(57)【要約】【課題】発電機や変圧器の端子電圧Ｖと周波数Ｆの比Ｖ／Ｆが正確に得られない場合も、発電機や変圧器の過励磁状態を確実に検出して、過熱、過電圧による故障や事故の発生を防止する。【解決手段】発電機本体フレーム１１内の固定子鉄心背部空間１５の所定位置、あるいは変圧器本体タンク３１内の変圧器鉄心３２の外周部近傍に、漏れ磁束を検出する磁束検出器１６、１６ａを備え、漏れ磁束密度を監視することで発電機または変圧器の過励磁状態を検出して保護または監視するようにする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機あるいは変圧器である被励磁機器の過励磁状態を検出して上記被励磁機器を保護する過励磁保護装置において、上記被励磁機器鉄心の漏れ磁束を検出する検出器を上記被励磁機器を収納するフレーム内に備えて、該検出器からの信号により演算される上記被励磁機器鉄心の漏れ磁束密度を監視する過励磁検出手段を有することを特徴とする過励磁保護装置。
【請求項２】
上記検出器は、上記被励磁機器が発電機の場合、該発電機の固定子鉄心の背部と上記フレームとの間の空間に配設し、上記被励磁機器が変圧器の場合、該変圧器鉄心の外周部近傍に配設されることを特徴とする請求項１記載の過励磁保護装置。
【請求項３】
上記過励磁検出手段は、上記漏れ磁束密度が所定の基準値を超えると過励磁と判定して該判定結果を出力することを特徴とする請求項１または２記載の過励磁保護装置。
【請求項４】
発電機あるいは変圧器である被励磁機器の過励磁状態を検出して上記被励磁機器を保護する過励磁保護装置において、上記請求項１〜３の何れかに記載の上記過励磁検出手段と、上記被励磁機器の端子電圧Ｖとその周波数Ｆとの比率（Ｖ／Ｆ）を検出し、該比率（Ｖ／Ｆ）が所定の基準値を超えたことで上記被励磁機器の過励磁を検出する第２の過励磁検出手段とを備え、該２つの過励磁検出手段の少なくとも一方の出力により、上記被励磁機器の過励磁状態を検出する過励磁保護装置。
【請求項５】
発電機あるいは変圧器である被励磁機器の過励磁状態を検出して上記被励磁機器を監視する過励磁監視装置において、上記被励磁機器鉄心の漏れ磁束を検出する検出器を上記被励磁機器を収納するフレーム内に備えて、該検出器からの信号により演算される上記被励磁機器鉄心の漏れ磁束密度を監視する過励磁検出手段を有することを特徴とする過励磁監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電機や変圧器において、過励磁状態継続による過熱や過電圧を防止して、該機器の故障や事故の発生を未然に防止するための過励磁保護装置および過励磁監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の過励磁保護装置としての過励磁保護用電圧継電器には、発電機や変圧器の過励磁状態を検出・保護する静止形電圧継電器がある。これは、発電機あるいは変圧器の励磁状態は電圧Ｖと周波数Ｆの比Ｖ／Ｆに比例するため、Ｖ／Ｆ値を判定することにより過励磁状態を検出し、漏れ磁束による発電機あるいは変圧器内部の異常過熱を保護しようとするものである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
三菱電気株式会社発行「三菱保護継電器」カタログ集、Ａ分冊、資料番号Ａ−Ｃ６５９６−Ｃ、１９９１年７月作成、ｐ．１９４，１９５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の過励磁保護装置は以上のように構成され、例えば発電機の場合、発電機端子電圧と周波数の比率から発電機の過励磁状態を検知しており、電圧・周波数の信号を得るため電圧変成器を使用している。一般に、電圧変成器は、限流ヒューズや断路機構と直列に発電機主回路に接続され、故障電流の遮断や保守点検が行えるようになっている。例えば、ヒューマンエラー等で限流ヒューズが取り外されたまま、あるいは断路機構が断路状態のまま運転が行われた場合、過励磁保護装置には電圧変成器からの電気信号が入力されないため、過励磁状態の検出および保護が行われないという問題点があった。
