(57)【要約】【課題】  発電機が接続された電力系統に電圧変動があった場合に、発電機が過励磁とならないように出力電圧を制御するときに発電機の過励磁耐量の範囲内に制御することが自動的に実行できる過励磁保護装置を得る。【解決手段】  発電機１が過励磁とならないように制御する過励磁保護装置を、励磁装置２の自動電圧調整手段の電圧設定器の電圧設定値を発電電圧と周波数のそれぞれの定格値に対する比をＶ及びＦとし、その比のＶ／Ｆ値を発電機４の過励磁耐量の範囲内に納めるように制御し、Ｖ／Ｆ値が発電機１の過励磁耐量の範囲内にならないときには、変圧器４のタップが自動的に変更されて過励磁状態が解消されるように構成した。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、該発電機の出力電圧を昇圧して電力系統へ送出する主変圧器と、上記発電機の出力電圧を検出する電圧変成器と、発電電圧を設定する電圧設定手段を有し、上記電圧変成器が検出した出力電圧値と上記電圧設定手段に設定された設定電圧値とを比較し、その比較結果に基づいて上記発電機の励磁電圧を調整して上記発電機の出力電圧が上記電圧設定値になるように制御する自動電圧調整手段を有する上記発電機の励磁装置とを備えた発電機設備において、上記電圧変成器の検出電圧を入力して上記発電機の出力電圧および出力周波数を検出する電圧・周波数検出部と、上記発電機の定格電圧に対する出力電圧の比をＶ、定格周波数に対する上記出力電圧の周波数の比をＦとした場合のＶ／Ｆ値を演算するＶ／Ｆ値演算部と、上記発電機の過励磁耐量曲線を記憶し、演算された上記Ｖ／Ｆ値が上記発電機の過励磁耐量の範囲を越えない場合は範囲内と判定し、発電機の過励磁耐量の範囲を越えた場合に範囲外と判定する制御判定部と、上記Ｖ／Ｆ値を上記発電機の過励磁耐量の範囲内に抑えるように上記励磁装置の励磁電圧指令値を演算する励磁電圧指令値演算部と、演算された上記励磁電圧指令値に基づき励磁電圧制御信号を出力する励磁電圧制御信号出力部と、上記主変圧器のタップ位置を演算する主変圧器タップ位置演算部と、上記主変圧器のタップ位置信号を出力するタップ位置信号出力部とを備え、上記制御判定部の判定結果が範囲外となったときに、上記発電機の過励磁耐量の範囲内になるように上記発電機の励磁電圧を制御し、上記励磁装置の制御を行っても、上記Ｖ／Ｆ値が上記発電機の過励磁耐量の範囲内に納まらないときには、上記主変圧器の電圧を上記発電機の過励磁耐量の範囲内になる電圧となるように、上記主変圧器タップ位置演算部により主変圧器のタップ位置を演算し、演算されたタップ位置をタップ位置信号出力部より上記主変圧器に出力し、タップ位置信号に応じてタップを切り替えて上記主変圧器の出力電圧を変更し、上記発電機を過励磁耐量の範囲内に納める制御を行って上記発電機を過励磁から保護することを特徴とする過励磁保護装置。
【請求項２】
上記制御判定部には、上記発電機の過励磁耐量曲線及び上記主変圧器の過励磁耐量曲線を記憶し、上記制御判定部は上記Ｖ／Ｆ値演算部で演算されたＶ／Ｆ値が上記発電機の過励磁耐量の範囲内であり、かつ、上記主変圧器の過励磁耐量の範囲内のときに範囲内と判定し、上記Ｖ／Ｆ値が上記発電機及び主変圧器の少なくとも一方の過励磁耐量を越えたときには範囲外と判定し、判定結果が範囲外のときには、上記発電機及び上記主変圧器の双方の過励磁耐量の範囲内になるように上記発電機の励磁電圧を制御し、上記Ｖ／Ｆ値が発電機及び主変圧器の双方の過励磁耐量の範囲内に納まらない場合には、上記主変圧器タップ位置演算部により上記主変圧器のタップ位置を演算し、演算されたタップ位置信号をタップ位置信号出力部より出力し、タップ位置信号に応じてタップを切り換えて上記主変圧器の出力電圧を変更し、上記発電機及び主変圧器の双方の過励磁耐量の範囲内に納まるように制御す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】
請求項１記載の過励磁保護装置において、上記発電機の過励磁耐量の範囲内に制御できないときに、過励磁警報及び上記発電機の出力回路の発電機遮断器と上記励磁装置の出力回路の励磁遮断器をトリップさせるトリップ指令信号を出力するトリップ指令信号出力部を備え、上記主変圧器のタップ位置を切り替えて主変圧器出力電圧の変更を行っても、上記発電機の過励磁耐量の範囲内に納めることができない場合に、上記トリップ指令信号出力部より、上記過励磁警報及びトリップ指令信号を出力することを特徴とする過励磁保護装置。
