JPH07271401A - ガスタービン発電機のシェアピン保護装置 - Google Patents

ガスタービン発電機のシェアピン保護装置

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JPH07271401A
JPH07271401A JP6062494A JP6062494A JPH07271401A JP H07271401 A JPH07271401 A JP H07271401A JP 6062494 A JP6062494 A JP 6062494A JP 6062494 A JP6062494 A JP 6062494A JP H07271401 A JPH07271401 A JP H07271401A
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JP
Japan
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accident
torque
output torque
generator
phase
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JP6062494A
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English (en)
Inventor
Takaaki Kai
隆章 甲斐
Toshihisa Funabashi
俊久 船橋
Haruo Sasaki
春生 佐々木
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微分方程式を用いないで演算部の簡略化を図
って高速遮断指令を出力できるようにした。 【構成】 発電機42の端子電圧および電流は変圧器P
Tおよび変流器CTで検出してアナログ・ディジタル変
換器A/Dに入力され、ディジタル信号に変換される。
このディジタル信号は事故様相判別部11に供給され、
この判別部11は幾つかの事故を各相の電圧の大きさの
関係や零相電圧の有無に基づいて判定する。事故様相別
に判定された信号は電気的瞬時出力トルクを演算する電
気的瞬時出力トルク演算部12に供給され、この演算部
12で発電機の定数、事故直前の電圧値、事故時の電流
からトルクが算出される。電気的瞬時出力トルク演算部
12で算出されたトルクと事故直前に算出された電気的
瞬時出力トルクとの差から軸ねじれトルクを検出部13
で検出し、この検出値が一定値以上になったとき、検出
部13から系統連系遮断器47へ遮断指令が与えられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はガスタービン発電機の
シェアピン保護装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ガスタービンを原動機とする発電機で
は、原動機を過負荷から保護するために減速機と発電機
との間にシェアピンが設けられている。図4はガスター
ビンを原動機とした発電機を使用した系統構成図で、図
4において、41はガスタービン、42は発電機で、ガ
スタービン41と発電機42との間には減速機43が設
けられ、減速機43と発電機42との間にはシェアピン
44が設けられている。このシェアピン44は、発電機
42が連系されている系統45の事故などによる電気的
外乱によって発電機42の電気的出力トルクが急激に変
化すると、このトルクと原動機からの入力トルクとの差
が軸ねじれトルクとなり、これが発電機42の定格出力
トルクの数倍の値に達すると破断するように設計されて
いる。シェアピン44が破断されると、修復するには長
時間かかる。このため、発電機システムの信頼性を高め
るためには適切なシェアピン保護機能が必要となる。
【0003】この保護機能のひとつとして発電機42の
端子電圧と電流を変圧器PTと変流器CTから得て、こ
の電圧と電流をマイクロプロセッサ46に入力し、ここ
で、発電機の瞬時出力トルクを求め、このトルクが所定
値以上になったとき、シェアピンを破断から保護するた
めに、発電機42を系統45から高速に解列するために
系統連系遮断器であるヒューズ遮断器47を遮断させる
ようにしている。なお、図4において、48は遮断器、
49は負荷、50は電力会社である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した系統構成
図による発電機42の瞬時出力トルクTの計算は、d,
q軸、α、β法に基づき以下に述べるように極めて複雑
な計算を行う。まず、測定した相電圧、電流から次式
(1)、(2)のように座標変換してd,q軸電圧、電
流を求める。
【0005】
【数1】
【0006】但し、Vd、Vq;d,q軸電流、Va,V
b,Vc;PTで測定されたa,b,c相電圧、θ;d
軸とa相巻線軸との位相角(ωet+δ−π/2)、
d,Iq;d,q軸電流(CTで測定されたa,b,c
相電流から(1)、(2)式と同様に演算する)であ
る。
【0007】次の(3)式は瞬時出力トルクTを演算す
るための式である。
【0008】 T=λdq−λqd ………(3) (3)式において、λd,λqはd,q軸磁束であり、こ
のd,q軸磁束は次式の(4)、(5)式の微分方程式
を解いて求める。
【0009】 λd=−Ldd+Lmd(if+ih) ………(4) λq=−Lqq+Lmqk ………(5) 但し、if,ih,ikは界磁巻線電流、d軸巻線電流
で、これらの電流は直接測定できないので、次式の微分
