JP6126081B2

JP6126081B2 - サイリスタ起動装置

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Publication number: JP6126081B2
Application number: JP2014509916A
Authority: JP
Inventors: 彰修安藤; 宏之荻野; 松本　泰明; 泰明松本; 重幸中林; 靖彦細川
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: JPWO2013153596A1; US9606163B2; EP2837942A4; EP2837942A1; EP2837942B1; US20150130379A1; WO2013153596A1

Description

この発明はサイリスタ起動装置に関し、特に、地絡事故を検出する地絡検出回路を用いたサイリスタ起動装置に関する。

サイリスタ起動装置は、商用周波数の三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を平滑化させる直流リアクトルと、コンバータから直流リアクトルを介して与えられた直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換し、第１〜第３の交流ラインを介して同期電動機に与えるインバータとを備える。同期電動機に与える三相交流電力を制御することにより、停止状態の同期電動機を起動させて所定の回転速度で回転駆動させることができる（たとえば、特開２００３−６１３８０号公報（特許文献１）参照）。

また、このようなサイリスタ起動装置には、地絡事故を検出する地絡検出回路が設けられている。地絡検出回路によって地絡事故が検出されると、サイリスタ起動装置の運転が停止される。

従来の地絡検出回路としては、サイリスタ起動装置と同期電動機の間の第１〜第３の交流ラインに三相変圧器を接続し、その三相変圧器の出力電圧に基づいて地絡事故の発生を検出するものがある（たとえば、特開２００９−１３１０４８号公報（特許文献２）、特開２０１０−１３０７０４号公報（特許文献３）、特開２０１１−１３０６３４号公報（特許文献４）参照）。

また、第１および第２の抵抗素子の一方端子をインバータの２つの入力端子にそれぞれ接続し、第１および第２の抵抗素子の他方端子と接地電圧のラインとの間に第３の抵抗素子を接続し、第３の抵抗素子の端子間電圧に基づいて地絡事故の発生を検出するものがある（たとえば、「火力発電所用サイリスタ起動装置」、三菱電機技報、Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ．５、１９９３（非特許文献１）参照）。

特開２００３−６１３８０号公報特開２００９−１３１０４８号公報特開２０１０−１３０７０４号公報特開２０１１−１３０６３４号公報

「火力発電所用サイリスタ起動装置」、三菱電機技報、Ｖｏｌ．６７、Ｎｏ．５、１９９３

しかし、特許文献２〜４の地絡検出回路では、三相変圧器を使用するので、回路が大型で高価格になるという問題があった。また、非特許文献１の地絡検出回路には、検出精度が悪いという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、小型で低価格で高精度の地絡検出回路を用いたサイリスタ起動装置を提供することである。

この発明に係るサイリスタ起動装置は、同期電動機を起動させるサイリスタ起動装置であって、第１の三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を平滑化させる直流リアクトルと、コンバータから直流リアクトルを介して与えられた直流電力を第２の三相交流電力に変換し、第１〜第３の交流ラインを介して同期電動機に供給するインバータと、サイリスタ起動装置の地絡事故を検出する地絡検出回路と、コンバータおよびインバータを制御して同期電動機を起動させ、地絡検出回路によって地絡事故が検出された場合にコンバータおよびインバータの運転を停止させる制御回路とを備えたものである。地絡検出回路は、第１〜第４の抵抗素子を含む。第１〜第３の抵抗素子の一方端子はそれぞれ第１〜第３の交流ラインに接続され、第１〜第３の抵抗素子の他方端子はともに第４の抵抗素子の一方端子に接続され、第４の抵抗素子の他方端子は接地電圧を受ける。コンバータは、直流電圧を出力するための第１および第２の端子を含み、インバータは、直流電圧を受けるための第３および第４の端子を含み、直流リアクトルは第１および第３の端子間に接続され、第２および第４の端子は互いに接続される。地絡事故が発生していない場合における第４の抵抗素子の端子間電圧は略０Ｖであり、第１の端子、第２の端子、第３の端子、第１の交流ライン、第２の交流ライン、または第３の交流ラインにおいて地絡事故が発生すると第４の抵抗素子の端子間電圧の振幅が増大する。地絡検出回路は、さらに、第４の抵抗素子の端子間電圧が予め定められた電圧を超えた場合に、第１の端子、第２の端子、第３の端子、第１の交流ライン、第２の交流ライン、または第３の交流ラインにおいて地絡事故が発生したと判別する判別回路を含む。判別回路は、第４の抵抗素子の端子間電圧の絶対値を求める絶対値演算器と、絶対値演算器によって求められた第４の抵抗素子の端子間電圧の絶対値が予め定められた値を超えた場合に、サイリスタ起動装置において地絡事故が発生したことを示す信号を出力する比較器とを含む。

