(57)【要約】【課題】地絡抵抗の検出／計算を行う方法と装置を提供する。【解決手段】本発明の界磁検漏器（１００、２００、５００）によって、界磁回路や、界磁に容量接続される、それに関連する回路で生じる地絡が検出される。界磁検漏器によって、接地抵抗が識別され、それを監視することによって、接地抵抗の段階的な低下が検出される。界磁検漏器は、地絡抵抗と地絡箇所を推定する。界磁検漏器は、システムの動作時や動作停止時に、地絡箇所を推定することができる。本発明では、低周波方形波発振器（１０４）を使って、界磁が非アクティブである場合での地絡抵抗の測定を可能にし、界磁がアクティブ時でのブラインドスポットを確実に無くし、地絡抵抗値を推定する方法が提供される。界磁検漏器は、サイリスタブリッジのＡＣ側とＤＣ側で発生した地絡を区別することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁接地の検出システムであって、
センス抵抗器（１０６）と、
減衰器ネットワーク（１０８、１１０）と、
基準信号を電気的マシンの界磁リード（１１６）に提供する基準信号源（１０４）であって、前記基準信号は、前記センス抵抗器と減衰器ネットワークに動作上接続され、前記減衰器ネットワークは、界磁リードに結合されて、グランドに対してプラスとマイナスの前記基準信号を界磁の中心にバイアスする信号が生じる、当該基準信号源と、
前記センス抵抗器の差電圧を測定するように構成された電圧制御発振器（ＶＣＯ）（１０２）と、
測定データの収集を調整し、前記測定データから地絡抵抗と地絡箇所を推定するように構成された制御ロジック（５００）を備えるシステム。
【請求項２】
前記制御ロジックには、前記システムに測定を指示する測定コマンドを送るための第１の通信チャネルと、前記システムによって測定された値を読み取るための第２の通信チャネルが含まれる、請求項１のシステム。
【請求項３】
前記制御ロジックは、前記基準信号の連続する２つの半周期で測定することによって、前記地絡抵抗を推定するように構成される、請求項１のシステム。
【請求項４】
前記制御ロジックは、
【数１】
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を用いて前記地絡抵抗（Ｒｘ）を推定するように構成され、
ここで、Ｒは、前記基準信号とジェネレータの前記界磁リードの中間に接続される減衰器ネットワークを示し、Ｒｂはブリーダ抵抗器の抵抗を示し、Ｖｓ１とＶｓ２は前記基準信号が正と負の前記半周期にある期間のセンス抵抗器Ｒｓの両端間の電圧をそれぞれ示し、ＶｏｓｃｐとＶｏｓｃｎは前記正と負の半周期での前記基準信号の電圧をそれぞれ示し、ＶｆｇｎとＶｆｇｐは前記基準信号が前記正と負の半周期にある期間の界磁電圧をそれぞれ示す、請求項１のシステム。
【請求項５】
前記制御ロジックは、前記式の少なくとも１つを用いて前記地絡箇所を推定するように構成され、
【数２】
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Ｒは、前記基準信号とジェネレータの前記界磁リードの中間に接続される減衰器ネットワークを示し、Ｒｂは、ブリーダ抵抗器の抵抗値を示し、Ｖｓ１とＶｓ２は、前記基準信号が正と負の半周期にある期間のセンス抵抗器Ｒｓの電圧をそれぞれ示し、ＶｏｓｃｐとＶｏｓｃｎは、前記正と負の半周期の前記基準信号の電圧をそれぞれ示し、ＶｆｇｎとＶｆｇｐは、前記基準信号が正と負の半周期にある期間の界磁電圧をそれぞれ示す、請求項１のシステム。
【請求項６】
前記制御ロジックは、前記センス抵抗器の基本周波数の電圧を測定することによって、ＡＣ地絡を検出するように構成される、請求項１のシステム。
【請求項７】
前記制御ロジックは、地絡抵抗が１５００オーム未満である場合に、前記地絡がＡＣ側にあると特定するように構成される、請求項６のシステム。
【請求項８】
前記制御ロジックは、次の発振器レベルに遷移するコマンドが出されてから所定の期間後に、測定するように構成される、請求項６のシステム。
【請求項９】
前記システムには、冗長な低周波発振器（１０４）と、電圧制御発振器（１０２）のうちの少なくとも１つが含まれる、請求項１のシステム。
【請求項１０】
前記制御ロジックは、正常動作周波数より高い周波数に設定された発振器を用いて、前記センス抵抗器の差電圧を自動測定する診断ロジック（５００）をさらに含む、請求項１のシステム。
【請求項１１】
前記基準信号源は低周波発振器であり、前記基準信号は方形波である、請求項１のシステム。
【請求項１２】
前記電気的マシンはジェネレータである、請求項１のシステム。
【請求項１３】
前記ジェネレータには、励磁システムとレギュレータのうちの少なくとも１つが含まれる、請求項１のシステム。
【請求項１４】
前記制御ロジックは、ＡＣとＤＣの界磁地絡を区別するように構成される、請求項１のシステム。
【請求項１５】
電気的マシンを動作させる制御システムでの界磁地絡を検出して測定する方法であって、
センス抵抗器の抵抗を検知する工程と、
前記センス抵抗器と減衰器ネットワークを介して基準信号をジェネレータの界磁リードに加える工程であって、前記減衰器ネットワークは、両方の界磁リードに接続されるので、グランドに対してプラスとマイナスの前記基準信号の範囲内で界磁の中心にバイアスをかける信号が生じる、当該工程と、
前記センス抵抗器の差電圧を測定する工程と、
収集された測定データを分析する工程と、
地絡を検出し、前記測定データから地絡抵抗と地絡箇所を推定する工程を備える方法。
【請求項１６】
前記システムに地絡検出の測定をさせて、その測定値を読み取らせることを指示する測定コマンドを生成して送る工程をさらに備える、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記基準信号の連続する２つの半周期で測定し、その半周期の測定値から地絡抵抗を推定する工程をさらに備える、請求項１５の方法。
【請求項１８】
【数３】
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を用いて前記地絡抵抗（Ｒｘ）を推定する工程をさらに備え、Ｒは、前記基準信号とジェネレータの前記界磁リードの中間に接続される減衰器ネットワークを示し、Ｒｂは、ブリーダ抵抗器の抵抗を示し、Ｖｓ１とＶｓ２は、前記基準信号が正と負の半周期にある期間のセンス抵抗器Ｒｓの電圧をそれぞれ示し、ＶｏｓｃｐとＶｏｓｃｎは、前記正と負の半周期での前記基準信号の電圧をそれぞれ示し、ＶｆｇｎとＶｆｇｐは、前記基準信号が前記正と負の半周期にある期間の界磁電圧をそれぞれ示す、請求項１５の方法。
【請求項１９】
前記地絡箇所を推定する工程には、
【数４】
