JPH0479719A - 発電システムの保護装置 - 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、二次側から交流励磁して運転する回転電機を
用いた発電システムの保護装置に係り、特に交流励磁の
制御により電圧を制御する方式の交流励磁回転電機を用
いた発電システムに好適な保護装置に関する。

〔従来の技術〕

たとえば、揚水発電所のポンプ水車などでは、可変速運
転が望ましく、そのため、近年、このような可変速運転
用の発電電動機として、特開昭６４−１９４１８号公報
に開示されているような、巻線型誘導機の二次巻線に類
似した巻線構造の励磁巻線を有する回転子を備えた交流
励磁回転電機が使用されるようになってきている。

そこで、このような交流励磁回転電機を用いたｑｔシス
テムについて第５図により説明すると、図において、ｌ
は交流励磁回転電機、２は回転子巻線、３は励磁用周波
数変換器、４は制御装置、５は主変圧器、６．７は遮断
器、８は過電圧検出装置、９．１０は電圧検出器（ＰＴ
）、１１は励磁回路用の変圧器である。

交流励磁回転電機１は主変圧器５を介して電力系統（交
流系統）に接続され、このとき、この主変圧器５の一次
側と二次側はそれぞれ遮断器６．７を介して接続される
ようになっている。

交流励磁回転電機１の回転子巻線２は、この交流励磁回
転電機１の固定子（電機子）巻線にから変圧器１１と周
波数変換器３を介して所定の周波数の交流励磁電力が供
給されるようになっている。

制御装置４は第６図に示すように、交流励磁回転電機１
の固定子巻線に接続された電圧検出器９の二次電圧値（
固定子電圧実測値）Ｖｇと、電圧指令値Ｖｒｅｆとの偏
差を発生する比較器４Ａと、この偏差に応じてα点弧角
信号を発生するＡＶＲ（自動電圧調整器）４Ｂ、それに
このα点弧角信号からゲートパルスを作り出すＡＰＰＳ
（自動位相調整器）４Ｃとで構成されており、固定子電
圧実測値Ｖｇが電圧指令値Ｖｒｅｆに等しくなるように
、周波数変換器３のゲートパルスの位相を制御する働き
をする。

従って、このシステムによれば、制御装置４に与えてい
る電圧指令値Ｖｒｅｆに応じた所定の電圧のもとで、交
流励磁回転電機１を可変速運転することが出来る。

方、過電圧検出装置８は電圧検出器１０から供給される
固定子電圧実測値Ｖｇを取り込み、それを所定の過電圧
検出値Ｖｏｖと比較し、固定子電圧実測値Ｖｇが過電圧
検出値Ｖｏｖを越えたとき、所定の過電圧検出信号を発
生するようになっている。なお、図示してないが、この
過電圧検出信号による保護動作としては、例えば遮断器
６．７を働かせるなどの方法が採られている。また、こ
のときの過電圧発生の原因としては、例えば電力系統で
の負荷遮断を挙げることができる。

次に、第７図は、このようなシステムにおける交流励磁
回転電機ｌの固定子電圧−励磁電流特性の一例を示した
もので、この図において、特性■は無負荷時、つまり固
定子側が開放状態での特性であり、特性■は所定負荷時
での特性を示したものである。

いま、この第７図において、定格電圧■、のもとで特性
■にしたがってＡ点で負荷運転を行なっている状態で、
第８図に示すように、時点ｔａで負荷遮断が発生したと
すると、運転状態は第７図の特性■に移るが、励磁電流
は変らないからＢ点での運転状態となり、固定子側の電
圧Ｖｇの値はＶ　ｇｍａｘに達し、過電圧が発生する。

しかしながら、実際のシステムでは、制御装置４による
電圧調整機能が働くため、多少の過渡応答は伴うものの
、固定子電圧の上昇は、第８図の特性■に示すように抑
えられ、やがて所定の電圧に収斂するので特に間厘はな
い。