また好ましくは、サイリスタ起動装置は、発電所の同期発電機を同期電動機として起動させる。

この発明に係る地絡検出回路では、第１〜第３の抵抗素子の一方端子がそれぞれ第１〜第３の交流ラインに接続され、第１〜第３の抵抗素子の他方端子がともに第４の抵抗素子の一方端子に接続され、第４の抵抗素子の他方端子が接地電圧を受ける。判別回路は、第４の抵抗素子の端子間電圧に基づいて地絡事故が発生したか否かを判別する。正常時は第４の抵抗素子に電流は流れず、地絡事故が発生すると第４の抵抗素子に電流が流れるので、地絡事故の発生を高精度で検出することができる。また、三相変圧器を使用しないので、装置の小型化、低価格化を図ることができる。

この発明の一実施の形態によるサイリスタ起動装置の構成を示す回路ブロック図である。図１に示したコンバータおよびインバータの構成を示す回路図である。図１に示した地絡検出回路の構成を示す回路ブロック図である。実施の形態の比較例を示す回路ブロック図である。図２に示したＲ相ラインが地絡した場合における地絡前後の電圧変化を示すタイムチャートである。図２に示したインバータの高電圧側入力端子が地絡した場合における地絡前後の電圧変化を示すタイムチャートである。図２に示したインバータの低電圧側入力端子が地絡した場合における地絡前後の電圧変化を示すタイムチャートである。図２に示したコンバータの高電圧側出力端子が地絡した場合における地絡前後の電圧変化を示すタイムチャートである。図２に示したＵ相ラインが地絡した場合における地絡前後の電圧変化を示すタイムチャートである。実施の形態の変更例を示す回路ブロック図である。

本発明の一実施の形態によるサイリスタ起動装置は、図１に示すように、交流電源１からの三相交流電力を受けて同期電動機８を起動させるものであり、三相変圧器２、コンバータ３、直流リアクトル４、インバータ５、地絡検出回路６、および制御回路７を備える。

三相変圧器２は、交流電源（電力系統）１からの商用周波数の三相交流電圧を所定の三相交流電圧に変換する。三相変圧器２で生成された三相交流電圧は、Ｕ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬを介してコンバータ３に与えられる。

コンバータ３は、三相変圧器２からの三相交流電力を直流電力に変換する。直流リアクトル４は、コンバータ３の高電圧側出力端子３ａとインバータ５の高電圧側入力端子５ａとの間に接続され、コンバータ３で生成された直流電力を平滑化させる。コンバータ３の低電圧側出力端子３ｂとインバータ５の低電圧側入力端子５ｂとは直接接続される。

なお、直流リアクトル４は、コンバータ３の低電圧側出力端子３ｂとインバータ５の低電圧側入力端子５ｂとの間の方に接続されていてもよい。また、直流リアクトル４は、コンバータ３の高電圧側出力端子３ａとインバータ５の高電圧側入力端子５ａとの間と、コンバータ３の低電圧側出力端子３ｂとインバータ５の低電圧側入力端子５ｂとの間との各々に接続されていてもよい。

インバータ５は、コンバータ３から直流リアクトル４を介して与えられた直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換し、その三相交流電力をＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬを介して同期電動機８に与える。同期電動機８は、インバータ５からの三相交流電力によって回転駆動される。三相交流電力を徐々に増大させると、同期電動機８の回転速度（回転数／分）が徐々に増大する。同期電動機８の回転速度に合わせて、インバータ５のスイッチング周波数を増大させる。これにより、同期電動機８の回転速度は０から所定値まで徐々に増大し、三相交流電力の周波数は０から所定値まで徐々に増大する。