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の少なくとも１つを使用することが含まれ、Ｒは、前記基準信号とジェネレータの前記界磁リードの中間に接続される減衰器ネットワークを示し、Ｒｂは、ブリーダ抵抗器の抵抗を示し、Ｖｓ１とＶｓ２は、前記基準信号が正と負の半周期にある期間のセンス抵抗器Ｒｓの電圧をそれぞれ示し、ＶｏｓｃｐとＶｏｓｃｎは、前記正と負の半周期での前記基準信号の電圧をそれぞれ示し、ＶｆｇｎとＶｆｇｐは、前記基準信号が前記正と負の半周期にある期間の界磁電圧をそれぞれ示す、請求項１５の方法。
【請求項２０】
前記センス抵抗器の基本周波数の電圧を測定することによって、ＡＣ地絡を検出する工程をさらに備える、請求項１５の方法。
【請求項２１】
ＡＣ漏電は、前記地絡抵抗が約１５００オーム未満である場合に検出される、請求項２０の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に地絡抵抗の検出と計算を行う装置とその方法に関する。より詳細な実施形態では、本発明は地絡箇所の推定を含み地絡抵抗を計算する装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本特許文書の開示の一部には、著作権保護がなされたデータが含まれている。著作権保有者は、特許庁の特許ファイルまたはレコードで開示されており、全ての著作権がいずれにせよ確保されているので、この特許文書または特許開示に関わる者による複写再生に異を唱えるものではない。
【０００３】
産業界では、ジェネレータの界磁を接地から分離することが一般的に実践されている。また、これらのアプリケーションに提供される励磁システムも接地から分離されており、また、接地の存在を検出してアラームを発生させたりジェネレータを停止させるための界磁検漏器を伝統的に備えている。即ち、ほとんどの励磁器のアプリケーションで界磁検漏器を使用することは標準になっている。界磁内、もしくは、付随する励磁装置内に１箇所の接地があっても問題はないが、２箇所の接地があると、大電流が流れて装置が損傷する可能性がある。本発明に関するアプリケーションの例には、ジェネレータのアプリケーションでの励磁システムやレギュレータシステムがある。
【０００４】
以前は検漏器によって漏れ電流が測定され、例えば、界磁回路のどこかで発生する接地を確実に検出して「ブラインドスポット」を確実に無くすような措置がとられてきた。さらに、これらのデバイスは、界磁がアクティブでない時でも働く必要がある。これらの特徴から、デバイスには、一つの界磁リードから接地に対して連続電圧が印加される。これにより、接地上に界磁構造が構成されるという負の結果が得られ、印加された界磁電圧の関数として感度が変化するようになる。
【０００５】
その他のアプリケーションでは、１本の界磁リードに印加される、接地に対する連続電圧を置き換えるために低周波発振器が利用されてきた。発振器では、接地の上下の小電圧によって界磁の中心を変調する。この解決法によって、接地上で１本の界磁リードの電圧が上昇しないようになる。しかしながら、この解決法には欠点がある。この解決法によれば、例えば、印加される界磁電圧の関数として機器の感度が変動しないようになる。さらに、現行の実施形態では、特定の地絡が在ると、正常動作ができなくなる。
【０００６】
さらに、界磁検漏器が高コモンモード電圧やサイリスタブリッジに関連するスイッチング電圧が在っても正常に動作することが望ましい。現行の実施形態では、特定の地絡が在ると感度が変動して、正常に動作しなくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、地絡箇所を推定することを含み地絡抵抗を計算する有効な装置と方法が求められている。さらに、接地の分離性の悪化を検出するために、接地抵抗を監視する必要もある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願に記載の解決法は、上述のニーズと、さらに別のニーズを満たすものである。
【０００９】
本願に記載の解決法の目的の一例は、界磁回路と、界磁に対してガルバニックに接続される励磁回路のどこかで発生した地絡を検出することである。本解決法の目的の一例は、接地抵抗を求め、それを監視することによって、接地抵抗が徐々に低下すること検出可能にすることである。その他の目的の一例は、励磁システムの動作時に、地絡箇所の推定を可能にすることである。
【００１０】
本発明の界磁検漏器の構成には、地絡の実抵抗を推定する機能と、地絡箇所を推定する機能がある。また、本発明は、高コモンモード電圧と、高速スイッチング事象と、各界磁リードから接地までの間に大容量コンデンサが在る場合に働く。本発明の一方法によれば、低周波方形波発振器を使って、界磁電圧が印加されない時での地絡抵抗の測定を可能にして、界磁がアクティブにされた際にブラインドスポットが無いことを確実にし、地絡抵抗を推定する方法が提供される。
【００１１】
界磁検漏器は、界磁回路と、励磁システムに付随するパワーコンポーネントでの漏電を検出することが基本的に可能である。サイリスタブリッジのＡＣ側で生じた地絡は、漏電抵抗値が１５００オーム未満の場合にＡＣ地絡として特定可能である。この値より大きな漏電抵抗も正確に求めることができるが、その漏電がブリッジのＡＣ側にあると識別することはできない。また、界磁検漏器は、信頼性を高める冗長な技術を用いており、地絡抵抗の計算精度を上げる手段として低周波発振器の電圧を測定するための対策がとられている。
【００１２】
一方法では、低周波発振器の電圧は、電圧レベルの各遷移域で測定されるので、ほとんどの検漏器が半周期毎にテストされることになり、診断が向上する。また、テスト時に低周波発振器をより一層の高周波数で強制的に動作させ、その結果生じる信号の符号を測定する「テスト」機能も提供される。これによって、検漏器の完全な機能テストが実施され、地絡が既に存在する場合でさえ正常に働くようになる。
【００１３】
上述したように、接地の上下の小電圧によって界磁中心を基本的に変調する低周波発振器による解決法では、印加された界磁電圧に応じた感度の変動は無くならない。本発明の一態様によれば、低周波発振器を利用することによって、界磁リードのうちの一方に接地の上か下のバイアスがかかることを回避すると共に、界磁電圧に応じた界磁検漏器の感度変動をなくすことができる。
【００１４】
通常、ＡＣ電圧の急速な変化がシャフトに与えられることを避けるために、シャフト電圧抑制器として周知であるフィルタ回路が、スタティック励磁システムにはさらに必要である。伝統的に、これらのフィルタは、各界磁リードから接地までの間にＲＣ回路として実現されており、界磁検漏器は、これらのデバイスと共に適所で正常に動作する必要がある。本発明の界磁検漏器では、ブリッジ構成のＡＣ側の漏電抵抗に対するシャフト電圧抑制器の応答を利用して、漏電がブリッジのＡＣ側にあることを特定する。さらに、この発明の一態様では、冗長な励磁システムを使用した際に、界磁検漏器の信頼性を向上させるために冗長な技術を使った方法を提供する。
