JP5677148B2

JP5677148B2 - コンデンサバンク開閉性能試験装置

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Publication number: JP5677148B2
Application number: JP2011056585A
Authority: JP
Inventors: 賢宏種子田; 健作宮崎; 喜悦工藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2031-03-15
Also published as: JP2012193984A

Description

本発明の実施形態は、電力系統の調相設備に用いられる力率改善用コンデンサバンクの回路またはフィルタ回路に用いられる開閉装置(以下、開閉装置という)の性能を検証するコンデンサバンク開閉性能試験装置に関する。

電力系統の調相設備に用いられる力率改善用コンデンサバンク回路またはフィルタ回路に用いられる開閉装置は、充電電流遮断後の開閉装置の電極間にかかる電圧に対して再点弧が発生しないようにしなければならない。その理由は、充電電流遮断後に電極間に再点弧が発生するとそれに伴うサージ電圧の影響で地絡事故が発生し、相間短絡事故に至る危険性があるからである。従って、このような回路に用いられる開閉装置は開閉性能を十分に検証しておかなければならない。

コンデンサバンク充電電流開閉責務では投入操作は有負荷投入でなければならない(例えば、非特許文献１)。さらに、コンデンサバンク充電電流開閉責務の中にBack-to-Backコンデンサバンク充電電流開閉責務について規定されている。この責務は調相設備として複数のコンデンサバンクが開閉装置を介して接続されている場合に関する責務で、突入電流、遮断電流が大きい等が着目される。このため、既存の設備容量が不足し投入に引き続いて遮断を行うという試験条件を満足することができない場合がある。

そこで、試験設備の都合により投入に引き続いて遮断を行うことが困難な場合は一連の試験を投入試験と遮断試験に分けて行ってもよいことになっている。投入試験と遮断試験に分けて試験を行う場合の例として図7で示す回路図による投入試験方法がある(例えば、非特許文献２)。図7に示すように開閉装置試験装置は電源用コンデンサ２、突入電流用リアクトル３、供試開閉装置１を直列に接続した構成となっている。このように構成された試験装置において、供試開閉装置１を開極状態で電源用のコンデンサを開閉装置適用系統電圧の波高値を満足するようにあらかじめ充電しておく。

これにより、供試開閉装置１の電極間には、図８（ａ）に示すように開閉装置適用系統電圧相当の直流の充電電圧Ｖｄが印加される。次に、供試開閉装置１を投入させると、電源用コンデンサ２のＣと突入電流用リアクトル３のＬで決まる周波数、サージインピーダンス及び電源用コンデンサ２の充電電圧によって決定される高周波突入電流が、図８（ｂ）に示すように供試開閉装置１に注入される。このようにしてコンデンサバンク投入試験を行うことができる。

IEC62271-100 High-voltage switchgear and controlgear Part 100:Alternating-current circuit-breakers IEC62271-101 High-voltage switchgear and controlgear Part 101:Synthetic testing

開閉装置の合成遮断試験に用いる電圧源設備の電源用コンデンサは並列に複数接続したコンデンサを段間にギャップを設けて直列に複数段積み重ねた構造のものがある。これをギャップで供試開閉装置端子と隔て充電後それぞれのギャップをトリガさせ放電することで電圧源としている。多段にしている理由としては１段当りの段数倍の出力電圧を得ることができる点が挙げられる。また、先に述べたようにコンデンサの出力取り出し端子はギャップが設置され負荷側と隔てられている。

ここで、従来の技術で説明した図７に示す規格に記載されている回路例において、電源用コンデンサ２に多段構造のコンデンサを使用した場合を考える。電源用コンデンサ２は試験回路とギャップを介して接続されるので、図９に示すような回路構成となる。

このとき、多段構造のコンデンサの段間のギャップは、図９においては省略し等価的に１段のコンデンサとして表している。このような回路で電源用コンデンサ２を所定の電圧に充電しギャップ７をトリガさせた場合、ギャップ７が導通状態にある状態で瞬時的に供試開閉装置１の電極間に電圧が印可されるが、連続的に電圧を印加することはできない。

従って、規格で紹介された例のような連続的に供試開閉装置の電極間に電圧を印加した状態で投入操作を行いプレアーク発生と高調波の突入電流注入時の投入性能を検証するということはできない。

そこで、本発明の実施形態では、開閉装置の投入操作時に適用系統電圧相当の電圧を連続的に印加し、プレアーク発生と高調波の突入電流注入時の投入性能を検証することができるコンデンサバンク開閉性能試験装置を提供する。