図２は、コンバータ３およびインバータ５の構成を示す回路図である。図２において、コンバータ３は、サイリスタ１１〜１６を含む。サイリスタ１１〜１３のアノードはそれぞれＵ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬに接続され、それらのカソードはともに高電圧側出力端子３ａに接続される。サイリスタ１４〜１６のカソードはそれぞれＵ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、およびＷ相ラインＷＬに接続され、それらのアノードはともに低電圧側出力端子３ｂに接続される。サイリスタ１１〜１６は、制御回路７によって制御される。サイリスタ１１〜１６を所定のタイミングでオンさせることにより、三相交流電力を直流電力に変換することができる。

また、インバータ５は、サイリスタ２１〜２６を含む。サイリスタ２１〜２３のアノードはともに高電圧側入力端子５ａに接続され、それらのカソードはそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続される。サイリスタ２４〜２６のアノードはそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続され、それらのカソードはともに低電圧側入力端子５ｂに接続される。サイリスタ２１〜２６は、制御回路７によって制御される。サイリスタ２１〜２６を所定のタイミングでオンさせることにより、直流電力を所望の周波数の三相交流電力に変換することができる。

図１に戻って、地絡検出回路６は、サイリスタ起動装置において地絡事故の発生を検出する回路である。地絡検出回路６は、図３に示すように、抵抗素子３１〜３４、増幅器３５、および比較器３６を含む。

抵抗素子３１〜３３の一方端子はそれぞれＲ相ラインＲＬ、Ｓ相ラインＳＬ、およびＴ相ラインＴＬに接続され、それらの他方端子はともにノードＮ３１に接続される。抵抗素子３４の一方端子はノードＮ３１に接続され、抵抗素子３４の他方端子は接地電圧ＧＮＤのラインに接続される。

増幅器３５は、抵抗素子３４の端子間電圧Ｖ３１を増幅する。比較器３６は、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５と所定の参照電圧ＶＲとを比較し、比較結果に応じたレベルの信号φＤを出力する。増幅器３５の出力電圧Ｖ３５が参照電圧ＶＲよりも小さい場合は（Ｖ３５＜ＶＲ）、信号φＤは「Ｌ」レベルにされる。増幅器３５の出力電圧Ｖ３５が参照電圧ＶＲよりも大きい場合は（ＶＲ＜Ｖ３５）、信号φＤは「Ｈ」レベルにされる。

サイリスタ起動装置において地絡事故が発生していない場合は、Ｒ相、Ｓ相、およびＴ相の交流電圧の和は約０Ｖになり、抵抗素子３４の端子間電圧Ｖ３１は約０Ｖになる。この場合は、Ｖ３５＜ＶＲとなり、信号φＤは非活性化レベルの「Ｌ」レベルになる。

サイリスタ起動装置において地絡事故が発生した場合は、地絡した地点（たとえばＲ相ラインＲＬ）が抵抗素子３４の他方端子（接地電圧ＧＮＤのライン）に接続され、電流が流れるループができて、抵抗素子３４の端子間に電圧Ｖ３１が発生する。この場合は、ＶＲ＜Ｖ３５となり、信号φＤは活性化レベルの「Ｈ」レベルになる。

制御回路７は、複数のセンサ（図示せず）からコンバータ３の入力電流、インバータ５の出力電圧、同期電動機８の回転速度などを示す信号を受け、受けた信号に基いてコンバータ３およびインバータ５を制御する。

また、制御回路７は、停止状態にある同期電動機８を起動させる場合は、同期電動機８の回転速度が０から所定値まで徐々に増大するのに応じて、インバータ５から出力される三相交流電力の周波数を０から所定値まで徐々に上昇させる。

また、制御回路７は、地絡検出回路６の出力信号φＤが「Ｈ」レベルにされた場合は、コンバータ３およびインバータ５の運転を停止させるとともに、複数の遮断器（図示せず）を遮断し、地絡事故によってサイリスタ起動装置や同期電動機８などが破壊されるのを防止する。

このようなサイリスタ起動装置は、たとえば発電所において、停止状態の同期発電機を同期電動機として起動させるために使用される。同期発電機を同期電動機として所定の回転数で回転駆動させた状態で、サイリスタ起動装置を同期発電機から切り離すとともに、ガスタービンなどによって同期発電機を回転駆動させて交流電力を生成する。