上記電圧変成器の電圧信号を励磁装置のフィードバック信号に用いている場合は、上記のように電圧変成器からの電気信号が得られないとフィードバック信号が励磁装置に入力されない。このため、励磁装置はその最大出力電流で発電機界磁巻線を励磁し続けることになり、発電機は過励磁状態となるものであるが、上述したように過励磁保護装置では過励磁状態の検出および保護が行われない。これにより、発電機内の過熱や過電圧による絶縁破壊事故につながることがあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、例えば、限流ヒューズが取り外されたまま、あるいは断路機構が断路状態のまま運転が行われる等のエラー発生により、電圧Ｖと周波数Ｆの比Ｖ／Ｆが正確に得られない場合も、発電機や変圧器の過励磁状態を確実に検出して、過熱、過電圧による故障や事故の発生を防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る過励磁保護装置は、上記被励磁機器鉄心の漏れ磁束を検出する検出器を上記被励磁機器を収納するフレーム内に備えて、該検出器からの信号により演算される上記被励磁機器鉄心の漏れ磁束密度を監視する過励磁検出手段を有するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による発電機の過励磁保護装置の概略構成図である。
図に示すように、発電機本体のフレーム１１内の発電機固定子鉄心１２の背面とフレーム１１との間の空間（以下、固定子鉄心背部空間１５と称す）の所定位置に、漏れ磁束を検出する磁束検出器１６を備える。この磁束検出器１６は、例えば、磁束によって荷電量が異なるホール素子や、コイルをよぎる磁束を検出するサーチコイル等で構成され、発電機固定子鉄心１２の背面から漏れる磁束を検出する。磁束検出器１６からの信号は、保護装置１７に入力されて、発電機固定子鉄心１２から出る漏れ磁束密度を演算し、該漏れ磁束密度により発電機が過励磁状態がどうかを判定して信号を出力する。
なお、１３は発電機固定子鉄心１２に組み込まれた固定子巻線、１４は発電機回転子である。
【０００８】
発電機固定子鉄心１２の背面での磁束密度と、固定子鉄心背部空間１５での漏れ磁束密度との変化特性を図２に示す。
図に示すように、発電機の通常運転領域では固定子鉄心背部空間１５での漏れ磁束密度は０．０１テスラ程度である。また、発電機の磁気回路を構成する固定子鉄心１２は、通常、経済性の観点から、定格磁束密度の１２０％程度の磁束密度になると鉄心での磁気飽和が始まるように設計されている。従って発電機が過励磁の状態となり、さらに過励磁状態が深くなれば、固定子鉄心１２内部の磁束密度が上昇し、磁気飽和領域に入っていく。固定子鉄心１２が磁気飽和を起こす領域になると、固定子鉄心背部空間１５での漏れ磁束密度は急速に増加し、０．１テスラを越える状態となる。この急速に増加する漏れ磁束により、発電機内部で異常過熱が発生する。
【０００９】
この発明による過励磁保護装置は、固定子鉄心１２の磁気飽和による漏れ磁束の変化を検知して過励磁の状態を検出するもので、このような過励磁保護装置の動作について以下に説明する。
図３は、図１で示した過励磁保護装置の構成を機能ブロック図で示すもので、磁束検出器１６からの信号が入力される保護装置１７は、信号変換回路１８、判定回路１９および出力回路２０で構成される。
磁束検出器１６により固定子鉄心背部空間１５での漏れ磁束を検出し、該磁束検出器１６からの検出信号は保護装置１７内の信号変換回路１８に入力される。信号変換回路１８では、漏れ磁束密度に相当する信号に変換して出力し、判定回路１９では、信号変換回路１８からの、漏れ磁束密度を示す信号を入力として次のように動作する。即ち、漏れ磁束密度を常時監視し、所定の基準値、例えば０．１テスラを越えると、発電機が許容できない過励磁状態であることを検出し、過励磁保護の判定信号を出力する。この判定信号の出力は、上記過励磁状態の検出から、反時限特性による時限後、あるいは所定の時間遅らせる一定時限後に、過励磁保護判定を行って出力するものである。出力回路２０では、判定回路１９からの判定信号を入力として、該信号を増幅する等の処理を施して、アラーム信号を出力するか、あるいは発電機が接続している界磁遮断器を開放するためのトリップ信号を出力する。
【００１０】
この実施の形態では、発電機本体フレーム１１内の固定子鉄心背部空間１５の所定位置に、漏れ磁束を検出する磁束検出器１６を備え、漏れ磁束密度を監視することで発電機の過励磁状態を検出して保護するようにした。このため、例えばヒューマンエラー等により電圧・周波数の信号を得るため電圧変成器からの信号が得られない場合でも、確実に発電機の過励磁状態を検出することができ、過熱、過電圧による故障や事故の発生を未然に防止することができる。