方程式を解いて求める。
【0010】
【数2】
【0011】ra,rf,rh,rk;電機子回路、界磁、
d,q軸ダンパ回路抵抗 λf,λh,λk;界磁、d,q軸ダンパ回路磁束 Ld,Lf,Lh;d軸、界磁、d軸ダンパ回路自己イン
ダクタンス Lq,Lk,;q軸、q軸ダンパ回路インダクタンス Lmd,Lmq;d軸、q軸回路相互インダクタンス 上記のように従来では瞬時出力トルクTの計算を、d,
q軸理論(二軸理論)やα、β、0法に基づいて求める
が、直接測定できないダンパ巻線や界磁巻線電流を微分
方程式を解いて求めてd,q軸磁束やα、β相磁束を算
出する必要がある。このため、発電機が定格出力トルク
の数倍の値になったとき、シェアピンを破壊から保護す
るには、ヒューズ遮断器を高速遮断するために、微分方
程式を解かねばならないために演算部が複雑となる問題
がある。
【0012】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、微分方程式を用いないで演算部の簡略化を図って
高速遮断指令を出力できるようにしたガスタービン発電
機のシェアピン保護装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、第1発明は、発電機の端子電圧およ
び電流を検出し、この検出信号をディジタル変換して演
算処理装置に入力し、演算処理装置で入力した信号を処
理して遮断指令を送出するガスタービン発電機のシェア
ピン保護装置において、演算処理装置は入力された信号
の各相の電圧の大きさの関係や零相電圧の有無に基づき
短絡や地絡事故を判別する事故様相判別部と、この事故
様相判別部からの出力が入力され、発電機の定数、事故
直前の電圧値および事故時の電流から電気的出力トルク
を算出する電気的瞬時出力トルク演算部と、このトルク
演算部で算出されたトルクと事故直前の電気的出力トル
クとの差から軸ねじれトルクを検出し、この検出値が一
定値以上になったときに系統連系遮断器へ遮断指令を送
出する検出部とから構成されたことを特徴とするもので
ある。
【0014】第2発明は、演算処理装置をマイクロプロ
セッサから構成したことを特徴とするものである。
【0015】第3発明は、事故様相判別部を三相短絡判
定部、二相短絡判定部、二相地絡判定部および一相地絡
判定部から構成したことを特徴とするものである。
【0016】第4発明は、系統連系遮断器が高速限流ヒ
ューズ遮断器からなることを特徴とするものである。
【0017】
【作用】発電機の軸ねじれトルクが発電機の定格出力に
対するトルクの数倍になるような電気的外乱、すなわち
系統事故が発生すると、この事故を発電機の三相分の端
子電圧から事故様相判別部で判別するとともに、この判
別結果から電気的瞬時出力トルクを演算部で演算して系
統事故時の発電機の軸ねじれトルクを求める。この値と
予め求められていた事故直前のトルクとを検出部で検出
し、検出結果が所定値以上になると、発電機と系統とを
連系する系統連系遮断器に動作指令を与えて発電機を系
統から解列してシェアピンを破壊から防止する。
【0018】
【実施例】以下この発明の一実施例を図面に基づいて説
明するに、図4と同一部分は同一符号を付して説明す
る。図1において、発電機42の端子電圧および電流は
変圧器PTおよび変流器CTで検出してアナログ・ディ
ジタル変換器A/Dに入力され、ディジタル信号に変換
される。このディジタル信号は事故様相判別部11に供
給され、この判別部11で詳細を図2に示すように幾つ
かの事故を各相の電圧の大きさの関係や零相電圧の有無
に基づいて判定する。12は判定された事故様相別に後
述する(7)、(8)式によって電気的瞬時出力トルク
を演算する電気的瞬時出力トルク演算部で、この演算部
12で発電機の定数、事故直前の電圧値、事故時の電流
からトルクを算出する。一般に系統事故時の発電機瞬時
出力トルクの最大値は事故発生から数サイクル以内で発
生するので、AVRやガバナ等の制御系の効果や動揺角
の変化は無視でき近似的に瞬時出力トルクは次式で与え
られる。
【0019】
【数3】
【0020】Ld″、Ld′,Ld;直軸初期過渡、過
渡、同期インダクタンス、 Td″,Td′;直軸初期過渡、過渡短絡時定数 Lf;発電機端子から事故点までの距離と事故様相によ
って異なる定数 │Eaf│;事故前の発電機a相無負荷誘起電圧の大きさ │Ea│;事故前の事故点a相電圧の大きさ ωe;角速度、Id,Iq;d,q軸電流、δ;発電機内
部相差角 なお、d,q軸電流Id,Iqは次の(8)式で与えられ
る。
【0021】
【数4】
【0022】ここで、発電機定数および│Eaf│,│E
a│は一定である。θはd軸とa相巻線軸との位相角、
θ=ωet+δである。また、発電機の瞬時出力トルクの
最大値は事故発生から数サイクル以内で発生するので、
δやωeは事故前の値から不変と考える。さらに、事故
点の標定は容易では無いが、瞬時出力トルクは事故点が
発電機端子に近づく程厳しく、事故点の事故前の電圧は
ほぼ定格値に等しい。よって事故点は発電機端子近傍と
仮定し、各相の電圧の大きさの関係から事故様相を識別
し、(7)式から電気的瞬時出力トルクを演算する。
【0023】電気的瞬時出力トルク演算部12で演算に
よって算出されたトルクと事故直前に算出された電気的
瞬時出力トルクとの差から軸ねじれトルクを検出部13
で検出し、この検出値が一定値以上になったとき、検出
部13から系統連系遮断器47へ遮断指令が与えられ
る。
【0024】上述した事故様相判別部11、電気的瞬時