この実施の形態では、交流ラインＲＬ，ＳＬ，ＴＬとノードＮ３１の間にそれぞれ抵抗素子３１〜３３を接続し、ノードＮ３１と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に抵抗素子３４を接続し、抵抗素子３４の端子間電圧Ｖ３１に基づいて地絡事故が発生したか否かを判別する。地絡事故が発生していない場合は電圧Ｖ３１は約０Ｖになり、地絡事故が発生した場合は電圧Ｖ３１が０Ｖよりも大幅に大きくなるので、地絡事故の発生を高精度で検出することができる。また、従来のように三相変圧器を使用しないので、装置の小型化、低価格化を図ることができる。

図４は、実施の形態の比較例となる地絡検出回路４０の構成を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図４において、地絡検出回路４０は、抵抗素子４１〜４３、増幅器４４、および比較器４５を含む。

抵抗素子４１，４２の一方端子はそれぞれインバータ５の入力端子５ａ，５ｂに接続され、それらの他方端子はともにノードＮ４１に接続される。抵抗素子４３の一方端子はノードＮ４１に接続され、抵抗素子４３の他方端子は接地電圧ＧＮＤのラインに接続される。

増幅器４４は、抵抗素子４３の端子間電圧Ｖ４１を増幅する。比較器４５は、増幅器４４の出力電圧Ｖ４４と所定の電圧範囲ＶＲＬ〜ＶＲＨ（ＶＲＬ＜ＶＲＨ）とを比較し、比較結果に応じたレベルの信号φＤを出力する。増幅器４４の出力電圧Ｖ４４が所定の電圧範囲内である場合は（ＶＲＬ＜Ｖ４４＜ＶＲＨ）、信号φＤは「Ｌ」レベルにされる。増幅器４４の出力電圧Ｖ４４が所定の電圧範囲外である場合は（Ｖ４４＜ＶＲＬまたはＶＲＨ＜Ｖ４４）、信号φＤは「Ｈ」レベルにされる。

サイリスタ起動装置において地絡事故が発生していない場合は、インバータ５の入力端子５ａ，５ｂ間の電圧を抵抗素子４１，４２で分圧した電圧がノードＮ４１の電圧Ｖ４１となる。この電圧Ｖ４１は、ある幅で振幅する電圧である。この場合は、ＶＲＬ＜Ｖ４４＜ＶＲＨとなり、信号φＤは非活性化レベルの「Ｌ」レベルになる。

サイリスタ起動装置において地絡事故が発生した場合は、地絡した地点（たとえばＲ相ラインＲＬ）が抵抗素子４３の他方端子（接地電圧ＧＮＤのライン）に接続され、電流が流れるループができて、抵抗素子４３の端子間に電圧Ｖ４１が発生する。この場合は、Ｖ４４＜ＶＲＬまたはＶＲＨ＜Ｖ４４となり、信号φＤは活性化レベルの「Ｈ」レベルになる。

以下、実施の形態の地絡検出回路６の地絡検出精度と比較例の地絡検出回路４０の地絡検出精度とを比較する。図５（ａ）〜図９（ａ）は、図４（比較例）の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４を示すタイムチャートである。図５（ｂ）〜図９（ｂ）は、図３（実施の形態）の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５を示すタイムチャートである。

また、図５（ｃ）〜図９（ｃ）は、図２のＲ相ラインＲＬの電圧Ｖｒ、Ｓ相ラインＳＬの電圧Ｖｓ、およびＴ相ラインＴＬの電圧Ｖｔを示すタイムチャートである。図５（ｄ）〜図９（ｄ）は、図２のコンバータ３の低電圧側出力端子３ｂ（インバータ５の低電圧側入力端子５ｂ）の電圧Ｖｎ、コンバータ３の高電圧側出力端子３ａの電圧Ｖｐ１、およびインバータ５の高電圧側入力端子５ａの電圧Ｖｐ２を示すタイムチャートである。電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔ，Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２は、比較例と実施の形態で同じである。

まず図５（ａ）〜（ｄ）では、時刻ｔ０においてＲ相ラインＲＬが地絡した場合における地絡前後の電圧変化が示されている。図５（ｃ）に示すように、正常時は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに所定の振幅で変化している。時刻ｔ０においてＲ相ラインＲＬの地絡事故が発生すると、Ｒ相電圧Ｖｒが０Ｖになり、Ｓ相電圧ＶｓおよびＴ相電圧Ｖｔの振幅が増大する。