【００１５】
要約すると、本発明の一つの目的は、界磁回路や界磁に容量接続された励磁回路のどこかで生じる地絡を検出することである。別の目的は、接地抵抗を求めて、接地抵抗が徐々に劣化することを効率的に監視して、接地抵抗を同定することである。その他の目的は、励磁システムの動作時に地絡箇所を推定することである。検漏器では、信頼性を高めるために冗長の概念を利用することが可能である。その他の目的は、本発明の界磁検漏器の動作と有効性を制御、監視、維持するために診断を行うことである。
【００１６】
本発明の一実施形態では、界磁接地を検出するシステムが提供される。そのシステムには、センス抵抗器と、減衰器ネットワークと、基準信号源と、電圧制御発振器と、制御ロジックが備えられている。基準信号源から基準信号がジェネレータの界磁リードに提供される。基準信号は、センス抵抗器と減衰器ネットワークに動作上与えられる。尚、減衰器ネットワークは、両方の界磁リードに接続されているため、接地に対してプラスとマイナスの基準信号で界磁中心にバイアスをかける信号が生じる。電圧制御発振器（ＶＣＯ）によって、センス抵抗器の差電圧が測定される。そして、制御ロジックによって、測定データの収集が調整され、測定データから地絡抵抗の推定値と地絡箇所が求められる。
【００１７】
本発明のその他の実施形態では、電気的マシンを操作する制御システムで使用される方法が提供される。本方法には、界磁地絡を検出して測定することが含まれており、さらに、センス抵抗器の抵抗値を検知することと、両方の界磁リードに接続されて、接地に対してプラスとマイナスの基準信号の範囲内で界磁の中心にバイアスをかける信号が生成され、減衰器ネットワークとセンス抵抗器を介して、基準信号をジェネレータの界磁リードに加えることと、センス抵抗器の差電圧を測定することと、収集された測定データを分析することと、測定データから地絡を検出して地絡抵抗と地絡箇所を推定することが含まれる。
【００１８】
本発明のその他の特徴と目的と利点は、以下で特定する図面を参照しながら次の説明を読めば明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の界磁検漏器の方法と装置は、本願では、蒸気やガスや水力による発電のために使われるジェネレータを動作させる励磁制御システムで使用されるものとして説明される。制御システム全体の一例については以下で議論され、図１２の模式図に示されている。本システムは、その全体もしくは一部分をデジタル化することが可能であって、多くの構成のうちのどれでも実現可能である。本システムは、例えば、イーサネット（商標）やインターネットやＬＡＮやＷＡＮなどの公知のネットワークを介したり、有線やワイヤレス方式でアクセス／制御するために通信上接続可能である。本願に記載されている特定の構成や方式は一例であって、本発明の界磁検漏器は、多種多様な構成やアプリケーションで使用するために多くの様々な方法で実現可能であることを理解されたい。さらに、技術は進化し続けているので、そのような技術の進展と共に本発明を利用できることを理解されたい。
【００２０】
概説と序論としては、本願に記載の本発明によって提供される解決法は、地絡の実抵抗値と地絡箇所の推定を可能にするものである。特に、界磁検漏器は、界磁回路内と、励磁システムに関するパワーコンポーネント内の漏電を検出することができる。例えば、サイリスタブリッジのＡＣ側で発生した地絡は、漏電抵抗値が１５００オーム未満の場合にＡＣ地絡として特定される。この値より大きな漏電抵抗値も正確に求めることができるが、一実施形態の装置は、漏電がブリッジのＡＣ側にあると特定することはできない。また、本解決法は、高コモンモード電圧と、急速なスイッチング事象と、各界磁リードからグランドまでの間に大容量コンデンサが在る場合に機能する。
【００２１】
一方法によれば、上記の特徴を提供するために、低周波方形波発振器が利用される。この発振器を使用することにより、界磁電圧の印加停止時にも地絡抵抗の測定が可能になる。これにより、界磁がアクティブの場合に、ブラインドスポットが確実になくなる。また、検漏器は、地絡抵抗値の計算精度を向上させる手段として、低周波発振器電圧を測定するように準備されている。さらに、低周波発振器電圧は、電圧レベルの各遷移時に測定される。従って、大部分の検漏器は半周期毎にテストされるので、診断が向上する。さらに、低周波発振器を使用すると、接地の上下で界磁リードのうちの一方へバイアスをかけることが回避されると共に、界磁電圧に応じた界磁検漏器の感度変動がなくなる。
【００２２】
別の特徴によれば、ＡＣ電圧の急速な変化がシャフトに与えられることを避けるために、シャフト電圧抑制器として周知のフィルタ回路が、スタティック励磁システムに必要である。伝統的に、これらのフィルタは、各界磁リードとグランドを接続するためのＲＣ回路として実現されており、界磁検漏器は、これらのデバイスと共に適所で正常に動作する必要があった。本願に記載の解決法では、ブリッジ構成のＡＣ側の漏電抵抗に対するシャフト電圧抑制器の応答を利用して、漏電がブリッジのＡＣ側にあることを特定する。
【００２３】
さらに、検漏器には、装置の信頼性を向上させるために、冗長性を利用する方策が採られている。また、テスト時には、低周波発振器を強制的により一層高い周波数で動作させることによって生じる信号の符号を測定する「テスト」機能も提供される。この機能によって、検漏器の機能テストをより完全に実施することができ、地絡が既に存在していても正常に働く。
【００２４】
まず、図１には、１００で一般的に示される本発明の界磁検漏器の非冗長な利用形態が示されている。低周波方形波発振器１０４は、センス抵抗器１０６と減衰器ネットワークを介してジェネレータの界磁リード１１６に適用される。減衰器ネットワーク１０８、１１０が界磁リードの両方に接続されているので、接地を基準にしてプラスとマイナスの発振器電圧で界磁の中心にバイアスをかけるための信号が得られる。即ち、どの界磁リードにも接地を基準にして個別にバイアスがかけられないため、先の利用形態での欠点（例えば、接地上の一方のリードのバイアス電圧に界磁電圧を加えた電圧が高くなることによって生じる問題）の１つがなくなる。
【００２５】
（インタフェース１１４で一般的に示される）励磁器制御部は、光ファイバケーブル１１８を介して発振器電圧コマンドを送り、第２の光ファイバケーブル１２０を介してセンス電圧を読み取ることによって検漏器とインタフェースをとる。励磁器制御からのパワーを使って、（不図示の）界磁検漏器内で分離された電源にパワーが供給されるので、界磁検漏器は、励磁器制御回路から完全に分離されたままとなる。
