(57)【要約】【課題】一部の自家発電設備が修理または点検で非稼動状態である場合において、買電系統からの電力供給が停止しても、最小限の負荷を遮断するのみで安定した電力需給バランスのとれた電源系統運用を行う電力系統の保護方法を提供する。【解決手段】買電系統と複数の自家発電設備３ａ〜３ｃから送電線１を介して複数の負荷４ａ〜４ｅに電力を供給している電力系統において、送電線１に周波数継電器５ａ〜５ｃを２基以上設け、その各周波数継電器５ａ〜５ｃがそれぞれ異なる電力の周波数で負荷４ａ〜４ｅを遮断することにより、前記買電系統からの電力供給がなくなった場合に送電線１の電力の周波数低下を抑制して、予め設定した範囲内に維持して前記電力系統を保護するに際し、各自家発電設備３ａ〜３ｃの非稼動予定の発電量と前記買電系統の合計電力量に基づいて、予め各周波数継電器５ａ〜５ｃに接続する負荷４ａ〜４ｅを変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
買電系統と複数の自家発電設備から送電線を介して複数の負荷に電力を供給している電力系統において、前記送電線に周波数継電器を２基以上設け、その各周波数継電器がそれぞれ異なる電力の周波数で前記負荷を遮断することにより、前記買電系統からの電力供給がなくなった場合に前記送電線の電力の周波数低下を抑制して、予め設定した範囲内に維持して前記電力系統を保護するに際し、前記各自家発電設備の非稼動予定の発電量と前記買電系統の合計電力量に基づいて、予め前記各周波数継電器に接続する前記負荷を変更することを特徴とする電力系統の保護方法。
【請求項２】
前記買電系統と前記非稼動予定の自家発電設備の合計電力量で賄えなくなる前記負荷を予測し、その予測した負荷を、前記買電系統からの電力供給がなくなった際に電力の周波数低下で最初に負荷を遮断する前記周波数継電器に接続することを特徴とする請求項１記載の電力系統の保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数継電器を用いて電力需給バランスのとれた電源系統運用を行うための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大規模の電力需要工場、例えば、製鉄業の製鉄所においては、電力会社からの買電系統および複数の自家発電系統(設備)から母線である送電線を介して多数の負荷に対して電力の供給を行っている。
この際、電力会社の電源系統トラブルが起因となり、買電系統からの電力供給が停止する場合があり、この際には製鉄所内の電力需給バランスを維持することができず、所内全停電まで至り、製鉄所内の全設備が停止し、復旧にまで多大な時間と労力を要する。
これを防止するために、例えば、前記母線に正常周波数より低い第１の周波数で動作する第１の継電器と、第１の周波数よりさらに低い第２の周波数でＯＦＦする第２の継電器を設け、この各継電器が動作すると遮断される第１設備（以下負荷とも称す）群と第２設備群を各々設けた構成とし、母線を通して設備に供給している電力の周波数が予め設定した第１周波数以下となった際に、第１の継電器が動作して母線から第１設備群を遮断し、さらに、予め設定した第２周波数以下となった際には、第２継電器が動作して第２設備群を遮断することにより電力需給のアンバランスを解消して母線を所定範囲内の周波数に維持する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−９３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、自家発電設備は出力容量が異なることが多く、しかも、定期的に点検、修理(以下定修と称す)を行う必要がある。この自家発電設備の1台が定修中に、買電系統の電力供給停止があった場合においては特許文献1の方法では、各継電器に接続されている負荷が固定しているために、定修中の自家発電設備の出力容量によっては、第２周波数を若干下回る場合が発生し、第２負荷群まで遮断することになり、その負荷の復旧にまで多大な時間を要して、生産性を阻害する問題があった。
