(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に一端が接続された第１の遮断器と、
前記第１の遮断器の他端に一端が接続された第２の遮断器と、
前記第２の遮断器の他端に１次側が接続された第１の変圧器と、
前記第１の変圧器の２次側に交流側が接続され、交流電力を直流電力に変換する交流／直流変換手段と、
前記交流／直流変換手段の直流側に接続されたＮＡＳ電池と、
前記第１の遮断器および前記第２の遮断器の共通接続点に１次側が接続され、前記ＮＡＳ電池のヒータに２次側が接続された第２の変圧器と、
前記第１の遮断器の他端と前記第２の遮断器の一端との共通接続点に接続された地絡保護継電器と、
前記地絡保護継電器の信号に基づいて前記第１の遮断器および前記第２の遮断器を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする交直変換装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記地絡保護継電器が動作した場合に、前記第１の遮断器および前記第２の遮断器を開放し、その後前記第１の遮断器を再投入し、前記地絡保護継電器が再動作したか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載の交直変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力貯蔵ＮＡＳ電池用交直変換装置の地絡保護方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昼夜の負荷平準等のためにＮＡＳ（ナトリウム・硫黄）電池が用いられている。このＮＡＳ電池は、動作するためにヒータと放電時の発熱を用いて３００℃程度に加熱する必要がある。
【０００３】
ＮＡＳ電池が交流系統に接続される場合は、直流電力に変換するため、交直変換装置が必要になる。交直変換装置は、交流系統の電力をＮＡＳ電池に充電させるために直流に変換し、また、ＮＡＳ電池の直流電力を交流に変換して交流系統に供給させるためのものである。
【０００４】
ここで、ＮＡＳ電池および交直変換装置に関する装置構成について説明する。はじめに、交直変換装置に接続される構内設備について説明する。
【０００５】
図３は、交直変換装置に接続される構内設備の構成図である。系統には、遮断器２０１の一端が接続されている。遮断器２０１の他端と各構内負荷２０５ａ〜２０５ｎとの間に遮断器２０２ａ〜２０２ｎがそれぞれ接続されている。遮断器２０２ａ〜２０２ｎと構内負荷２０５ａ〜２０５ｎを結ぶそれぞれの電路には、零相変流器２０３ａ〜２０３ｎがそれぞれ介挿されている。
【０００６】
また、零相変流器２０３ａ〜２０３ｎには、方向地絡継電器（ＤＧＲ）２０４ａ（図示省略）〜２０４ｎがそれぞれ接続されている。これらの符号中の“ｎ”は各個数を表している。
【０００７】
また、遮断器２０１の他端と接地間に直列に接続された２個のコンデンサと２個のコンデンサのうち接地側のコンデンサに並列に接続された変圧器とを備えた零相電圧検出器（ＺＰＣ）２０６が接続されている。この零相電圧検出器２０６の出力は、前記方向地絡継電器２０４ａ〜２０４ｎと地絡保護継電器（ＯＶＧＲ）２０８とに入力される。地絡保護継電器２０８は、交直変換装置１００の内部および外部のいずれの地絡事故でも動作する。
【０００８】
また、遮断器２０１の他端と交直変換装置１００との間には、遮断器２０９が接続され、交直変換装置１００にはＮＡＳ電池１５０が接続されている。
【０００９】
ここで、図３に記載してある、構内母線、構内負荷向けフィーダおよび交直変換装置向けフィーダについて定義する。
【００１０】
構内母線は、遮断器２０１の他端、遮断器２０２ａ〜２０２ｎ、遮断器２０９、および零相電圧検出器２０６の一端が接続される電路である。
【００１１】
構内負荷向けフィーダは、構内母線から構内負荷２０５ａ〜２０５ｎまでのそれぞれの電路である。
【００１２】
交直変換装置向けフィーダは、構内母線から交直変換装置１００までの電路である。
【００１３】
なお、遮断器２０１、遮断器２０２ａ〜２０２ｎおよび遮断器２０９の動作は以下の通りである。
【００１４】
遮断器２０１は、構内母線における短絡および地絡事故が発生した場合に開放される。