【請求項４】
請求項２記載の過励磁保護装置において、上記発電機及び主変圧器の双方の過励磁耐量の範囲内に制御できないときに、過励磁警報及び上記発電機の出力回路の発電機遮断器と上記励磁装置の出力回路の励磁遮断器をトリップさせるトリップ指令信号を出力するトリップ指令信号出力部を備え、上記主変圧器のタップ位置を切り替えて主変圧器出力電圧の変更を行っても、発電機及び主変圧器の双方の過励磁耐量の範囲内に納めることができない場合に、上記トリップ指令信号出力部より、上記過励磁警報及びトリップ指令信号を出力することを特徴とする過励磁保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力系統に接続された発電機および変圧器の過励磁による焼損を防止する発電機の過励磁保護装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電機および発電機の出力電圧を昇圧して電力系統に接続された変圧器とで構成された発電設備においては、発電電圧を一定とするように制御されているが、発電機は、定格電圧に対する発電電圧の比をＶ、定格周波数に対する発電電圧の周波数の比をＦとした場合のＶ／Ｆに対して過励磁耐量を有しており、その過励磁耐量曲線を越えて運転されると発電機が過励磁となって焼損することになる。
発電機が周波数の安定している電力系統へ接続されている場合には過励磁状態となる問題は発生しないが、電力系統から切り離された解列時や、発電機の起動時に周波数が低下した場合に過励磁耐量を超えて界磁コイルが焼損する問題がある。したがって、発電設備においては、発電機や変圧器が過励磁にならないように運転制御される。
【０００３】
発電機の過励磁を防止する過励磁保護装置としては、例えば特許文献１に発電機制御装置として開示されている。
この特許文献１の実施例１の発電機制御装置では、特許文献１の図１に示されているように、発電機と、発電機の出力電圧を昇圧して電力系統へ送出する変圧器と、発電機の出力電圧を検出する電圧検出手段と、発電機の出力電圧と電圧設定手段に設定された設定電圧値との比較結果に基き発電機の励磁電圧を調整して発電機の出力電圧が電圧設定値になるように制御する自動電圧調整手段とを備えた発電機制御装置において、発電機の出力周波数を検出する周波数検出手段を設け、電圧検出手段からの発電機出力電圧と周波数検出手段からの発電機出力周波数との比較結果から発電機が過励磁にならないように電圧設定手段の電圧設定値を制御する。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１２１５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように構成された発電機制御装置は、発電機が過励磁状態になった場合に、自動電圧調整手段の電圧設定値の調整により、発電機のＶ／Ｆ値を過励磁耐量の範囲内に制御する機能を有しているが、系統電圧の変動による発電機電圧の変動に対する制御には限界があり、この場合の系統側へ無効電力をキープする必要があるケースでは、系統電圧の変動量にしたがって、系統電圧の変動分を補正するために発電機に連係する主変圧器のタップを手動にて切り替える必要があった。
【０００６】
この発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、発電機が過励磁とならないように、自動電圧調整手段の電圧設定器の電圧設定値をＶ／Ｆ値に応じて変更し、Ｖ／Ｆ値を過励磁耐量の範囲内に収めるように制御することとし、それでもＶ／Ｆ値が過励磁耐量の範囲内にならないときには、変圧器のタップが自動的に変更されて過励磁状態が解消される過励磁保護装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る過励磁保護装置は、発電機と主変圧器が接続された出力回路に電圧変成器が設けられ、発電機の励磁装置は、発電機の出力電圧が電圧設定値になるように励磁電圧を制御する自動電圧調整手段を有する励磁装置を備えた発電機設備において、電圧変成器の検出電圧を入力して上記発電機の出