励磁器制御の計算機能は、界磁検漏器で測定された信号の信号処理とアルゴリズム制御を行うために使用される。この機能を利用して、測定データからの地絡の接地抵抗値と接地箇所が推定される。極低周波方形波発振器１０４を利用することによって、全てではないかもしれないが、ほとんど全てのスタティック励磁システムに存在するシャフト電圧抑制コンデンサ充電電流に応答することが回避される。地絡抵抗を推定するためにプロセッサを使用することの利点の１つは、充電過渡状態後の接地電流を求めるようにプロセッサをプログラムすることができるので、電流の充電によって生じるエラーが無くなることである。
その機能によって、低周波発振器の連続する２つの半周期の電圧を測定することによって地絡抵抗値が推定される。図２には、シャフト電圧抑制コンデンサ（２０２、２０４）のブリーダ抵抗器（Ｒｂ）（２０６、２０８）を含む、定常状態のＤＣ信号のための界磁検漏器回路２００の回路図が示されている。発振器電圧の正の半周期でのセンス抵抗器（Ｒｓ）２１４の電圧は、次式１．０によって与えられる。
【００２６】
【数５】
2004525344.tif 000003
【００２７】
この式のＶｏｓｃｐは、正の半周期の発振器電圧であり、Ｒｘは地絡抵抗であり、ｘ*Ｖｆｇｐは、正の半周期でのマイナス側の界磁リードから地絡点までの電圧である。同様の理由から、負の半周期のセンス電圧は式２．０によって与えられる。
【００２８】
【数６】
2004525344.tif 000004
【００２９】
この式では、Ｖｏｓｃｎは負の半周期の発振器電圧であり、Ｒｘ（２１８）は地絡抵抗であり、ｘ*Ｖｆｇｎは、負の半周期でのマイナス側の界磁リードから地絡点までの電圧である。尚、電圧レギュレータによって、端子電圧と負荷に応じて界磁電圧が制御されるので、界磁電圧は一定であるとは考えられない。
式１．０にＶｆｇｎ／Ｖｆｇｐを掛けることによって、式１．０は、Ｖｆｇｎ（発振器が負の時の界磁電圧）の関数として表すことができる。これにより、式３．０は次のようになる。
【００３０】
【数７】
2004525344.tif 000005
【００３１】
式３．０から式２．０を引くと、次式４．０が得られる。
【００３２】
【数８】
2004525344.tif 000006
【００３３】
式４．０は、地絡（ｘ）の箇所を特定するものではなく、測定される総量と固定抵抗器にのみに依存する。抵抗器Ｒｄ、Ｒｅ、Ｒｆは、式から与えられる等価抵抗器である。
【００３４】
【数９】
2004525344.tif 000007
【００３５】
次に、地絡抵抗値は、次式５．０を使って計算される。
【００３６】
【数１０】
2004525344.tif 000008
【００３７】
これによって二次の解が不要になるので、接地抵抗値を計算するための式６．０が得られる。
【００３８】
【数１１】
2004525344.tif 000009
【００３９】
界磁電圧がゼロの場合、Ｖｆｇｎ／Ｖｆｇｐは単一となり、計算される地絡抵抗値の式は、式７．０で与えられる。
【００４０】
【数１２】
2004525344.tif 000010
【００４１】
式６．０で特定された地絡抵抗値を用いて、式１．０か式２．０のいずれか一方に戻って、地絡箇所ｘを導出することができる。そして最後に、地絡箇所の式は、式８．０で与えられる。
【００４２】
【数１３】
2004525344.tif 000011
【００４３】
この式では、ｘは、マイナス側の界磁リードから地絡箇所までの距離を、マイナス側の界磁リードからプラス側の界磁リードまでの総距離で割ったものである。ｘ値「０」は、マイナス側の界磁リードの地絡に対応し、ｘ値「１」は、プラス側の界磁リードの接地に対応する。
【００４４】
地絡箇所の計算に関する第２の式は、ＶｆｇｐにＶｆｇｎを代入し、ＶｏｓｃｐにＶｏｓｃｎを代入することによって、式７．０と同様に求めることができる。それは、このような導出によって、以下の式９．０が与えられる。
【００４５】
【数１４】
2004525344.tif 000012
【００４６】
式８．０と式９．０では、（ゼロ除算によって生じる問題により）ゼロの界磁電圧では最適な結果が得られない。従って、界磁がアクティブの時にこれらの式を利用することが望ましい。装置に電源が投入されているときや、いないときに、地絡抵抗値Ｒｘを推定することができる。地絡箇所の推定は、電源が投入され、界磁電圧が与えられた状態で動作している装置で行われることが好ましい。
【００４７】
サイリスタブリッジのＡＣ側で生じた接地により、ジェネレータ界磁の中心で生じる接地と同様の平均電流が流れることになる。そのような接地の顕著な特徴は、ＡＣ接地がある場合には、有効基本周波数の電流が流れることである。このことを利用して、地絡がサイリスタブリッジのＡＣ側にあると特定することができる。
【００４８】
具体的には、減衰器とコンデンサフィルタとセンス抵抗器は、地絡抵抗値が１５００オーム未満の場合には、センス抵抗器に少なくとも０．７５ボルトｒｍｓの基本周波数の電圧を供給するよう設計されている。本願に記載の解決法によって、地絡抵抗値が１５００オーム未満である場合に、漏電がＡＣ側にあると正確に特定することが可能となる。いずれにせよ、地絡抵抗値が４００００オーム未満の場合には、サイリスタブリッジのＡＣ側もしくはＤＣ側の地絡抵抗値を正確に求めることができる。サイリスタと平行な抵抗器を備えることによって、ブリッジの電源を切った場合にだけサイリスタブリッジのＡＣ側で生じた地絡を特定することができる。また、ブリッジのサイリスタの低周波数ポールスリップ電圧を均等分割するために、それらの抵抗器が必要である。これらのポールスリップ抵抗器によって、電源がブリッジに投入されていない時に、サイリスタブリッジのＡＣ側の地絡に関する地絡計算精度が低下する。界磁がアクティブの場合には、ＤＣ地絡対ＡＣ地絡の計算精度に違いは生じない。
【００４９】
図３には、例えば、７５０ｖｒｍから１１２５ｖｒｍまでの励磁器に入力される変圧器電圧のために使われる減衰器モジュールが示されている。１６．２ｋオームの減衰抵抗器と２ｋオームの減衰抵抗器は、２００オームの抵抗器と直列接続された９００オームの抵抗器２つと、並列接続された２ｋオームの抵抗器によって形成されるセンス抵抗器を流れる電流を制限するために使用される。減衰器ストリングからアース間に並列接続された２つの１マイクロファラドのコンデンサによって、センス抵抗器に印加された電圧の基本周波数成分が制限される。減衰器ストリングからアース間のＭＯＶによって、センス抵抗器に印加される最大対アース電圧が制限される。図示されたリレーはコントローラＣによって制御され、どちらの発振器（Ｍ１かＭ２）をセンス抵抗器と減衰器ストリングに適用させるかを判断するものである。