また、図５（ｄ）に示すように、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の各々は、正常時であっても一定値にはならず、ある振幅で変化している。時刻ｔ０においてＲ相ラインＲＬの地絡事故が発生すると、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の振幅が増大する。

比較例の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４は、直流電圧（Ｖｐ２−Ｖｎ）を分圧した電圧に応じて変化する。このため図５（ａ）に示すように、電圧Ｖ４４は正常時であってもある振幅で変化しており、時刻ｔ０においてＲ相ラインＲＬの地絡事故が発生すると電圧Ｖ４４の振幅が増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ４４の振幅が変化するので、地絡事故の発生を検出することは可能である。しかし、時刻ｔ０の前後の変化が小さいので、地絡事故の発生の有無を判定することは容易でない。

これに対して本実施の形態の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを加算した電圧に応じて変化する。このため図５（ｂ）に示すように、電圧Ｖ３５は正常時は約０Ｖになり、時刻ｔ０においてＲ相ラインＲＬの地絡事故が発生すると電圧Ｖ３５の振幅が急に増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ３５の振幅が大幅に変化するので、地絡事故の発生の有無を容易に判定することができる。

次に図６（ａ）〜（ｄ）では、時刻ｔ０においてインバータ５の高電圧側入力端子５ａが地絡した場合における地絡前後の電圧変化が示されている。図６（ｄ）に示すように、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の各々は、正常時であっても一定値にはならず、ある振幅で変化している。時刻ｔ０においてインバータ５の高電圧側入力端子５ａの地絡事故が発生すると、直流電圧Ｖｐ２が０Ｖになり、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１がともに負電圧側にシフトする。

また図６（ｃ）に示すように、正常時は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに所定の振幅で変化している。時刻ｔ０においてインバータ５の高電圧側入力端子５ａの地絡事故が発生すると、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに負電圧側にシフトする。

比較例の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４は、直流電圧（Ｖｐ２−Ｖｎ）を分圧した電圧に応じて変化する。このため図６（ａ）に示すように、電圧Ｖ４４は正常時であってもある振幅で変化しており、時刻ｔ０においてインバータ５の高電圧側入力端子５ａの地絡事故が発生すると電圧Ｖ４４は負電圧側にシフトする。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ４４がシフトするので、地絡事故の発生を検出することは可能である。しかし、時刻ｔ０の前後の変化が小さいので、地絡事故の発生の有無を判定することは容易でない。また、電圧Ｖ４４の振幅は地絡事故によって減少するので、電圧Ｖ４４の振幅の大小によって地絡事故の発生の有無を判別することはできない。

これに対して本実施の形態の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを加算した電圧に応じて変化する。このため図６（ｂ）に示すように、電圧Ｖ３５は正常時は約０Ｖになり、時刻ｔ０においてインバータ５の高電圧側入力端子５ａの地絡事故が発生すると電圧Ｖ３５の振幅が急に増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ３５の振幅が大幅に変化するので、地絡事故の発生の有無を容易に判定することができる。

また図７（ａ）〜（ｄ）では、時刻ｔ０においてインバータ５の低電圧側入力端子５ｂが地絡した場合における地絡前後の電圧変化が示されている。図７（ｄ）に示すように、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の各々は、正常時であっても一定値にはならず、ある振幅で変化している。時刻ｔ０においてインバータ５の低電圧側入力端子５ｂの地絡事故が発生すると、直流電圧Ｖｎが０Ｖになり、直流電圧Ｖｐ１，Ｖｐ２がともに正電圧側にシフトする。

また図７（ｃ）に示すように、正常時は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに所定の振幅で変化している。時刻ｔ０においてインバータ５の低電圧側入力端子５ｂの地絡事故が発生すると、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに正電圧側にシフトする。

比較例の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４は、直流電圧（Ｖｐ２−Ｖｎ）を分圧した電圧に応じて変化する。このため図７（ａ）に示すように、電圧Ｖ４４は正常時であってもある振幅で変化しており、時刻ｔ０においてインバータ５の低電圧側入力端子５ｂの地絡事故が発生すると電圧Ｖ４４は正電圧側にシフトする。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ４４がシフトするので、地絡事故の発生を検出することは可能である。しかし、時刻ｔ０の前後の変化が小さいので、地絡事故の発生の有無を判定することは容易でない。また、電圧Ｖ４４の振幅は地絡事故によって減少するので、電圧Ｖ４４の振幅の大小によって地絡事故の発生の有無を判別することはできない。