【００１１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、発電機の過励磁保護装置について説明したが、変圧器の過励磁保護装置について、以下に説明する。
図４は、この発明の実施の形態２による変圧器の過励磁保護装置の概略構成図である。
図に示すように、変圧器本体タンク３１内の変圧器鉄心３２の外周部近傍に、漏れ磁束を検出する磁束検出器１６ａを備える。この磁束検出器１６ａは、上記実施の形態１と同様にホール素子やサーチコイル等で構成され、変圧器鉄心３２から漏れる磁束を検出する。磁束検出器１６ａからの信号は、上記実施の形態１と同様の保護装置１７ａに入力されて、変圧器鉄心３２から出る漏れ磁束密度を演算し、該漏れ磁束密度により変圧器が過励磁状態がどうかを判定してアラーム信号あるいはトリップ信号を出力する。なお、３３は変圧器鉄心３２に組み込まれた変圧器巻線である。
【００１２】
変圧器鉄心３２での磁束密度と、変圧器鉄心３２の外周部近傍での漏れ磁束密度との変化特性を図５に示す。
この場合も図に示すように、変圧器の通常運転領域では漏れ磁束密度は０．０１テスラ程度であるが、変圧器が過励磁状態となり、さらに過励磁状態が深くなって変圧器鉄心３２の磁束密度が上昇し磁気飽和領域に入ると、変圧器鉄心３２の外周部近傍での漏れ磁束密度は急速に増加し、０．１テスラを越える状態となる。
この実施の形態では、変圧器本体タンク３１内の変圧器鉄心３２の外周部近傍に、漏れ磁束を検出する磁束検出器１６ａを備え、漏れ磁束密度を監視することで変圧器の過励磁状態を検出して保護するようにした。このため、例えばヒューマンエラー等により電圧・周波数の信号を得るため電圧変成器からの信号が得られない場合でも、確実に変圧器の過励磁状態を検出することができ、過熱、過電圧による故障や事故の発生を未然に防止することができる。
【００１３】
実施の形態３．
上記実施の形態１、２による過励磁保護装置では、保護装置１７、１７ａにおいて、漏れ磁束密度を監視して発電機や変圧器の過励磁状態を検出し、アラーム信号あるいはトリップ信号を出力したが、漏れ磁束密度を監視して、それを表示させるようにしても良い。これにより作業者等が確認して必要な処置を採ることで、故障や事故の発生を防止できる。
図６は、この発明の実施の形態３による発電機の過励磁監視装置の概略構成図であり、図７は、この発明の実施の形態３による変圧器の過励磁監視装置の概略構成図である。また、これらの機能ブロック図を図８に示す。図に示すように、磁束検出器１６、１６ａからの信号は、監視装置２１、２１ａに入力される。
監視装置２１、２１ａは、信号変換回路１８、出力増幅回路２２および漏れ磁束密度表示器２３で構成される。信号変換回路１８では、磁束検出器１６、１６ａからの信号を入力として、漏れ磁束密度に相当する信号に変換して出力し、該出力信号は出力増幅回路２２にて増幅され、漏れ磁束密度表示器２３にて計測結果として表示されると共に、表示用外部出力信号として外部へ出力される。
【００１４】
この実施の形態では、発電機や変圧器での漏れ磁束密度を監視して該監視情報を表示する。このため、例えばヒューマンエラー等により電圧・周波数の信号を得るため電圧変成器からの信号が得られない場合でも、監視情報を確認することができ、確実に変圧器の過励磁状態を検出することができる。このため、過熱、過電圧による故障や事故の発生を未然に防止することができる。
【００１５】
実施の形態４．
上記各実施の形態１、２では、発電機や変圧器の漏れ磁束密度を検出して過励磁状態を検出する過励磁保護装置を示したが、この実施の形態では、このような漏れ磁束密度を用いた過励磁検出手段と、従来から用いられている端子電圧Ｖとその周波数Ｆとの比率（Ｖ／Ｆ）を用いた過励磁検出手段との双方を備えて、過励磁状態の検出を二重化して信頼性を高めるようにする。
