JPS62182814A - サイリスタ制御式電圧位相調整変圧器 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、高速制御を可能とした電力用のサイリスタ制
御式電圧位相調整変圧器に関するものであり、特に、間
接切換方式を採用して信頼性の向上及び構成の簡略化を
実現したサイリスタ制御式電圧位相調整変圧器に係る。

し発明の技術的背景とその問題点］ 電圧位相調整変圧器は、電圧の変成と共に１次側と２次
側の電圧位相を変化させて電力系統の潮流制御も併せて
行う装置でおり、従来そのタップ切換には機械的接点の
負荷時タップ切換器が使用されてきた。しかし機械的動
作を伴うタップ切換方式では、その切換時間が長いため
、系統事故時等の高速での対応が必要な場合の過渡安定
度の向上には制限がおる。

一方、電力系統の増大化に伴い、信頼度の高い効率的な
設備が必要となっており、過渡安定度向上の機能をも有
した電圧位相調整変圧器の実現が望まれている。

ところで、近年シリコン制御整流素子（以後サイリスタ
と記す）を含めた半導体技術の著しい進歩に伴い、ざま
ざまな分野でその適用が拡大されている。この様な状況
に伴い、電力分野においてもこのサイリスタ技術を利用
してサイリスタ制御によりタップ変換を行う電圧位相調
整変圧器・調整器が研究され、その効果が認められるに
至っており、最近では、電力用高電圧・大容量器につい
ても、その実用化が検討されている。

このサイリスタ制御方式では、１サイクル以内の高速制
御又は連続切換が可能となることから、従来器では得ら
れなかった優れた特性を得ることができる。即ち、電圧
と位相を高速に変化させることにより、電力潮流を制御
して、系統事故時などの動態安定度を向上させるととも
に、言時ループ系の潮流を能動的に制御することにより
、送電線の過負荷解消や送電損失の低減などの役割をは
だすことができる。

電圧位相調整変圧器の従来例の１つを第７図に示す。こ
れは、主変圧器１と直列変圧器２から構成されている。

主変圧器１には、高圧主巻線３゜同相分電圧調整用タッ
プ巻線４．低圧巻線５があり、各タップ巻線４には単相
用タップ切換器６がついている。直列変圧器２には、直
角分電圧調整用タップ巻線７と励磁巻線８、安定巻線９
があり、各タップ巻線７には、三相中性点用タップ切換
器１０がついている。

このような構成において、同相分電圧調整は、タップ切
換器６により、直角分電圧調整はタップ切換器１０によ
り、各々直接切換方式にて切換でいるが、タップ切換器
６，１０は機械的接点を有するため、前）ホした高速制
御等には対応できない。

この様な問題を解消し、過渡安定度の向上等を目的とし
たタップ切換の高速制御を実現するためには、タップ切
換器６，１０をサイリスタ制御式のものに置き換えれば
よい。しかしながら、サイリスタは半導体であるため、
その過電流耐量特性および雷インパルス電圧などの異常
電圧に対する耐絶縁特性が、変圧器巻線や従来のタップ
切換器６．１０と比べ非常に悪く、故に系統事故時やサ
イリスタ誤動作時の過渡的な過電流や過電圧に対し十分
な耐性を有する構成とする必要がある。

例えば、第７図の例で、タップ切換器６，１０をサイリ
スタ制御方式に置き換えた場合には、常規運転状態でサ
イリスタには高圧巻線電流に等しい電流が流れ、高圧巻
線の一部であることから、その発生電圧も大きくなる。

また、高圧巻線３の線路端に雷インパルス電圧等の異常
電圧が浸入した際に全タップ間に発生する電圧も大きく
なり、短絡および地絡事故が発生した際には、変圧器の
インピーダンスおよび系統のインピーダンス等で決まる
短絡電流がそのままサイリスタに流れる。

この様に高圧巻線３に加わる異常電圧・異常電流が直接
、タップ巻線にも加わることから、異常電圧や異常電流
により決定するサイリスタ使用個数が非常に多くなり、
構成が複雑化する問題がある。また、サイリスタ誤動作
時の不具合現象、例えばサイリスタＯＦＦによる欠相問
題がそのまま系統に発生し、その運用上の信頼性におい
て問題がある。

従って、一般的に、サイリスタ方式を採用した場合には
、直接切換方式よりも、直列変圧器を使用する間接切換
方式の方が有利になる。

さらに、第７図の例においては、直列変圧器２において
本来の機能を果すものは、タップ巻線７と励磁巻線８の
みであるが、これらが三角巻線でないことから、零相イ
ンピーダンスを小ざくしたり、励磁電流中の第３高調波
成分を循環させるために、安定巻線９が必要となり、こ
のことも構成の複雑化の一因となっている。