出力トルク演算部12および検出部13はマイクロプロ
セッサCPUから構成される。
【0025】図2は事故様相判別部11、電気的瞬時出
力トルク演算部12および検出部13の動作を示すフロ
ーチャートで、ステップS1は事故様相判別を行うもの
で、4つの態様からなり、その1はEa,Eb,Ecとも
定格電圧より小さくて、零相電圧なしのときには三相短
絡としてステップS2に進む、その2はいずれか二相の
電圧のみが定格電圧より小さくて、零相電圧なしのとき
には二相短絡としてステップS2に進む、その3はいず
れか二相の電圧のみが定格電圧より小さくて、零相電圧
ありのときには二相地絡としてステップS2に進む、そ
の4はいずれか一相の電圧のみが定格電圧より小さく
て、零相電圧ありのときには、一相地絡としてステップ
S2に進む。
【0026】ステップS2で何れかが選択されれば、そ
のうちの事故様相のひとつがステップS3の電気的瞬時
出力トルク演算に入力され、ここで電気的瞬時出力トル
クが算出される。算出されたトルクと事故直前の電気的
出力トルクとの差をステップS4の検出部で検出し、検
出値が一定値以上なら遮断指令を送出する。一定値以下
ならステップS1に戻る。
【0027】上記構成のものを同期機に適用した場合に
ついて述べる。次表は同期機の機器定数で、この同期機
において、定格出力、定格力率(0.9)運転状態での
原動機入力トルクおよび電気的出力トルクは共に単位法
で0.9とバランスし、発電機の軸ねじれトルクは零で
ある。
【0028】
【表1】
【0029】この運転状態のとき、発電機端子で三相短
絡事故が発生したとすると、電気的出力トルクは図3に
示すように基本周波数で変化し、事故発生から5msで
最大値約4.5PUに達し、原動機入力トルクはガバナ
効果が事故発生初期には現れず、事故前の値と同じ0.
9PUのままであるので、発電機軸ねじれトルクは4.
5−0.9=3.6PUとなってシェアピン破壊が予想さ
れる。このため、破断する前にシェアピンを保護するに
は電気的瞬時出力を高速に計算してこれを系統連系遮断
器を開放させるために与える。このようにしたことによ
り、微分方程式を解くことなく簡略的かつ高速に演算を
行うことができる。
【0030】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
微分方程式を用いないで簡略的な演算によって高速遮断
指令を出力して系統連系遮断器を高速に遮断できる利点
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す構成説明図。
【図2】実施例における電気的瞬時出力トルク演算のフ
ローチャート。
【図3】三相短絡事故時の電気的出力トルク波形図。
【図4】従来例を示す構成説明図。
【符号の説明】
11…事故様相判別部 12…電気的瞬時出力トルク演算部 13…軸ねじれトルクを検出部 41…ガスタービン 42…発電機 43…減速機 44…シェアピン 47…系統連系遮断器 PT…変圧器 CT…変流器 A/D…アナログ・ディジタル変換器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電機の端子電圧および電流を検出し、
    この検出信号をディジタル変換して演算処理装置に入力
    し、演算処理装置で入力した信号を処理して遮断指令を
    送出するガスタービン発電機のシェアピン保護装置にお
    いて、 演算処理装置は入力された信号の各相の電圧の大きさの
    関係や零相電圧の有無に基づき短絡や地絡事故を判別す
    る事故様相判別部と、この事故様相判別部からの出力が
    入力され、発電機の定数、事故直前の電圧値および事故
    時の電流から電気的出力トルクを算出する電気的瞬時出
    力トルク演算部と、このトルク演算部で算出されたトル
    クと事故直前の電気的出力トルクとの差から軸ねじれト
    ルクを検出し、この検出値が一定値以上になったときに
    系統連系遮断器へ遮断指令を送出する検出部とから構成
    されたことを特徴とするガスタービン発電機のシェアピ
    ン保護装置。
  2. 【請求項2】 前記演算処理装置をマイクロプロセッサ
    から構成したことを特徴とする請求項1記載のガスター
    ビン発電機のシェアピン保護装置。
  3. 【請求項3】 前記事故様相判別部を三相短絡判定部、
    二相短絡判定部、二相地絡判定部および一相地絡判定部
    から構成したことを特徴とする請求項1記載のガスター
    ビン発電機のシェアピン保護装置。
  4. 【請求項4】 前記系統連系遮断器が高速限流ヒューズ
    遮断器からなることを特徴とする請求項1記載のガスタ
    ービン発電機のシェアピン保護装置。
JP6062494A 1994-03-30 1994-03-30 ガスタービン発電機のシェアピン保護装置 Pending JPH07271401A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001128390A (ja) * 1999-11-01 2001-05-11 Tokyo Gas Co Ltd 無停電電源システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001128390A (ja) * 1999-11-01 2001-05-11 Tokyo Gas Co Ltd 無停電電源システム

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