【００１５】
遮断器２０２ａ〜２０２ｎは、構内負荷２０５ａ〜２０５ｎにおいて短絡および地絡事故が発生した場合に開放される。
【００１６】
遮断器２０９は、遮断器２０９から交直変換装置１００までのフィーダ線における短絡事故が発生した場合に開放される。また、交直変換装置１００の内部の遮断器で除去できない部位（引き込み部導体の短絡）で短絡事故が発生した場合にも遮断器２０９は開放される。
【００１７】
次に、交直変換装置１００およびＮＡＳ電池１５０について説明する。
【００１８】
図４は、交直変換装置１００およびＮＡＳ電池１５０の内部構成図である。また、図４の交直変換装置１００およびＮＡＳ電池１５０は、図３の交直変換装置１００およびＮＡＳ電池１５０である。
【００１９】
図４の交直変換装置１００では、以下の理由から交直変換装置の内部での地絡事故は可能性が低いものとしている。
【００２０】
すなわち、１．装置内は導体母線で接続されており、大地とは十分に離隔されている、２．装置内の連系変圧器１０２および補機変圧器１０５はモールド変圧器を適用しているため、絶縁破壊の発生確率は低い、といった理由からである。
【００２１】
これらの理由から、図４の交直変換装置１００は以下の構成になっている。
【００２２】
遮断器（５２ＰＲ）１０１は、一端が系統に接続され、他端が連系変圧器１０２の１次側に接続されている。連系変圧器１０２の２次側はコンバータ１０３の交流側に接続され、コンバータ１０３の直流側はＮＡＳ電池１５０の電池部１５１の電池に接続されている。
【００２３】
コンバータ１０３は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子により電力変換を行う。
【００２４】
また、負荷開閉器（８９Ｈ）１０４は、一端が系統側と遮断器１０１との共通接続点に接続され、他端が補機変圧器１０５の１次側に接続されている。補機変圧器１０５の２次側は、ＮＡＳ電池１５０の電池部１５１のヒータに接続されている。また、遮断器１０１の一端および負荷開閉器１０４の一端の共通接続点と接地間に直列に接続された２個のコンデンサと２個のコンデンサのうち接地側のコンデンサに並列に接続された変圧器とを備えた零相電圧検出器１０６が接続されている。また、零相電圧検出器１０６には、地絡保護継電器１０８が接続されている。
【００２５】
このように、前述した交直変換装置の内部での地絡事故の可能性が低いという理由から、図４の交直変換装置には内部地絡事故対策用の保護装置などは設けられていない。なお、図４の地絡保護継電器１０８は、受電引き込み部より上位の系統側の地絡事故を念頭としたものである。
【００２６】
しかし、交直変換装置内部での地絡事故の可能性はゼロでは無い。もし、補機変圧器１０５で地絡事故が発生すると、交直変換装置１００では地絡事故を除去することが出来ない。
【００２７】
この場合は、図３より、零相電圧検出器２０６に接続された地絡保護継電器２０８によって遮断器２０１が遮断されるため、構内負荷２０５ａ〜２０５ｎもすべて停電してしまうが、構内負荷の重要性によっては許容されないことがある。
【００２８】
これを防止するには、零相電圧検出器１０６に接続された地絡保護継電器１０８によって遮断器２０９を遮断すればよいが、零相電圧検出器１０６は交直変換装置の外部の地絡事故でも動作するため、不要動作の可能性も高い。
【００２９】
補機変圧器１０５はＮＡＳ電池１５０へヒータ電源を供給しているが、ＮＡＳ電池１５０はヒータによって常時３００℃を維持しなければ壊れてしまう可能性があるために常時通電状態を維持する必要がある。したがって、遮断器２０９の開放操作は好ましくない。このような理由から、交直変換装置１００の内部／外部のどちらでも地絡事故が発生したかを区別する必要があるため内部地絡に対応する必要がある。
【００３０】
内部地絡に対応するための装置構成は図５のようになる。図４と同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。図４とは、負荷開閉器１０４が、シーケンス開放できる遮断器（５２Ｈ）１０９になっている点が異なっている。他には、遮断器１０１と連系変圧器１０２とを結ぶ電路に、零相変流器１１０ｂを設けて方向地絡継電器１１１ｂと接続している点、および、遮断器１０９と補機変圧器１０５とを結ぶ電路に、零相変流器１１０ａを設けて方向地絡継電器１１１ａと接続している点も図５は図４と異なっている。
