JPH02266819A - 発電機等の界磁巻線地絡保護継電方式 - 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〕 本発明は地絡検出継電器に係り、特に発電機等の界磁巻
線の如く直流回路に於ける地絡検出保護に好適な地絡保
護継電方式に関する。

〔従来の技術〕

従来の発電機等の界磁巻線地絡保護継電方式は、地絡検
出継電器に依る地絡検出が固定１点であり、その出力信
号に依って運転員に警報表示するのみとなっていた。

運転員はこの警報表示に依って１発電機等の界磁巻線に
地絡故障の発生した事は分かるが、その地絡故障発生後
に実施する処置方法の決定に多少の調査、検討時間を必
要としている。

なお、この種の装置として関連するものには例えば実用
新案出願公告昭４４−２３６３９号が挙げられるが、こ
の種の抵抗分圧方式に於いては負荷の中心点に発生した
地絡故障の検出が、その検出原理上より出来ないという
欠点も有るがまだ一部の直流回路には一般的に使用され
ている。

現在の大容量発電機の界磁巻線の地絡保護継電方式は、
上記実用新案出願公告昭４４−２３６３９号で説明して
いる抵抗分圧方式の欠点を解消する為に考えられた方式
で、本発明の前提条件の中で記述されている如く地絡検
出継電器に電源を設けてこの電源の片端を接地し、他の
片端を地絡事故を検出するべき電気回路に接続する方式
である。

この方式では実用新案出願公告昭４４−２３６３９号に
示す如く、地絡故障を検出するべき電気回路に直流電源
が印加されていない場合でも地絡故障の検出は可能であ
る。

又、地絡故障を検出するべき電気回路又は負荷の中心点
近傍での地絡故障の検出が出来ないという欠点もない。

しかし乍ら、この方式で現在実用化されている地絡保護
継電器は全て地絡故障を検出するべき電気回路に発生し
た地絡故障が、地絡保護継電器が検出するべき程度以上
か又は以下かの判定しか出来ない為、発電機等の界磁巻
線に発生した地絡故障に対して、１点地絡故障と２点地
絡故障の判別あるいは、高抵抗地絡故障と低抵抗地絡故
障の判別を行なわせる点については配慮されていなかっ
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来より実施されて来た技術に於いては。

発電機等の界磁巻線に地絡故障が発生した場合、地絡故
障の軽９重あるいは１点地絡故障から複数点地絡故障へ
の移行の監視が不可能であり、地絡故障発生後の処置の
決定に多少の時間を必要としている。

発電機等の界磁巻線は本質的に非接地系統を構成して戻
り、１点の地絡故障では特に支障の発生は無いが、複数
点の地絡故障に移行した場合には、地絡抵抗を介しての
短絡事故となり、各地絡点にはこの短絡電流が流れて、
その短絡電流値に応じた損傷が発生することとなる。

すなわち１点目の地絡故障点の地絡抵抗及び、その後追
加発生した地絡故障点の地絡抵抗の大きさに依り、発電
機等の損傷が決定することとなる。

従って発電機等の界磁巻線の地絡保護継電装置としては
、１点目の地絡故障点の地絡抵抗値の監視及びその後追
加発生する地絡故障の有無、あるいは全体の地絡抵抗値
の監視が極めて重要となる。

又、発電機等の界磁巻線に発生した地絡故障の処置を運
転員の判断に依り実施する場合、今までに述べた如く地
絡故障内容に関する的確な情報が不可欠であり、発電機
等に重大な損傷を発生させる地絡故障の場合には、基本
的に自動停止とする事が必要である。

本発明の目的は発電機等の界磁巻線に発生した地絡故障
の内容を的確に把握して１発電機等に発生する地絡故障
に基づく損傷を最少限に止めることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は発電機等の界磁巻線地絡検出継電量等の機能
及び運用方法等を下記の如くとすることにより、達成さ
れる。

１、地絡検出継電回路に流れる地絡故障電流又は電圧の
値を、保護を想定した地絡抵抗の範囲の任意の値、及び
その値から想定される変化分も含めて容易に検出出来る
様に、回路定数を選定して構成する。

