JP4799445B2

JP4799445B2 - 発電機主回路相分離母線の温度制御装置

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Publication number: JP4799445B2
Application number: JP2007051188A
Authority: JP
Inventors: 隆黒木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: JP2008219991A

Description

この発明は、発電機の主回路の相分離母線の温度制御装置に関するものである。

従来において、発電機と主変圧器を接続する相分離母線の操作監視においては、温度検出器からの信号を用いて温度が所定の高温度状態になったとき、発電機の原動機の出力を下げるランバック制御（出力制御）を行い、相分離母線に流れる電流を低減して、相分離母線の温度上昇を防止している。（例えば、特許文献1参照）

特開平６−２９６３９９号公報（段落０００６、図１，図２）

従来の相分離母線で温度が所定の高温度状態になったときは、発電機出力を引き下げることで温度上昇から相分離母線の故障を防止していたが、発電機出力を減少させるという電力供給能力上の問題が生じていた。
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、相分離母線の温度が所定の高温度状態になったときに、ランバック指令による制御と、発電機出力の力率を改善する制御により、発電機電流を低減し、発電機出力の低下を抑えて運転し、電力供給能力の低下を抑えて運転する発電機主回路相分離母線の温度制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる発電機主回路相分離母線の温度制御装置は、発電機の主回路の相分離母線の温度を測定する温度検出器、前記発電機電流を測定する電流検出器、前記発電機電圧を測定する電圧検出器、前記温度検出器で測定した温度と、前記電流検出器で測定した電流と、前記電圧検出器で測定した電圧とが入力されると共に、前記相分離母線の温度を監視し、所定の高温度状態になるとランバック指令を発生する監視装置、前記ランバック指令を受けて前記発電機の原動機の流入エネルギーを制限する出力制御装置、及び、コンデンサ遮断器を介して送電線に接続される力率改善コンデンサを備え、前記相分離母線が所定の高温度状態になると前記監視装置より前記コンデンサ遮断器の投入指令を発生して前記コンデンサ遮断器を投入して前記力率改善コンデンサを送電線に接続して、力率を改善し、前記発電機電流を減少させるようにしたものである。

また、この発明に係わる発電機主回路相分離母線の温度制御装置は、第１発電機の主回路の相分離母線の温度を測定する温度検出器、前記第１発電機電流を測定する電流検出器、前記第１発電機電圧を測定する電圧検出器、前記温度検出器で測定した温度と、前記電流検出器で測定した電流と、前記電圧検出器で測定した電圧とが入力されると共に、前記相分離母線の温度を監視し、所定の高温度状態になるとランバック指令を発生する監視装置、前記ランバック指令を受けて前記第１発電機の原動機の流入エネルギーを制限する出力制御装置、及び、前記第１発電機と並列運転する第２発電機を備え、前記相分離母線が所定の高温度状態になると前記監視装置より、前記第１発電機の力率が改善されるように前記第２発電機の無効電力を制御する指令を発生して、前記第１発電機の力率を改善し、前記第１発電機電流を減少させるようにしたものである。

この発明の発電機主回路相分離母線の温度制御装置によれば、温度検出器で測定した温度と、電流検出器で測定した電流と、電圧検出器で測定した電圧とが入力されると共に、相分離母線の温度を監視し、所定の高温度状態になるとランバック指令を発生する監視装置、前記ランバック指令を受けて発電機の原動機の流入エネルギーを制限する出力制御装置、及び、コンデンサ遮断器を介して送電線に接続される力率改善コンデンサを備え、相分離母線が所定の高温度状態になると前記監視装置よりコンデンサ遮断器の投入指令を発生してコンデンサ遮断器を投入して力率改善コンデンサを送電線に接続して、力率を改善し、発電機電流を減少させるようにしたので、相分離母線が所定の高温度状態になるとランバック指令による制御と、発電機出力の力率を改善する制御により、発電機電流を低減し、発電機出力の低下を抑えて運転し、電力供給能力の低下を抑えて運転することができる。