本発明の実施形態は、供試開閉装置のコンデンサバンク開閉性能を評価するために開閉試験を投入試験と遮断試験に分けて試験を行う場合のコンデンサバンク開閉性能試験装置において、電源用コンデンサからギャップを介して突入電流用リアクトルが接続された回路と、この回路に並列に接続され開閉器適用系統電圧の波高値相当の直流電圧を印加するためのコンデンサと抵抗との直列接続回路とを備え、前記ギャップをトリガすることにより前記電源用コンデンサに充電された電荷を前記直列接続回路のコンデンサに充電して直流電圧を発生させ、その直流電圧を前記供試開閉装置に印加し、開閉装置の投入性能の検証を行うことを特徴とする。

本発明の実施形態１に係るコンデンサバンク開閉性能試験方法を実現する試験装置の回路図。本発明の実施形態１の供試開閉装置への印加電圧及び高周波突入電流の波形図。本発明の実施形態２に係るコンデンサバンク開閉性能試験方法を実現する試験装置の回路図。本発明の実施形態２の供試開閉装置への印加電圧及び高周波突入電流の波形図。本発明の実施形態３に係るコンデンサバンク開閉性能試験方法を実現する試験装置の回路図。本発明の実施形態３の供試開閉装置への印加電圧及び高周波突入電流の波形図。従来の開閉装置の試験装置の回路図従来の開閉装置の試験装置での直流充電電圧及び高周波突入電流の波形図。従来の開閉試験装置の電源用コンデンサとしてギャップを介して接続されるコンデンサを使用した場合の回路図。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態１に係るコンデンサバンク開閉性能試験方法を実現するための試験装置の回路図である。本発明の実施形態１の試験装置は、図１に示すように、電源用コンデンサ２と突入電流用リアクトル３との間にギャップ７が設けられている。それらと並列にコンデンサ４と抵抗８との直列接続回路が接続されている。突入電流リアクトル３から供試開閉装置１には減衰抵抗６を経て接続されている。また、図１にあるリアクトル５は配線分インピーダンスを考慮して表している。ギャップ７はシーケンス装置で所定のタイミングでトリガさせる。

このような構成の試験装置において、供試開閉装置１を開極状態であらかじめ電源用コンデンサ２を開閉装置適用系統電圧の波高値を満足するように充電しておく。次に、指令回路より出されるトリガ指令によってギャップ７をトリガする。ギャップ７がトリガされると、電源用コンデンサ２に蓄えられた電荷は、突入電流用リアクトル３を経て放電されコンデンサ４を充電し、供試開閉装置１は開極状態なので供試開閉装置１の電極間に、図２（ａ）に示すような直流電圧が印加される。

次に、供試開閉装置１を投入すると、電源用コンデンサ２、突入電流用リアクトル３、減衰抵抗６、リアクトル５、供試開閉装置１の直列接続のＲＬＣ回路が形成され、図２（ｂ）に示すように、高周波突入電流が供試開閉装置１に注入される。

このように、供試開閉装置１を開極状態で電源用コンデンサ２を充電し、突入電流用リアクトル３を経て放電し、コンデンサ４を充電することにより供試開閉装置１の系統適用電圧の波高値相当の直流電圧を発生させる。そして、この直流電圧を供試開閉装置１の電極間に印加し、供試開閉装置１を投入することにより、電源用コンデンサ２、突入電流用リアクトル３、減衰抵抗６、リアクトル５、供試開閉装置１の直列接続のＲＬＣ回路で高周波突入電流を供試開閉装置１に注入する。これにより、開閉装置のコンデンサバンク開閉性能試験を投入試験と遮断試験に分けて行う場合の投入試験を行うことができる。また、進み電流遮断試験方法とを組み合わせて一連のコンデンサバンク開閉性能を検証することもできる。

実施形態１によれば、多段構造のコンデンサを電源として用い、供試開閉装置１の電極間に対して、ギャップ７を閉じて電源用コンデンサ１を放電させ、突入電流用リアクトル３を介して接続されているコンデンサ４を充電する。これにより、開閉装置適用系統の電圧として、直流電圧を供試開閉装置１の電極間に印加するので、多段構造のコンデンサを用いた試験装置で、供試開閉装置１の電極間に直流の試験電圧を連続的に印加することができる。