し発明の目的］ 本発明の目的は、系統の過渡安定度向上のために必要な
高速度切換動作が可能な、新しい技術課題でおるサイリ
スタ制御タップ切換方式を採用して、信頼性が高く且つ
構成の簡略化を実現し得る様なサイリスタ制御式電圧位
相調整変圧器を提供することでおる。

［発明の概要］ 本発明によるサイリスタ制御式電圧位相調整変圧器は、
主変圧器と、主変圧器の高圧主巻線に直列接続された直
列巻線とこの直列巻線を励磁する励磁巻線を備えた直列
変圧器、及び２組の星形結線のタップ巻線を備えた調整
変圧器とから成る電圧位相調整変圧器において、 励磁巻線の一端を、第１のタップ巻線に接続された第１
のサイリスタ群の一端に接続し、励磁巻線の他端は、第
１のタップ巻線と１２０°位相の異なる第１のサイリス
タ群の反対側の一端、及び更に１２０°位相の異なる第
２のサイリスタ群の一端にそれぞれ接続したことを特徴
とするものである。

そして、この様な構成を有することにより、サイリスタ
群に流れる短絡電流は、励磁巻線に編成されたものとな
り、直列巻線と励磁巻線との巻数比を変えることにより
、適宜その電流値を変化させることができる。従って、
過電流や過電圧が加わった際も、サイリスタ群に流れる
電流値を低く抑えられる為、信頼性を向上でき、また、
構成の簡略化を実現できる。

［発明の実施例］ 以上説明した様な本発明によるサイリスタ制御式電圧位
相調整変圧器の実施例を第１図乃至第６図を用いて具体
的に説明する。なお、第７図に示した従来技術と同一部
分は同一符号を付している。

＊構成 第１図における第７図との大きな相違点は、調整変圧器
１１を追加し、タップ切換器をサイリスタ制御式のもの
に変更した点である。

第１図において、主変圧器１には、三角結線である高圧
主巻線３、及び星形結線の低圧巻線５が主変圧器用鉄心
（図示しない）に巻装されている。

直列変圧器２には、主変圧器１の高圧主巻線３と直列接
続された直列巻線１２と、この直列巻線１２を励磁する
励磁巻線８とが、直列変圧器用鉄心（図示しない）に巻
装されている。調整変圧器１１には、主変圧器１の低圧
巻線５と並列接続された星形結線の調整巻線１３と、第
２のタップ巻線でおる星形結線の直角分電圧調整用タッ
プ巻線１４、及び第１のタップ巻線でおる中性点開放星
形結線の同相分電圧調整用タップ巻線１５が、調整変圧
器用鉄心（図示しない）に巻装されている。

両タップ巻線１４．１５は、各々２組のサイリスタを互
いに逆並列接続した第２のサイリスタ群である直角分電
圧調整用サイリスタ群１６と第１のサイリスタ群でおる
同相分電圧調整用サイリスタ群１７により接続されてい
る。

励磁巻線８の一端（Ｘｉ　、　ｙｔ　、　ｚｔ　＞ハ調
整変圧器１１の星形結線された同相分電圧調整用タップ
巻線１５に接続された同相分電圧調整用サイリスタ群１
７の中性点側でない一端に接続され、前記励磁巻線８の
他の一端（Ｘｚ、Ｖｚ、Ｚｚ）は、前記同相分電圧調整
用タップ巻線１５と１２０°位相の異なる同相分電圧調
整用サイリスタ群１７の中性点側の一端、及び更に１２
０°位相の異なる直角分電圧調整用サイリスタ群１６の
一端にそれぞれ接続されている。

続いて、第２図（Ａ＞（Ｂ）に、周知であるタップ巻線
とサイリスタ群の構成の一例及びその作用を示す。

第２図（Ａ＞において、タップ巻線１８〜２０は、サイ
リスタ群２１によって接続されている。

サイリスタ群は２組のサイリスタを互いに逆並列に接続
し、ゲートパルスにより両者をそれぞれ一方向に導通さ
せ、且つ信号パルスを停止することにより両者が不導通
になるように構成されている。

第２図（Ａ＞（Ｂ）の例は、タップ巻線１８〜２０の巻
数比（誘起電圧比）が１：３：９の場合で、各サイリス
タ■〜［株］のＯＮ、ＯＦＦ制御により、同図からも明
らかな様に、サイリスタ群２１の端子に、更に発生する
電圧Ｅを＋１３６−０〜−１３ｅのタップ点数２７点に
調整できる。同様に、２個のタップ巻線１８．１９でサ
イリスタ■〜■を使用した場合には、端子に、愛に発生
する電圧Ｅを＋４８−０〜−４ｅのタップ点数９点に調
整できる。