また、この発明の発電機主回路相分離母線の温度制御装置によれば、温度検出器で測定した温度と、電流検出器で測定した電流と、電圧検出器で測定した電圧とが入力されると共に、相分離母線の温度を監視し、所定の高温度状態になるとランバック指令を発生する監視装置、前記ランバック指令を受けて第１発電機の原動機の流入エネルギーを制限する出力制御装置、及び、前記第１発電機と並列運転する第２発電機を備え、前記相分離母線が所定の高温度状態になると前記監視装置より、前記第１発電機の力率が改善されるように前記第２発電機の無効電力を制御する指令を発生して、前記第１発電機の力率を改善し、前記第１発電機電流を減少させるようにしたので、相分離母線が所定の高温度状態になるとランバック指令による制御と、第２発電機の無効電力の制御により、第１発電機電流を低減し、第１発電機出力の低下を抑えて運転し、第１発電機の電力供給能力の低下を抑えて運転することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である発電機主回路相分離母線の温度制御装置を示す系統図である。図において、発電機１は相分離母線２を介して主変化器３に接続され、さらに、発電機遮断器４を経て送電線５に接続され、負荷に電力を供給する。相分離母線２は、発電所において発電機１と主変圧器３との間を接続する大電流通電線路として用いられ、相分離母線２の温度が許容制限値以内になるように監視制御され、温度が所定の高温度状態になると通電電流が制限される。原動機６は出力制御装置７の制御信号により原動機６の制御弁８が制御されてその出力が制御される。

発電機１の運転時の相分離母線２の温度は温度検出器９で測定され、温度が許容制限値以内になるように監視装置１０で監視される。発電機１の運転時の力率は、発電機１の電流検出器１１と電圧検出器１２で求め監視装置１０で監視される。監視装置１０は力率設定指令１３をＡＶＲ（automatic voltage regulator）１４に入力し発電機１の界磁電流を制御して発電機１の力率を設定する。監視装置１０からのランバック（runback）指令１５は出力制御装置７に与えられ、原動機６の出力が制御される。監視装置１０からのコンデンサ遮断器投入指令１６によりコンデンサ遮断器１７を投入して力率改善コンデンサ１８を送電線５に接続して、発電機１の力率を制御している。なお、力率改善コンデンサ１８とコンデンサ遮断器１７の直列体を複数個並列に接続して、監視装置１０からのコンデンサ遮断器投入指令１６により、必要数のコンデンサ遮断器１７を投入し、必要数の力率改善コンデンサ１８を接続するようにしてもよい。

次に動作について説明する。相分離母線２の温度を監視装置１０で監視し、所定の高温度状態（つまり、相分離母線２の温度が許容制限値を越えると予想される高温度状態）になると、監視装置１０はランバック指令１５を発生して、これを出力制御装置７に入力し、原動機６の制御弁８を絞り込み、相分離母線２に流れる電流を相分離母線２の許容温度以下に絞り込む。しかし、発電機出力を制限させることになるので、出力制限を行わずに電流を絞り込む方策として力率cosφを力率１００％に近い状態に制御し、出力と線間電圧を所定の高温度状態のときの値に保つことで電流を低減する手段を用いることが望ましい。

相分離母線に流れる電流Ｉは、次式で求めることができる。
Ｉ＝出力÷√３×Ｖ×cosφ
但し、Ｖは線間電圧、 cosφは力率である。
従って、出力と線間電圧Ｖを一定として、力率cosφを改善することにより電流Ｉを低減できる。

温度検出器９で相分離母線２の所定の高温度状態（つまり、相分離母線２の温度が許容制限値を越えると予想される高温度状態）を検出すると、発電機の力率（例：８５％運転であったとする）を１００％に改善するために、監視装置１０はコンデンサ遮断器投入指令１６を発生し、コンデンサ遮断器１７を投入し、力率改善コンデンサ１８を送電線５に接続する。すると、進相ＫＶＡＲ（無効電力）を発電機１に負担させるように、監視装置１０は力率改善する力率設定指令１３を発生し、これを受けたＡＶＲ１４は発電機１の界磁電流を減少させ、投入された力率改善コンデサ１８の進相ＫＶＡＲを発電機１で負担することにより電圧を一定に保つことで、相分離母線２に流れる電流を減少させる。

以上から、力率cosφを改善（例：85%から100%）し、界磁電流を減少させることで、発電機出力を変動させることなく相分離母線２に流れる電流を減少させ、相分離母線２の温度上昇を防止することができる。つまり、電力供給能力を維持したまま相分離母線２の温度上昇を防止できる。
もっとも、力率cosφを改善しただけでは、相分離母線２の温度上昇を防止し得ない（温度上昇を防止し得ないと予想される）ときは、さらに、ランバック指令１５により、出力制御装置７を介して、原動機６の出力を制限し、発電機１の出力を制限して、発電機電流を減少させるようにする。