力電圧および出力周波数を検出する電圧・周波数検出部と、発電機の定格電圧に対する出力電圧の比をＶ、定格周波数に対する上記出力電圧の周波数の比をＦとした場合のＶ／Ｆ値を演算するＶ／Ｆ値演算部と、発電機の過励磁耐量曲線を記憶し、演算されたＶ／Ｆ値が発電機の過励磁耐量の範囲を越えない場合は範囲内と判定し、発電機の過励磁耐量の範囲を越えた場合に範囲外と判定する制御判定部と、Ｖ／Ｆ値を発電機の過励磁耐量の範囲内に抑えるように励磁装置の励磁電圧指令値を演算する励磁電圧指令値演算部と、演算された励磁電圧指令値に基づき励磁電圧制御信号を出力する励磁電圧制御信号出力部と、主変圧器のタップ位置を演算する主変圧器タップ位置演算部と、主変圧器のタップ位置信号を出力する主変圧器タップ位置信号出力部とを備え、制御判定部の判定結果が範囲外のときに、発電機の過励磁耐量の範囲内になるように発電機の励磁電圧を制御し、励磁装置の制御を行っても、Ｖ／Ｆ値が発電機の過励磁耐量の範囲内に納まらないときには、主変圧器の電圧を発電機の励磁耐量の範囲内となる電圧に対応して、主変圧器タップ位置指令値演算部により主変圧器のタップ位置を演算し、演算されたタップ位置をタップ位置信号としてタップ位置信号出力部より出力し、このタップ位置信号に対応するタップ位置に切り換えて上記主変圧器の出力電圧を変更し、上記発電機を過励磁耐量の範囲内に納まるように制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
発電機の励磁装置の制御を、発電機の出力電圧及び出力周波数を検出してＶ／Ｆ値を演算し、Ｖ／Ｆ値に基づいて励磁電圧を制御する構成とし、出力電圧のＶ／Ｆ値が過励磁耐量の範囲内に納まるように制御し、Ｖ／Ｆ値が過励磁耐量の範囲内にならないときに、変圧器のタップが自動的に変更されて過励磁状態が解消される構成としたことによって、Ｖ／Ｆ値が自動的に発電機の過励磁耐量の範囲内に納められ、Ｖ／Ｆ値が過励磁耐量の範囲内にならないときには、変圧器のタップ位置が自動的に変更されて過励磁状態が解消される過励磁保護装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
発電機は周波数が安定している電力系統へ接続されている場合には問題は発生しないが、系統から切り離された解列時や、発電機の起動時に周波数が低下した場合に過励磁状態が発生して過励磁耐量を越える問題がある。したがって、発電設備においては、発電機や変圧器が過励磁状態にならないように運転制御される。
発電機は、定格電圧に対する発電電圧の比をＶ、定格周波数に対する発電電圧の周波数の比をＦとした場合のＶ／Ｆ値に対して過励磁耐量を有しており、その過励磁耐量曲線は図１のようになっている。この過励磁耐量曲線は発電機固有の特性であり、過励磁耐量曲線の下部が過励磁耐量の範囲であり、Ｖ／Ｆ値が過励磁耐量曲線の上部に位置する状態で運転されると、界磁コイルが焼損することになる。
変圧器においても、無効電力が大きくなると過励磁状態となって発電機と同様に焼損することがある。変圧器の過励磁耐量曲線は図２のようになっている。
【００１０】
実施の形態１は、発電機が過励磁状態になったときに自動的に過励磁耐量曲線の範囲に納まるように制御して発電機を過励磁から保護する過励磁保護装置の構成である。
図３は実施の形態１の過励磁保護装置の構成を示したブロック図である。図３の構成は、発電機１が発電機遮断器３を介し、発電電圧を昇圧して電力系統に接続される主変圧器４に接続され、発電機１には励磁回路遮断器２ａを介して励磁装置２が接続され、発電機１の出力回路には発電電圧を検出する電圧変成器５が接続されている。
励磁装置２は、電圧設定手段に設定された設定電圧値になるように制御する自動電圧調整手段を有し、出力電圧値と電圧設定手段に設定された設定電圧値とを比較し、その比較結果に基づいて上記発電機の励磁電圧を調整して上記発電機の出力電圧が上記電圧設定値になるように制御される。
【００１１】