従って、タップ巻線数が少なくとも、タップ点数が多く
とれる利点がおり、サイリスタ制御式においてこの様な
構成作用がおることは周知のところである。

なお、第１図の実施例では、直角分電圧調整用タップ巻
線１４とサイリスタ群１６にはタップ巻線数が２個、同
相分電圧調整用タップ巻線１５とサイリスタ群１７には
タップ巻線が３個の場合を示しているが、これらの組合
せは、適宜その時の必要に応じて決定される。

＊作用 次に、本実施例の作用について説明する。第３図（Ａ）
（８）乃至第５図（Ａ）（Ｂ）は、第１図より必要な部
分のみ扱き出して示したものでおり、電圧と位相との調
整を説明する誘起電圧のベクトル図である。

第３図（Ａ＞（Ｂ）においては、同相分電圧調整用サイ
リスタ群１７０発生電圧が零であり、直角分電圧調整用
り゛イリスタ群１６の発生電圧だけが生じ、その電圧で
励磁巻線８が励磁され、直列巻線１２には、直角分電圧
Ｅｉのみが発生している。この場合、高圧側に発生する
電圧ＥＳの大きさはｒ〒７７であり、位相差θはｔａｎ
’（Ｅｉ／Ｅｍ）となる。ここでＥｍは高圧主巻線３の
電圧である。

第４図（Ａ＞（Ｂ）においては、直角分電圧調整用サイ
リスタ群１６の発生電圧が零であり、同相分電圧調整用
サイリスタ群１７の発生電圧だけが生じ、その電圧で励
磁巻線８が励磁され、直列巻線１２には同相分電圧ＥＶ
のみ発生している。

この場合、高圧側に発生する電圧ＥＳの大きざはＥｍ＋
Ｅｖで、位相差θは零である。

第５図（Ａ＞（Ｂ）においては、直角分電圧調整用サイ
リスタ群１６、同相分電圧調整用サイリスタ群１７の両
方に発生電圧が生じ、その合成電圧で励磁巻線８が励磁
され、直列巻線１２には同相分電圧ＥＶと直角分電圧Ｅ
ｉのベクトル和の電圧ｒが誘起される。

この場合、高圧側に発生する電圧ＥＳの大きざはＦ下面
Ｔ下τＴ丁；〒ｉ２であり、位相差θはｔａｎ’　（Ｅ
　ｉ／　（巳ｍ＋Ｅｖ）１である。

この様に、本実施例では同相分電圧と直角分電圧の合成
電圧を１台の直列変圧器に印加しており、第２図に示す
様なサイリスタの０Ｎ−ＯＦＦ制御によりサイリスタ群
１６．１７の端子に、豆量に発生する電圧の大きざ・極
性を調整することで、直列巻線１２に発生する電圧Ｅｔ
の大きざ・位相を変化させ、高圧側に発生する電圧ＥＳ
の大きざ・位相差θを任意に調整できる。

次に、サイリスタに流れる電流と加わる電圧について説
明する。サイリスタの必要個数が、サイリスタに加わる
常規運転電圧・電流よりも、線路端から侵入してくる雷
インパルス電圧や系統短絡時に発生する短絡電流によっ
て決まることが多く、また、第７図に示す従来構成にお
いてサイリスタ制御式を適用する場合には、サイリスタ
群が高圧巻線に位置するため、サイリスタ数が多くなり
、構成が複雑化し、信頼性も低下することは、前述の通
りである。これに対し、前記の様な本実施例の構成によ
れば、以下のごとく、必要なサイリスタの個数を少なく
でき、＠造の簡略化及び信頼性の向上を連成できる。

本実施例の構成において、実際にサイリスタ群１６．１
７に流れる電流は、高圧巻線３即ち、直列巻線１２に流
れる高圧側短絡電流が励磁巻線８に編成されたものであ
る。従って、サイリスタ群１６．１７に流れる短絡電流
の大きさは、直列巻線１２と励磁巻線８の巻数比を変え
ることにより、比例して変化させることができる。

本実施例の構成において、線路端子に雷インパルス電圧
が印加された場合にサイリスタ群１６゜１７に加わる異
常電圧としては、直列巻線１２から励磁巻線８に移行し
てくる分と調整谷線１３からタップ巻線１４，１５に移
行してくる分があるが、この内、後者は低圧回路なので
、その電圧値は低く、余り問題とならない。一方、前者
の異常電圧についても、サイリスタ群１６，１７が直接
直列巻線１２に接続されているわけではないので、励磁
巻線８とタップ巻線１４．１５の巻回数を小さくするこ
とや、必要によっては、直列巻線１２と励磁巻線８の間
にシールド（図示しない）を配置することなどにより、
移行電圧を小さくすることができる。

