JPS62182815A - サイリスタ制御式電圧位相調整単巻変圧器 - 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
御式電圧位相調整単巻変圧器に関するものでおり、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単巻変圧器
に係る。

［発明の技術的背景とその問題点］ 電圧位相調整単巻変圧器は、電圧の変成を行うと共に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
御も行う装置であり、従来そのタップ切換には法域的接
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ある。

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
した電圧位相調整単巻変圧器の実現が望まれている。

ところで、近年シリコン制ｗＪｇ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、さ
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
調整単巻変圧器・調整器が研究され、その効果が認めら
れるに至つており、最近では、電力用高電圧・大容逼器
についてもその実用化が、倹討されている。

このサイリスク制御方式で１よ、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１ｑ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、常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
を果たすことができる。

電圧位相調整単巻変圧器の従来例の１つを第７図に示す
。これは、単巻主変圧器１と直列変圧器２から構成され
ている。単巻主変圧器１には、直列巻線３．同相分電圧
調整用タップ巻線４２分路巻線５、及び低圧巻線６が備
えられ、同相分電圧調整用タップ巻線４には単相用タッ
プ切換器７が３台取付けられている。直列変圧器２には
、直角分電圧調整用タップ巻線８と励磁巻線９、及び安
定巻線１０が備えられ、直角分電圧調整用タップ巻線８
には単相用タップ切換器１１が３台取付けられている。

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７により、直角分電圧調整はタップ切換器１１によ
り、各々直接切換方式にて行われているが、タップ切換
器７，１］は機械的接点を有するため、前述した高速制
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７，１１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おるため、
その過電流耐量特性及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、変圧器巻線に比べ非常に悪く
、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７，１１をサイリ
スタ制御方式に置き換えた場合には、サイリスタには中
圧側線路電流が流れ、またタップ巻線が中圧線路側に接
続されていることから、発生電圧も大きくなり、更に、
短絡及び地絡事故が発生した際には、短絡電流がそのま
まサイリスタに流れるため、異常電圧・異常電流に因っ
て決まるサイリスタの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。

更に、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８と励磁巻線９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１０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。

［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
スク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ｉ３なサイリスタ制御式電圧
位相調整単巻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単巻変圧器
は、直列変圧器を、単巻主変圧器の直列巻線と分路巻線
の接続点に接続された＠２の直列巻線と、この第２の直
列巻線と同じ位相の中圧巻線、及び単相３個から成る励
磁巻線とから構成し、タップ巻線を、直角分電圧調整用
の星形結線のものと、同相分電圧調整用の開放星形結線
のものとで構成し、それらの接続は各々２組のサイリス
タを互いに逆並列接続したサイリスタ群を介して行い、
同相分電圧調整用タップ巻線の一゛端を励磁巻線の一端
に接続し、この励磁巻線の他端を前記同相分電圧調整用
タップ巻線と異なる相の直角分電圧調整用タップ巻線の
一端と、更に異なる相の同相分電圧調整用タップ巻線の
一端とに接続したことを特徴とするものである。

そして、この様な溝或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、直列変圧器の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ため、信頼性を向
上でき、また、構成の簡略化を実現できる。

し発明の実施例］ 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
相調整単巻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。なあ、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図との大きな相逼点は、調整変圧器
１２を追加し、タップ切換器をサイリスタ制御式のもの
に変更した点でおる。

第１図において、単巻主変圧器１には、星形結線された
直列巻線３と分路巻線５、及び三角結線の低圧巻線６が
、単巻主変圧器用鉄心（図示しない）に巻装されている
。直列変圧器２には、単巻主変圧器１の直列巻線３と分
路巻線５の接続点に接続された第２の直列巻線１３、及
びこの第２の直列巻線と同じ位相の中圧巻線１３′と、
単相３個から成る励磁巻線２３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１２には
、単巻主変圧器１の低圧巻線６と並列接続された三角結
線の調整巻線１４と、星形結線の直角分電圧調整用タッ
プ巻線１５、及び開放星形結線の同相分電圧調整用タッ
プ巻線１６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１５，１６は、各々２組のサ
イリスタを互いに逆並列接続した直角分電圧調整用サイ
リスタ群１７と同相分電圧調整用サイリスタ群１８によ
り、各々接続されている。