過励磁保護装置１０は、電圧変成器５の検出電圧を入力して発電電圧及び発電周波数を検出する電圧・周波数検出部１１と、発電機１の定格電圧に対する出力電圧の比をＶ、定格周波数に対する出力電圧の周波数の比をＦとした場合のＶ／Ｆ値を演算するＶ／Ｆ値演算部１２と、図１に示す発電機１の過励磁耐量曲線を記憶し、演算されたＶ／Ｆ値が発電機１の過励磁耐量の範囲を越えない場合は範囲内と判定し、発電機１の過励磁耐量を越える場合は範囲外と判定する制御判定部１３と、Ｖ／Ｆ値を発電機１の過励磁耐量の範囲内に抑えるように励磁装置２の励磁電圧指令値を演算する励磁電圧指令値演算部１４と、演算された励磁電圧指令値に基づき励磁電圧制御信号を出力する励磁電圧制御信号出力部１５と、主変圧器４のタップ位置を演算する主変圧器タップ位置演算部１６と、主変圧器４のタップ位置のタップ位置信号を出力する主変圧器のタップ位置信号出力部１７とを備えた構成である。
【００１２】
図３の構成において、電圧・周波数検出部１１において出力電圧及び周波数を検出し、この検出結果により、Ｖ／Ｆ値演算部１２でＶ／Ｆ値を演算し、演算したＶ／Ｆ値を制御判定部１３に入力し、制御判定部１３では、Ｖ／Ｆ値が記憶された発電機の過励磁耐量曲線の範囲内であれば範囲内と判定し、過励磁耐量曲線の範囲を超えている場合に範囲外と判定し、判定結果を励磁電圧指令値演算部１４に入力する。励磁電圧指令値演算部１４では、判定結果が範囲外のときに、Ｖ／Ｆ値が過励磁耐量曲線の範囲内になるように励磁電圧指令値を演算し、励磁電圧制御信号出力部１５に入力する。励磁電圧制御信号出力部１５は、励磁電圧指令値に基づいて励磁装置２の電圧設定器に対して励磁電圧の電圧増または電圧減の制御信号を出力する。
【００１３】
発電機１の運転状態を発電機１の過励磁耐量の範囲内に追い込む制御を実行したにも拘わらず、過励磁状態が解消されず、Ｖ／Ｆ値が発電機の過励磁耐量の範囲内に納まらない場合には、主変圧器タップ位置演算部１６により、主変圧器４のタップ位置を演算し、タップ位置をタップ位置信号出力部１７に出力し、タップ位置信号出力部１７においてタップ位置信号にして主変圧器４に対して出力し、主変圧器４のタップ位置を切り換えて出力電圧を変更する制御を行い、発電機１が過励磁耐量曲線の範囲内の運転状態となるように制御する。
【００１４】
図３の過励磁保護装置１０により発電機１及び主変圧器４の運転制御すると、系統電圧の変動に伴い、発電機１が過励磁状態になっても、Ｖ／Ｆ値が自動的に過励磁耐量曲線の範囲内に納められ、励磁電圧の増減で制御できない場合にも、主変圧器４のタップ位置変更も自動的に行えるようになり、発電機１は過励磁状態を回避した運転が継続できる。
【００１５】
実施の形態２．
実施の形態１の過励磁保護装置では、発電機を対象とした過励磁保護装置であったが、主変圧器においても過励磁状態が問題になることがある。実施の形態２は発電機１とともに主変圧器４についても過励磁状態が回避できる保護装置の構成である。
実施の形態２では、図３の構成の制御判定部１３に、図１の発電機１の過励磁耐量曲線と図２の主変圧器４の過励磁耐量曲線の双方を記憶し、入力されたＶ／Ｆ値が発電機１の過励磁耐量の範囲内であり、かつ、主変圧器４の過励磁耐量の範囲内のときに範囲内と判定し、それ以外のときには範囲外と判定し、判定結果が範囲外のときには、発電機１及び主変圧器４の双方の過励磁耐量の範囲内になるように発電機１の励磁電圧を制御し、励磁装置２の制御を行っても、Ｖ／Ｆ値が発電機１及び主変圧器４の双方の過励磁耐量の範囲内に納まらない場合には、タップ位置演算部１６により主変圧器４のタップ位置を演算し、演算されたタップ位置信号をタップ位置信号出力部１７より出力し、主変圧器４のタップを切り換えて主変圧器４の出力電圧を変更し、上記発電機１及び主変圧器４がそれぞれの過励磁耐量の範囲内に納まるように制御する。
【００１６】
この実施の形態２では、発電機１及び主変圧器４の双方の過励磁耐量曲線の範囲内に納めるように制御する構成としたので、発電機１及び主変圧器４のいずれかが過励磁状態になっても、Ｖ／Ｆ値が自動的に発電機１及び主変圧器４の双方の過励磁耐量曲線の範囲内に納められ、励磁電圧の増減で制御できない場合の主変圧器４のタップ位置変更も自動的に行われ、発電機１と主変圧器４の双方を過励磁状態から保護する過励磁保護装置が構成できる。
【００１７】
実施の形態３．
実施の形態１及び実施の形態２では、発電機１、又は発電機１と主変圧器４の双方が過励磁耐量の範囲内に制御する構成であり、Ｖ／Ｆ値からの制御で、過励磁耐量の範囲内に納めることができなかったときに対応ができなかったが、この実施の形態３は、過励磁耐量の範囲内に納めることができなかったときの対応策に発電機回路をトリップする機能を備えた構成としたものである。