図９は、発電機端子電圧Ｖとその周波数Ｆとの比率（Ｖ／Ｆ）を用いた発電機の過励磁検出手段および発電機、励磁装置などの周辺回路を示す図である。図に示すように、発電機１の端子電圧は、電圧変成器（ＰＴ）２により検出され、過励磁保護リレー３に入力される。過励磁保護リレー３では、発電機の端子電圧とその周波数の比率（Ｖ／Ｆ）を検出し、このＶ／Ｆ値を予め設定された基準値と比較し、該基準値を超えると過励磁状態と判定してアラーム信号あるいはトリップ信号を出力する。電圧変成器２は、限流ヒューズ５や断路機構６と直列に発電機主回路に接続され、故障電流の遮断や保守点検が行えるようになっている。また、励磁装置７では、電圧変成器２の電圧信号をフィードバック信号に用いて発電機１の界磁巻線８を励磁する。
【００１６】
図９では、便宜上、発電機端子電圧Ｖとその周波数Ｆとの比率（Ｖ／Ｆ）を用いた発電機の過励磁検出手段のみを図示したが、図１あるいは図６で示した漏れ磁束密度を検出して過励磁状態を検出する過励磁検出手段も、併せて備えるようにし、少なくとも何れか一方で過励磁状態が検出されると、発電機が過励磁状態であると認識する。このため、何れか一方の過励磁検出手段に不具合が発生しても、確実で信頼性良く過励磁状態を検出することができる。
【００１７】
なお、変圧器の過励磁保護装置においても、図１０に示すように、変圧器端子電圧Ｖとその周波数Ｆとの比率（Ｖ／Ｆ）を用いた変圧器の過励磁検出手段を有し、変圧器４の端子電圧を、電圧変成器（ＰＴ）２ａにより検出し、過励磁保護リレー３ａにて端子電圧とその周波数の比率（Ｖ／Ｆ）を検出して基準値を超えると過励磁状態と判定してアラーム信号あるいはトリップ信号を出力する。また、図４あるいは図７で示した漏れ磁束密度を検出して過励磁状態を検出する過励磁検出手段も併せて備えるようにし、少なくとも何れか一方で過励磁状態が検出されると変圧器が過励磁状態であると認識する。これにより、上記実施の形態４と同様に、何れか一方の過励磁検出手段に不具合が発生しても、確実で信頼性良く過励磁状態を検出することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る過励磁保護装置は、上記被励磁機器鉄心の漏れ磁束を検出する検出器を上記被励磁機器を収納するフレーム内に備えて、該検出器からの信号により演算される上記被励磁機器鉄心の漏れ磁束密度を監視する過励磁検出手段を有するため、上記被励磁機器の過励磁状態を信頼性良く確実に検出することができる。このため、過熱、過電圧による故障や事故の発生を確実に未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による発電機の過励磁保護装置の概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による磁束密度の特性を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１による発電機の過励磁保護装置の機能ブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２による変圧器の過励磁保護装置の概略構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２による磁束密度の特性を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３による発電機の過励磁監視装置の概略構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３による変圧器の過励磁監視装置の概略構成図である。
【図８】この発明の実施の形態３による過励磁監視装置の機能ブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態４による発電機の過励磁保護装置を説明する図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による変圧器の過励磁保護装置を説明する図である。
【符号の説明】
１  発電機、２，２ａ  電圧変成器、３，３ａ  過励磁保護リレー、
４  変圧器、１１  発電機フレーム、１２  発電機固定子鉄心、
１５  固定子鉄心背部空間、１６，１６ａ  磁束検出器、
１７，１７ａ  保護装置、２１，２１ａ  監視装置。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004350353.tif 000011
【図１０】
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