一つの定数では対応不可能な場合は手動又は自動に依り
定数を変える様にする。

２、界磁巻線に発生した複数点の地絡故障に依り生じる
結果としては、界磁電流が地絡故障点間をバイパスして
流れる為、各磁極の発生する磁束間に不平衡が発生する
と共に、発電機等の各相の発生電圧相互間に不平衡が発
生する。

従ってこれらの不平衡を検出して、地絡検出継電器の出
力信号との組合せに依り、界磁巻線に発生した複数点の
地絡故障を判定する。

３、発電機等の界磁巻線に発生した地絡故障の内容に依
り次の如く処理する。

（１）地絡抵抗が大きい地絡故障、又は−点地絡故障と
判断される場合は、警報表示を行ない運転員の確認結果
に基づき、処置方法を決定する。

（２）地絡抵抗が小さい地絡故障、又は複数点の地絡故
障と判断される場合は、発電機等の自動停止を行なう。

〔作用〕

発電機等の界磁巻線の地絡保護に関する従来技術の問題
点に対する具体的な解決手段の内容を以下に説明する。

１、地絡事故点の地絡抵抗値の判定 地絡事故発生に依り地絡検出継電器に流れる電流、ある
いは電圧を制限する為の制限抵抗の値を適切に選定する
事に依り、地絡故障点の任意の地絡抵抗値及びその抵抗
値の変化を検出出来る様に構成する。

すなわち、地絡検出継電器の制限抵抗の値が判定しよう
としている地絡故障点の地絡抵抗の値よりも極めて大き
い場合には、地絡抵抗が変わっても地絡検出継電器に流
れる電流、あるいは電圧に大きな変化はなく、地絡検出
継電器としては、地絡抵抗の大きさ、及びその抵抗値の
変化は検出出来ない。

この為、地絡検出継電器が地絡抵抗の大きさ、及びその
抵抗値の変化が検出出来る様に検出するべき地絡抵抗の
値との関連から、制限抵抗の値を決定する。

この場合に地絡検出継電器が検出するべき地絡抵抗値の
全範囲に対して、一つの制限抵抗の値では対応出来ない
時は１手動又は自動に依り制限抵抗の値を変える様に構
成する。

この様にすることに依り、地絡検出継電器が検出するべ
き地絡故障の全範囲の任意の地絡抵抗値、及びその地絡
抵抗値からの予め定められた地絡抵抗値の変化量を検出
する様に構成することが出来る。

２、界磁巻線の複数点地絡故障に依る事象検出前１項で
は界磁巻線に発生する地絡故障の内容を。

全て地絡故障抵抗の値で把握する手段を示したが、ここ
では二次的な発生事象を利用して界磁巻線の複数点地絡
故障を検出する手段を示す。

界磁巻線の複数点に於いて発生した地絡故障は、その界
磁巻線に流れていた界磁電流を地絡点に於ける地絡抵抗
値に応じて、地絡点相互間に分流させることとなる。

この為１発電機等の各磁極から発せられる磁束量や分布
等について、各磁極間で不平衡が発生することとなる。

更には、この結果として発電機等の各発生相電圧間に不
可衡が発生することとなる。

従って１発電機等に於ける各磁極の磁束量及び分布を検
出して常時比較を行なって、その不平衡となった事を検
出するか又は、各相電圧の波形を相互に又は基準電圧波
形（正弦波電圧波形又は比較時点より前の出力電圧波形
を使用する。）と常時比較して、不平衡又は偏差が規定
値以上となった事を検出すれば良い。

３、界磁巻線の地絡保護 界磁巻線の地絡故障状況を地絡検出継電器等に依り的確
に把握し各々の状況に対応して以下の如く処理すること
に依り、発電機等の接続される電力系統及び発電機等の
本体にとって、最適な保護方式を構成させる。

