JPH01164224A - 発電機の原動機保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は複数台の発電機を並行運転している場合におい
て、故障した発電機の原動機を判定する発電機の原動機
保護装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は特公昭４９−１２９２４号公報に記載されてい
る従来の発電機の原動機保護装置を適用している発電シ
ステムの構成図である。発電ａｔ、ｉｉの電圧は夫々遮
断器４，１４を介して母線Ａに与えられており、母線Ａ
を介して負荷りに与えられている。発電機１と遮断器４
とを接続する回路には変流器５を設けており、その出力
を有効分電流検出器２９に与えている。発電機１１と遮
断器１４とを接続する回路には変流器１５を設けており
、その出力を有効分電流検出器３０に与えている。有効
分電流検出器２９及び３０の出力信号は電力演算部３１
に与えられており、電力演算部３１の出力信号は電力比
較部３２及び３３に与えられている。また電力比較部３
２．３３には前記有効分電流検出器２９．３０の各出力
信号が与えられている。電力比較部３２の出力信号は第
１論理演算部３４及び第２論理演算部３６に与えられて
おり、電力比較部３３の出力信号は第１論理演算部３５
及び第２論理演算部３７に与えられている。第１論理演
算部３４．３５には、変圧器６を介して母線電圧が与え
られている周波数継電器２８の出力信号が与えられてい
る。第１の論理演算部３４の出力信号は発電機１を駆動
する原動機医の調速機３に与えられており、調速機３の
下限スイッチ２４及び上限スイッチ２５の信号が第２論
理演算部３６に与えられている。そして第２論理演算部
３６の出力信号は前記遮断器４にその開閉信号として与
えられている。

第１論理演算部３５の出力信号は発電機１１を駆動する
原動機１２の調速機１３に与えられており、調速機１３
の下限スイッチ２６及び上限スイッチ２７の信号が第２
論理演算部３７に与えられている。第２論理演算部３７
の出力信号は前記遮断器１４にその開閉信号として与え
られている。第６図は第１論理演算部３４．３５の演算
動作内容を、第７図（１）、　（ＩＩ）は第２論理演算
部３６．３７の演算動作内容を示している。第８図は電
力比較部３２．３３の特性図を、第９図は周波数継電器
２８の特性図を、第１０図は調速機３．１３の特性図を
示している。

次にこの原動機保護装置の動作を説明する。先ず発電機
１．１１が、負荷りに正常に給電している場合の有効電
力及び母線周波数の制御動作を説明する。電力演算部３
１は有効分電流検出器２９．３０からの出力信号により
発電機１，１１の容量比で２分した電力に相当する出力
信号を出力する。電力比較部３２．３３は電力演算部３
１からの信号を基準として有効電流検出器２９．３０か
らの信号と比較する。

この場合、第８図の動作特性に示すように電力演算部３
１からの基準信号に比べ有効分電流検出器２９゜３０か
らの信号が小さい場合は信号Ｃ−を、反対に大きい場合
はＣ＋を出力する。

一方、周波数継電器２８は、第９図の動作特性により母
線周波数が予め設定された値よりも大きい場合は信号ｆ
＋を、小さい場合はｒ−を出力する。

更に第１論理演算部３４．３５で第６図に示すように、
夫々電力比較部３２．３３の信号と周波数継電器２８の
信号とを論理演算し、調速機３．１４に速度上昇又は低
下の制御指令を与えることにより、発電ａ　ｔ　。

１１の有効電力偏差がΔＣの範囲内に、また母線周波数
が設定値よりΔｆの範囲内になるように制御される。

次に例えば原動機２が故障してその速度が上昇を始めた
場合、原動機２は出力が増加し、その増加分だけ健全な
原動機１２は出力を減じる０発電機ｌの負荷電流は変流
器５で検出され有効分電流検出器２９により有効分電流
が検出される。そして原動機２は速度上昇分だけ基準有
効電力以上の負荷を担うことになり電力比較部３２の出
力は信号Ｃ＋となる。一方、母線周波数は第１Ｏ図の調
速機特性にしたがって増加し、周波数継電器２８は信号
１＋を出力する。したがって、第１論理演算部３４は調
速機３へ速度減少制御信号を出力するが、原動機２が故
障しているために速度減少制御信号が与えられても原動
機２の速度が低下しない。それ故、逐には下限スイッチ
２４が動作し、この信号と電力比較部３２の信号Ｃ＋と
により、第７図（Ｉ）に示す第２論理演算部３６の演算
動作にしたがい、遮断器４を開路させる信号を出力し、
発電Ｒ１を並行運転から切離して原動機を保護する。

