
示し、実線は発電機の保護協調曲線G、一点破線はこの
継電器の特性曲線Rを示す。
【0004】発電機を電気的に保護するための継電器と
しては、例えば、発電機起動時に生じる突入電流から発
電機を保護するために、特性曲線R上のa点においてリ
レーが働くよう、すなわちに、約2000%の出力が約
0.02秒継続すると、リレーが働くように設定されて
いるものや、継続的な過電流から発電機を保護するため
に、特性曲線R上の比較的動作時間が長いところでリレ
ーが働くよう設定されているものがある。なお、前述し
たシャーピンSは、図2に示すように、約170〜20
0%の負荷がかかると、切断されるように設定されてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術では、短絡事故で過大トルクが発生し、シ
ャーピンが切断してしまうと、その復旧の為に発電設備
を長時間停止させなれけばならないため、コージェネシ
ステム等常用機として工場などに設置される発電設備の
場合、長時間の停電は、顧客に対し多額の損害を発生さ
せることになる。
【0006】また、図3に示すように、短絡事故が発生
0してからシャーピンが切断t1されるまでの間におい
ては、原動機の回転速度Sが低下する一方で、突発短絡
トルクTは原動機側から見ると負荷が増加したことにな
るため、原動機の出力を上昇させようとして多量の燃料
Fが噴射される。このため、原動機の回転速度Sが遅い
状態で多量の燃料Fが噴射される状態が一時的に発生
し、原動機にダメージを与えることがあるという問題点
がある。
【0007】また、一般的に、発電設備と商用電源とを
並列運転する場合、両者間に無効電力が流れるので、こ
れを調整するために、商用電源の電圧を監視しながら発
電設備の電圧を調整する自動電圧調整装置(AVR)が
設けられている。ところで、同期発電機には、自己の電
圧を無効電流を流すことで、商用電源の電圧に合うよう
に調整しようとする性質がある。そのため、この自動電
圧調整装置が故障すると、商用電源側に無効電流の位相
が進み、商用電源側に電力を過剰に供給してしまう場合
が考えられる。相手が電力会社の場合、発電システム側
からの電力供給は禁止される場合があり罰金の対象とな
る。また、供給する側の発電設備は、電圧調整のために
電流を変化させるので、電圧的には問題ないが、力率が
過度に遅れたり進んだりして、過負荷状態になり発電機
の焼損に至ることがあるという問題点がある。
【0008】本発明は、このような従来の問題点につい
て着目してなされたもので、損傷事故を防ぐことができ
る発電設備を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の発電設備は、発電機の電力路を断つ遮断器と、前記発
電機を保護できる値に設定され、前記電力路を流れる電
流が前記値を超えると、前記遮断器を動作させる電流継
電器と、前記原動機への入力量を調整する調整器と、
記電流継電器とは別に、前記電力路を流れる電流が所定
時間以上所定値を超えたことにより短絡電流を検出し、
該短絡電流を検出すると前記遮断器を動作させると共
に、前記入力量が減るよう前記調整器を動作させる短絡
継電器と、を備えていることを特徴とするものである。
【0010】また、前記目的を達成するための発電設備
は、発電機の電力路を断つ遮断器と、前記発電機を保護
できる値に設定され、前記電力路を流れる電流が前記値
を超えると、前記遮断器を動作させる電流継電器と、前
記発電機を駆動する原動機への入力量を調整する調整器
と、前記電流継電器とは別に、前記電力路を流れる電流
が所定時間以上所定値を超えたことにより短絡電流を検
出し、該短絡電流を検出すると、前記入力量が減るよう
前記調整器を動作させる短絡電流継電器と、を備えてい
ることを特徴とするものである。
【0011】ここで、前記原動機への入力量とは、この
原動機がガスタービンであれば燃焼器内に噴射される燃
料や燃焼用空気であり、蒸気タービンであればタービン
内に供給される蒸気であり、水車であれば水である。な
お、以上の発電設備において、前記短絡継電器は、前記
発電機の定格電流の125%〜170%が0.2〜0.