【００５０】
式６．０によれば、地絡の計算精度を向上させるためには、発振器電圧の半周期毎に界磁電圧と発振器電圧を測定することが有効である。別の理由から励磁器が既に界磁電圧の正確な測定値を有しているので、発振器電圧の正確な測定ができることが、本願に記載の解決法で利用されている。
【００５１】
図４には、センス電圧と発振器電圧を測定する、本解決法で用いられる技法が示されている。マスター（Ｍ１／Ｍ２）か、もしくは、保護コントローラ（ＣやＣ３）のいずれか一方からの入力電圧を必要とし、制御から分離され、適切な電圧を検漏器カードに供給する電源は、図示されていない。各制御（Ｍ１、Ｍ２、Ｃ３）からのＰ２４とＮ２４の電源は、適切な検漏器カード（一実装形態のＥＧＤＭ）に接続されており、必要とされるＰ５０とＮ５０の電源を生成するコンバータと、Ｐ２４とＮ２４から分離された変圧器にパワーを供給するために使用される。
【００５２】
図５には、センス抵抗器や発振器出力の正確な測定を行うために用いられるロジックの一例が示されている。ロジック５００には、ＦＯＲＸ５０２と、フィルタ５０４と、プラス／マイナスエッジ検出器ブロック５０６、５１８と、２５０ミリ秒リトリップワンショットブロック５０８、５２０と、選択ブロック５１０、５１４と、１ＭＨｚ発振器５１２とカウンタ５１６と、例えば、図５に示されたその他の部品が含まれる。動作中には、接地電流センス抵抗器の電圧を一時的に変えることによって、発振器のレベルを変更するコマンドが与えられてから最初の２００ミリ秒間は、接地に対する発振器の出力を測定するように動作する。図５に示されたロジックでは、界磁プログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）５００を用いて、この機能が実現される。特に、プラス／マイナスエッジエッジ検出器５０６を使うことによって、正か負のコマンドのいずれか一方に基づいて、２５０ミリ秒リトリガ可能ワンショットユニット５０８をトリガーすることができる。機能セレクタ入力５１０によって、冗長構成の保護コントローラ（Ｃ３）か、もしくは、マスターコントローラ（Ｍ１／Ｍ２）のために同じカードを使うことができる。そのカードがＭ１かＭ２スロットのいずれか一方に挿入された場合に、２５０ミリ秒リトリガ可能ワンショットの出力が自動的に選択される。反対に、カードがＣ３スロットに挿入された場合は、セレクタ５１０によって、光ファイバ受信器５０２とフィルタ５０４からのフィルタ信号が選択される。Ｍ１かＭ２のいづれか一方に挿入された場合には、セレクタ５１０の出力を使うことによって、テストコマンドを出すことができる。尚、このテストコマンドと、プラスエッジ検出器５１８と２５０ミリ秒ワンショットユニット５２０を使うことによって、テスト切換え信号を発生させることができる。
【００５３】
最終的に、２５０ミリ秒ワンショットユニット５０８は、コマンド指示された発振器電圧の遷移毎に２５０ミリ秒の正のパルスを発生して、通常動作時にセンス抵抗器を接地基準測定部に変えるスイッチを駆動する。図６と図７にはその機能の信号特性が示され、図７には界磁検漏器の通常動作状態が示されている。さらに、ワンショットユニット５２０は、テストモード時に２５０ミリ秒の単一パルスを発生し、スイッチに対するコマンドを維持して、１０秒のテスト期間が終了するまで接地に対する測定を強制的に行わせる。図８と図９には、この機能の信号特性が示されている。
【００５４】
特に、図６には、正常動作のタイミングが示され、図８には、テストモード時の動作のタイミングが示され、図９には、テストモード時の界磁検漏器の動作状態が示されている。この制御では、コマンド指示された発振器レベルの遷移後から２００ミリ秒間待ってから、図５に示されたＦＧＤ５００の光ファイバ送信器からの信号が読まれる。２００ミリ秒後にステップ入力の応答が最終値の０．２％以内に収まるように、フィルタが選択される。これによって、発振器とＶＣＯの診断で使われる発振器電圧を、抵雑音で非常に正確に測定できるようになる。
また、この解決策により、検漏器アルゴリズムの精度も向上する。
【００５５】
図１０は、冗長コントローラを使った場合に、その実施形態の信頼性を向上させる冗長技法を利用する実施形態の機能ブロック図を示す。界磁検漏器１００２には、マスター１とマスター２のそれぞれによって制御される冗長発振器が含まれている。マスター１とマスター２からパワーを受ける分離電源によって、これらの発振器にパワーが供給される。マスター１とマスター２は、これらの発振器に対して、正か負のいずれか一方の状態にするように指示する。
【００５６】
保護コントローラは、どちらのマスターを制御するかを決め、リレー接点を介して適切な発振器を選択する。３つのコントローラの全てによって、遷移後の２００ミリ秒間で発振器の電圧が測定され、半周期の残りの期間にセンス抵抗器の電圧が測定される。これによって、測定された信号のポーリング／ボーティングが可能になるので、その出力から、一点での障害を検出して、それを除去することができる。保護コントローラは、ポーリング／ボーティングされた信号を利用して、その他のマスター発振器へ制御をいつ移すかを決める。界磁検漏器の各マスターチャネルのロジックによって、シングルエンド測定と示差測定をいつ行うべきかが決定される。次に、この情報は、その他のマスターと保護コントローラに送られるので、これらの装置は、動作中のマスターコントローラとほぼ同時に測定を行うことができる。従って、３つのコントローラの全ては、動作中のマスターとゆるい同期がとられる。どちらのマスターが動作するかの選択は、保護コントローラＣ３によって行われる。このことは、オペレータインタフェースを利用して手動で実行可能である。あるいは、これを、発振器の故障検出時に自動で行ってもよい。
【００５７】
図１１には、各冗長界磁検漏器モジュールで使われる信号と、界磁検漏器モジュールから減衰器モジュールまでの配線と、各界磁検漏器モジュール間の配線が示されている。
【００５８】