一方、健全な原動機１２は原動機２の出力増加分だけそ
の出力を減少して有効負荷電流が減少するので電力比較
部３３は信号Ｃ−を出力する。また周波数継電器２８が
信号ｆ＋を出力しているから第−論理演算部３５はとも
に信号を出力せず調速機１３は停止している。したがっ
て、調速限界の上限スイッチ２７が動作せず、第２論理
演算部３７は遮断器１４を開路させる信号を出力せず発
電機１１は給電を継続する。また反対に、原動機２が故
障してその速度が減少を始めるようになった場合は前述
した動作と反対の動作をする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の発電機の原動機保護装置によれば、調速機に上、
下限スイッチ等の別個のセンサが必要である。またこの
上、下限スイ・ソチは調速機の故障時は動作が不確実と
なり、故障した原動機を正しく判定できない。また負荷
が少ない状態で調速機の機械的故障による回転数、即ち
周波数が急激に上昇する如き状態の場合は、上限スイッ
チが動作するまでに健全な原動機で駆動されている発電
機が逆電力トリツプすることがある。

更に、負荷が多い状態で、周波数が低下する如き故障の
場合は健全な原動機で駆動されている発電機が過電流ト
リップすることがある。またそれらとは別に、原動機が
故障したときは、故障した原動機側に制御信号を与える
ため周波数変動が大きくなる。そこで周波数を安定させ
るべく周波数を一定に制御するようにして、健全な電動
機側にも周波数を補正する信号を出力すると周波数が安
定し、周波数変動から故障した原動機を判定し得ない。

更に、そのとき周波数変動が生じて上昇したとしても、
負荷が少ないと健全な原動機側が、周波数下げ信号と故
障した原動機の周波数上昇による健全な原動機の負荷の
減少とが重なり、加速されて健全な原動機で駆動されて
いる発電機が逆電カドリップする。反対に周波数が低下
したときは負荷が大きいと健全な原動機で駆動されてい
る発電機が負荷増加と周波数上げ信号とで負荷の増加が
加速され過電流トリップする等の問題がある。

本発明は前述した問題点に鑑み、調速機の故障及び系統
の負荷状態に無関係に、確実に故障した原動機を検出で
き、しかも発電機の逆電力トリツプ又は過電流トリップ
を解消できる発電機の原動機保護装置を提供することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る発電機の原動機保護装置は、各発電機の有
効電力を検出する電力検出器と、母線の周波数を検出す
る周波数検出器と、前記電力検出器、周波数検出器及び
遮断器の主接点と連動する補助接点の動作信号を与える
入力部と、この入力部に与えられた信号により並行運転
か否かを弁別して並行運転中であると発電機の有効電力
の総和と発電機の定格容量比とから発電１１台当たりの
基準有効電力を演算する手段と、前記基準有効電力と発
電機が負担している有効電力との有効電力偏差を求める
手段と、発電機の周波数制御中の場合は発電機の周波数
が所定範囲外にあって有効電力偏差が所定値以上の発電
機の原動機を故障と判定し、また周波数制御停止中の場
合は、所定時間前の母線周波数が所定範囲外にあって、
有効電力偏差が所定値以上の発ＴＬ機の原動機を故障と
判定する手段とを備える。

〔作用〕

発電機の有効電力、母線周波数及び遮断器の補助接点の
動作信号を入力部に与える。入力部に与えられた信号に
より演算する手段は発電機が並行運転か否かを弁別し、
並行運転中の場合は演算手段は発電機の有効電力の総和
と予め設定している発電機の定格容量比とから発電機１
台当たりの基準有効電力を演算する。有効電力偏差を求
める手段は基準有効電力と発電機が負担している有効電
力とから有効電力偏差を求める。並行運転であり、発電
機の周波数制御中の場合は、発電機の周波数が所定範囲
外にあって有効電力偏差が所定値以上である発電機の原
動機を故障と判定し、また発電機の電圧制御停止中の場
合は、所定時間前の周波数が所定範囲外にあって、有効
電力偏差が所定値以上である発電機の原動機を故障と判
定する。

これにより母線周波数の制御又は負荷状態に関係なく故
障した原動機が判る。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は本発明に係る発電機の原動機保護装置を適用し
た発電システムの構成図である。

