JPH084367B2

JPH084367B2 - 発電機の原動機保護装置

Info

Publication number: JPH084367B2
Application number: JP62322030A
Authority: JP
Inventors: 利典杉山; 昭憲田崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH01164224A

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。発電機1,11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
Ｌ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32,33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3
4,35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２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（Ｉ），（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Ｌ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31は
有効分電流検出器29,30からの出力信号により発電機1,1
1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31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31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ｆ−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、
発電機1,11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。発電機１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10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ｆ＋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、発電機１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一論理演算部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。

一方、電力系統内の電力の需要と供給との過不足量を
もとに各制御対象発電機に対して出力指令値を決定する
ように構成された周波数制御装置は、特開昭60−102824
号に示されている。この周波数制御装置は発電機の応答
不良を発電量の指令値と実際の出力値との差の絶対値が
基準値以上か否かで判別する。

そして、発電機の応答を監視し、発電機の応答不良を
検出した場合、その発電機を制御対象から除外すると共
に、その発電機の応答不良を警報により操作員に知らせ
ることを可能にしている。

〔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，下限スイッ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
電機が逆電力トリップすることがある。

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、健全な原
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力トリップする。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。

また、前述した周波数制御装置を用いた場合の並行運
転中の発電機の故障を判別する動作を第11図により説明
する。

第11図は前述した周波数制御装置を用いた場合の発電
システムの模式図であって、周波数制御装置Ｆにより発
電機出力調整装置OV1,OV2を制御し、発電機出力調整装
置OV1（OV2）により発電機1G（2G）を制御する。発電機
1G,2Gの出力を電力系統を介して負荷L,Lへ供給する。

なお、便宜上、電力系統は発電機1G,発電機2Gの２台
の並行運転とし、発電機1G及び発電機2G夫々の出力を50
kW、周波数を60Hzとし、負荷Ｌを100kWとする。いま、
発電機1G,2Gが並行運転中に、発電機2Gがその回転数、
即ち周波数が低下する故障が生じたとする。そうする
と、先ず発電機2Gの回転数が低下する。そして母線周波
数が60Hzから59Hzになり、また発電機2Gの出力が50kWか
ら40kWに低下する。それにより発電機1Gに負荷Ｌが移行
し発電機1Gの負荷は50kWから60kWになる。ここで各発電
機の誤差リミット値を夫々5kWとすると、発電機1G,2Gの
指令値との偏差は発電機1G:|60−50|kW＝10kW＞5kW 発電機2G:|40−50|kW＝10kW＞5kW となり、両発電機1G,2Gとも誤差が大で制御対象外とな
り、故障発電機の判別が不可能になる。

また、第11図において発電機1G,2G間の連系線Ｗの潮
流を基準値以下にする周波数制御装置は、両発電機1G,2
Gが正常のときに有効であり、発電機2Gの出力が低下し
たときは発電機1Gも出力が低下して発電機の異常の判別
が難しい等の問題がある。

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ッ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、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・減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・減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。

〔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、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・減状態
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・減状態を論理演算し故障発電機を判定する。

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Ｌ
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15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20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の夫々の調速機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機1,11が並行運転か否かを判断
する（S1）。

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
速機3,13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１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。これにより実際に分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1,11
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・減をチエックする第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」信号出力中か否かを判断し（S3）、
「増」信号の場合は周波数が「減」とみるフラグをセッ
トし（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t₁秒前の周波数より0.1Hz
以上変化したか否かを判断し（S6）、変化していれば周
波数が上昇か否かを判断し（S7）、下降の場合は周波数
を「減」とみるフラグをセットし（S4）、上昇の場合は
周波数を「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0.1Hz以内の
変化である場合は周波数増・減フラグをもとにリセット
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（S10）。有効電力の分担が不平衡
であればt₁秒前に比して増加したか否かを判断し（S1
1）、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（t₁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（S1
5）。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Δ
KW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21
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Ｌ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・減フラグを
リセットした場合、つまり母線周波数が0.1Hz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（S1
0）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
有効電力偏差の方向とこの値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、本発明によれば平衡運転している
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の方向と
この値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
機の逆電力ト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
信頼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（Ｉ），（II）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、第11図は周波数
制御装置を用いた場合の発電システムの模式図である。１……発電機、２……原動機、３……調速機、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。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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、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・減状態及び所
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・減
状態を論理演算し故障発電機を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。