伝統的に、界磁検漏器は、ユニットが使用可能かどうかを判断するテスト機能を備えている。この機能は、以前は、トリップ機能を使用不可にし、発振器の出力から接地までの間にテスト抵抗器を挿入することによって実行されていた。本願に記載の解決法によって、半周期毎に発振器の電圧を自動測定することが可能になる。これによって、発振器と電源と光ファイバリンクの状態の診断を表示できるようになる。検漏器がセンス抵抗器の差電圧を正確に測定可能なことを確認するために、診断テストが実施される。テストモードが選択されると、（冗長構成の場合）３つの界磁検漏器モジュールの全てがテストモードになるように指示される。発振周波数は、動作不可の周波数、例えば、２．５Ｈｚになるように選択される。図５に示されたロジックを使うことによって、異常に指示された発振周波数を検出し、テスト期間中にＶＣＯにセンス抵抗器の差電圧を測定させる。減衰器とそれに関係するフィルタコンデンサから形成されるＡＣ回路とシャフト電圧抑制器によって、２．５Ｈｚのテスト周波数で大電流を流すことが可能となるので、図９に示すように、界磁検漏器の符号テストが可能になる。冗長界磁検漏器の使った場合に、Ｍ１に関するチャネルが最初にテストされ、次に、Ｍ２に関するチャネルがテストされる。両方のチャネルがテストされて、許容できると判断されると、界磁検漏器はテストをパスしたとみなされる。非冗長なアプリケーションに対しては、界磁検漏器用のチャネルが１つだけ提供され、そのチャネルは、異常テスト周波数と符号解析を利用してテストされる。
【００５９】
界磁検漏器の機能を実現する上で使用可能なソフトウェア／コードの一例を付録に示す。自己起動型ガスタービンのアプリケーションでは、界磁は、５０％の速度でフラッシュされ、ジェネレータが一定のボルト／ヘルツを維持するために所定のレベルに保たれる。このため、ＡＣ地絡を検出するアルゴリズムは、５０％の速度から定格速度まで働くことが望ましい。本アルゴリズムでは、センス抵抗器の基本周波数電圧を測定することによってＡＣ地絡を検出する。ＤＦＴは、ジェネレータの周波数にロックされた正弦／余弦ジェネレータを用いて実施されるので、起動時に、５０％の速度からジェネレータの周波数を追跡することができる。ＡＣ地絡は、ＤＦＴによって検知されたセンス電圧の基本周波数成分が０．７５ｖｒｍを上回る場合にのみ識別される。各チャネル（Ｍ１、Ｍ２、Ｃ３）には、以下の入力信号、即ち、センス抵抗器の電圧と、発振器の次のレベルへの遷移時間と、ジェネレータの平均界磁電圧と、発振器の電圧と、テストモードコマンドと、リセットコマンドが必要である。上記の信号に加えて、コントローラＣ３は、別のマスター発振器に送られるコマンドが必要である。
【００６０】
各界磁検漏器モジュールからのＶＣＯ信号は、３段ローパスデジタルフィルタを通過する。特定の一構成では、適切な応答速度を維持しながら、ＡＣ地絡の基本周波数成分を、センス抵抗器の平均電圧から除くために、３１．４ラジアン／秒の３段ローパスフィルタが必要となる。フィルタの第１段階の出力を使って、次の発振器レベルに遷移させるコマンドが出されてから２００ミリ秒後に、発振器電圧が測定される。３１．４ラジアン／秒の一フィルタの出力は、発振器電圧の一ステップから２００ミリ秒後の最終値の０．２％以内に収まる。次の発振器レベルに遷移させるコマンドは、光ファイバリンクを介して制御されたマスターから（非冗長構成では一制御部から）界磁検漏器モジュールへ送られる。界磁検漏器モジュールのロジックによって、遷移コマンドが与えられてから２５０ミリ秒後に、接地を基準にしたセンス抵抗器の測定が行われる。界磁検漏器アルゴリズムでは、次の発振器レベルに対するコマンドから２００ミリ秒間待ってから、界磁検漏器モジュールからのＶＣＯのフィードバックのサンプリングを行う。これは、測定された発振器電圧に比例する減衰信号であり、界磁検漏器アルゴリズムで発振器とＶＣＯ測定回路を診断するためにこれを使うことによって、検漏器アルゴリズムの精度が向上する。
【００６１】
冗長検漏器を備えた場合には、減衰発振器信号がボートされ、ボートされた値が本アルゴリズムで使われる。界磁検漏器モジュールは、発振器の状態を変更するためのコマンドが与えられてから２５０ミリ秒後に、センス抵抗器の相対測定に自動的に切り換わり、半周期２．５秒のうちの残りの期間は差動モードになる。界磁検漏器アルゴリズムでは、レベル切換えのコマンドが与えられてから２．４秒間待ってから、センス抵抗器のフィルタ電圧の出力をサンプリングする。また、ジェネレータのフィルタ界磁電圧は、フィルタされていないセンス電圧のＤＦＴと共にサンプリングされる。冗長コントローラが使用された場合には、界磁検漏器の全信号に対してボート信号が使われる。地絡抵抗は、式７．０に基づいて計算され、次式が与えられる。
【００６２】
【数１５】
2004525344.tif 000013
【００６３】
この式では、
【００６４】
【数１６】
2004525344.tif 000014
【００６５】
Ｖｓｐは、発振器が正の時の減衰センス電圧である。Ｖｓｎは、発振器が負の時の減衰センス電圧である。Ｖｆｇｐは、発振器が正の時の減衰界磁電圧である。Ｖｆｇｎは、発振器が負の時の減衰界磁電圧である。Ｖｏｓｃｐは、発振器の減衰正電圧であり、Ｖｏｓｃｎは、発振器の減衰負電圧である。尚、Ｖｓｐ、Ｖｓｎ、Ｖｆｇｐ、Ｖｆｇｎ、Ｖｏｓｃｐ、Ｖｏｓｃｎは全て測定値であるが、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、所定の実施形態のために取付けられたシャフト電圧抑制器の減衰器、センス抵抗器、ブリーダ抵抗器を構成する複数の抵抗器から計算される。装置の電源が入っていない時、即ち、界磁電圧がゼロの時には、Ｖｆｇｎ／Ｖｆｇｐの比は一定であり、接地抵抗に関する式は次のようになる。
【００６６】
【数１７】
2004525344.tif 000015
【００６７】
地絡抵抗の実際の値は、電源が投入された装置か、もしくは、投入されていない装置で計算される。一旦接地抵抗が計算されると、（装置に電源が投入されている場合には）地絡箇所は式８もしくは式９で推定される。
【００６８】
本アルゴリズムのその他の機能は、界磁検漏器がセンス抵抗器の差電圧を適切に測定できることを確認するための符号テストを実施することである。このテストでは、発振周波数が、動作不可の周波数２．５Ｈｚに変更される。界磁検漏器減衰器ネットワークに関するフィルタコンデンサと、シャフト電圧抑制器に関するフィルタコンデンサを通って大きな接地電流が流れる。本アルゴリズムではこのことを利用して、界磁検漏器の符号テストを実施する。
【００６９】
センス抵抗器からの信号は、界磁検漏器の通常動作で使用される３段ローパスフィルタ処理を通過する。次に、３１．４ラジアン／秒の縦続型ローパスフィルタの出力は、１２．５６３ラジアン／秒に設定されたハイパスフィルタを通過し、ＤＣ成分が除去される。ハイパスフィルタの出力は、信号の全波整流を行う絶対値回路を通過し、次に、１ラジアン／秒で遮断する２極ローパスフィルタによってフィルタ処理される。この平均信号は、センス抵抗器の測定で利用される２．５Ｈｚ信号値に比例する。
【００７０】