励磁巻線２３の一端（ｘｔ　、　Ｖｔ　、　ｚｔ　）は
、調整変圧器１２の同相分電圧調整用サイリスタ群１８
の中性点と反対側の一端に接続され、前記励磁巻線２３
の他端（Ｘ２　、　Ｖ２　、　Ｚ２　）は、前記同相分
電圧調整用サイリスタ群１８と１２０°位相の異なる直
角分電圧調整用サイリスタ群１７の一端、及び更に１２
０°位相の異なる同相分電圧調整用サイリスタ群１８の
中性点側の一端にそれぞれ接続されている。

続いて、第２図（Ａ）（Ｂ）に、周知でおるタップ巻線
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１９〜２１は、サイ
リスタ群２２によって接続されている。

サイリスタ群２２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１９〜２１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２２の端子に２丈に発生する電圧Ｅを＋１３８〜
Ｏ〜−１３８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１９．２０でサイリスタ■〜
■を使用した場合には、端子に、９．に発生する電圧Ｅ
を＋４６−０〜−４０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。

なあ、第１図の実施例では、直角分電圧調整用タップ巻
線１５とサイリスタ群１７にはタップ巻線数が２個、同
相分電圧調整用タップ巻線１６とサイリスタ群１８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、過賞その時の必要に応じて決定される。

；ド作用 以上の様な構成を有する本実施例の作用を第３図（Ａ）
（Ｂ）乃至第５図（Ａ＞（Ｂ）を参照して説明する。こ
こで、第３図（Ａ＞（Ｂ）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あり
、電圧と位相との調整を説明する誘起電圧のベクトル図
でおる。なお、説明分生、単巻主変圧器１の直列巻線３
の電圧をＥｎ１分路巻線５の電圧をＥｍとする。

第３図（Ａ）（Ｂ）においては、同相分電圧調整用サイ
リスタ群１８の発生電圧が零であり、直角分電圧調整用
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２３が励磁され、直列変圧器２の直列巻線１３に
は直角分電圧Ｅｉが発生し、中圧巻線１３−には直角分
電圧Ｅｔが発生している。この場合、中圧側に発生する
電圧ＥＳの大きさは　３ｔ２＋３ｍ２であり、分路巻線
５との位相差θ１１　はｔａｎ’　（、Ｅｔ／Ｅｍ）で
９る。一方、高圧側に発生する電圧Ｅｐの大きさは（Ｅ
　ｎ＋Ｅｍ）　２’　＋Ｅ　ｉ　２で、分路巻線５どの
位相差θ２□はｔａｎ−’　（１：　ｉ／　（Ｅｎ＋Ｅ
ｍ））でおる。従って、高圧側と中圧側の位相差θ１は
θ１＝（θ、１＋θ２．）となる。

第４図（Ａ＞（Ｂ）においては、直角分電圧調整用サイ
リスタ群１７の発生電圧が零であり、同相分電圧調整用
サイリスタ群１８の発生電圧だけが生じ、その電圧で励
磁巻線２３が励磁され、直列変圧器２の直列巻線１３及
び中圧巻線１３−には、同相分電圧Ｅｉ−及びＥｔ−が
発生している。

この場合、中圧側に発生する電圧ＥＳの大きざはＥｍ＋
Ｅｔ−で位相差θ２．は零であり、高圧側の電圧Ｅｐの
大きざはＥｍ＋Ｅｉ　−＋ｌ：ｎで位相差θ２□は零で
市る。従って、高圧側と中圧側の思想差θ２は零となる
。