5秒の間流れると、動作するよう設定されていることが
好ましい。
【0012】また、前記目的を達成するための他の発電
設備は、発電機の電力路を遮断する遮断器と、前記電力
路の力率を検出し、該力率が予め定められた範囲を超え
ると、前記遮断器を動作させる力率継電器と、を備えて
いることを特徴とするものである。
【0013】
【作用】発電機の出力回路で電気的短絡が発生すると発
電機電機子には、定格の3〜10倍の突発短絡電流が瞬
時的に流れ、それに伴い、回転子軸などに突発短絡トル
クが伝わる。この突発短絡トルクが原動機に達し、機械
的な変形や場合によっては破損を招く事が考えられる。
発電設備の電気回路には、保護継電器として電流継電器
や電圧継電器が設置されているが、これらの継電器は継
続的な過電流や過電圧から発電機を保護する設定で設置
されており、動作時限が短く瞬時的な突発短絡電流には
応答できない。また、起動時の突発電流から発電機を保
護する目的で設定されているものもあるが、この目的の
電流継電器は、短絡電流を検出するものとしては、設定
時間が短すぎ、かつ設定出力も高すぎるため、これのみ
では起動時の突発電流と短絡事故とから原動機と発電機
の双方を保護することができない。したがって、これら
の継電器の他に短絡継電器を設置している。
【0014】この短絡継電器は、主回路遮断器のトリッ
プ回路に接続することにより、突発短絡トルクが原動機
にかかる前に、回路が遮断され、原動機および原動機と
発電機との継手部分等の保護を図ることができる。ま
た、この短絡継電器は、原動機の調整器と接続させても
よい。前述したように、短絡事故が発生した場合、突発
短絡トルクは原動機側から見ると一時的に負荷が増加し
たことと同等で、このため、原動機は出力を上昇させよ
うと多量の燃料を噴射し、過負荷状態になり原動機にダ
メージを与えてしまう。そこで、短絡継電器が短絡電流
を検出すると、原動機への入力量が減少するよう、調整
器を動作させることにより、原動機が過負荷状態になる
のを防ぎ、原動機を短絡事故から保護することができ
る。
【0015】発電設備と商用電源とを並列運転している
場合に、発電設備の制御装置のトラブルによって発生す
る無効電力の調整不調により、発電設備から商用電源側
に過剰の進み電力を供給してしまう場合が考えられる。
発電設備の発電機は、力率が遅れると過負荷状態になり
正常な運転が出来なくなる可能性がある。そこで、発電
設備の回路中に力率を検出する力率継電器を設け、この
継電器を回路遮断器のトリップ回路に接続することによ
り、無効電力の調整不調から発電機の保護を図ってい
る。
【0016】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を用い
て説明する。図1に示すように、本実施例の発電設備G
は、商用電源Wと接続されており、原動機1と、この原
動機1と軸継手Qを介して接続されている発電機2と、
発電機2からの電力が流れる出力ケーブル3a,3b
と、原動機1および発電機2の主に出力を制御する制御
装置14とを有して構成されている。
【0017】制御装置14は、出力ケーブル3a,3b
を流れる電力を遮断する主回路遮断断器4と、この主回
路遮断器4を動作させるトリップ回路5と、電圧継電器
6と、電流継電器7と、短絡継電器8と、力率継電器9
と、発電設備Gからの出力電圧Eを常時監視して発電機
界磁11を制御し出力電圧Eが一定に保つための自動電
圧調整器10と、各継電器6,7,…からの信号を受け
てトリップ回路5を動作させる等する制御回路13とを
有している。原動機1には、制御回路13からの指示を
受けて原動機1の回転速度を調整する原動機調速器12
が設けられている。
【0018】次に、本実施例の動作について説明する。
原動機1に対して燃料又は電力の入力Pがあると、原動
機1が駆動すると共に、原動機1に軸継手Qを介して接
続されている発電機2も駆動する。この発電機2の駆動
により、電力が発生する。この電力は、出力ケーブル3
a,3bに供給され、制御装置14により制御される。
【0019】電圧継電器6は出力ケーブル3bの電圧を
検知し、この電圧が規定以上の値になると制御回路13
に信号を送る。制御回路14は、この信号を受けると、
トリップ回路5に信号を出力して、主回路遮断器4を動