【００３１】
図５の交直変換装置１２０は、図３の交直変換装置１００の場所に配設される。
【００３２】
このようにして方向地絡継電器を用いて地絡箇所を特定するものがある一方、方向地絡継電器を用いるのではなく、系統と負荷との間に遮断器を複数個設けて、各遮断器のＯＮ、ＯＦＦの切替えにより地絡箇所を特定できるようにしたものが特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特開２００４−１８０４６８号公報。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
図５のような装置構成で交直変換装置内部の地絡事故に対応するには、以下の対応が必要となりコスト増加となることが問題であった。
【００３５】
すなわち、１つは、補機変圧器１０５の不要解列防止のためには、交直変換装置内部の地絡事故が連系変圧器１０２側で発生したか、補機変圧器１０５側で発生したかを判定する零相変流器１１０ａ，１１０ｂおよび方向地絡継電器１１１ａ，１１１ｂの追加が、２回路（連系変圧器側＋補機変圧器側）必要となることである。もう１つは、地絡事故時の引き外しおよびシーケンス開放できる開閉器にするため、負荷開閉器１０４の電動操作化あるいは負荷開閉器１０４から遮断器１０９への変更が必要となることである。
【００３６】
しかし、特許文献１のように遮断器の切替で地絡箇所を特定できれば、設備の簡略化およびコスト削減が図られると考えられる。
【００３７】
本発明は、前記課題に基づいてなされたものであり、零相変流器および方向地絡継電器を用いることなく地絡箇所を特定することができる交直変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明は、前記課題の解決を図るために、電力系統に一端が接続された第１の遮断器と、前記第１の遮断器の他端に一端が接続された第２の遮断器と、前記第２の遮断器の他端に１次側が接続された第１の変圧器と、前記第１の変圧器の２次側に交流側が接続され、交流電力を直流電力に変換する交流／直流変換手段と、前記交流／直流変換手段の直流側に接続されたＮＡＳ電池と、前記第１の遮断器および前記第２の遮断器の共通接続点に１次側が接続され、前記ＮＡＳ電池のヒータに２次側が接続された第２の変圧器と、前記第１の遮断器の他端と前記第２の遮断器の一端との共通接続点に接続された地絡保護継電器と、前記地絡保護継電器の信号に基づいて前記第１の遮断器および前記第２の遮断器を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３９】
上記構成によれば、第１の遮断器、第２の遮断器、および地絡保護継電器を上述したように配設することで、零相変流器および方向地絡継電器を用いることなく交直変換装置の内部で発生した地絡事故に対応することができる。
【００４０】
また、前記制御手段は、前記地絡保護継電器が動作した場合に、前記第１の遮断器および前記第２の遮断器を開放し、その後前記第１の遮断器を再投入し、前記地絡保護継電器が再動作したか否かを判断することを特徴とする。
【００４１】
上記構成によれば、地絡事故が発生して地絡保護継電器が動作し、第１の遮断器および第２の遮断器を開放し、地絡保護継電器が復帰し、第１の遮断器のみを再投入した後、地絡保護継電器が再動作した場合は第２の変圧器で地絡事故が発生したと判定する。一方、第１の遮断器を再投入し、第２の遮断器も再投入した後地絡保護継電器が再動作した場合は、第１の変圧器で地絡事故が発生したと判定する。このようにして判定すれば、地絡方向を考慮する必要はないので、零相変流器および方向地絡継電器を用いることなく地絡箇所を特定することができ、コスト削減が図れる。
【００４２】
また、地絡事故が第１の変圧器で発生した場合、第１の遮断器は再投入されているので、ＮＡＳ電池のヒータには継続して電力が供給される。
【発明の効果】
【００４３】
請求項１の発明によれば、第１の遮断器、第２の遮断器、および地絡保護継電器を上述したように配設することで、零相変流器および方向地絡継電器を用いることなく交直変換装置の内部で発生した地絡事故に対応することができる。
【００４４】
