JP7419451B1

JP7419451B1 - 電源装置

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Publication number: JP7419451B1
Application number: JP2022118481A
Authority: JP
Inventors: 明井上
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2024-01-22
Anticipated expiration: 2042-07-26
Also published as: JP2024016403A

Abstract

【課題】発電所が所内電源喪失時に発電プラントを安全停止した後に、電力系統から逆受電を行うために必要な電源を好適に確保できる。【解決手段】発電プラントを備えた地熱発電所１０に設置されると共に、互いに接続される充放電器２１及び蓄電池２２を備えて構成され、充放電器は、交流電力を直流電力に変換した後にコンタクタ３０を経て蓄電池に電力を充電させ、蓄電池からの電力をコンタクタを経て地熱発電所の所内系統に放電させるよう構成された電源装置であって、充放電器には、コンタクタを迂回して、バイパス用ノンブレーカ３２を備えたバイパスライン３１が設けられ、コンタクタは、制御装置によりＯＮ動作及びＯＦＦ動作が制御され、制御装置は、地熱発電所の所内電源が喪失し且つ発電プラントの安全停止を終了してから所定時間経過後に、コンタクタをＯＮ動作状態からＯＦＦ動作状態に制御して、蓄電池内に所定の蓄電量を残留させるよう構成される。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は電源装置に係り、特に発電所に適用される電源装置に関する。

地熱発電所における電源喪失時からの発電プラントの起動は、まず、非常用電源設備にて直流(ＤＣ)電源及び無停電電源(ＵＰＳ)を使用可能として、所内保護及び監視装置回路を使えるようにする。その後、電力系統から逆受電により所内電源を確保する方法が一般的である。

特開２０２２－６８５４２号公報特許第６３８４４８２号公報特許第５９９０８７８号公報

一部の小容量地熱発電所などでは、硫化水素対策が困難で、且つ高価な非常用電源設備(例えば非常用発電機)を設置しないものがある。この場合には、所内電源が系統事故などにより電源喪失したときに、電力系統から逆受電を行うために必要な所内保護及び監視装置回路の電源を確保することができない状況になってしまう。

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、発電所が所内電源喪失時に発電プラントを安全停止した後に、電力系統から逆受電を行うために必要な電源を好適に確保できる電源装置を提供することを目的とする。

また、本発明の実施形態は、電源装置における蓄電池の過放電を阻止することができる電源装置を提供することを他の目的とする。

本発明の実施形態における電源装置は、発電プラントを備えた発電所に設置されると共に、互いに接続される充放電器及び蓄電池を備えて構成され、前記充放電器は、交流電力を直流電力に変換した後にコンタクタを経て前記蓄電池に電力を充電させ、前記蓄電池からの電力を前記コンタクタを経て前記発電所の所内系統に放電させるよう構成された電源装置であって、前記充放電器には、前記コンタクタを迂回して、パイパス用ブレーカを備えたバイパスラインが設けられ、前記コンタクタは、制御装置によりＯＮ動作及びＯＦＦ動作が制御され、前記制御装置は、前記発電所の所内電源が喪失し且つ前記発電プラントの安全停止を終了してから所定時間経過後に、前記コンタクタをＯＮ動作状態からＯＦＦ動作状態に制御して、前記蓄電池内に所定の蓄電量を残留させるよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、発電所が所内電源喪失時に発電プラントを安全停止した後に、電力系統から逆受電を行うために必要な電源を好適に確保することができる。

第１実施形態に係る電源装置としての直流電源装置が適用される地熱発電所の所内系統の一部と電力系統と非常用発電機系統を示す単線結線図。図１の地熱発電所の所内系統における直流電源装置及び無停電電源装置を示す単線結線図。図２の一部を拡大して示す部分拡大図。図３の制御装置によるコンタクタの制御ロジックを示す論理回路図。第２実施形態に係る電源装置としての直流電源装置等を示す単線結線図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１～図４）
図１は、第１実施形態に係る電源装置としての直流電源装置が適用される地熱発電所の所内系統の一部と電力系統と非常用発電機系統を示す単線結線図である。発電プラントを備える地熱発電所１０の所内の所内母線１１は、図１に示すように、電力系統１２の系統母線１３に、受電遮断器１４、負荷開閉器１５及び動力変圧器１６を介して接続される。更に、所内母線１１は、非常用発電機系統１７の非常用発電機１８に、発電機遮断器１９、負荷開閉器１５及び動力変圧器１６を介して接続されている。