しかして、万一、何らかの理由により過電圧検出値Ｖｏ
ｖを越える過電圧が発生した場合には、交流励磁回転電
機１、周波数変換器２などからなる励磁系だけでなく、
主変圧器５や電力系統に接続されている他の機器に損傷
発生の可能性を生じるため、このような場合には、第８
図に示すように、過電圧検出装置８により過電圧が検出
された時点ｔｏで遮断器６．７を動作させ、時点し、で
遮断器が開かれるようにしている。ここで、時点ｔＤか
ら時点ｔ、までの時間Ｔ１　は遮断器の応答時間による
遅れである。

なお、この種のシステムに関連するものとしては、例え
ば、 電気学会技術報告（１）、第１３６号 「同期機励磁装置試験法要綱」 を挙げることができる。

〔発明が解決しようとする電圧〕

上記従来技術は、制御装置での不具合発生について配慮
がされておらず、このような場合には過電圧となり、機
器を損傷させてしまう虞れがあるという開運があった。

これを第８図により説明すると、固定子電圧特性■は、
制御装置が不具合になっている状態で負荷遮断された場
合の特性で、このときには過電圧検出時点し。から遮断
器が開路される時点し、までの時間Ｔ、の間は、過電圧
検出値Ｖｏｖ以上の電圧が発生してしまうことになる。

また、電圧検出器９の故障などにより、制御装置４に入
力されていなければならない固定子電圧実測値Ｖｇが消
滅して０〔ｖ〕になってしまったときには、電圧指令値
Ｖｒｅｆとの偏差が最大となり、この結果、第８図の固
定子電圧特性■に示すように、負荷遮断時点し、以降、
固定子電圧は大きく上昇し、ときには交流励磁回転電機
固有の電圧上昇最大値Ｖ　ｇｍａｘをも越えてしまうこ
とすらあり、従って、過電圧による機器損傷の虞れを生
じてしまうのである。

本発明の目的は、交流励磁回転電機の励磁系での制御装
置に不具合が発生するなど、何らかの異常発生に際して
も常に確実に過電圧を抑えることができ、機器保護が万
全で高い信頼性が容易に得られるようにした発電システ
ムの保護装置を提供することにある。

［電圧を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、交流励磁回転電機
と電力系統の間に少なくとも２台の遮断器を有するシス
テムにおいて、過電圧検出時に閉路する電気弁と、この
電気弁の閉路により上記２台の遮断器間の電路の交流励
磁回転電機の固定子側に並列に接続される電圧抑制素子
とを設けたものである。

〔作用〕

過電圧が検出されると電気弁が閉路し、電圧抑制素子が
交流励磁回転電機の固定子側に接続され、過電圧が抑え
られる。このとき、電気弁の閉路動作応答は、遮断器の
それよりも格段に早いので、効果的な電圧抑制機能が得
られ、確実に過電圧を抑えることができる。

〔実施例〕

以下、本発明による発電システムの保護装置について、
図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、交流励磁回転電機１、回
転子巻線２、励磁用周波数変換器３、制御装置４、主変
圧器５、遮断器６．７、過電圧検出装置８、電圧検出器
（ＰＴ）９、ｌＯｌそれに励磁回路用の変圧器１１など
は第５図の従来技術と同じである。

１２ａ、１２ｂ、１２ｃは電気弁、１３ａ、１３ｂ、１
３ｃは電圧抑制素子、１４はゲートパルス制御回路であ
る。

電気弁１２ａ〜は逆並列接続したサイリスタで、そして
電圧抑制素子１３ａ〜はアレスタで夫々構成されており
、これらは夫々直列に接続された上でΔ（デルタ）結線
され、遮断器６と７の間の線路に、主変圧器５を介して
接続されている。

そして、各電子弁１２ａ〜を構成するサイリスタは、ゲ
ートパルス制御回路１４がらの制御パルスにより導通制
御されるようになっており、従って、これらが導通制御
されたときには、アレスタからなる電圧抑制素子１３ａ
〜が夫々遮断器６．７の間の線路の各相間に並列に接続
されるようにされる。

ゲートパルス制御回路１４は過電圧検出器８がら過電圧
検出信号が供給されると、これに応じて所定のパルス信
号を発生し、それを、各電気弁１２ａを構成する夫々の
サイリスタに供給する働きをする。