（１）地絡抵抗の大きい地絡故障 地絡抵抗が大きいという事は、発電機等の界磁巻線に発
生した地絡故障が発電機等にとって、大きな損傷に至る
可能性が小さい事を意味して居り、そのままの状態が続
く限り比較的時間的な余裕が有る事を示している。

従って、この場合は運転員に地絡故障の発生を知らせる
のみとし、具体的な処置については電力系統との関係等
から運転員の判断に基づき実施される。

（２）地絡抵抗の小さい地絡故障 地絡抵抗が小さい場合の地絡故障に於いては、先ず１点
地絡の場合であってもその地絡故障が複数点地絡故障に
移行した場合、直ちに発電機等に大きな損傷の発生が考
えられること、他には至近複数点地絡故障状態に有つて
そのまま放置した場合発電機等の損傷が増増進行すると
いう事が考えられ、いずれにしても早急に処置を行なう
必要が有る。

従って、この場合には直ちに自動停止させる事とする。

（３）地絡故障発生中に更に地絡抵抗が小さくなった場
合。

この場合に考えられる事は、地絡故障点が増加した事、
あるいは同−地絡点に於いて地絡故障状態が変化して、
小さい地絡抵抗の状態になった事である。

いずれの場合も発電機等にとって地絡故障が依る損傷が
大きくなる方向であり、直ちに自動停止させる事とする
。

（４）地絡故障点が複数の場合 発生した地絡故障が最初から複数点であった場合につい
ても、上記（３）項と同様な対応が必要である。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図、第２図、第３図、第４
図により説明する。

第１図に於いて、発電機１の界磁巻線２には励磁装置３
から直流電圧を印加されている。

界磁巻線２の片端には地絡検出継電器６が接続されて居
り、地絡検出継電器６の他の片端は接地９に接続されて
いる。

地絡検出継電器６の内部構成は、地絡故障時に地絡検出
継電器６に流れる電流を制限する為の制限抵抗１２．外
部交流電源１ｏの電圧を直流に変換する整流器１１．地
絡故障電流を検出する検出回路１３より構成される。

界磁巻線２に地絡故障点７が発生した場合、地絡検出継
電器６に設けられた外部交流電源１０の電圧を整流する
整流器１１の出力電流が、制限抵抗１２．界磁巻１１Ａ
２．地絡故障点７．接地９．検出回路１３を経由して整
流器１１に戻る。

地絡故障が発生した場合に地絡検出継電器６に流れる電
流、すなわち整流器１１の出力電流は制限抵抗１２及び
地絡巻線２に発生した地絡故障点７の地絡抵抗により決
定される。

界磁巻線２に地絡故障点７が発生している状態で、更に
地絡故障点８が追加発生した場合を考えると以下の如く
となる。

発電機１にとっては、励磁装置３からの電流は界磁巻線
２以外に、地絡故障点７及び地絡故障点８との間を分流
する為、地絡故障点７及び地絡故障点８間に流れる電流
に依り界磁巻、ＩＩ２に損傷が発生する。

この界磁巻線２に発生する損傷の程度は、地絡故障点７
及び地絡故障点８間に分流する電流の大きさ、すなわち
地絡故障点７及び地絡故障点８の各々の地絡抵抗の大き
さに依り決定される。

次に地絡検出継電器６にとっては、整流器１１の出力電
流は地絡故障点７以外に、地絡故障点８にも流れる為、
地絡検出継電器６から見た全地絡抵抗は、地絡故障点７
のみの場合よりも当然のことながら小さくなる。

第２図は地絡検出継電器６の整流器１１の出力電流すな
わち地絡検出電流と地絡故障点の地絡抵抗との関係を、
地絡検出継電器６の制限抵抗の大きさも含めて表わした
ものである。

制限抵抗の値が大きい場合は地絡抵抗を変えた場合にも
地絡検出電流の変化は少ないが、制限抵抗の値を小さく
して行くと地絡抵抗を変えた場合の地絡検出電流の変化
が大きくなることが分かる。