これに対して本実施の形態の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを加算した電圧に応じて変化する。このため図７（ｂ）に示すように、電圧Ｖ３５は正常時は約０Ｖになり、時刻ｔ０においてインバータ５の低電圧側入力端子５ｂの地絡事故が発生すると電圧Ｖ３５の振幅が急に増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ３５の振幅が大幅に変化するので、地絡事故の発生の有無を容易に判定することができる。

次に図８（ａ）〜（ｄ）では、時刻ｔ０においてコンバータ３の高電圧側出力端子３ａが地絡した場合における地絡前後の電圧変化が示されている。図８（ｄ）に示すように、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の各々は、正常時であっても一定値にはならず、ある振幅で変化している。時刻ｔ０においてコンバータ３の高電圧側出力端子３ａの地絡事故が発生すると、直流電圧Ｖｐ１が０Ｖになり、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ２がともに負電圧側にシフトする。

また図８（ｃ）に示すように、正常時は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに所定の振幅で変化している。時刻ｔ０においてコンバータ３の高電圧側出力端子３ａの地絡事故が発生すると、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに負電圧側にシフトする。

比較例の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４は、直流電圧（Ｖｐ２−Ｖｎ）を分圧した電圧に応じて変化する。このため図８（ａ）に示すように、電圧Ｖ４４は正常時であってもある振幅で変化しており、時刻ｔ０においてコンバータ３の高電圧側出力端子３ａの地絡事故が発生すると電圧Ｖ４４は負電圧側にシフトする。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ４４がシフトするので、地絡事故の発生を検出することは可能である。しかし、時刻ｔ０の前後の変化が小さいので、地絡事故の発生の有無を判定することは容易でない。

これに対して本実施の形態の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを加算した電圧に応じて変化する。このため図８（ｂ）に示すように、電圧Ｖ３５は正常時は約０Ｖになり、時刻ｔ０においてコンバータ３の高電圧側出力端子３ａの地絡事故が発生すると電圧Ｖ３５の振幅が急に増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ３５の振幅が大幅に変化するので、地絡事故の発生の有無を容易に判定することができる。

また図９（ａ）〜（ｄ）では、時刻ｔ０においてＵ相ラインＵＬが地絡した場合における地絡前後の電圧変化が示されている。図９（ｃ）に示すように、正常時は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔはともに所定の振幅で変化している。時刻ｔ０においてＵ相ラインＵＬの地絡事故が発生すると、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔの振幅が増大する。

また、図９（ｄ）に示すように、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の各々は、正常時であっても一定値にはならず、ある振幅で変化している。時刻ｔ０においてＵ相ラインＵＬの地絡事故が発生すると、直流電圧Ｖｎ，Ｖｐ１，Ｖｐ２の振幅が増大する。

比較例の増幅器４４の出力電圧Ｖ４４は、直流電圧（Ｖｐ２−Ｖｎ）を分圧した電圧に応じて変化する。このため図９（ａ）に示すように、電圧Ｖ４４は正常時であってもある振幅で変化しており、時刻ｔ０においてＵ相ラインＵＬの地絡事故が発生すると電圧Ｖ４４の振幅が増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ４４の振幅が変化するので、地絡事故の発生を検出することは可能である。しかし、時刻ｔ０の前後の変化が小さいので、地絡事故の発生の有無を判定することは容易でない。

これに対して本実施の形態の増幅器３５の出力電圧Ｖ３５は、三相交流電圧Ｖｒ，Ｖｓ，Ｖｔを加算した電圧に応じて変化する。このため図９（ｂ）に示すように、電圧Ｖ３５は正常時は約０Ｖになり、時刻ｔ０においてＵ相ラインＵＬの地絡事故が発生すると電圧Ｖ３５の振幅が急に増大する。このように時刻ｔ０の前後で電圧Ｖ３５の振幅が大幅に変化するので、地絡事故の発生の有無を容易に判定することができる。

