(57)【要約】【課題】  既に運用されている定格外周波数領域を以ってしてもカバーできない低周波数領域の運用範囲における事故発生時の電気事故検出・保護方法を提供することにある。【解決手段】  サイリスタ始動装置１、発電機２、励磁変圧器３からなる電気系統において、発電機の速度上昇（低周波数領域）（遮断器４、断路器５共に開）時間ｔ０の時刻ｔ１に、励磁変圧器の２次側に電気事故が発生した場合、励磁変圧器に流入する電流ｉはほぼ零の値から急上昇し、Ｉ１はＩ２＋ｉと増加する一方、発電機に与える電流Ｉ２は減少し、発電機電圧の低下、発電機回転数の低下に到る。従って、発電機速度上昇率（Ｕ）は点１０から点１１の方向に逸脱する現象となる。この発電機速度上昇率（Ｕ）がサイリスタ始動装置１の制御設定指標値のバラツキ許容範囲を越えた時、電気事故と判定する。【選択図】  図２
2006345689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイリスタ始動装置と、該サイリスタ始動装置と電路を介して接続され、前記
サイリスタ始動装置により電流が供給され、始動時、同期電動機として使用され
る発電機と、該発電機と電路を介して接続された励磁変圧器とを含む電気系統に
おける、該電気系統の定格周波数領域以外で前記励磁変圧器の二次側の電気事故
を検出する方法であって、
前記サイリスタ始動装置により電流が供給されて速度上昇期間中の前記発電機
の回転速度上昇率についてバラツキ許容範囲を設け、
前記発電機の実際の運転点が前記バラツキ許容範囲を逸脱したか否かを前記発
電機の回転数を用いて判定し、逸脱したとき、電気事故と判定することを特徴と
する電気事故検出方法。
【請求項２】
サイリスタ始動装置と、該サイリスタ始動装置と電路を介して接続され、前記
サイリスタ始動装置により電流が供給され、始動時、同期電動機として使用され
る発電機と、該発電機と電路を介して接続された励磁変圧器とを含む電気系統に
おける、該電気系統の定格周波数領域以外で前記励磁変圧器の二次側の電気事故
から保護する方法であって、
前記励磁変圧器の一次側に開閉機器を設け、前記電気系統の定格周波数領域以
外は前記開閉機器を開路のままとして、前記サイリスタ始動装置により前記発電
機へ電流を供給することを特徴とする電気事故保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気事故検出・保護方法に係り、特に、電源の定格周波数領域以外
の低周波数領域範囲で運用される電気系統に電気事故が発生したときの事故検出
と保護の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電源と電路と電気負荷の組み合わせで運用される一つの電気系統に関す
る電路の保護運用方法においては、例えば、発電所の中でのサイリスタ始動方式
の発電機起動を例にとれば、通常、保護継電器と呼ばれる定格周波数領域のみで
動作可能な電気事故検出、異常検出の手法を用いており、最近になってデジタル
型の保護継電器の登場により、かなり低周波数領域までを含む特性の向上したデ
バイス開発によって相当程度の範囲での保護・監視の機能が実現されるようにな
ってきた。
特に、電気事故の検出でなく、機械的異常であっても、電気デバイスを用いて
行うものも有り、また、逆に電気事故を因とし、間接的に発生すると考えられる
因果関係則の確度蓋然性の高い機械的結果の現象を応用しての検出方法が既に実
用化されて久しい。この後者については、例えば、「機械的継電器」が様々な刊
行出版物に示されている。具体的には、電気書院発行「発変電所の保護継電シス
テム」（リレープラクテイス）第４巻（１９７５年第１版第１刷ページ１６１、
１６２）に示されるように、変圧器内部（短絡）事故時に発生する分解ガス、油
流、圧力などを機械的に検出する例がある。これは、電気的内部（短絡）事故時
に発生するジュール熱により絶縁を保持する為の油が昇温し、更に加熱されるこ