この信号は、テストが既存の地絡を用いて実施される時でさえ、公称値からわずかに２５％ずれるだけである。センス抵抗器の期待値より±２５％以上異なる信号が測定されると漏電があるとみなされので、界磁検漏器は、非良好を示す。このテストには減衰器とシャフト電圧抑制器の機能が含まれているので、界磁検漏器に関係しないデバイスも点検されることに留意されたい。冗長なアプリケーションの場合、本アルゴリズムによって、マスター１に関するチャネルが最初に点検され、次に、マスター２に関するチャネルが点検される。冗長なアプリケーションの場合、テストをパスしたとみなすには、両方のチャネルがパスする必要がある。
【００７１】
次に、本発明の界磁検漏器が組み込まれたスタティック励磁制御システムが示された図１２の模式図を参照する。ここでの説明は、本発明の界磁検漏器が適用可能なアプリケーションの一例にすぎないことを理解されたい。例えば、その他の役に立つアプリケーションの一例には、それに関連するレギュレータのアプリケーションがある。
【００７２】
本発明の界磁検漏器が図１２に示されており、例えば、蒸気、ガス、水力による発電で使用されるジェネレータを動作させる励磁制御システムで使われることを以下で説明する。制御システム１２００全体の例が図１２の模式図に示される。本システムは全体もしくは部分的にデジタル化が可能であり、複数の構成で実現可能である。本システムは、例えばイーサネット（商標）やインターネットやＬＡＮやＷＡＮなどの複数の公知のネットワークを介したり有線やワイヤレス方式でアクセス、制御するために通信上接続可能である。
【００７３】
制御システム１２００は、本願ではデジタル励磁システムとして示されており、完全スタティック励磁システムに柔軟性を提供するように構成可能である。完全スタティック励磁ベースシステムでは、電位（電圧のみ）もしくは複数（電圧と電流）の電源をサポートすることができる。完全スタティック励磁システムの場合の制御システム１２００は、シンプレックス（単一チャネル）制御とパワーブリッジの構成か、あるいは、冗長（ウォームバックアップ）制御と、保護モジュールを含むパワーブリッジのアーキテクチャで実現することができる。
【００７４】
例えば、単純な一システムのアーキテクチャには、（１つのマスターコントローラ（Ｍ１）を備える）一つ制御ラックと、カスタマインタフェースサブシステムと、オペレータインタフェースデバイスと、制御パワー入力モジュールと、１つのパワーモジュールが含まれているが、これは、ブリッジインタフェースサブシステムと、パワーブリッジと、ＡＣとＤＣフィルタネットワークと、ＡＤ／ＤＣ分離デバイスからなる。制御システム１２００は、例えば、１｝コンフィグレーション用のシステムツールボックス機能と、２｝ニューヨーク州スケネクタディのゼネラルエレクトリック社が販売するＭａｒｋ  VIなどのタービン制御システムと、ＥＧＤプロトコルを使ったＧＥ  ＨＭＩインタフェースと、３）ＧＥスタティックスタータ（ＧＥ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｓｔａｒｔｅｒ）と、４）遠隔システム診断をサポートするＧＥオンサイトセンターとのイーサネット（商標）ＬＡＮ通信インタフェースをサポートすることができる。また、制御システム１２００は、カスタマＤＣＳ制御システムとのＲＳ−２３２  ＭｏｄＢｕｓインタフェースをサポートすることができる。
【００７５】
制御システム１２００は、迅速なインストールや、制御定数の調整や、トレーニングをサポートする強力な診断システムと制御シミュレータを備えることができる。
【００７６】
次に、デジタルコントローラ（サイリスタベース制御）を参照すると、制御モジュールＭ１には、付属のＩ／Ｏボードを備えたアプリケーションソフトウェアを処理するプロセッサカードが含まれている。制御システム１２００には、例えば、１つの制御モジュール（Ｍ１）や、３つ（Ｍ１、Ｍ２、Ｃ）の制御モジュールためのスペースがあるカードラックが含まれている。Ｍ１とＭ２は、１枚以上のプロセッサカードと付属のＩ／Ｏボードを備える同じコントローラであってよい。また、Ｃコントローラは、１枚のプロセッサカードとそれに関連するＩ／Ｏボードを備える。
【００７７】
一構成のコントローラモジュールアセンブリには、６枚のボード、即ち、主プロセッサボードであるアプリケーション制御レイヤカード（ＡＣＬＡ）と、デジタル信号処理ボード（ＤＳＰＸ）と、ＩＳＢｕｓ通信ボード（ＥＩＳＢ）と、３枚のＩ／Ｏボード（ＥＥＩＯ、ＥＭＩＯ、ＥＳＥＬ）が含まれている。これらのボードは、ＶＭＥ型バックプレンを介して接続され、付属のＩ／Ｏターミネーションボードにケーブル接続される。
【００７８】
アプリケーション制御レイヤモジュール（ＡＣＬＡ）は、制御システム１２００の励磁器で通信／制御のために使われるマイクロプロセッサベース・スケーラブルコントローラである。ＡＣＬＡはＶＭＥ型ラックに搭載され、２つのハーフスロットを占有する。ＡＣＬＡは、ＰＣベースのスケーラブルデジタルコントローラであり、制御システム１２００のカードラックに格納されるプログラマブルカード２枚のうちの１枚である。もう１枚のカードはＤＳＰＸカードである。ＡＣＬＡは、例えば、１００ＭＨｚで動作する４８６型プロセッサをベースにし、８メガバイトのダイナミックランダムアクセスメモリと４メガバイトのフラッシュメモリのＢＩＯＳをサポートすることができるが、これに限定されることはない。ＡＣＬＡは、外部マシンに対する通信ゲートウェイや、外部ループコントローラ／レギュレータとして使用することができる。
【００７９】
通信ゲートウェイ機能には、１つ以上のインタフェースをサポートするイーサネット（商標）ポートと、タービン制御やヒューマンマシンインタフェースやスタティックスタータ等とのイーサネット（商標）グローバルデータリンクと、ＴＣ／ＩＰプロトコルを用いたイーサネット（商標）を介するＭｏｄｂｕｓと、制御システムＴｏｏｌＢｏｘソフトウェアと、サポート用シリアル（ＲＳ−２３２）ポートと、制御システムＴｏｏｌＢｏｘフラッシュプログラミングと、ＲＳ−２３２データリンク上のＭｏｄｂｕｓと、ＤＳＰＸプログラマブルカードとインタフェースをとるデュアルポートメモリ（ＤＰＭ）が含まれていてもよい。外部ループ制御／レギュレータ機能には、自動／手動レギュレータのためのセットポイントコントローラと、Ｖａｒ／ＰＦ制御と、リミッタ機能と、パワーシステム安定器と、界磁温度計算と，バランスメータ（Ｂａｌａｎｃｅ  Ｍｅｔｅｒ）が含まれていてもよい。
【００８０】
デジタル信号処理ボード（ＤＳＰＸ）は、内部ループ制御／レギュレータと、テストや設定を支援するためのローカルオペレータインタフェース制御のための主コントローラである。例えば、そのボードは、２４８キロバイト高速スタティックランダムアクセスメモリと５１２キロバイトフラッシュメモリのＢＩＯＳをサポートする６０ＭＨｚ高速デジタル信号プロセッサチップに基づくものであってもよい。内部ループ制御／レギュレータ機能には、界磁電圧レギュレータと、界磁電流リミッタと、開始終了シーケンスと、界磁フラッシュと、アラームとトリップと、ジェネレータ計測処理と、ジェネレータシミュレータが含まれていてもよい。