第５図（Ａ＞（８）においては、直角分電圧調整用サイ
リスタ群１７と、同相分電圧調整用サイリスタ群１８と
の両方に発生電圧が生じ、これらの合成電圧で励磁巻＠
２３が励磁されており、直列変圧器２の直列巻線１３に
は、同相分電圧ｑＨ−と直角分電圧Ｅｉのベクトル和で
必るＥ１′＝σ口２＋（３ｉ”］τが発生し、中圧巻＠
１３−には、同相分電圧Ｅｔ−と直角分電圧Ｅｔのベク
トル和で必るＥｔ’＝　　（Ｅｔｉ２　＋Ｅｔ２−が発
生している。

この場合中圧側に発生する電圧ＥＳの大きざはの位相差
θ１はθ３１　＝ｊａｎ−’　（Ｅｔ／　（Ｅｍ十Ｅｔ
−））であり、高圧側に発生する電圧Ｅｐの分路巻線５
との位相差θ２はθｘｚ＝ｉ−ａｎ−’（Ｅｉ／　（Ｅ
Ｎ＋Ｅｍ−Ｅ　ｉ−）である。従って、高圧側と中圧側
との位相差θ３はθ３＝θ３、＋θ３２となる。

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いるため、第２図に
示す様なサイリスタのＯＮ・ＯＦＦ制御によりサイリス
タ群１７．１８の端子ｋ。

愛間に発生する電圧Ｅの大きさ・極性を調整することで
、直列変圧器２の直列巻線１３及び中圧巻線１３′に発
生する電圧Ｅｔ、Ｅｉの大きざ・位相を変化させ、中圧
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印加電圧にっいて説明
する。サイリスタの必要（固数が、サイリスタに加わる
常規運転電圧・電流よりも、線路端から浸入してくる雷
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、構造の簡略化及び信頼性の向上を達成できる。

まず、本実施例の構成において、実際にサイリスタ群１
７．１８に流れる電流は、直列変圧器２の直列巻線１３
及び中圧巻線１３′に流れる中圧線路側短絡電流が励磁
巻線２３に変成されたものである。従って、サイリスタ
群１７．１８に流れる短絡電流の大きざは、直列変圧器
２の直列巻線１３及び中圧巻線１３−と励磁巻線２３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。

また、サイリスタの絶縁耐暑は、定常の誘起電圧ではな
く、線路端子に雷インパルス電圧が印加された場合に移
行してくる異常電圧によって決定される場合が多い。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１７．１８に加わる異常
電圧としては、直列変圧器２の直列巻線１３及び中圧巻
線１３−から励磁巻線２３に移行してくる分と調整巻線
１４からタップ巻線１５．１６に移行してくる分がおる
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１７．’１８が直接直列変圧器２の直
列巻線１３及び中圧巻線１３−に接続されているわけで
はないので、励磁巻線２３とタップ巻線１５．１６の巻
回数を小さく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。

即ち、励磁巻線２３とタップ巻線１５．１６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。従って、
タップ巻線１５，１６の巻回数の決定に必たっては、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
あるという利点がある。

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、検流を小さくでき、この横流によってサ
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１７．１８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、サイリスタの誤動作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、直列変圧器３の直列
巻線１３及び中圧巻線１３−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ＯＦＦ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１０が不要とな
る利点もある。

まず、直角分電圧調整用サイリスタ群１７だけが電圧を
誘起している場合の第３図（Ａ＞（Ｂ）においては、励
磁巻線２３が三角結線されていることから、この回路に
零相電流が流れるため、安定巻線１０が不要となる。

また、同相分電圧調整用サイリスタ群１８だけが電圧を
誘起している場合の第４図（Ａ＞（Ｂ）においては、励
磁巻線２３と同相分電圧調整用タップ巻線１６が単相回
路を構成している関係で、零相電流は励磁巻線２３と同
相分電圧調整用タップ巻線１６の間を循環し、更に、調
整変圧器１２の三角結線された調整巻線１４を循環する
零相電流により、前記同相分電圧調整用タップ巻線１６
の電流が打消されるため、安定巻線１０が不要となる。