とで気化（熱分解）を経てその発生ガス圧力に転化された機械的現象を利用して
継電器を動作させるものである。
【０００３】
【非特許文献１】電気書院発行「発変電所の保護継電システム」（リレープラクテイス）第４巻（１９７５年第１版第１刷ページ１６１、１６２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、既に電気系統に運用されている定格外周波数領域若しくは近
来のデジタル技術を以ってしてもカバーできない低周波数領域での運用を前提に、
この低周波数領域範囲における事故発生時の電気事故検出・保護方法を提供する
ことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、サイリスタ始動装置と、サイリスタ始動装置と電
路を介して接続され、サイリスタ始動装置により電流が供給され、始動時、同期
電動機として使用される発電機と、発電機と電路を介して接続された励磁変圧器
とを含む電気系統における、該電気系統の定格周波数領域以外で励磁変圧器の二
次側の電気事故を検出する方法であって、サイリスタ始動装置により電流が供給
されて速度上昇期間中の発電機の回転速度上昇率についてバラツキ許容範囲を設
け、発電機の実際の運転点がバラツキ許容範囲を逸脱したか否かを発電機の回転
数を用いて判定し、逸脱したとき、電気事故と判定する。
また、サイリスタ始動装置と、サイリスタ始動装置と電路を介して接続され、
サイリスタ始動装置により電流が供給され、始動時、同期電動機として使用され
る発電機と、発電機と電路を介して接続された励磁変圧器とを含む電気系統にお
ける、該電気系統の定格周波数領域以外で励磁変圧器の二次側の電気事故から保
護する方法であって、励磁変圧器の一次側に開閉機器を設け、電気系統の定格周
波数領域以外は開閉機器を開路のままとして、サイリスタ始動装置により発電機
へ電流を供給する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、既に電気系統に運用されている定格周波数領域若しくは近来
のデジタル技術を以ってしてもカバーできない低周波数領域の運用範囲における
電気事故を検出し、電気系統および電気機器を保護することができると共に、そ
の検出、保護を容易かつ確実に行うことができる。
また、本発明の電気事故検出・保護方法を従来の保護継電器システムに付加す
ることにより、定格周波数領域以外の電気事故に対する保護機能の向上と高信頼
性を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図１〜図８を用いて説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１〜図４は、本発明の一実施形態による電気事故検出方法を示す。
図１は、電気系統と運転モード例であり、この電気系統においてサイリスタ始
動装置１を使用した運転時は、サイリスタ始動装置１が発電機２に必要とする回
転速度に見合った電流を供給し、同期電動機として使用される。また、界磁電流
は、始動時専用の別系統から供給され、励磁変圧器３の２次側に設置されている
断路器５及び遮断器４は開放状態にあるものとする。また、電気系統を構成する
電路の送電損失分の電力がサイリスタ始動装置１から供給され、電路において消
費される。
この電気系統の定格周波数領域以外の運転モード例を説明する。横軸に時間、
縦軸に示す発電機２の回転数６について、時間ｔ０間の上昇速度に到達するまで
は、サイリスタ始動装置１により制御設定値を制御しながら、回転数を上昇させ、
時間Ｔ０間に必要とする上限速度に到達後、発電機２に供給していた電流を遮断
し、発電機２を自然降速させ、その後下限速度に到達後、再度速度上昇させ、こ
のパターンを繰り返すことで運転を成立させる。
本運転モード時の発電機電流の変化をＩＧ７、発電機界磁電流の変化をＩｆ８、
発電機界磁電圧の変化をＥｆ９に示す。
【０００９】