原動機２で駆動される発電機１の電圧は遮断器４を介し
て母線Ａに与えられており、原動機１２で駆動される発
電機１１の電圧は遮断器１４を介して母線Ａに与えられ
、母線Ａを介して負荷６に与えられている。発電機１と
遮断器４とを接続する回路には変流器５を設けており、
その回路の電圧及び電流即ち、発電機１の電圧、電流は
電力検出器１６に与えられ、発電機１の有効電力を検出
した出力信号と遮断器４の補助接点８の開閉信号とを入
力部２０に与えている。

発電機１１と遮断器１４とを接続する回路には変流器１
５を設けており、その回路の電圧及び電流即ち、発電機
１１の電圧、電流は電力検出器１７に与えられ、発電機
１１の有効電力を検出した出力信号と遮断器１４の補助
接点９の開閉信号とを入力部２ｏに与えている。また母
線Ａの電圧を変圧器６を介して周波数検出器７に与えて
おり、その出力信号を入力部２０に与えている。入力部
２０の出力信号は演算部１９に与えられており、演算部
１９が演算した出力信号は出力部２１に与えられている
。出力部２１の出力信号は前記原動機２，１２の夫々あ
調速機３．１３に与えられており、また遮断器４．１４
のトリップコイル２２．２３に与えられている。

第２図は故障判定部の判定手順を示すフローチャートで
あり、第３図はそのサブルーチンである。

先ず演算部１９は、入力部２０に与えられた遮断器４゜
１４の補助接点８．９の開閉動作信号から発電段ｌ。

１１が並行運転か否かを判断する（Ｓｌ）。

並行運転状態であれば、母線の周波数を一定になすべく
、しかも各発電機１．１１の有効電力の分担を一定比率
にするように一定周期毎に論理演算して、各原動機２，
１２の調速機３．１３に出力部２１から信号を与える。

このときの調速ｉ３．１３に与える信号は、実際に発電
機が分担している有効電力が一定比率より大きいときは
発電機ｌ又は１１に周波数下げの信号を、また有効電力
が一定比率より小さいときは、発電機１又は１１に周波
数上げの信号を出力する。これにより実際に負担する有
効電力が夫々の発電機の容量比に配分される。

更に、母線Ａの周波数が所定値より低下又は上昇すると
一時的に有効電力制御を中断して周波数を一定にする制
御を行い、基準値より周波数が高いときは発電機ｌ、１
１に周波数下げの信号を、基準値より周波数が低いとき
は周波数上げの信号を出力する。

ところで、運転中に原動機２が故障して、原動機の速度
が上昇を始めた場合は、原動機２は出力を増加し、その
増加分だけ原動機１２の出力が減少することになって、
発電機１．１１の周波数が大幅に変動した場合には、母
線の周波数の増・減をチエツクする第３図のサブルーチ
ンにおいて、周波数制御状態か否かが判断される（Ｓ２
）。周波数制御中である場合は母線周波数を上昇させる
べき調速機への「増」信号出力中が否がを判断しくＳ３
）、「増」信号の場合は周波数が「減」とみるフラグを
セントしくＳ４）、「減」信号出力中の場合は周波数が
「増」とみるフラグをセットする（Ｓ５）。

またステップ（Ｓ２）において周波数制御状態でない場
合は、母線周波数が所定時間１．抄部の周波数より０．
１Ｈｚ以上変化したか否かを判断しくＳ６）、変化して
いなければ周波数が上昇が否かを判断しくＳ７）、下降
の場合は周波数を「減」とみるフラグをセットしくＳ４
）　、上昇の場合は電圧を「増」とみるフラグを夫々セ
ットする（Ｓ５）。また前記ステップ（Ｓ６）にて母線
周波数が０．ｌｌｌｚ以内の変化である場合は周波数増
・滅フラグをともにリセフトする（Ｓ８）。そしてこの
ようなサブルーチンを終了した後は第２図のフローに戻
り、周波数「増」のフラグ又は「減」のフラグがセット
されていると（Ｓ９）、即ち母線周波数が所定範囲外に
あると有効電力（ＫＷ）分担が不平衡か否かを判断する
（ＳＩＯ）。有効電力の分担が不平衡であれば１．抄部
に比して増加したか否かを判断しく５ｌｌ）　、増加し
ている場合はその増加量が所定値以上か否かを判断する
（Ｓ１２）。

そして増加量が所定値以上の場合は故障の原動機を判定
する（Ｓ１３）。増加量が所定値以下の場合は増加状態
がｔ２秒（１＋　と同じ又は若干長い）を経過した後に
（Ｓ１４）故障の原動機を判定する（Ｓ１５）。