本発明は、一部の自家発電設備の修理、点検、または突発故障で停止（非稼動）している場合において、買電系統からの電力供給が停止しても、最小限の負荷を遮断するのみで安定した電力需給バランスのとれた電源系統運用を行うことを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その手段（１）は買電系統と複数の自家発電設備から送電線を介して複数の負荷に電力を供給している電力系統において、前記送電線に周波数継電器を２基以上設け、その各周波数継電器がそれぞれ異なる電力の周波数で前記負荷を遮断することにより、前記買電系統からの電力供給がなくなった場合に前記送電線の電力の周波数低下を抑制して、予め設定した範囲（例えば、定格周波数±１ＨＺ）内に維持して前記電力系統を保護するに際し、前記各自家発電設備の非稼動予定の発電量と前記買電系統の合計電力量に基づいて、予め前記各周波数継電器に接続する前記負荷を変更する電力系統の保護方法である。
また、手段（２）は、前記買電系統と前記非稼動予定の自家発電設備の合計電力量で賄えなくなる前記負荷を予測し、その予測した負荷を、前記買電系統からの電力供給がなくなった際に電力の周波数低下で最初に負荷を遮断する前記周波数継電器に接続する手段（１）記載の電力系統の保護方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、一部の自家発電設備が非稼動中において買電系統からの電力供給が突然停止しても、必要最小の負荷遮断で電力系統を安定させることが可能となり、操業停止および復旧作業にかかる時間が減少し、生産性の低減を抑制することが可能となる等、この分野における効果は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の一実施の形態に係る電力系統の保護方法について、図１を参照して説明する。
図１は、周波数継電器（以下、単に継電器という）５ａ〜５ｃを３基設けた場合において、非稼動の自家発電設備のない状態で買電系統から契約している範囲内の電力の供給を受けている状態（以下、基本Ａと称す）の簡略結線模式図である。これは、前記のように、製鉄所内に設けた送電線の一例である母線１に買電系統線２を接続して外部電力を受け入れ、更に、この母線１には製鉄所内に設置されている自家発電設備３ａ〜３ｃが遮断器６ａ〜６ｃを介して接続されている。また、母線１には遮断器６ｄ〜６ｈを介して複数の負荷４ａ〜４ｅを接続するとともに継電器５ａ〜５ｃを接続している。
この、継電器５ａには負荷４ａを接続し、継電器５ｂには負荷４ｂを接続し、かつ、継電器５ｃには負荷４ｃ〜４ｅを接続している。
尚、３基の継電器５ａ〜５ｃで、継電器５ａは最も小さい周波数の低下で動作し、継電器５ｂは次に大きい周波数の低下で動作し、継電器５ｃは最も大きい周波数の低下で動作するように設定している。
この状態において、例えば、自家発電設備３ａの１基が定修または故障により非稼動状態になる場合には、その非稼動状態になる自家発電設備３ａの発電量分を買電系統線２より電力供給を増加して受けている。
この供給を増加した状態で、買電系統線２からの電力供給が突然停止すると継電器５ａ、５ｂに遮断器６ｄ、６ｅを介して接続している負荷（以下、単に継電器に接続している負荷と称す）４ａ、４ｂの遮断のみでは母線１の周波数低下が収まらず、他の継電器５ｃも動作して全部の負荷４ａ〜４ｅを遮断することになる。
【０００８】
これを防止するために、本実施の形態では、例えば、非稼動となる自家発電設備３ａが発生する電力量が増加されて買電系統線２から供給される買電電力量分により、前記買電電力の供給が突然停止した際に、最初にＯＦＦ動作する継電器、例えば継電器５ａが遮断する場合には、この継電器５ａに接続する負荷量が買電電力量相当分（買電系統線２と非稼動となる自家発電設備３ａの合計電力量）になる(賄える)ように（言い換えると、稼動を継続する自家発電設備３ｂ、３ｃの合計発電量で賄える負荷量を継電器５ｂ、５ｃに接続するように）、継電器５ｂまたは５ｃから継電器５ａに接続する負荷を変更しておくことにより、買電系統線２からの電力供給が突然停止しても継電器５ｂ、５ｃのＯＦＦ動作を阻止して、継電器５ａに接続されている負荷のみの遮断で、母線１の周波数を正常範囲に復帰することが可能となり、他の継電器５ｂ、５ｃに接続されている負荷の遮断を防止するものである。
【０００９】
そして、非稼動の自家発電設備３ａの発生電力量を上乗せした買電電力量に対して、継電器５ａに接続する負荷量が少ない場合には、上記効果が得られず、過大になりすぎると母線１の電力周波数が前記とは逆に上昇し過ぎて、稼動している自家発電設備３ｂ、３ｃの発電量を低減しなければならず、経済的でない。