この様に、励磁巻線８とタップ巻線１４．１５の巻回数
を多くすると移行電圧は大きくなるが通電電流は小ざく
でき、逆に巻回数を少なくすると、移行電圧は小ざくで
きるが通電電流は大きくなるという関係があるため、タ
ップ巻線１４．１５の巻回数の決定にあたっては、使用
するサイリスタの個数を最小限とする様に選定可能でお
るという利点がおる。

また、サイリスタの誤動作ＯＮによるタップ巻線短絡が
万一発生したとしても、調整変圧器１１の巻線インピー
ダンスは、直接切換方式の場合に比べ比較的容易に大き
くできるため、横流を小さくでき、この検流によってサ
イリスタの並列個数が決まる場合には、その分だけサイ
リスタの使用個数を低減できる。

この様に、本実施例によれば、サイリスタ特性に合せて
、サイリスタ群１６．１７の通電電流と印加電圧を適切
に選ぶことで、サイリスタの必要個数を低減でき、その
装置の小型・簡略化を実現できる。

また、サイリスクの誤動作ＯＦＦにより、励磁巻線８の
開放状態が万一発生したとしても、直列巻線１２は常に
接続されているため直接切換方式の様に、サイリスタＯ
ＦＦによる系統回路の一時開放という不具合減少の発生
はなくなる。

ざらに、本発明の回路によれば、第７図の従来例におい
て必要であった直列変圧器２の安定巻線９が不要となる
利点もある。

まず、同相分電圧調整用サイリスタ群１７だけが電圧を
発生している場合の第３図（Ａ＞（Ｂ）では、励磁巻線
８が三角結線されているのと等化となり、この回路に零
相電流が流れるので、安定巻線９を特別に設ける必要が
なくなる。

次に、直角分電圧調整用サイリスタ群１６だけが電圧を
発生している場合の第４図（Ａ＞（Ｂ）では、励ｆｉｉ
巻線８と直角分電圧調整用タップ巻線１４が単相回路を
構成している関係で、零相電流は励磁巻線８と直角分電
圧調整用タップ巻線１４の間を循環し、ざらに、低圧巻
線５の線路端−同中性点一低圧巻線５で形成された閉回
路を循環する零相電流で前記直角分電圧調整用タップ巻
線１４の電流が打消されるため、安定巻線９が不要とな
る。

また、同相分・直角分電圧調整用サイリスタ群１６．１
７の両者とも電圧を発生している場合の第５図（Ａ）（
Ｂ）では、零相電流は例えば、励磁巻線（×１）−直角
分タップ巻線（Ｘｌ−ｙ２）−励ｖｉｉ巻線（Ｖ２−ｙ
ｔ　）−直角分タップ巻線（Ｖｔ　−１２）−励磁巻線
（Ｚ２−Ｚｌ　＞−直角分タップ巻線（Ｚｌ−Ｘ２　）
−励磁巻線（×２）−励磁巻線（×１）の回路を流れ、
直角分電圧調整用タップ巻線１４に流れる電流を、低圧
巻線５−同線路端接続線一調整巻線１３−問中性点接続
線−低圧巻線５の閉回路を循環する零相電流で打消すた
め、安定巻線９が不要となる。

ところで、第１図に示す様なサイリスタ制御式電圧位相
調整変圧器は、大きな電力系統の連系用であり、その電
圧も高く単器容量も非常に大きいため、その据付場所ま
での輸送方法が問題となることがある。貨車、おるいは
トレーラ輸送が必要となる場合には、単相器単位で製作
し、輸送制限に対処する場合が多いのは周知のところで
あるが、この観点からも、本実施例は大きな利点を有し
ている。

即ち、第１図に明らかな様に、主変圧器１は高圧主巻線
３、低圧巻線５だけで複雑なタップ巻線やタップ切換器
がないため、単相器３台構成にすればより大きな容量ま
で適用できる上、直列変圧器２及び調整変圧器１１は共
に分割されているため、輸送が容易である。

更に、サイリスタの点検時や万一故障した場合などに、
主変圧器１だけによる運転が可能でおる利点もある。

［他の実施例］ なあ、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
例えば、第１図において、主変圧器１が中圧巻線を有す
る場合、及び三角結線の中圧巻線付きで直列巻線１２を
中圧巻線側に移す方式においても、本発明を同様に適用
し得ることはいうまでもない。