そして故障とすべき原動機の判定は第４図に示す演算動
作内容により判定する。即ち、周波数「減」フラグセッ
トでは、有効電力と基準有効電力との偏差−ΔＫＷが（
−）方向、つまり有効電力分担が減少方向を示している
方の発電機の原動機を故障している原動機とする。

また周波数の「増」フラグセットでは有効電力偏差ΔＫ
Ｗが（＋）方向、つまり有効電力分担が多い方、あるい
は時間ｔ２秒間有効電力分担が増加方向（＋）にある方
の発電機の原動機を故障している原動機を判定する。そ
してこのように故障した原動機が判定されると出力部２
１は、故障している原動機と連結された発電機を母線Ａ
に接続している遮断器のトリップコイル２２又は２３に
信号を与えて遮断動作させ、故障した原動機で駆動され
ている発電機を母線Ａから切離し、同時に故障している
原動機の調速機への信号を停止して原動機を駆動状態か
ら解放して保護する。そして負荷りは健全な原動機によ
り駆動されている発電機により給電が継続される。

なお、ステップ（Ｓ８）において周波数増・滅フラグを
リセットした場合、つまり母線周波数が０．１１１ｚ以
下の変化である場合は原動機が正常であるとしてステッ
プ（ＳＩＯ）以降の判断をせず、原動機の故障を判定し
ない。

このように故障した原動機を判定する場合には、母線周
波数の増・減状態を確認した後に、各発電機の実際の有
効電力偏差が所定値以上にあるかを判断して決定するか
ら、上、下限スイッチが不要であり、またそれらのスイ
ッチの動作に起因して誤判定することなく迅速に故障し
た原動機を判定できる。