更に、同相分及び直角分の電圧調整用サイリスタ群１７
．１８の両者共電圧を誘起している場合の第５図（Ａ＞
（Ｂ）では、零相電流は、例えば、励磁巻線（×１）−
同相分電圧調整用タップ巻線（ＸＩ−’１２）−励磁巻
線（Ｖｚ　−Ｖｔ　）−同相分電圧調整用タップ巻線（
ｙｔ　−Ｚ２　）−励磁巻線（Ｚ２−Ｚｔ　）−同相分
電圧調整用タップ巻線（Ｚｌ　−Ｘ２　）−励磁巻線（
×２）−励Ｉａ巻線（×１）の回路を流れ、同相分電圧
調整用タップ巻線１６に流れる零相電流が、三角結線さ
れた調整巻線１４の循環零相電流で打消されるため、安
定巻線１０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
調整単巻変圧器は、大きな電力系統の連系用であり、そ
の電圧は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、ある
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
ろでおるが、このＩ２点からも、本実施例は大きな利点
を有している。

即ら、第１図に明らかな様に、単巻主変圧器１は直列巻
線３、分路巻線５、低圧巻線６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、直グ１変圧器２及び調
整変圧器１２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、
単巻主変圧器１だけによる運転が可能である利点もある
。

［他の実施例］ なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
例えば、容量が比較的小さく、あるいは据付場所の関係
で海上輸送が可能な場合には、第６図に示す様に、タッ
プ巻線１５．１６をも単巻主変圧器用鉄心に巻装し、調
整巻線１４即ち調整変圧器１２を省略することが可能で
おる。

加えて、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あり、その様な巻線構
成においても充分適用可能でおる。

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＠１９〜２１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、１間の電圧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おる。

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、信頼性の向上及びサ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単巻変
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
単巻変圧器の一実施例を示す結線図、第２図（Ａ）（Ｂ
）は、周知であ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必り、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単巻変圧器の一例を示す結線図
である。 １・・・単巻主変圧器、２・・・直列変圧器、３・・・
単巻主変圧器の直列巻線、４，１６・・・同相分電圧調
整用タップ巻線、５・・・分路巻線、７，１１・・・機
械的接点を有するタップ切換器、８，１５・・・直角分
電圧調整用タップ巻線、９，２３・・・励磁巻線、１０
・・・安定巻線、１２・・・調整変圧器、１３・・・直
列変圧器の直列巻線、１３′・・・直列変圧器の中圧巻
線、１４・・・調整巻線、１７．１８・・・直角分・同
相分電圧調整用サイリスタ群、１９〜２１・・・タップ
巻線、２２・・・サイリスタ群。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）星形結線された直列巻線と分路巻線、及び三角結
   線の低圧巻線を備えた単巻主変圧器と、前記直列巻線と
   分路巻線の接続点に接続された第２の直列巻線と、この
   第２の直列巻線と同じ位相の中圧巻線、及び単相３個か
   ら成る励磁巻線を備えた直列変圧器と、星形結線された
   直角分電圧調整用タップ巻線及び開放星形結線された同
   相分電圧調整用タップ巻線とから構成される電圧位相調
   整単巻変圧器において、 前記直角分及び同相分電圧調整用タップ巻線は、各々２
   組のサイリスタを互いに逆並列接続した直角分及び同相
   分電圧調整用サイリスタ群により接続され、周相分電圧
   調整用タップ巻線の一端は前記励磁巻線の一端に接続さ
   れ、この励磁巻線の他端は、前記同相分電圧調整用タッ
   プ巻線と異なる相の直角分電圧調整用タップ巻線の一端
   と、更に異なる相の同相分電圧調整用タップ巻線の一端
   とに接続されたことを特徴とするサイリスタ制御式電圧
   位相調整単巻変圧器。
2. （２）単巻主変圧器の三角結線の低圧巻線が、三角結線
   の調整巻線を並列接続され、直角分及び同相分電圧調整
   用タップ巻線が、前記三角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単巻変圧器。
3. （３）直角分及び同相分電圧調整用タップ巻線が、単巻
   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単巻変圧器。