また、地熱発電所１０の所内では、図２に示すように、所内母線１１に充放電器２１、所内ノンヒューズブレーカ２３が順次接続され、所内ノンヒューズブレーカ２３に分電盤（ＤＰ）２４及び無停電電源（ＵＰＳ）装置２５が並列に接続されている。これらの分電盤２４及び無停電電源装置２５の下流側に、共に図示しない発電プラントの制御系、並びに所内保護及び監視装置回路が接続される。上記充放電器２１には蓄電池２２が接続され、これらの充放電器２１、蓄電池２２及び後述の制御装置３４により直流電源装置２０が構成される。

充放電器２１は、地熱発電所１０の所内母線１１に接続された変圧器２６に、サイリスタ２７、充放電器ブレーカ２８、ＰＢＳ（ＰｕｓｈＢｕｔｔｏｎＳｙｓｔｅｍ）ノンヒューズブレーカ２９及びコンタクタ３０が順次接続され、更にＰＢＳノンヒューズブレーカ２９及びコンタクタ３０を迂回して、バイパス用ノンヒューズブレーカ３２を備えたバイパスライン３１が接続されて構成される。コンタクタ３０に蓄電池２２が、ケーブル３３を介して接続される。

変圧器２６は、電力系統１２または非常用発電機系統１７から導入されて動力変圧器１６により電圧が降圧された交流電力を直流電力に変換する。サイリスタ２７は、整流器として機能する。コンタクタ３０は、後述の如く制御装置３４（図３）によりＯＮ（閉；通電）動作及びＯＦＦ（開；非通電）動作が制御される。ＰＢＳノンヒューズブレーカ２９は、コンタクタ３０に直列接続されて、誤作動時のコンタクタ３０の機能を代替する代替用のブレーカであり、手動にて操作される。例えば、ＰＢＳノンヒューズブレーカ２９は、コンタクタ３０がＯＦＦ動作しない誤作動時に手動にてＯＦＦ操作される。

バイパスライン３１は、直列接続されたＰＢＳノンヒューズブレーカ２９及びコンタクタ３０に並列接続される。バイパス用ノンヒューズブレーカ３２は、常時ＯＦＦ（開；非通電）状態にあり、任意のタイミングで手動よりＯＮ（閉；通電）操作される。

蓄電池２２には、ＰＢＳノンヒューズブレーカ２９、コンタクタ３０、充放電器ブレーカ２８及び所内ノンヒューズブレーカ２３のＯＮ（閉；通電）動作時に、電力系統１２、非常用発電機系統１７または発電プラントからの電力が、変圧器２６等により直流電力に変換された後に充填されて蓄電される。この蓄電池２２の蓄電量は、発電プラントの安全停止に必要な所内負荷分の容量（例えば、発電プラントにおけるタービン、発電機の軸冷却用油の供給用ポンプを駆動するため等の電力量）と、地熱発電所１０が電力系統１２から後述の逆受電を行うために必要な容量（例えば、所内保護及び監視装置回路用の電源、並びに受電遮断器１４、負荷開閉器１５及び発電機遮断器１９をＯＮ動作させるための電力量）とである。

蓄電池２２からは、ＰＢＳノンヒューズブレーカ２９、コンタクタ３０及び所内ノンヒューズブレーカ２３のＯＮ（閉；通電）動作時で、且つ充放電器ブレーカ２８のＯＦＦ（開；非通電）動作時に、発電プラントの安全停止に必要な蓄電量が、地熱発電所１０の所内系統へ放電される。また、蓄電池２２からは、ＰＢＳノンヒューズブレーカ２９及びコンタクタ３０のＯＦＦ（開；非通電）動作時で、且つバイパス用ノンヒューズブレーカ３２、所内ノンヒューズブレーカ２３及び充放電器ブレーカ２８のＯＮ（閉；通電）動作時に、地熱発電所１０が電力系統１２から逆受電を行うために必要な蓄電量が放電される。