作させる。また、電流継電器7、短絡継電器8や力率継
電器9も、それぞれ、出力ケーブル3bの電流、短絡電
流、力率を検出し、これらが規定以上の値になると、信
号を出力して、制御回路13およびトリップ回路5を介
して、主回路遮断器4を動作させる。
【0020】ここで、電流継電器7および短絡継電器8
の動作について、図2を用いて詳細に説明する。電流継
電器7および短絡継電器8は、いずれも出力ケーブル3
bの電流を検出して動作するものであるが、それぞれが
動作する設定値が異なっている。
【0021】すなわち、電流継電器7は、前述したよう
に、発電機2の起動時に生じる突入電流から発電機2を
保護するために、この突入電流により動作すべく、約2
000%の出力が約0.02秒継続すると(特性曲線R
上のa点)、リレーが働くように設定されているもので
ある。一方、短絡継電器8は、短絡事故から原動機を保
護するために、短絡電流により動作すべく、約150%
の出力が0.5秒継続すると(図2中、b点)、リレー
が働くように設定されているものである。
【0022】突発短絡トルクは、突発短絡トルクは、短
絡後1/2サイクルで発生するため、それ以前に短絡電
流を遮断してしまえば、このトルクは発生しない。この
ため、短絡後、主回路遮断器4のトリップまでの時間を
1/2サイクル以下にする必要がある。したがって、短
絡電流を検出すると共に、この必要性に対応すべく、短
絡継電器8の設定時間は、0.5秒に設定されている。
なお、この設定時間は、これに限定されるものではな
く、0.2〜0.5秒の間に設定しておけばよい。ま
た、短絡継電器8が動作するため出力は、前述した、短
絡事故が発生してからシャーピン(但し、本実施例では
シャーピンを設けていない。)が折れるまでの間の原動
機1の損傷を防ぐべく、シャーピンSが折れる170%
〜200%よりも低い、125%〜170%に設定され
ている。
【0023】短絡継電器8からの信号は、制御回路13
を介して、主回路遮断器4に送られて主ケーブル3a,
3bが断たれると共に、原動機調速器12に送られて原
動機入力Pである燃料又は電源が絞込まれる。主ケーブ
ル3a,3bが断たれると、原動機1には突発短絡トル
クがかからないので、原動機1および軸継手Qは保護さ
れる。また、原動機調速器12によって、入力Pも積極
的に抑えられるので、原動機1は保護される。ところ
で、短絡事故から原動機1を保護するためには、短絡継
電器8からの信号により積極的に動作させるものは、原
動機調速器12と主回路遮断器4とのうち、いずれか一
方でもよいが、例えば、主回路遮断器4のみを動作させ
ると、制御遅れにより、燃料等の絞り込みが開始される
まで時間がかかるので、十分に原動機1を保護すること
ができない。このため、本実施例では、短絡継電器8か
らの信号により、原動機調速器12および主回路遮断器
4が動作するようにした。
【0024】また、短絡継電器8により、短絡事故から
原動機1が保護されることから、シャーピンを設ける必
要性がなくなる。したがって、シャーピン切断に対する
復旧作業をなくすことができる。なお、あくまでも、機
械的ヒューズで原動機を保護したい場合は、シャーピン
を設けておいてもよい。なお、短絡継電器8の設定値b
は、図2に示すように、発電機2の保護協調曲線Gより
も低いために、短絡事故が発生した場合には、この短絡
継電器8の動作により、発電機2も間接的に保護される
ことになる。また、本実施例では、継続的で比較的低い
過電流を検出する継電器を設けていないが、これは、短
絡継電器8で対応することができるからである。
【0025】次に、力率継電器8の動作について詳細に
説明する。発電設備Gと商用電源Wとを並列運転してい
る場合に、前述したように、自動電圧調整器10等のト
ラブルによって発生する無効電力の調整不調により、発
電設備Gから商用電源W側に過剰の電力を供給してしま
うと共に、発電機2が過負荷状態になる場合が考えられ
る。
【0026】そこで、発電設備Gの出力の力率変動を検
出して動作する力率継電器9を設け、力率変動が規定以
上の値になると、主回路遮断器4を動作させて、出力ケ
ーブル3a,3bを流れる電流を断ち切るようにした。
なお、力率継電器9は、電流の進み方向に対してはco