図２に、図１の発電機２の回転数６の速度上昇時間ｔ０部を抜粋した期間ｔ０
中の励変２次短絡時の状態量変化を示す。
定格周波数領域以外のこの回路状態において、励磁変圧器３の２次側は開放状
態（断路器５は開）であり、通常運転時に励磁変圧器３に流入する電流は充電電
流のみであり、電流値はほぼ零である。通常運転時は、サイリスタ始動装置１に
おける電流設定値をＩ１とした場合、Ｉ１とほぼ同等の発電機電流Ｉ２が流れ、
速度上昇率を示すＵ（△回転数/△ｔ）はほぼ一定の割合で上昇し、この速度上
昇は直線近似されたものになる。
この速度上昇中の時刻ｔ１に、励磁変圧器３の２次側における電路、電気機器
で電気事故が発生した場合、励磁変圧器３に流入する電流ｉはほぼ零の値から急
上昇し、Ｉ１はＩ２＋ｉと増加することとなる。この時発電機２に与える電流Ｉ
２は減少し、発電機電圧ＶＧの低下、発電機回転数の低下に到る。従って、発電
機速度上昇率（Ｕ）は点１０から点１１の方向に逸脱する現象となる。
【００１０】
図３に、図１の発電機２の回転数６の速度降下時間Ｔ０部を抜粋した期間Ｔ中
の励変２次短絡時の状態量変化を示す。
この期間は、サイリスタ始動装置１における電流設定値Ｉ１及び界磁電流Ｉｆ
も零とし、発電機２を自然降速させる期間である。
この期間中の時間ｔ２に、励磁変圧器３の２次側における電路、電気機器で電
気事故が発生した場合、ｔ２が４００ｍ-１近傍にある時はＩｆが０の制御上の対
応としても、界磁回路の残留電圧分が多少電気事故電流に寄与することはあるが、
瞬時に十分減衰しているものと考えられるため、この期間中の電気事故は機械的
な現象のみと扱い、この期間（発電機２を自然降速させる期間Ｔ）に限っての電
気的対策は不要なものとし、この期間に発生した電気事故が継続している場合は、
次の速度上昇期間ｔ０において電気事故検出を可能とする。
【００１１】
図４を用いて、本実施形態の電気事故検出方法についての考え方を、図４期間
ｔ０中の状態量変化に基づく監視・保護パラメータの設定概念により説明する。
本実施形態の電気事故検出方法では、速度上昇期間中のｔ０間の制御設定指標
値における速度上昇率のバラツキ許容範囲の上限をｔ２、下限をｔ３とした場合、
図１において説明した速度上昇率（Ｕ）の低下分がバラツキ許容範囲以上の斜線
部領域に運転点が突入したことを指標値として電流又は回転数、回転数変化率を
用いて論理判定し、バラツキ許容範囲以上の収支平衡の逸脱をもって電気事故と
判定し、事故として検出する。この場合、バラツキ許容範囲以上と逸脱判定した
時点から、ある一定時限後その状態が継続したことをもって電気事故と判定し、
事故として検出することも可能であり、また、バラツキ許容範囲以上と逸脱判定
した時点から周期的なタミングをもってその逸脱状態をチェックし、その状態が
継続しているとき、電気事故と判定し、事故として検出することも可能である。
ここでは、”バラツキ”とは、計測回路で許容される検出値誤差、環境温度の
変化に基づいて回路特性の変化が生じたことによる計測値の変化、回転体の軸受
部の軸特性（油滑性能）の変化による計測値の変化等、正常運転での環境変化に
応じて発生する計測値変動および正常域電流の電路発生ロスによる計測値変動を
総称して誤差と呼び、この誤差に起因する速度上昇率の上下限範囲を云う。
なお、負荷が電動機或いは電動機によって駆動される回転体である場合は、上
述のように、指標値として電流又は回転数、回転数変化率またはいずれかの組合
せを用いるが、負荷が静止負荷である場合は、指標値としてその発熱量、発熱量
変化率、温度、温度変化率、騒音値、騒音周波数、振動またはいずれかの組合せ
を用いる。
【実施例２】
【００１２】
図５〜図７は、本発明の他の実施形態を示す。
図５の実施形態は、励磁変圧器３の１次側に直流計器用変流器１３を設け、こ
の直流計器用変流器１３と保護継電器１４を組合せて励変２次短絡時の事故を検
出する。直流計器用変流器１３は周波数に依存しないため、直流計器用変流器１