次に、この実施例の動作について説明する。

まず、この第１図に示す発電システムが通常運転状態に
あるとすると、このときには過電圧検出器８から過電圧
検出信号が発生されていないから、電気弁１２ａ〜は何
れもオフ状態に保たれている。

従って、このときには、各電圧抑制素子１３ａ〜は遮断
器６．７間の線路から切り離されているので、これらの
素子の存在は交流励磁回転電機ｌの運転には全く無関係
で、何の悪影響も生じないし、且つ、何れの電圧抑制素
子１３ａ〜にも電圧が印加されていないから、これらの
素子がアレスタで構成されているにも係らず、信頼性低
下がもたらされる虞れも全く無く、高い信頼性が保証さ
れる。

次に、制御装置１４、或いは電圧検出器９に何らかの不
具合が発生し、これにより過電圧発生の虞れを生じた場
合について、第２図により説明する。

いま、時点ｔＢにおいて負荷遮断が行なわれたとき、上
記したように、何らかの理由により制御装置４による電
圧制御機能が喪失していたとすると、この時点ｔＢ以降
、交流励磁回転電機１の端子電圧が上昇してゆき、それ
が過電圧検出値Ｖｏｖに達した時点ｔ。において過電圧
検出装置８から過電圧検出信号が発生される。

そうすると、この過電圧検出信号に応じてゲートパルス
制御回路１４が動作し、上記したように、電気弁１２ａ
〜のサイリスタにゲートパルスを供給する。

この結果、これら電気弁１２ａ〜の各サイリスタは時点
Ｌｖでターンオンし、電圧抑制素子１３ａ〜を遮断器６
．７の間の線路間に並列に挿入する 二こで、これらの電圧抑制素子１３ａ〜を構成するアレ
スタの電圧−電流特性の典型例を示すと第３図のように
なっており、制限電圧ＶＡ、、をもった非直線特性を示
す。

そこで、この素子がもつ制限電圧ＶＡ、、を過電圧検出
値Ｖｏｖと同程度の電圧、成るいはそれより若干低い電
圧に設定しておくと、この電圧抑制素子１３ａ〜に流れ
る電流により、交流励磁回転電機１の固定子電圧は、電
気弁１２ａ〜が導通した時点Ｌｖ以降、この制限電圧ｖ
Ａ、、ｒ、成るいはそれより低い電圧に抑制され、その
後、時点ｔ０に到り、過電圧検出から遮断器６．７が動
作するまでの時間Ｔ１　の間、過電圧が発生するのを抑
えるように機能する。

そして、このとき、第２図に示すように、過電圧検出か
ら電気弁１２ａ〜が導通されるまでの時間Ｔ１は、遮断
器６．７が動作するまでに必要とする時間Ｔ、に比して
極めて短い時間とすることができるから、この間での、
この線路に関連する機器への過電圧の影響は完全に抑え
られ、確実に過電圧保護を行なうことができる。

こうして、過電圧から保護された状態のまま、時点ｔ０
に到ると、第５図の従来例と同様に、ここで過電圧検出
に伴う遮断器６．７の遮断動作が行なわれ、この結果、
交流励磁回転電機１から各電圧抑制素子１３ａ〜に流れ
ている電流については遮断器６が、そして電力系統から
主変圧器５を介して流入している電流については遮断器
７が夫々遮断し、各電気弁１２ａ〜を構成するサイリス
タをターンオフさせ、アレスタからなる電圧抑制素子１
２ａ〜の続流を消滅させ、一連の過電圧保護動作を終了
するのである。

従って、この実施例によれば、制御装置４や電圧検出器
９の不具合発生にも係らず、負荷遮断時などでの過電圧
を常に確実に抑えることができ、機器の損傷を未然に防
止し、高い信頼性を容易に保持することができる。

次に、第４図は本発明の他の一実施例で、図において、
１５ａ、１５ｂ、１５ｃは夫々所定のインダクタンスを
有するリアクタであり、従って、この実施例を第１図の
実施例と比較してみると明らかなように、この実施例は
、第１図の実施例における電圧抑制素子１３ａ〜のアレ
スタの代りにリアクタを用いたものであり、その他の構
成は第１図の実施例と同じである。