sφ=0.8、電流の遅れ方向に対してはcosφ=
0.6に設定されている。したがって、力率継電器9を
設けたことにより、自動電圧調整器10等のトラブルで
発生する、商用電源W側への電力過剰供給および発電機
2の損傷を防ぐことができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、短絡継電器を設け、短
絡事故が起こると、原動機に突発短絡トルクがかからな
いように等しているので、短絡事故から原動機を保護す
ることができる。また、機械的ヒューズ(シャーピン)
が不要になるため、短絡事故による発電設備の停止時間
を、短絡原因の復旧だけで済むため非常に短かくするこ
とができる。
【0028】また、力率継電器を設けたので、発電設備
と商用電源とを並列運転している場合に起こる、発電設
備から商用電源側への電力供給、および発電機が過負荷
状態になることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る一実施例の発電設備の系統図であ
る。
【図2】本発明に係る一実施例の継電器の特性曲線を示
すグラフである。
【図3】短絡事故が起こった際の従来の発電設備の動作
を示すグラフである。
【符号の説明】
1…原動機、2…発電機、3a,3b…出力ケーブル、
4…主回路遮断器、5…トリップ回路、6…電圧継電
器、7…電流継電器、8…短絡継電器、9…力率継電
器、10…自動電圧調整器、11…発電機界磁、12…
原動機調速器、13…制御回路、14…制御装置、G…
発電設備、W…商用電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯島 一男 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立 エンジニアリング株式会社 (56)参考文献 特開 平1−257772(JP,A) 特開 昭54−86040(JP,A) 実開 昭61−168411(JP,U) 特公 昭43−10691(JP,B1) 特公 昭26−7060(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02P 9/00 - 9/48

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原動機と、該原動機により駆動する発電機
    とを備えている発電設備において、 前記発電機の電力路を断つ遮断器と、 前記発電機を保護できる値に設定され、前記電力路を流
    れる電流が前記値を超えると、前記遮断器を動作させる
    電流継電器と、 前記原動機への入力量を調整する調整器と、 前記電流継電器とは別に、前記電力路を流れる電流が所
    定時間以上所定値を超えたことにより短絡電流を検出
    し、該短絡電流を検出すると前記遮断器を動作させると
    共に、前記入力量が減るよう前記調整器を動作させる短
    絡継電器と、 を備えていることを特徴とする発電設備。
  2. 【請求項2】原動機と、該原動機により駆動する発電機
    とを備えている発電設備において、 前記発電機の電力路を断つ遮断器と、 前記発電機を保護できる値に設定され、前記電力路を流
    れる電流が前記値を超えると、前記遮断器を動作させる
    電流継電器と、 前記原動機への入力量を調整する調整器と、 前記電流継電器とは別に、前記電力路を流れる電流が所
    定時間以上所定値を超えたことにより短絡電流を検出
    し、該短絡電流を検出すると、前記入力量が減るよう前
    記調整器を動作させる短絡電流継電器と、 を備えていることを特徴とする発電設備。
  3. 【請求項3】前記短絡継電器は、前記発電機の定格電流
    の125%〜170%が0.2〜0.5秒の間流れる
    と、動作するよう設定されていることを特徴とする請求
    項1または2記載の発電設備。
  4. 【請求項4】前記電力路の力率を検出し、該力率が予め
    定めた範囲を超えると、前記遮断器を動作させる力率継
    電器を備えていることを特徴とする請求項1または2
    載の発電設備。
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