また発電機の有効電力を発電機の電圧及び電流により直
接演算するようにしたから、別個の電力変換器を必要と
せず、有効電力が迅速、高精度に得られる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明によれば並行運転している発
電機の原動機の速度が異常となって原動機が故障した場
合は、母線周波数が増加又は減少の状態にあることを確
認した後に、各発電機の実際の有効電力偏差が所定値以
上にあるかを判断して故障した原動機を判定するから、
従来のような上、下限スイッチを必要とせず、それらの
スイッチの動作に起因する誤判定もなく迅速、正確に故
障した原動機を判定できる。また発電機の逆電カドリッ
プ又は過電流トリップが解消する。したがって、複数の
発電機を並行運転する発電システムの信軌性を高め得る
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発電機の原動機保護装置を適用し
た発電システムの構成図、第２図は故障判定部の判定手
順を示すフローチャート、第３図はそのサブルーチン、
第４図は故障した原動機を判定する論理表、第５図は従
来の発電機の原動機保護装置を適用した発電システムの
構成図、第６図は第１論理演算部の演算動作内容図、第
７図（１）、　　（ｎ）は第２論理演算部の演算動作内
容図、第８図は電力比較部の特性図、第９図は周波数継
電器の特性図、第１０図は調速機の特性図である。 １・・・発電機　２・・・原動機　３・・・調速［４・
・・遮断器　７・・・周波数検出器　８・・・補助接点
９・・・補助接点　１１・・・発電機　１２・・・原動
機　１３・・・調速機　１４・・・遮断器　１６．１７
・・・電力検出器１９・・・演算部　２０・・・入力部
　２１・・・出力部２２、２３・・・トリップコイル なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 ？　　原ｔｔＢｉ鴨　　　　　　＋＋−ｉｔな暑＆４゛
遮政器　　　　（６１７電１７（忙器’７　　　ＸＩ　
ＹｔｌＴＨ，器　　　１−　　；寅ＩＧｐ８９°＋ＭＪ
力１％　４．　　　　２０　−　入力部１１　　兜電樗
　　　　へ　θ保 第　１　閏 ％　２　図 第３図 筋４図 （１）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
〔■〕第　７　図 ｊｉ力劃側　　　　　　　　８線局液改第　８　図　　
　　　　　　％　９　図＋÷ ｌ　１０図 手続補正書（自発） ２、発明の名称 発電機の原動機保護装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名
　称　　（６０１）三菱電機株式会社代表者志岐守哉 ４、代理人 住　所　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三
菱電機株式会社内 氏名　（７３７５）弁理士大岩増雄、ぐ＝、、、、’７
．、。 ５、補正の対象 明細書の「特許請求の範囲」及び 「発明の詳細な説明」の欄 ６、補正の内容 ６−１　　明細書の「特許請求の範囲」の欄別紙のとお
り ６−２　　明細書の「発明の詳細な説明」の欄（１）明
細書第７真の１７行目に「健全な電動機側」とあるのを
「健全な原動機側」と訂正する。 （２）明細書第９頁の５行目から１１行目に「発電機の
周波数制御中・・・（中略）・・・する手段とを備える
。」とあるのを「発電機の周波数制御中の場合は、周波
数制御信号の出力状態により、また、発電機の周波数制
御停止中は所定時間前の周波数の変化状態により、母線
周波数の増・波状態及び所定範囲外を確認し、有効電力
の偏差が所定値以上と判断したとき、その有効電力の偏
差の方向と周波数の増・波状態を論理演算し故障発電機
を判定する手段とを備える。」と訂正する。 （３）明細書第１０頁の２行目から７行目に「発電機の
周波数制御中の場合は・・・（中略）・・・原動機を故
障と判定する。」とあるのを［発電機の周波数制御中の
場合は、周波数制御信号の出力状態により、また発電機
の周波数制御停止中は所定時間前の周波数の変化状態に
より、母線周波数の増・波状態及び所定範囲外を確認し
、有効電力の偏差が所定値以上と判断したとき、その有
効電力の偏差の方向と周波数の増・波状態を論理演算し
故障発電機を判定する。」と訂正する。 （４）明細書第１０頁の１７行目に「負荷６」とあるの
を「負荷Ｌ」と訂正する。 （５）明細書第１３頁の１４行目に「変化していなけれ
ば」とあるのを「変化していれば」と訂正する。 （６）明細書第１３頁の１６行目に「電圧を「増」」と
あるのを「周波数を「増」」と訂正する。 （７）明細書第１５頁の１９行目に「有効電力偏差が所
定値以上」とあるのを「有効電力偏差の方向とこの値が
所定値以上」と訂正する。 （８）明細書第１６頁の１３行目に「有効電力偏差が所
定値以上」とあるのを「有効電力偏差の方向とこの値が
所定値以上」と訂正する。 ７．添付書類の目録 （１）　　補正後の特許請求の範囲の全文を記載した書
面　　　　　　　　　１通 補正後の特許請求の範囲の全文を記載した書面２、特許
請求の範囲 １、遮断器を介して母線に接続されており、並行運転し
ている複数の発電機の原動機に速度異常の故障が生じた
場合に、その原動機を判定する発電機の原動機保護装置
において、各発電機の有効電力を検出する電力検出器と
、母線の周波数を検出する周波数検出器と、前記電力検
出器、周波数検出器及び前記遮断器の主接点と連動する
補助接点の動作信号を与える入力部と、この入力部に与
えられる信号により並行運転か否かを弁別して並行運転
中であると発電機の有効電力の総和と予め設定している
発電機の定格容量比とから発電機１台当たりの基準有効
電力を演算する手段と、前記基準有効電力と発電機が負
担している有効電力との有効電力偏差を求める手段と、
発電機の周波数制御中の場合は、何ｍ償 の　　　旨によ　、また、　帯　の肛改数′　會止　は
Ｐ　Ｉ　日１のａ′　　の・ヒシ゛輯によ　、母　金波
　の増パ蝿　　び所　範１１ｆ−判定する手段とを備え
ていることを特徴とする発電機の原動機保護装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、遮断器を介して母線に接続されており、並行運転し
   ている複数の発電機の原動機に速度異常の故障が生じた
   場合に、その原動機を判定する発電機の原動機保護装置
   において、 各発電機の有効電力を検出する電力検出器 と、母線の周波数を検出する周波数検出器と、前記電力
   検出器、周波数検出器及び前記遮断器の主接点と連動す
   る補助接点の動作信号を与える入力部と、この入力部に
   与えられる信号により並行運転か否かを弁別して並行運
   転中であると発電機の有効電力の総和と予め設定してい
   る発電機の定格容量比とから発電機１台当たりの基準有
   効電力を演算する手段と、前記基準有効電力と発電機が
   負担している有効電力との有効電力偏差を求める手段と
   、発電機の周波数制御中の場合は発電機の周波数が所定
   範囲外にあって有効電力偏差が所定値以上の発電機の原
   動機を故障と判定し、また発電機の周波数制御停止中の
   場合は所定時間前の母線周波数が所定範囲外にあって、
   有効電力偏差が所定値以上の発電機の原動機を故障と判
   定する手段とを備えていることを特徴とする発電機の原
   動機保護装置。