請求項２の発明によれば、地絡事故が発生して地絡保護継電器が動作し、第１の遮断器および第２の遮断器を開放し、地絡保護継電器が復帰し、第１の遮断器のみを再投入した後、地絡保護継電器が再動作した場合は第２の変圧器で地絡事故が発生したと判定する。一方、第１の遮断器を再投入し、第２の遮断器も再投入した後地絡保護継電器が再動作した場合は、第１の変圧器で地絡事故が発生したと判定する。このようにして判定すれば、地絡方向を考慮する必要はないので、零相変流器および方向地絡継電器を用いることなく地絡箇所を特定することができ、コスト削減が図れる。
【００４５】
また、地絡事故が第１の変圧器で発生した場合、第１の遮断器は再投入されているので、ＮＡＳ電池のヒータには継続して電力が供給される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明における交直変換装置の構成図。
【図２】本発明における地絡時の交直変換装置の制御を示すフローチャート。
【図３】交直変換装置の構内設備の構成図。
【図４】従来における交直変換装置の構成図。
【図５】従来における交直変換装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の実施の形態における交直変換装置を図面等に基づいて詳細に説明する。
【００４８】
図１は、本実施例の装置構成図である。図５と相違するのは、遮断器１０９が設けられていない代わりに遮断器（５２ＰＰ）２が系統と遮断器１０１との共通接続点に設けられている点と、零相変流器１１０ａ，１１０ｂおよび方向地絡継電器１１１ａ，１１１ｂが除かれている点である。その他の図５と同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
図１の交直変換装置１は、図３の交直変換装置１００の場所に配設される。
【００５０】
なお、遮断器２が第１の遮断器に相当し、遮断器１０１が第２の遮断器に相当し、連系変圧器１０２が第１の変圧器に相当し、補機変圧器１０５が第２の変圧器に相当し、コンバータ１０３が交流／直流変換手段に相当する。
【００５１】
図２のフローチャートを用いて動作について説明する。なお、フローチャートの実行は図示省略の制御部により行われるものとする。
処理１
地絡が発生し、地絡保護継電器１０８が動作し（ＳＴＥＰ１）、制御部が遮断器２，１０１を開放する（ＳＴＥＰ２）。
処理２
遮断器２が開放されて交直変換装置１が系統と切り離されることにより、地絡保護継電器１０８が復帰する（ＳＴＥＰ３）。
処理３
制御部は、遮断器２のみを再投入する（ＳＴＥＰ４）。
処理４
制御部は、再び地絡保護継電器１０８が動作したか否かを判断する（ＳＴＥＰ５）。地絡保護継電器１０８が動作した場合、制御部は補機変圧器１０５側の地絡事故と判断し（ＳＴＥＰ６）、遮断器２を解放する（ＳＴＥＰ７）。交直変換装置１は、ヒータ電力供給不能のため運転を停止する（ＳＴＥＰ８）。
処理５
制御部は、ＳＴＥＰ５において地絡保護継電器１０８が動作しない場合、遮断器１０１を再投入する（ＳＴＥＰ９）。
処理６
制御部は、再び地絡保護継電器１０８が動作したか否かを判断する（ＳＴＥＰ１０）。地絡保護継電器１０８が動作した場合、制御部は、連系変圧器１０２側の地絡事故と判断し（ＳＴＥＰ１１）、遮断器１０１を開放する（ＳＴＥＰ１２）。交直変換装置１は、運転を停止するが、遮断器２は再投入されているのでヒータへの電力供給は継続される（ＳＴＥＰ１３）。
処理７
制御部は、ＳＴＥＰ１０において地絡保護継電器１０８が動作しない場合、系統側の地絡事故（交直変換装置１の内部の地絡除去成功）と判定し（ＳＴＥＰ１４）、交直変換装置１の運転を再開させる（ＳＴＥＰ１５）。
【００５２】
上記の処理１〜７において、交直変換装置１の内部の地絡保護継電器１０８で地絡事故を検出した場合、以下のようになる。
（１）連系変圧器１０２側で地絡事故が発生した場合
地絡保護継電器１０８は、処理４では再動作せず処理６で再動作するから処理６までが実行される。この状態では、遮断器２は“入”で、遮断器１０１は“切”となっている。すなわち、遮断器１０１は“切”であるから事故点である連系変圧器１０２側は除去されている。また、遮断器２は処理３において再投入されることで、補機変圧器１０５を介してＮＡＳ電池１５０の電池部１５１のヒータへの電力給電は継続される。