つまり、電流を減少させる仕方として、力率cosφを改善する制御を優先させ、発電機出力の低下を抑え、合わせて、ランバック指令による制御で補完するようにするとよい。
これを図２の監視装置１０を主体としたフローチャートで説明する。図２でフローが開始され、温度検出器９が相分離母線２の所定の高温度状態を検出しない（Ｓ２１Ｎｏ）と、再びスタートに戻る。温度検出器９が相分離母線２の所定の高温度状態を検出すると（Ｓ２１Ｙｅｓ）、監視装置１０はコンデンサ遮断器１７が開放状態か否かをチェックし、開放状態であれば（Ｓ２２Ｙｅｓ）、系統の力率を上げ得る余裕があるか否かをチェックし、可能であれば（Ｓ２３Ｙｅｓ）、コンデンサ遮断器投入指令１６を発生して、コンデンサ遮断器１７を投入し、力率改善コンデンサ１８を接続し（Ｓ２４）、力率改善指令１３を発生して界磁電流を減少させ（Ｓ２５）、発電機電流を減少させる（Ｓ２６）。

一方、Ｓ２２でコンデンサ遮断器１７がすでに投入状態（Ｓ２２Ｎｏ）か、Ｓ２３で系統の力率を上げる余裕がない状態（Ｓ２３Ｎｏ）であれば、優先的に力率改善の制御はできないので、ランバック指令１５を発生して（Ｓ２７）、原動機６の出力を減少させ（Ｓ２８）、発電機電流を減少させる（Ｓ２６）。そして再びスタートに戻り、同様なフローを繰り返す。

このように、相分離母線２が所定の高温度状態になると、コンデンサ遮断器１７の投入指令１６でコンデンサ遮断器１７を投入して力率改善コンデンサ１８を接続して力率を改善する動作を、ランバック指令１５で原動機６の流入エネルギーを制限する動作より、優先させるようにするとよい。
また、相分離母線２が所定の高温度状態になると、ランバック指令１５による制御と、発電機出力の力率を改善する制御とを併用することにより、発電機電流を低減し、発電機出力の低下を抑えて運転し、電力供給能力の低下を抑えて運転することができる。

実施の形態２．
図２は実施の形態２である発電機主回路相分離母線の温度制御装置を示す系統図で、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。実施の形態1では、発電機が１台の構成について述べたが、実施の形態２では、複数台の発電機が並列接続されて設置される。図２では、第１発電機１と共に、並列運転される第２発電機２１を設けている。第２発電機２１は主回路２２を介して主変化器２３に接続され、さらに、発電機遮断器２４を経て送電線５に接続され、負荷に電力を供給する。第２発電機２１も主回路２２は相分離母線であり、監視装置等も、第１発電機１と同様に装備しているが、省略して示している。

監視装置１０は力率設定指令１３をＡＶＲ１４に入力し第１発電機１の界磁電流を制御して第１発電機１の力率を設定する。また、監視装置１０からの力率設定指令２５をＡＶＲ２６に入力し、第２発電機２１の自身の調整以外に、第２発電機２１の界磁電流を制御して第２発電機１の力率を設定する。実施の形態２では、力率改善コンデンサ１８の代わりに、並列運転される第２発電機２１の力率を制御することで第１発電機１の力率を改善し、相分離母線２に流れる電流を減少させことができる。

これを図４の監視装置１０を主体としたフローチャートをもとに説明する。図４でフローが開始され、温度検出器９が相分離母線２の所定の高温度状態を検出しない（Ｓ４１Ｎｏ）と、再びスタートに戻る。温度検出器９が相分離母線２の所定の高温度状態を検出すると（Ｓ４１Ｙｅｓ）、監視装置１０は系統の力率を上げ得る余裕があるか否かをチェックし、可能であれば（Ｓ４２Ｙｅｓ）、第２発電機２１の電流に余裕があるかチェックする。通常時、第２発電機２１の電流は定格電流の６０〜７０％で運転されており、第２発電機２１の電流は電流検出器２７で測定して監視装置１０に入力されているので、電流の増加要求に余裕があれば（Ｓ４３Ｙｅｓ）、監視装置１０は第２発電機２１の力率を下げる力率設定指令を発生し（Ｓ４４）、ＡＶＲ２６を介して第２発電機２１の界磁電流を増加させ、第２発電機２１の電流を増加させ、第２発電機２１から無効電力を供給させ（Ｓ４５）、さらに、監視装置１０は第１発電機１に対して力率改善指令１３を発生して界磁電流を減少させ（Ｓ４６）、第１発電機１の電流を減少させる（Ｓ４７）。

一方、Ｓ４２で系統の力率を上げる余裕がない（Ｓ４２Ｎｏ）か、Ｓ４３で第２発電機２１の電流増加に余裕がなければ（Ｓ４３Ｎｏ）、優先的に第１発電機１の力率が改善されるように第２発電機２１の無効電力を制御はできないので、監視装置１０はランバック指令１５を発生して（Ｓ４８）、原動機６の出力を減少させ（Ｓ４９）、発電機電流を減少させる（Ｓ４７）。そして再びスタートに戻り、同様なフローを繰り返す。