ここで、地熱発電所１０による電力系統１２からの逆受電について述べる。この逆受電では、図１に示すように、受電遮断器１４及び負荷開閉器１５がＯＮ（閉；通電）動作されて、電力系統１２からの電力が受電遮断器１４、負荷開閉器１５及び動力変圧器１６を経て地熱発電所１０の所内に導入されて、地熱発電所１０の所内電源が確保される。このときには、非常用発電機１８が停止しており、発電機遮断器１９もＯＦＦ（開；非通電）動作状態にある。

その後、非常用発電機１８が起動され、発電機遮断器１９が非常用発電機１８に同期してＯＮ（閉；通電）動作されると、発電プラントは通常の運転状態となる。このとき、電力系統１２、非常用発電機系統１７及び発電プラントによって、地熱発電所１０の所内電源が確保されると共に、直流電源装置２０の蓄電池２２（図２）に充填がなされる。

上述の発電プラントの通常運転下において、電力系統１２側に事故が発生すると受電遮断器１４がＯＦＦ（開；非通電）動作し、また、所内受電回路に事故が発生すると負荷開閉器１５がＯＦＦ（開；非通電）動作する。これにより、地熱発電所１０の所内電源の供給が停止されて所内電源が喪失する。このときには、コンタクタ３０及びＰＢＳノンヒューズブレーカ２９がＯＮ（閉；通電）動作状態であり、所内ノンヒューズブレーカ２３もＯＮ（閉；通電）動作されることで、直流電源装置２０の蓄電池２２内の蓄電量が放電されて、発電プラントの安全停止が行われる。このとき、蓄電池２２からの放電量を調整するために、図３に示す制御装置３４が、コンタクタ３０のＯＮ（閉；通電）動作及びＯＦＦ（開；非通電）動作を制御する。

この制御装置３４によるコンタクタ３０の動作制御を、図３及び図４に基づいて説明する。図４において、符号ＡはＡＮＤ回路であり、符号ＢはＮＯＴ回路であり、符号Ｃはタイマー回路である。

制御装置３４は、地熱発電所１０の所内電源が喪失して低電圧リレー３５が動作し且つ発電プラントの安全停止が終了した時点から、タイマー３６により設定された所定時間（つまり、発電プラントが完全に安全停止するに必要な時間）が経過した後に、コンタクタ３０の動作をＯＮ（閉；通電）動作状態からＯＦＦ（開；非通電）動作状態に制御して、蓄電池２２内に所定の蓄電量（つまり、地熱発電所１０が電力系統１２から逆受電を行うために必要な蓄電量）を残留させる。なお、上述の発電プラントの安全停止終了条件は、発電プラント監視制御システム（ＤＣＳ）等により発電プラント毎に作成された発電プラントの停止終了条件である。

ここで、コンタクタ３０をＯＦＦ（開；非通電）動作状態からＯＮ（閉；通電）動作に制御する条件は、発電プラントの安全停止が終了し、且つ所内母線１１に電気故障が存在せず、且つ受電遮断器１４及び負荷開閉器１５が共にＯＮ（閉；通電）動作状態にあり、更に、ＰＢＳノンヒューズブレーカ２９がＯＮ（閉；通電）動作された場合である。

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば次の効果（１）を奏する。
（１）直流電源装置２０の充放電器２１におけるコンタクタ３０のＯＮ（閉；通電）動作及びＯＦＦ（開；非通電）動作を制御する制御装置３４は、地熱発電所１０の所内電源が喪失して低電圧リレー３５が動作し、且つ発電プラントの安全停止を終了してから所定時間経過後に、コンタクタ３０をＯＮ動作状態からＯＦＦ動作状態に制御して、蓄電池２２内に所定の蓄電量（地熱発電所１０が電力系統１２から逆起電を行うために必要な蓄電量）を残留させるよう構成されている。