（２）補機変圧器１０５側で地絡事故が発生した場合
地絡保護継電器１０８は、処理４では再動作するから処理５以降は実行されない。この状態では、遮断器２，１０１は共に“切”となっている。すなわち、補機変圧器１０５は故障しているため、ＮＡＳ電池１５０のヒータへの電力の給電は停止している。また、補機変圧器１０５の停止時は交直変換装置１は運転することができないため、連系変圧器１０２側が健全であっても遮断器２が“切”となることはやむを得ない。
（３）交直変換装置１の外部（構内設備）で地絡事故が発生した場合
交直変換装置１の外部の地絡事故は、図３で述べた方向地絡継電器２０４ａ〜２０４ｎおよび地絡保護継電器２０８等により事故除去される。すなわち、交直変換装置１側で処理１の地絡保護継電器１０８の検出に続いて（交直変換装置１側の地絡保護継電器１０８による検出時限よりも，やや遅れるように時限協調を図る）、地絡保護継電器２０８等が動作して地絡除去される。
【００５３】
この場合、交直変換装置１は処理３まで実行した時点で構内設備での事故除去が完了されているため、遮断器２，１０１を再投入しても交直変換装置１の内部で再び地絡検出されることがない。したがって、処理７まで実行されて交直変換装置１は運転を再開することができる。
【００５４】
ここで、交直変換装置１の外部で地絡事故が発生した場合について説明する。
【００５５】
図３で述べた構内負荷２０５ａ〜２０５ｎで地絡事故が発生した場合は、該当する構内負荷に対して設けられている遮断器が開放され、地絡事故は除去される。
【００５６】
この場合、交直変換装置１の地絡保護継電器１０８も動作するが、上述した図２の処理が処理７まで行われ交直変換装置１の運転は再開される。
【００５７】
構内母線で地絡事故が発生した場合は、地絡保護継電器２０８が動作し、地絡保護継電器１０８も動作する。しかし、交直変換装置１および構内負荷２０５ａ〜２０５ｎのいずれでも地絡除去されないので、遮断器２０１が開放され、構内母線は停電する。この場合、構内母線の地絡事故を除去してから交直変換装置１の復電操作を行う。
【００５８】
地絡事故が系統側で発生した場合、遮断器２０１を開放しても変電所側で地絡事故は継続しているので、変電所側で図示省略の送り出し遮断器を開放する。系統側の地絡事故を除去してから交直変換装置１の復電操作が行われる。
【００５９】
本発明は、図１のように遮断器２，１０１、および地絡保護継電器１０８を上述したように配設することで、零相変流器および方向地絡継電器を用いることなく交直変換装置１の内部で発生した地絡事故に対応することができる。
【００６０】
また、この構成において地絡事故が発生して地絡保護継電器１０８が動作し、遮断器２，１０１を開放し、地絡保護継電器１０８が復帰し、遮断器２のみを再投入した後、地絡保護継電器１０８が再動作した場合は補機変圧器１０５で地絡事故が発生したと判定する。一方、遮断器２を再投入し、遮断器１０１も再投入した後地絡保護継電器１０８が再動作した場合は、連系変圧器１０２で地絡事故が発生したと判定する。このようにして判定すれば、地絡方向を考慮する必要はないので、零相変流器および方向地絡継電器を用いることなく地絡箇所を特定することができ、コスト削減が図られる。
【００６１】
また、地絡事故が連系変圧器１０２で発生した場合、遮断器２は再投入されているので、ＮＡＳ電池１５０の電池部１５１のヒータには継続して電力が供給される。
【００６２】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【００６３】
１，１００，１２０…交直変換装置
２，１０１，１０９，２０１，２０２ａ〜２０２ｎ，２０９…遮断器
１０２…連系変圧器
１０３…コンバータ
１０４…負荷開閉器
１０５…補機変圧器
１０６，２０６…零相電圧検出器（ＺＰＣ）
１０８，２０８…地絡保護継電器
１１０ａ，１１０ｂ，２０３ａ〜２０３ｎ…零相変流器
１１１ａ，１１１ｂ，２０４ａ〜２０４ｎ…方向地絡継電器
１５０…ＮＡＳ電池
１５１…電池部
２０５ａ〜２０５ｎ…構内負荷
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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