従って、この実施例の動作も第１図の実施例とほぼ同様
で、第２図に示すように、時点し、で負荷遮断され、過
電圧発生の虞れを生じ、時点し。

で過電圧検出器８から過電圧検出信号が発生して各電気
弁１２ａ〜のサイリスタが時点ｔｖでゲートオンすると
、これにより遮断器６．７が遮断される前に、各リアク
トル１５ａ〜が遮断器６．７の間の線路の各相間に並列
に接続される。

この結果、交流励磁回転電機１は、これらのりアクドル
による無効電力が増大し、大きな固定子電流が流れ、電
圧上昇を抑圧する作用が現われるので、この間での過電
圧の発生は充分に抑えられ、機器の損傷を確実に無くす
ことができる。

そして、この実施例によれば、過電圧抑制時での電圧抑
制機能がリアクトル１５ａ〜での無効電力吸収により与
えられので損失発生が少なくてすむというメリットがあ
る。

なお、以上の実施例では、電気弁としてサイリスタの逆
並列素子を使用しているが、所定の時間内でのターンオ
ン動作が可能ならどのような素子で構成してもよいこと
は言うまでもない。

〔発明の効果］ 本発明によれば、制御装置などの不具合発生にも係らず
、遮断器が動作するまでの期間も含めて、常に確実に過
電圧の発生を抑えることができるから、過電圧による機
器の損傷を完全に無くし、高い信頼性を容易に保証する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による発電システムの保ｉＪ装置の一実
施例を示す結線図、第２図は動作説明用のタイミングチ
ャート、第３図は電圧抑制素子の特性図、第４図は本発
明の他の一実施例を示す結線図、第５図は従来例の結線
図、第６図は本発明における制御装置の一実施例を示す
ブロック図、第７図は交流励磁回転電機の固定子−励磁
電流特性の一例を示す特性図、第８図は従来例の動作説
明用のタイミングチャートである。 １・・・・・・交流励磁回転電機、２・・・・・・回転
子巻線、３・・・・・・励磁用周波数変換器、４・・・
・・・制御装置、５・・・・・・主変圧器、６．７・・
・遮断器、８・・・・・・過電圧検出装置、９．１ｏ・
・・・・・電圧検出器（ＰＴ）、１１・・・・・・励磁
回路用の変圧器、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・・・・
電気弁、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ・・・・・・電圧抑制
素子、１４・・・・・・ゲートパルス制御回路。 第１図 Ｉ：回転電機 第２図 第３図 第４図 １６図 １／ＩＥ７ｒＩ！Ｊ Ｊｌ）ａｔ瓦 １５図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電機子巻線を有する固定子及び巻線型誘導機の二次
   巻線に類似した巻線構造の励磁巻線を有する回転子とか
   らなる交流励磁回転電機と、上記電機子巻線から給電さ
   れ上記励磁巻線に交流励磁電力を供給する周波数変換装
   置と、上記電機子巻線を交流電力系統に結合する主変圧
   器と、この主変圧器を挾んで上記電機子巻線と交流電力
   系統との間に接続された少なくとも２台の遮断器と、上
   記周波数変換装置を制御することにより少なくとも上記
   交流励磁回転電機の固定子側電圧を制御する制御装置と
   、上記固定子側電圧が設定値を超えたとき所定の過電圧
   検出信号を発生して上記少なくとも２台の遮断器を遮断
   動作させる過電圧検出装置とを備えた交流励磁回転電機
   発電システムにおいて、上記少なくとも２台の遮断器の
   間の接続経路の各相間にそれぞれ接続した複数台の電気
   弁装置と、これらの電気弁装置のそれぞれに直列に接続
   した電圧抑制素子とを設け、上記複数台の電気弁装置を
   上記過電圧検出装置の過電圧検出信号により閉成動作さ
   せるように構成したことを特徴とする発電システムの保
   護装置。 ２、請求項１の発明において、上記電気弁装置が逆並列
   接続した２個のサイリスタで構成され、上記電圧抑制素
   子がアレスタ及びリアクトルの少なくとも一方で構成さ
   れていることを特徴とする発電システムの保護装置。