また、容量が比較的小さく、あるいは据付場所の関係で
海上輸送可能な場合には、第６図に示す様に、タップ巻
線１４．１５をも主変圧器用鉄心に巻装し、調整巻線１
３、即ち調整変圧器１１を省略することが可能である。

更に、第２図（Ａ＞（８）に示す様なタップ巻線とサイ
リスタ群の構成については、誘起電圧比を１　：２：４
：８にする方法も周知のところでおり、その様な巻線構
成においても充分適用可能である。

ところで、サイリスタ制御式には、前記実施例に示した
様な点弧角制御なしのタップ切換式の他に、点弧角制御
を行う点弧角制御式がある。この点弧角制御式は、第２
図における３個のタップ巻線１８〜２０を１個のタップ
巻線にまとめ、サイリスタは、■〜■の様な４セツトか
らなるサイリスタ群の端子に、豆量の電圧Ｅの大きざと
極性をサイリスタの点弧角制御で調整するものである。

この点弧角制御式は、タップ切換式に比べ、サイリスタ
制御が複雑となり、歪波形による高調波の発生もあるが
、タップ巻線の構成が単純化し、サイリスタ群との接続
方法が簡単になる利点がある。

そして、この点弧角制御式においても、本発明を全く同
様に適用でき、同様の効果を奏することは明白である。

［発明の効果］ 以上説明した様に本発明によれば、電圧と位相調整をサ
イリスタ制御により行っているため、高速制御や連続切
換が可能になり、系統事故時の動態安定度の向上に役立
つと共に、サイリスタ群に流れる電流値を調節できるた
め、信頼性の向上及びザイリスタ数の低減による構成の
簡略化を実現したサイリスタ制御式電圧位相調整変圧器
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるサイリスタ制御式電圧位相調整
変圧器の一実施例を示す結線図、第２図（Ａ＞（Ｂ）は
、周知でおるタップ巻線とサイリスタ群の構成及び作用
を示す結線図及び０Ｎ−ＯＦＦ表、第３図（Ａ＞（Ｂ）
乃至第５図（Ａ＞（Ｂ）は本発明による電圧位相調整の
原理を示す電圧ベクトル図であり、各図共（Ａ＞は高圧
巻線と直列巻線、（Ｂ）は励磁巻線とタップ巻線、第６
図は本発明による他の実施例を示す結線図、第７図は従
来の電圧位相調整変圧器の一例を示す結線図である。 １・・・主変圧器、２・・・直列変圧器、３・・・高圧
主巻線、４，１５・・・同相分電圧調整用タップ巻線、
５・・・低圧巻線、６，１０・・・機械的接点を有する
タップ切換器、７．１４・・・直角分電圧調整用タップ
巻線、８・・・励磁巻線、９・・・安定巻線、１１・・
・調整変圧器、１２・・・直列巻線、１３・・・調整巻
線、１６゜１７・・・直角分・同相分電圧調整用サイリ
スタ群、１８〜２０・・・タップ巻線、２１・・・サイ
リスタ群。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）三角結線の高圧主巻線と星形結線の低圧巻線とを
   備えた主変圧器と、前記高圧主巻線に直列接続された直
   列巻線とこの直列巻線を励磁するための励磁巻線とを備
   えた直列変圧器、及び２組の星形結線のタップ巻線とか
   ら構成される電圧位相調整変圧器において、 前記２組のタップ巻線のうち、第１のタップ巻線は中性
   点開放星形結線とされ、第１、第２のタップ巻線は２組
   のサイリスタを互いに逆並列接続した第１、第２のサイ
   リスタ群により接続され、前記励磁巻線の一端は、第１
   のタップ巻線に接続された第１のサイリスタ群の中性点
   と反対側の一端に接続され、励磁巻線の他端は、第１の
   タップ巻線と１２０°位相の異なる第１のサイリスタ群
   の中性点側の一端、及び更に１２０°位相の異なる第２
   のサイリスタ群の一端に接続されたことを特徴とするサ
   イリスタ制御式電圧位相調整変圧器。
2. （２）主変圧器の星形結線の低圧巻線が、星形結線の調
   整巻線を並列接続され、２組の星形結線のタップ巻線が
   、前記星形結線の調整巻線と共に調整変圧器を構成する
   ものである特許請求の範囲第１項記載のサイリスタ制御
   式電圧位相調整変圧器。
3. （３）２組の星形結線のタップ巻線が、主変圧器に備え
   られたものである特許請求の範囲第１項記載のサイリス
   タ制御式電圧位相調整変圧器。