次に、本発明の実施形態２について説明する。図３は本発明の実施形態２に係るコンデンサバンク開閉性能試験方法を実現する試験装置の回路図である。この実施形態２の試験装置は、図１に示した実施形態１に対し、コンデンサ４と抵抗８との直列接続回路に代えて、交流発生用リアクトル９を設けたものである。

まず、供試開閉装置１を開極状態であらかじめ電源用コンデンサ２を開閉装置適用系統電圧の波高値を満足するように充電しておく。次に、指令回路より出されるトリガ指令によってギャップ７をトリガする。ギャップ７がトリガされると、電源用コンデンサ２は回路に接続され、電源用コンデンサ２に蓄えられていた電荷は、突入電流用リアクトル３、交流電圧発生用リアクトル９の２つを通して放電される。すなわち、電源用コンデンサ５、突入電流用リアクトル３、交流電圧発生用リアクトル９の３素子でＬＣ振動回路が形成され、それぞれの素子を所定の値に設定することにより、任意の周波数の交流電流を流すことができる。

ここで、交流電圧発生用リアクトル９≫突入電流用リアクトル３に設定されているので、充電電圧はほぼ交流電圧発生用リアクトル９の両端に印加されることとなる。このとき、供試開閉装置１は開路状態なので、供試開閉装置１の電極間にも、図４（ａ）に示すように、交流電圧発生用リアクトル９に印加されている電圧と同程度の交流電圧が印加される。

次に、印加されている交流電圧が波高値相当で供試開閉装置１を投入すると、電源用コンデンサ２、突入電流用リアクトル３、減衰抵抗６、リアクトル５、供試開閉装置１の直列接続のＲＬＣ回路が形成され、高周波突入電流が供試開閉装置１に注入される。ここで、供試開閉装置１に印加する交流電圧の周波数は商用周波程度としている。また高周波突入電流はIEC６２２７１-１００で周波数４２５０Hz、突入電流の第１波の波高値が２０kAと規定されている。高周波突入電流の周波数に比べ商用周波は１/７０程度と遅い。電源用コンデンサ５、突入電流用リアクトル３、交流電圧発生用リアクトル９のＬＣ振動回路で商用周波を発生させるが交流電圧発生用リアクトル９でほぼ周波数が決まるように設定する。

また、高周波突入電流は波高値が高いことからも突入電流用リアクトルは交流電圧発生用リアクトルに比べて非常に小さな値となる。調相設備用開閉装置の利用が多いと考えられる２４５kV、１４５kV、７２.５kVの電圧階級に対応させると、実施形態２の試験装置では、突入電流用リアクトル３は交流電圧発生用リアクトル９の５０００〜１００００分の１程度の値になる。

以上のように、実施形態２によれば、供試開閉装置１を開極状態で電源用コンデンサ２、突入電流用リアクトル３、交流電圧発生用リアクトル９によるＬＣ振動回路で供試開閉装置１の系統適用電圧の交流電圧を発生させ、供試開閉装置１の電極間に印加し、供試開閉装置１を投入する。これにより、電源用コンデンサ２、突入電流用リアクトル３、減衰抵抗６、配線分のインピーダンスを考慮したリアクトル５、供試開閉装置の直列接続のＲＬＣ回路で高周波突入電流を供試開閉装置１に注入し、開閉装置１のコンデンサバンク開閉性能試験を投入試験と遮断試験に分けて行う場合の投入試験を行うことができる。また、進み電流遮断試験方法とを組み合わせて一連のコンデンサバンク開閉性能を検証することもできる。

次に、本発明の実施形態３について説明する。図５は本発明の実施形態３に係るコンデンサバンク開閉性能試験方法を実現する試験装置の回路図である。この実施形態３の試験装置は、図３に示した実施形態２に対し、コンデンサ４と抵抗８とを追加したものである。

コンデンサ４と抵抗８とを追加する理由は、図３の試験装置に対して、実際の試験回路における浮遊容量を考慮するためである。すなわち、図３の試験装置で浮遊容量を考慮すると、電源用コンデンサ２に蓄えられた電荷が放電される際に浮遊容量が充電され、高周波の電圧が重畳される。このことから、試験電圧の２倍程度の電圧が供試開閉装置１の電極間に印加される場合がある。そこで、コンデンサ４と抵抗８との直列接続を図３の試験装置に追加することで過電圧とそこで発生する高周波の振動を抑える働きを担う。