図１０は、本実施の形態の変更例となる地絡検出回路５０の構成を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図１０を参照して、この変更例の地絡検出回路５０は、図３の地絡検出回路６の増幅器３５と比較器３６の間に、絶対値演算器５１およびフィルタ回路５２を追加したものである。絶対値演算器５１は、増幅器３５の出力電圧Ｖ３５の絶対値｜Ｖ３５｜を求め、その絶対値｜Ｖ３５｜に応じたレベルの電圧Ｖ５１を出力する。フィルタ回路５２は、絶対値演算器５１の出力電圧Ｖ５１から高周波成分を除去するローパスフィルタである。比較器３６は、フィルタ回路５２の出力電圧Ｖ５２と所定の参照電圧ＶＲとを比較し、比較結果に応じたレベルの信号φＤを出力する。

フィルタ回路５２の出力電圧Ｖ５２が参照電圧ＶＲよりも小さい場合は（Ｖ５２＜ＶＲ）、信号φＤは「Ｌ」レベルにされる。フィルタ回路５２の出力電圧Ｖ５２が参照電圧ＶＲよりも大きい場合は（ＶＲ＜Ｖ５２）、信号φＤは「Ｈ」レベルにされる。この変更例では、地絡事故によって増幅器３５の出力電圧Ｖ３５が正電圧になる場合でも、負電圧になる場合でも、地絡事故の発生を容易かつ正確に検出することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１交流電源、２三相変圧器、３コンバータ、３ａ高電圧側出力端子、３ｂ低電圧側出力端子、４直流リアクトル、５インバータ、５ａ高電圧側入力端子、５ｂ低電圧側入力端子、６，４０，５０地絡検出回路、７制御回路、８同期電動機、１１〜１６，２１〜２６サイリスタ、３１〜３４，４１〜４３抵抗素子、３５，４４増幅器、３６，４５比較器、５１絶対値演算器、５２フィルタ回路、ＲＬＲ相ライン、ＳＬＳ相ライン、ＴＬＴ相ライン、ＵＬＵ相ライン、ＶＬＶ相ライン、ＷＬＷ相ライン。

Claims

同期電動機を起動させるサイリスタ起動装置であって、
第１の三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記直流電力を平滑化させる直流リアクトルと、
前記コンバータから前記直流リアクトルを介して与えられた前記直流電力を第２の三相交流電力に変換し、第１〜第３の交流ラインを介して前記同期電動機に供給するインバータと、
前記サイリスタ起動装置の地絡事故を検出する地絡検出回路と、
前記コンバータおよび前記インバータを制御して前記同期電動機を起動させ、前記地絡検出回路によって前記地絡事故が検出された場合に前記コンバータおよび前記インバータの運転を停止させる制御回路とを備え、
前記地絡検出回路は、
第１〜第４の抵抗素子を含み、
前記第１〜第３の抵抗素子の一方端子はそれぞれ前記第１〜第３の交流ラインに接続され、前記第１〜第３の抵抗素子の他方端子はともに前記第４の抵抗素子の一方端子に接続され、前記第４の抵抗素子の他方端子は接地電圧を受け、
前記コンバータは、直流電圧を出力するための第１および第２の端子を含み、
前記インバータは、直流電圧を受けるための第３および第４の端子を含み、
前記直流リアクトルは前記第１および第３の端子間に接続され、
前記第２および第４の端子は互いに接続され、
前記地絡事故が発生していない場合における前記第４の抵抗素子の端子間電圧は略０Ｖであり、前記第１の端子、前記第２の端子、前記第３の端子、前記第１の交流ライン、前記第２の交流ライン、または前記第３の交流ラインにおいて前記地絡事故が発生すると前記第４の抵抗素子の端子間電圧の振幅が増大し、
前記地絡検出回路は、さらに、前記第４の抵抗素子の端子間電圧が予め定められた電圧を超えた場合に、前記第１の端子、前記第２の端子、前記第３の端子、前記第１の交流ライン、前記第２の交流ライン、または前記第３の交流ラインにおいて前記地絡事故が発生したと判別する判別回路を含み、
前記判別回路は、
前記第４の抵抗素子の端子間電圧の絶対値を求める絶対値演算器と、
前記絶対値演算器によって求められた前記第４の抵抗素子の端子間電圧の絶対値が予め定められた値を超えた場合に、前記サイリスタ起動装置において前記地絡事故が発生したことを示す信号を出力する比較器とを含む、サイリスタ起動装置。
前記サイリスタ起動装置は、発電所の同期発電機を前記同期電動機として起動させる、請求項１に記載のサイリスタ起動装置。