これらの関係から制限抵抗の値を適切に選定することに
依り、必要とする地絡検出継電器の特性が容易に得られ
る様に出来る。

第３図は地絡検出継電器６の内部構成要素である検出回
路１３の構成１機能、動作を示すブロック図で゛ある。

地絡検出継電器６の整流器１１の出力電流すなわち地絡
検出電流２１は信号変換器２２に依り適当な信号に変換
されて、比較器２３．２４及び記憶装置２９．変化量検
出器３０に入力される。

比較器２３には設定器２５に依り定められた信号が入力
されて居り、この信号と信号変換器２２の出力信号と比
較を行ない、設定器２５の出力信号より大きい場合に警
報用信号２７が出力される。

比較器２４には設定器２６に依り定められた信号が入力
されて居り、この信号と信号変換器２２の出力信号と比
較を行ない、設定器２６の出力信号より大きい場合にト
リップ用信号２８が出力される。

設定器２５は地絡事故を検出して、運転員に警報表示す
る為の警報用信号２７を得る目的に使用するので、地絡
抵抗が大きい地絡事故を検出出来る様な設定とする。

設定器２６は地絡抵抗の小さい地絡事故を検出して、発
電機１を自動停止させる為のトリップ用信号２８を得る
為に使用する。

記憶装置２９に於いては、警報用信号２７が出力された
場合に、その時の信号変換器２２の出°力信号を記憶し
て変化量検出器３０にその値を入力させる。警報用信号
２７が復帰した場合は記憶装置２９の記憶もリセットさ
せる。

変化量検出器３０にては記憶装置２９の出力信号と信号
変換器２２の出力信号との偏差を演算し。

信号変換器２２の出力信号の増加値を比較器３１に入力
する。

比較器３１には設定器３２に依り定められた信号が入力
されて居り、変化量検出器３０の出力信号が設定器３２
の出力信号より大きくなった場合にトリップ用信号３３
が出力される。

設定器３２は１点地絡故障状態から複数点地絡故障状態
への移行を検出し、発電機上を自動停止させる為のトリ
ップ用信号を得る為に使用する。

以上に地絡検出継電器６に流れる地絡電流の大きさ及び
その変化を監視して、界磁巻線２に発生した一点地絡故
障から複数点の地絡故障へ移行した事を検出する方法に
ついて説明したが、以下に界磁巻線２に発生している地
絡故障が、−点地絡故障が複数点地絡故障かの判定を他
の方法で行なう場合の例を示す。

界磁巻線２に発生した地絡故障が複数点の場合は第１図
に示す如く、励磁装置３から供給される界磁電流が、全
て界磁巻線２に流れずに地絡故障点７及び地絡故障点８
の間を分流することとなる。

この結果は１発電機１に設けられた図示しない各磁極に
流れる電流値が各磁極間で相違することとなる。

従って、磁束検出器１３により各磁極の磁束値を磁束分
析装置１４に入力し、各磁極間の磁束値。

分布等に不平衡が発生したことで、界磁巻線２に発生し
た複数点地絡故障を検出することが出来る。

更に、発電機１の界磁巻線２に発生した複数点地絡故障
により、発電機１の図示しない各磁極の磁束値に不平衡
が出た場合には、その結果として。

発電機１の各相の発生電圧値、波形に不平衡が発生する
こととなる。

従って、発電機１の各相の発生電圧を計器用変圧器４に
依り検出し、電圧波形分析装置５に入力して、その大き
さ、波形を比較して不平衡が発生したことで、界磁巻線
２に発生した複数点地絡故障を検することが出来る。

第４図は電圧波形分析装置５又は、磁束分析装置１４の
構成２機能、動作を示すブロック図である。発電機１の
出力側に設けられた計器用変圧器４又は磁束検出器１３
の検出器信号４１は信号変換器４２に依り適当な信号に
変換されて、波形分折回路４３に入力される。波形分析
回路４３で得られたデータは記憶回路４８へ入力されて
記憶されるが、記憶リセット回路４７に依り一定周期又
は、図示しない外部からの制御信号で記憶をリセットさ
せて、常に適当なデータを記憶させる様にしている。