このようにして、温度検出器９で測定した温度と、電流検出器１１で測定した電流と、電圧検出器１２で測定した電圧とが入力されると共に、相分離母線２の温度を監視し、所定の高温度状態になるとランバック指令１５を発生する監視装置１０、前記ランバック指令１５を受けて第１発電機１の原動機６の流入エネルギーを制限する出力制御装置７、及び、第１発電機１と並列運転する第２発電機２１を備え、相分離母線２が所定の高温度状態になると監視装置１０より、第１発電機１の力率が改善されるように第２発電機２１の無効電力を制御する指令を発生して、第１発電機１の力率を改善し、第１発電機電流を減少させることにより、相分離母線が所定の高温度状態になるとランバック指令による制御と、第２発電機２１の無効電力の制御により、第１発電機１の電流を低減し、第１発電機１出力の低下を抑えて運転し、第１発電機１の電力供給能力の低下を抑えて運転することができる。

また、相分離母線２が所定の高温度状態になると、第１発電機１の力率が改善されるように第２発電機２１の無効電力を制御する指令を発生して、第１発電機１の力率を改善する動作を、ランバック指令１５で原動機６の流入エネルギーを制限する動作より、優先させるようにすることにより、第１発電機１出力の低下を抑えて運転し、第１発電機１の電力供給能力の低下を抑えて運転することができる。

この発明の実施の形態１である発電機主回路相分離母線の温度制御装置を示す系統図である。実施の形態１における監視装置を主体としたフローチャートである。実施の形態２である発電機主回路相分離母線の温度制御装置を示す系統図である。実施の形態２における監視装置を主体としたフローチャートである。

符号の説明

１発電機２相分離母線
３主変圧器４発電機遮断器
５送電線６原動機
７出力制御装置８制御弁
９温度検出器１０監視装置
１１電流検出器１２電圧検出器
１３力率設定指令１４ＡＶＲ
１５ランバック指令１６コンデンサ遮断器投入指令
１７コンデンサ遮断器１８力率改善コンデンサ
２１第２発電機２２主回路
２３主変化器２４発電機遮断器
２５力率設定指令２６ＡＶＲ
２７電流検出器

Claims

発電機の主回路の相分離母線の温度を測定する温度検出器、
前記発電機電流を測定する電流検出器、
前記発電機電圧を測定する電圧検出器、
前記温度検出器で測定した温度と、前記電流検出器で測定した電流と、前記電圧検出器で測定した電圧とが入力されると共に、前記相分離母線の温度を監視し、所定の高温度状態になるとランバック指令を発生する監視装置、
前記ランバック指令を受けて前記発電機の原動機の流入エネルギーを制限する出力制御装置、及び、コンデンサ遮断器を介して送電線に接続される力率改善コンデンサを備え、
前記相分離母線が所定の高温度状態になると前記監視装置より前記コンデンサ遮断器の投入指令を発生して前記コンデンサ遮断器を投入して前記力率改善コンデンサを送電線に接続して、力率を改善し、前記発電機電流を減少させるようにした発電機主回路相分離母線の温度制御装置。
前記相分離母線が所定の高温度状態になると、前記コンデンサ遮断器の投入指令で前記コンデンサ遮断器を投入して前記力率改善コンデンサを接続して力率を改善する動作を、前記ランバック指令で前記原動機の流入エネルギーを制限する動作より、優先させるようにした請求項１記載の発電機主回路相分離母線の温度制御装置。
第１発電機の主回路の相分離母線の温度を測定する温度検出器、
前記第１発電機電流を測定する電流検出器、
前記第１発電機電圧を測定する電圧検出器、
前記温度検出器で測定した温度と、前記電流検出器で測定した電流と、前記電圧検出器で測定した電圧とが入力されると共に、前記相分離母線の温度を監視し、所定の高温度状態になるとランバック指令を発生する監視装置、
前記ランバック指令を受けて前記第１発電機の原動機の流入エネルギーを制限する出力制御装置、及び、
前記第１発電機と並列運転する第２発電機を備え、
前記相分離母線が所定の高温度状態になると前記監視装置より、前記第１発電機の力率が改善されるように前記第２発電機の無効電力を制御する指令を発生して、前記第１発電機の力率を改善し、前記第１発電機電流を減少させるようにした発電機主回路相分離母線の温度制御装置。
前記相分離母線が所定の高温度状態になると、前記第１発電機の力率が改善されるように前記第２発電機の無効電力を制御する指令を発生して、前記第１発電機の力率を改善する動作を、前記ランバック指令で前記原動機の流入エネルギーを制限する動作より、優先させるようにした請求項３記載の発電機主回路相分離母線の温度制御装置。