【００１８】
実施の形態３の過励磁保護装置の構成を示すブロック図を図４に示す。
図４の構成は、図３の構成の制御判定部１３の後段に、発電機１の出力電圧のＶ／Ｆ値が発電機１の過励磁耐量の範囲内に制御できないときに、過励磁警報及び上記発電機の出力回路の発電機遮断器３及び上記発電機励磁回路を遮断する励磁回路遮断器２ａのトリップ指令信号を出力するトリップ指令信号出力部１８を付加した構成である。その他の発電機１、励磁装置２、発電機遮断器３、主変圧器４、電圧変成器５、電圧・周波数検出部１１、Ｖ／Ｆ演算部１２、制御判定部１３、励磁電圧指令値演算部１４、励磁電圧制御信号出力部１５、主変圧器タップ位置演算部１６、タップ位置信号出力部１７は図１の同一である。
【００１９】
この構成では、発電機１の出力電圧のＶ／Ｆ値が発電機１の過励磁耐量の範囲を越えたときには、実施の形態１と同様に、Ｖ／Ｆ値を発電機１の過励磁耐量の範囲内に納める制御を行い、主変圧器４のタップ位置を切り替えて主変圧器４の出力電圧の変更を行っても、発電機１の過励磁耐量の範囲内に納めることができない場合に、制御判定部１３はトリップ指令信号出力部１８に対してトリップ指令を出力し、トリップ指令信号出力部１８は、発電機遮断器３および励磁回路遮断器２ａに対してトリップ指令信号を出力し、発電機１を停止するように制御するものである。
【００２０】
このように発電機１の出力電圧のＶ／Ｆ値が発電機１の過励磁耐量の範囲内にする制御ができない場合に発電機１を停止する制御が行われることによって発電機１が過励磁状態から保護される。
【００２１】
実施の形態４．
実施の形態３では、発電機１のみを対象として、過励磁状態から保護する制御を行っても、Ｖ／Ｆ値を過励磁耐量の範囲内に制御できない場合には発電機１を停止する構成であったが、実施の形態４は、図４の構成の発電機１及び主変圧器４の双方を過励磁耐量の範囲内に制御する場合に、Ｖ／Ｆ値を発電機１及び主変圧器４の双方の過励磁耐量の範囲内に納める制御を行い、主変圧器４のタップ位置を切り替えて主変圧器４の出力電圧の変更を行っても、過励磁耐量の範囲内に納めることができない場合に、発電機１を停止するように制御するものである。
【００２２】
この構成では、制御判定部１３には、実施の形態２と同様に、図１の発電機１の過励磁耐量曲線と図２の主変圧器４の過励磁耐量曲線の双方を記憶し、入力されたＶ／Ｆ値が発電機１及び主変圧器４の双方の過励磁耐量の範囲内となるように制御し、Ｖ／Ｆ値を発電機１及び主変圧器４の双方の過励磁耐量の範囲内に納める制御を行い、主変圧器４のタップ位置を切り替えて主変圧器４の出力電圧の変更を行っても、過励磁耐量の範囲内に納めることができない場合に、制御判定部１３はトリップ信号出力部１８に対してトリップ指令を出力し、トリップ信号出力部１８は、発電機遮断器３および励磁遮断器２ａに対してトリップ信号を出力し、発電機１を停止するように制御する。
【００２３】
このように発電機１の出力電圧のＶ／Ｆ値が発電機１および主変圧器４の双方の過励磁耐量の範囲内に納める制御が行われない場合に発電機１を停止する制御が行われることによって発電機１が過励磁状態から保護される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】発電機の過励磁耐量の範囲を示す図である。
【図２】主変圧器の過励磁耐量の範囲を示す図である。
【図３】実施の形態１の過励磁保護装置の構成を示したブロック図である。
【図４】実施の形態３の過励磁保護装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  発電機、２  励磁装置、３  発電機遮断器、４  主変圧器、５  電圧変成器、
１１  電圧周波数検出部、１２  Ｖ／Ｆ値演算部、１３  制御判定部、
１４  励磁電圧指令値演算部、１５  励磁電圧指令値出力部、
１６  主変圧器タップ位置演算部、１７  タップ位置信号出力部、
１８  トリップ信号出力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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