従って、発電プラントを安全停止後に再起動させる際には、コンタクタ３０のＯＦＦ動作状態下で充放電器２１のバイパス用ノンヒューズブレーカ３２を例えば手動でＯＮ（閉；通電）作動することで、蓄電池２２に残留した上述の所定の蓄電量により、地熱発電所１０が電力系統１２からの逆受電を行うために必要な電源（例えば所内保護及び監視装置回路用の電源、並びに受電遮断器１４、負荷開閉器１５及び発電機遮断器１９をＯＮ（閉；通電）動作させるための電源）等を好適に確保することができる。これにより、地熱発電所１０は、電力系統１２からの逆受電により所内電源を確保でき、発電プラントを再起動させることができる。

［Ｂ］第２実施形態（図５）
図５は、第２実施形態に係る電源装置としての直流電源装置等を示す単線結線図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態の電源装置としての直流電源装置４０は、蓄電池２２に充電及び放電を行わせる充放電器４１と、上記蓄電池２２と、コンタクタ３０の動作を制御する制御装置４２と、を有して構成される。この直流電源装置４０が第１実施形態と異なる点は、充放電器４１にバイパスライン３１及びバイパス用ノンヒューズブレーカ３２が存在せず、更に制御装置４２が、蓄電池２２内の蓄電量が下限閾値まで低下したときに、コンタクタ３０をＯＮ（閉；通電）動作状態からＯＦＦ（開；非通電）動作状態に制御して、蓄電池２２内に所定の蓄電量を残留させるよう構成された点である。

ここで、直流電源装置４０は、地熱発電所１０に適用されるものに限らず、例えば化学プラントを備えた設備等のような製造設備、または商業設備等に設置されたものでもよい。

以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、次の効果（２）を奏する。
（２）コンタクタ３０の動作を制御する制御装置４２は、蓄電池２２内の蓄電量が下限閾値まで低下したときに、コンタクタ３０をＯＮ（閉；通電）動作状態からＯＦＦ（開；非通電）動作状態に制御して、蓄電池２２内に所定の蓄電量を残留させるよう構成されている。このため、蓄電池２２の過放電を阻止でき、蓄電池２２の蓄電量が零になって蓄電池２２の劣化が進行する事態を防止できる。

以上、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。これらの実施形態は、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、組み合わせを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組み合わせは、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。

例えば、コンタクタ３０を備えた充放電器２１と、蓄電池２２と、コンタクタ３０の動作を制御する制御装置３４は、第１実施形態では直流電源装置２０の構成要素である場合を述べたが、無停電電源装置２５の構成要素として適用されてもよい。

１０…地熱発電所（発電所）、１２…電力系統、２０…直流電源装置（電源装置）、２１…充放電器、２２…蓄電池、２５…無停電電源装置、２９…ＰＢＳノンヒューズブレーカ（代替用ブレーカ）、３０…コンタクタ、３１…バイパスライン、３２…バイパス用ノンヒューズブレーカ（バイパス用ブレーカ）、３４…制御装置、４０…直流電源装置、４１…充放電器、４２…制御装置

Claims

発電プラントを備えた発電所に設置されると共に、互いに接続される充放電器及び蓄電池を備えて構成され、
前記充放電器は、交流電力を直流電力に変換した後にコンタクタを経て前記蓄電池に電力を充電させ、前記蓄電池からの電力を前記コンタクタを経て前記発電所の所内系統に放電させるよう構成された電源装置であって、
前記充放電器には、前記コンタクタを迂回して、パイパス用ブレーカを備えたバイパスラインが設けられ、
前記コンタクタは、制御装置によりＯＮ動作及びＯＦＦ動作が制御され、
前記制御装置は、前記発電所の所内電源が喪失し且つ前記発電プラントの安全停止を終了してから所定時間経過後に、前記コンタクタをＯＮ動作状態からＯＦＦ動作状態に制御して、前記蓄電池内に所定の蓄電量を残留させるよう構成されたことを特徴とする電源装置。
前記充放電器には、誤作動時のコンタクタの機能を代替する代替用ブレーカが、前記コンタクタに直列に接続され、前記コンタクタ及び前記代替用ブレーカを迂回してバイパスラインが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
前記充放電器、前記蓄電池及び前記制御装置により、直流電源装置が構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
前記充放電器、前記蓄電池及び前記制御装置により、無停電電源装置が構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。