このことから、継電器５ａに接続変更して、継電器５ｂ、５ｃに接続している合計負荷量が稼動（発電をしている）自家発電設備３ｂ、３ｃの合計発電量より９０〜９５％程度小さくすることが好ましい。これは、自家発電設備３ｂ、３ｃの発電量の経時的変動量に応じて決定する。また、経時的変動がない場合には５％程度小さくすることが好ましい。
また、稼動自家発電設備３ｂ、３ｃの合計発電量が大きく変動することがある場合においては、継電器５ｂもＯＦＦ動作する可能性があるために、継電器５ａは前記同様に負荷を接続し、継電器５ｂには、その変動発電量に見合う負荷を接続することが、継電器５ｃがＯＦＦ動作するのを確実に防止できるので好ましい。
この各継電器への負荷の接続変更が容易に可能なように、各負荷４ａ〜４ｅは各々遮断器６ｄ〜６ｈを設置し、この各遮断器６ｄ〜６ｈに断路器（図示せず）を設けることが好ましい。
【００１０】
以上説明したのは、継電器を３基設けた場合であるが、図４（本発明の他の実施の形態に係る電力系統の保護方法を示す簡略結線模式図）に示すように、継電器５ｄ、５ｅ（継電器５ｄが継電器５ｅより小さい周波数の低下で動作するように設定）の２基を有する場合について説明する。なお、図４は、非稼動の自家発電設備のない状態で買電系統から契約している範囲内の電力の供給を受けている状態（以下、基本Ｂと称す）を示している。
この場合、稼動している自家発電設備３ｂ、３ｃの合計発電量が大きく変動しない場合においては、継電器５ａと継電器５ｂに接続していた負荷を継電器５ｄに接続し、継電器５ｃに接続していた負荷を継電器５ｅに接続する。また、稼動自家発電設備３ｂ、３ｃの合計発電量が大きく変動する場合においては、継電器５ａに接続していた負荷を継電器５ｄに接続し、継電器５ｂと５ｃに接続していた負荷を継電器５ｅに接続することが好ましい。
【実施例】
【００１１】
実施例を表１〜表４、図１〜図６を参照して説明する。
表１、表２および図１〜図３は継電器を３基設けた場合の例である。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
【表２】
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【００１４】
【表３】
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【００１５】
【表４】
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【００１６】
表１に負荷４ａ〜４ｅの容量および自家発電設備３ａ〜３ｃの発電量、買電電力量を示す。
そして、表２中の基本Ａおよび図１に示すように、自家発電設備３ａ〜３ｃのいずれも非稼動状態のものがなく、その予定もない場合（以下、通常の場合と称す）は、継電器５ａには経時的に消費電力量が変化する変動負荷（例えば、圧延機等）４ａを接続し、継電器５ｂには一定の消費電力量の一般負荷（例えば、照明や空調等）４ｂを接続し、継電器５ｃには一般負荷４ｃ、４ｄ、保安用の負荷（例えばＣＲＴ、冷却およびガスパージ用設備等）４ｅを接続している。
この状態において、例えば、自家発電設備３ａが定修で非稼動になるに際し、従来例Ａは買電系統から受ける電力量を自家発電設備３ａの容量に相当する１０ＭＷを上乗せした４９ＭＷとし、各継電器５ａ〜５ｃに接続する負荷４ａ〜４ｅを変更しなかった例である。この例では、買電系統からの電力供給が停止すると母線周波数が大幅に低下して５６ＨＺとなり、継電器５ａ〜５ｃが動作して遮断器６ｄ〜６ｈがＯＦＦとなり、全ての負荷４ａ〜４ｅが遮断された。
【００１７】
これに対し、実施例１は、上記同様に自家発電設備３ａが定修で非稼動になるに際し、買電系統線２から受ける電力量は４９ＭＷとなることから、該買電電力の供給が停止すると、この電力量に相当する負荷分を賄うことができないので、周波数の低下により最初にＯＦＦ動作する継電器５ａのみに買電電力で賄うことができる負荷を接続するために、図２にも示すように、負荷４ｂ、４ｃを継電器５ｂ、５ｃから５ａに変更し、更に、負荷４ｄを継電器５ｃから５ｂに各々変更した例である。
その結果、買電系統線２からの電力供給が停止すると母線１の周波数が低下するが、その低下代は従来例Ａより小さく、継電器５ａが動作して遮断器６ｄ〜６ｆがＯＦＦとなり、負荷４ａ〜４ｃが遮断して、母線１の周波数が６０ＨＺに戻って、継電器５ｂ、５ｃは動作せずに、負荷４ｄ、４ｅは遮断しない。