このような構成の試験装置において、供試開閉装置１を開極状態であらかじめ電源用コンデンサ２を開閉装置適用系統電圧の波高値を満足するように充電しておく。次に、指令回路より出されるトリガ指令によってギャップ７をトリガする。ギャップ７がトリガされると電源用コンデンサ２が回路に接続され、電源用コンデンサ２に蓄えられていた電荷は突入電流用リアクトル３を経て放電される。

この放電電荷が突入電流用リアクトル３を通ると、交流電圧発生用リアクトル９に流れ込む電荷、すなわち、実施形態２にあるように電源用コンデンサ２、突入電流用リアクトル３、交流電圧発生用リアクトル９の３素子で形成されるＬＣ振動回路を流れる電荷は所定の交流電流となる。

ここで、交流電圧発生用リアクトル９≫突入電流用リアクトル３に設定されているので、充電電圧は、ほぼ交流電圧発生用リアクトル９に印加されることとなる。このとき、供試開閉装置１は開極状態なので、図６（ａ）に示すように、供試開閉装置１の電極間には交流電圧発生用リアクトル９に印加されている電圧と同程度の交流電圧が印加される。同時に、交流電圧発生用リアクトル９に並列にコンデンサ４と抵抗８とが接続されているのでコンデンサ８が充電され、浮遊容量の充電による過電圧とそこで発生する高調波の振動を抑える働きをする。

次に、図６（ａ）に示す交流電圧が波高値相当で供試開閉装置１を投入すると、電源用コンデンサ２、突入電流用リアクトル３、減衰抵抗６、リアクトル５、供試開閉装置１の直列接続のＲＬＣ回路が形成され、図６（ｂ）に示すように、高周波突入電流が供試開閉装置１に注入される。

以上のように、実施形態３によれば、供試開閉装置１を開極状態で電源用コンデンサ２、突入電流用リアクトル３、交流電圧発生用リアクトル９によるＬＣ振動回路で供試開閉装置１の系統適用電圧にあたる交流電圧を発生させ、供試開閉装置１の電極間に印加し、その場合の浮遊容量の充電による過電圧とそこで発生する高調波の振動を抑え、交流電圧が波高値相当で供試開閉装置１を投入することにより電源用コンデンサ２、突入電流用リアクトル３、減衰抵抗６、リアクトル５、供試開閉装置１の直列接続のＲＬＣ回路で高周波突入電流を供試開閉装置１に注入し、開閉装置のコンデンサバンク開閉性能試験を投入試験と遮断試験に分けて行う場合の投入試験を行うことができる
本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１…供試開閉装置、２…電源用コンデンサ、３…突入電流用リアクトル、４…コンデンサ、５…リアクトル(配線分インピーダンス考慮したリアクトル)、６…減衰抵抗、７…ギャップ、８…抵抗、９…交流電圧発生用リアクトル

Claims

供試開閉装置のコンデンサバンク開閉性能を評価するために開閉試験を投入試験と遮断試験に分けて試験を行う場合のコンデンサバンク開閉性能試験装置において、電源用コンデンサからギャップを介して突入電流用リアクトルが接続された回路と、この回路に並列に接続され開閉器適用系統電圧の波高値相当の直流電圧を印加するためのコンデンサと抵抗との直列接続回路とを備え、前記ギャップをトリガすることにより前記電源用コンデンサに充電された電荷を前記直列接続回路のコンデンサに充電して直流電圧を発生させ、その直流電圧を前記供試開閉装置に印加し、開閉装置の投入性能の検証を行うことを特徴とするコンデンサバンク開閉性能試験装置。
前記直列接続回路に代えて、開閉器適用系統電圧相当の交流電圧を印加する交流電圧発生用リアクトルを設け、前記ギャップをトリガすることにより前記電源用コンデンサに充電された電荷を前記交流電圧発生用リアクトルに交流電圧を発生させ、その交流電圧を前記供試開閉装置に印加し、開閉装置の投入性能の検証を行うことを特徴とする請求項１記載のコンデンサバンク開閉性能試験装置。
前記供試開閉装置に印加される交流電圧の過電圧及び電圧振動を抑制させる働きを持たせるための素子を追加したことを特徴とする請求項２記載のコンデンサバンク開閉性能試験装置。
２４５kV、１４５kV、７２.５kVの電圧階級に使用される交流電圧発生用リアクトルは、交流電圧発生用リアクトルに対する突入電流用リアクトルの比が５０００〜１００００分の１程度である交流電圧発生用リアクトルを採用したことを特徴とする請求項２または３記載のコンデンサバンク開閉性能試験装置。