波形分析回路４３の出力信号は偏差検出回路４４に入力
され、記憶回路４８の出力信号又は基本波形回路４９の
出力信号のいずれかを選択する切替回路５０の出力信号
と比較されてその偏差を出力し、比較回路４５に入力さ
れる。

比較回路４５に於いては、偏差検出回路４４から出力さ
れる偏差信号と、その偏差量に対して監視するべき偏差
量を決める為の設定回路５１の出力信号とを比較し、そ
の結果を出力回路４６に入力する。

出力回路４６に於いては、地絡継電器６が検出した地絡
発生信号５２を受けて、図示しない警報表示装置又は発
電機等の自動停止回路へ出力信号を送り、必要な措置を
取らせる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、発電機等の界磁巻線に発生した地絡事
故に関して、その地絡事故の軽、重あるいは緊急性等を
充分に考慮した保護継電方式を構成することが出来るの
で、地絡事故発生時の発電機等に発生する損傷を最小限
にすることが出来ると共に、運転員に対する負担を充分
に軽減させることが可能であり、経済的な損失等を最小
限にすることが出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の発電機界磁巻線地絡検出継
電器接続回路図、第２図は地絡検出継電器の地絡検出電
流と地絡事故点の地絡抵抗及び地絡検出継電器の制限抵
抗との関係を示す図、第３図は地絡検出継電器の構成２
機能、動作を示すブロック図、第４図は電圧波形又は磁
束波形分析装置の構成２機能、動作を示すブロック図で
ある。 ２・・・界磁巻線、３・・・励磁装置、５・・・電圧波
形分析装置、６・・・地絡検出継電器、１３・・・磁束
検出器、第１図 第２図 瑠絡柩抗 第 図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気回路の地絡故障を検出する為に、地絡検出継電
   器回路の片端を接地し、他の片端を地絡故障を検出すべ
   き電気回路に接続して、その電気回路に発生した地絡故
   障に依り形成される閉回路に対し、地絡検出継電器から
   印加している電源に依り流される電流又は電圧を利用し
   て地絡故障を検出する地絡検出継電器に於いて、地絡検
   出継電器の地絡検出出力信号に、地絡抵抗の大、小に依
   り動作する様に設定出来る複数の出力信号を設けたこと
   を特徴とする発電機等の界磁巻線地絡保護継電方式。 ２、地絡検出継電器の地絡検出出力信号に、地絡検出を
   行なつた後にその検出地絡故障抵抗に一定値以上の変化
   が発生した場合に、出力する信号を設けたことを特徴と
   する発電機等の界磁巻線地絡保護継電方式。 ３、発電機等の各相の出力電圧波形を比較用基準電圧波
   形（正弦波あるいは比較時点より前の出力電圧波形を使
   用する。）と常時比較して、その偏差が規定範囲より逸
   脱した場合に出力信号を発生する装置を別に設けて、こ
   の出力信号と地絡検出継電器の出力信号とを組み合わせ
   て、発電機等の界磁巻線に発生した地絡故障の状態を判
   定することを特徴とした発電機等の界磁巻線地絡保護継
   電方式。 ４、発電機等の界磁巻線が発生させる各磁極の磁束量及
   び分布を常時監視し、各磁極間の相互比較を行なつて、
   その偏差が規定範囲より逸脱した場合に出力信号を発す
   る装置を別に設けて、この出力信号と地絡検出継電器の
   出力信号とを組合わせて、発電機等の界磁巻線に発生し
   た地絡故障の状態を判定することを特徴とした発電機等
   の界磁巻線地絡保護継電方式。 ５、発電機等の界磁巻線の地絡保護に於いて、地絡抵抗
   が大きい場合、あるいは界磁巻線中の地絡箇所が一点と
   判断される地絡故障の場合は警報表示を行なつて運転員
   の確認に基づく処置に委ねるものとし、地絡抵抗が小さ
   い場合、あるいは界磁巻線中の地絡箇所が複数点と判断
   される地絡故障の場合は、発電機等を自動停止させる様
   に構成したことを特徴とした発電機等の界磁巻線地絡保
   護継電方式。