【００１８】
更に、実施例２は、自家発電設備３ｃが定修で非稼動になるに際し、買電系統線２から受ける電力量を４４ＭＷとし、この電力が停止した場合には継電器５ａ、５ｂをＯＦＦ動作させるために、図３にも示すように、負荷４ｃを継電器５ｃから５ｂに変更した例である。
その結果、買電系統線２からの電力供給が停止すると母線１の周波数の低下代は従来例Ａより小さく、継電器５ａ、５ｂが動作して遮断器６ｄ、６ｅ、６ｆがＯＦＦとなり、負荷４ａ、４ｂ、４ｃが遮断したが、その後、母線１の周波数が前記同様に６０ＨＺに戻って、継電器５ｃは動作せずに負荷４ｄ、４ｅは遮断しなかった。
また、買電系統線２からの電力供給が停止した場合に遮断しないと予想される継電器に対する負荷の接続容量の割合は、自家発電設備の発電量変化を考慮して、実施例１、２ともに０．９２（１１ＭＷ／１２ＭＷ）にした。
【００１９】
また、表３、表４、図４〜図６は２基の継電器を設けた場合の例であり、表３には、表１と同様に負荷４ａ〜４ｅの容量および自家発電設備３ａ〜３ｃの発電量、買電電力量を示す。
表４の基本Ｂおよび図４は通常の場合であり、継電器５ｄには経時的に消費電力量が変化する変動負荷（例えば、圧延機等）４ａを接続し、継電器５ｅには一定の消費電力量の一般負荷（例えば、照明や空調等）４ｂ、一般負荷４ｃ、４ｄ、保安用の負荷（例えばＣＲＴ、冷却およびガスパージ用設備等）４ｅを接続している。
この状態において、自家発電設備３ａが定修で非稼動になることから、従来例Ｂは
自家発電設備３ａが非稼動中に買電系統線２から受ける電力量を自家発電設備３ａの容量に相当する２１ＭＷを上乗せした４５ＭＷとし、各継電器５ｄ、５ｅに接続する負荷４ａ〜４ｅを変更しなかった例である。この例では、この自家発電設備３ａが非稼動中に買電系統線２からの電力供給が停止すると母線１の周波数が大幅に低下して５６ＨＺとなり、継電器５ｄ、５ｅが動作して遮断器６ｄ〜６ｈがＯＦＦとなり、全ての負荷４ａ〜４ｅが遮断された。
【００２０】
これに対し、実施例３は、買電系統線２から受ける電力量を４５ＭＷとし、図５にも示すように負荷４ｂ、４ｄを継電器５ｅから５ｄに変更した例であり、自家発電設備３ａが非稼動中に買電系統線２からの電力供給が停止すると母線１の周波数は低下するが、この低下代は従来例Ｂより小さく、継電器５ｄが動作して遮断器６ｄ、６ｅ、６ｇがＯＦＦして、負荷４ａ、４ｂ、４ｄが遮断すると、母線１の周波数が略６０ＨＺに戻ることにより、継電器５ｅはＯＦＦ動作せずに、負荷４ｃ、４ｅは遮断しなかった。
【００２１】
更に、実施例４は、自家発電設備３ｂが定修で非稼動になるに際し、買電系統線２から受ける電力量を３４ＭＷとし、図６にも示すように負荷４ｄを継電器５ｅから５ｄに変更した例であり、買電系統線２からの電力供給が停止すると母線１の周波数の低下代は従来例Ｂより小さく、継電器５ｄが動作して遮断器６ｄ、６ｇがＯＦＦとなり、負荷４ａ、４ｄが遮断すると、その後、母線１の周波数が前記同様に略６０ＨＺに戻って、継電器５ｅは動作せずに負荷４ｂ、４ｃ、４ｅは遮断しなかった。
また、買電系統線２からの電力供給が停止した場合に遮断しないと予想される継電器に対する負荷の接続容量の割合は、自家発電設備の発電量変化を考慮して、実施例３、４各々１．００（１５ＭＷ／１５ＭＷ）、０．９６（２５ＭＷ／２６ＭＷ）にした。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電力系統の保護方法において負荷の接続変更を実施する前の配線図である。
【図２】本発明の実施例１の配線図である。
【図３】本発明の実施例２の配線図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る電力系統の保護方法において負荷の接続変更を実施する前の配線図である。
【図５】本発明の実施例３の配線図である。
【図６】本発明の実施例４の配線図である。
【符号の説明】
【００２３】
１：母線、２：買電系統線、３ａ〜３ｃ：自家発電設備、４ａ〜４ｅ：負荷、５ａ〜５ｅ：周波数継電器、６ａ〜６ｈ：遮断器
【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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【図６】
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