３を使用することにより、定格周波数領域以外の電気事故を検出することが可能
である。
なお、直流計器用変流器１３を励磁変圧器３の２次側に設置してもよい。
ここで、本実施形態においても、定格周波数領域以外の電気事故の判定と事故
検出の方法は図４において説明したと同様である。
【実施例３】
【００１３】
図６の実施形態は、励磁変圧器３の１次側に計器用変流器１５を設け、この計
器用変流器１５と電流検出装置１６を組合せて励変２次短絡時の事故を検出する。
この計器用変流器１５を使用し、電流の変化分を検出することにより、定格周波
数領域以外の電気事故を検出することが可能である。
なお、計器用変流器１５を励磁変圧器３の２次側に設置してもよい。
【実施例４】
【００１４】
図７の実施形態は、充電されている励磁変圧器３の２次側に各相の電圧または
各線間電圧を監視する計器用変圧器１７を設け、この計器用変圧器１７と検出装
置１８を組合せて励変２次短絡時の電気事故を検出する。計器用変圧器１７を使
用し、各相間（２相、３相）バランスの変化分を検出することにより、定格周波
数領域以外の電気事故を検出することが可能である。具体的には、線間電圧の検
出値がこの短絡事故時点ではゼロ電位相当となることを変動結果として捕らえ、
事故判定とする。
【００１５】
また、図５〜図７の実施形態における事故検出方法を従来から使用されてきた
保護継電器システムに付加し、定格周波数領域以外の電気事故を検出することが
可能である。これにより、定格周波数領域以外での保護機能の信頼性を向上させ
ることができる。
【実施例５】
【００１６】
図８は、本発明の一実施形態による電気事故保護方法を示す。
本実施形態は、励磁変圧器３の１次側に電路開閉器１９を設置した電路構成と
する。本実施形態では、励磁変圧器３の１次側に設置した電路開閉器１９の操作
タイミングとして、通常の定格周波数領域以外は開路のままで運転し、定格周波
数領域以外のサイリスタ始動装置１の運転中における励磁変圧器３への充電を回
避する。すなわち、発電機２の速度上昇時間ｔ０の間、電路開閉器１９を開路す
ることにより、定格周波数領域以外の電気事故の影響を受けることがない。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
本発明は、既に電気系統に運用されている定格周波数領域若しくは近来のデジ
タル技術を以ってしてもカバーできない低周波数領域の運用範囲における電気事
故を検出し、電気系統および電気機器を保護する。
また、本発明の電気事故検出・保護方法を従来の保護継電器システムに付加す
ることにより、定格周波数領域以外の電気事故に対する保護機能の向上と高信頼
性を図る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態による電気系統と運転モードの説明図
【図２】本発明の一実施形態による電気系統と事故発生時の説明図
【図３】本発明の一実施形態による電気系統と事故発生時の説明図
【図４】本発明の一実施形態による電気事故検出方法の説明図
【図５】本発明の他の実施形態
【図６】本発明の他の実施形態
【図７】本発明の他の実施形態
【図８】本発明の一実施形態による電気事故保護方法の説明図
【符号の説明】
【００１９】
１…サイリスタ始動装置、２…発電機、３…励磁変圧器、４…遮断器、５…断路
器、１３…直流計器用変流器、１４…保護継電器、１５…計器用変流器、１６…
電流検出装置、１７…計器用変圧器、１８…電圧検出装置、１９…電路開閉器
【図１】
2006345689.tif 000003
【図２】
2006345689.tif 000004
【図３】
2006345689.tif 000005
【図４】
2006345689.tif 000006
【図５】
2006345689.tif 000007
【図６】
2006345689.tif 000008
【図７】
2006345689.tif 000009
【図８】
2006345689.tif 000010