【００８１】
ローカルオペレータインタフェース制御機能では、制御システム１２００の制御筐体の扉に搭載されたキーパッドとディスプレイユニットとのシリアルインタフェースを利用して、以下の機能を支援することができる。即ち、ＤＳＰＸもしくはそれと対をなすＡＣＬＡコントローラから、内部制御データとアラーム／ステータス情報を表示／変更したり、コミッション、チューニング、トラブルシューティングを支援する実データを表示／変更する。
【００８２】
励磁器ＩＳＢｕｓボード（ＥＩＳＢ）は、Ｍ１、Ｍ２、Ｃの制御モジュール用の通信インタフェースボードである。このボードによって、例えば、変圧器が接続されるＲＳ−４２２規格に基づく制御システム１２００のバックプレンを介して、コントローラＭ１、Ｍ２、Ｃ間の５メガビット／秒リングバス通信が可能となる。それは、ジェネレータ界磁電圧／電流信号モジュールと、励磁器電圧／電流信号モジュールと、検漏器電圧モジュールからのフィードバック信号の送受信を（光ファイバケーブルを介して）行う。次に、それは、バックプレンを介して、それらとＤＳＰＸコントローラ間のインタフェースをとる。また、ＤＳＰＸとコンフィグレーションツールとキーパッドポートの間の通信も、ＲＳ−２３２を使って支援される。
【００８３】
ＥＭＩＯマスターＩ／Ｏボードは、ＢＰＣＴ、ＥＣＴＢ、ＥＸＴＢターミネーションボードからの入出力を扱う。この入出力には、フラッシュ、４１クローズ機能、非励磁のためのＰＴ／ＣＴ信号、接点入力、出力リレードライバ、パイロットトリップリレードライバが含まれる。また、そのボートによって、バックプレンを介してＥＳＥＬボードに論理レベルのゲートパルス信号が送られる。
【００８４】
一構成での励磁器セレクタボード（ＥＳＥＬ）は、ＥＭＩＯからの６つの論理レベルゲートパルス信号、即ち、各ブリッジＳＣＲに対して１つの信号によって制御される。ＥＳＥＬは、ブリッジの６個のＳＣＲを直接制御するＥＧＰＡボードにケーブル接続される６つのゲートパルス信号を発生する。ＥＳＥＬは、マルチブリッジ励磁器のブリッジを６つまで制御することができる。冗長制御である場合は、２枚のＥＳＥＬが使用され、１枚はＭ１によって駆動され、もう１枚はＭ２によって駆動される。アクティブなＥＳＥＬは、モジュールＣによって選択され、選択された制御信号がＥＧＰＡボードに送られる。
【００８５】
励磁器ＰＴ（変圧器）／ＣＴ（変流器）ターミネーションボード（ＥＰＣＴ）には、ジェネレータの臨界電圧と電流ヲ測定するための変圧器が含まれている。３相ジェネレータ電圧入力は、ジェネレータからの２チャネルのジェネレータ電圧フィードバックデータか、もしくは、ジェネレータからの１チャネルと、同期ブレーカのライン側からの１チャネルをサポートするものである。電流レベルが１Ａもしくは５Ａの場合の２つのジェネレータ電流入力は、２つの変流器に送られて、１チャネルのジェネレータ電流フィードバックデータをサポートする。全ての変圧器出力信号は、制御ラック内のＥＭＩＯボードにケーブル接続される。さらに、±１０ボルトの直流か４〜２０ｍＡの電流のいずれか一方でよい一アナログ入力は、ＥＰＣＴに送られる。ＥＭＩＯボードは、ＰＴとＣＴと２０００サンプル／秒で、アナログ入力信号と、ＣＴと、ＰＴの全てに対して、アナログ−デジタル変換を行う。その結果得られたジェネレータ電流／電圧測定値は、実際の読み値の０．２５％以内に収まる。ＥＰＣＴへの全入力信号に対する高周波ノイズは、信号入力地点付近で抑制される。
【００８６】
変圧器からのジェネレータ電圧は、ＴＢＩとケーブル接続される。ケーブルの長さは検討事項であるが、一例としては、最長１０００フィートであって、線径がＡＷＧ１２のものでよい。ジェネレータＰＴの第２の出力は、公称５０／６０Ｈｚで、１１５Ｖｒｍであって、ヒューズが取付けられる。ジェネレータ電圧の入力は、１５００Ｖｒｍのバリアで磁気的に分離される。
【００８７】
変流器からの２つのジェネレータ電流入力は、リング端子を支え、プラグ接続不可の端子ブロックに配線接続される。変圧器からＥＰＣＴボートまでのケーブル長は、例えば、最長１０００フィートであって最大線径がＡＷＧ１０のものでよい。電流入力は、１５００Ｖｒｍのバリアで磁気的に分離される。ＥＰＣＴは、電圧が±１０Ｖｄｃであるか、あるいは、電流が４〜２０ｍＡである非分離のアナログ入力をサポートする。ケーブル長は、例えば、最長３００メートルであり、２ウェイケーブルの最大抵抗値が１５オームのものでよい。
【００８８】
励磁器接点ターミナルボード（ＥＣＴＢ）は、リレー出力と接点入力をサポートする。冗長モードとシンプレックスモードの２つのバージョンがある。各ボードには、例えば、ＥＭＩＯボードによって制御されるカスタマロックアウトリレーを動作させる２つのトリップ定格リレー出力が含まれている。また、ＥＭＩＯボードによっても制御され、利用可能な汎用Ｆｏｒｍ−Ｃリレー出力が４つある。４つの汎用リレードライ接点は、例えば、２８Ｖｄｃで２Ａの、もしくは１２０Ｖｄｃで０．５Ａの抵抗性負荷に対するか、もしくは、時定数０．００７ｓ（Ｌ／Ｒ）の負荷に対して２８Ｖｄｃで１Ａもしくは１２０Ｖｄｃで０．１Ａの誘導性負荷に対する公称定格１２５Ｖｄｃ（最大２５０Ｖｄｃ、最低２４Ｖｄｃ）をもつ。
【００８９】
８つの補助接点入力は、光カプラ回路によって監視され、ＥＣＴＢによってパワーが供給される。８つの接点入力のうちの２つは、ジェネレータブレーカ（５２Ｇ）の状態とカスタマジェネレータトリップ（８６Ｇ）を監視する接点入力として使用される。８６Ｇ接点用の光カプラは、ＥＣＴＢボードではなくＥＭＩＯボードに配置される。接点用の７０ＶｄｃパワーがＭ１電源から供給され、また、冗長システムでは、Ｍ２電源から供給される。
【００９０】
励磁器ターミネーナルボード（ＥＸＴＢ）は、励磁システムによって内部的に使用されるパイロットリレー出力と、接点入力と、信号調整回路をサポートする。このボードには、冗長システムをサポートするものと、シンプレックスシステムをサポートするものの２つのバージョンがある。両バージョンのボードは、リレードライバが配置されたＥＭＩＯボードにケーブル接続される。
【００９１】
界磁フラッシュコンタクタと、ＤＣ出力を支援するために使われるパイロットリレーは、そのボードに配置されるが、さらに、外部界磁ブレーカアプリケーションのためのトリップリレーと、非励磁パイロットリレーも配置される。ＥＸＤＥボードからのクローバ（Ｃｒｏｗｂａｒ）ステータス信号と非励磁ステータス信号は、ＥＸＴＢで調整され、ＥＭＩＯに送られる。界磁コンタクタと界磁ブレーカと界磁フラッシュモニタの３つのステータス接点入力には、ＥＸＴＢ上で７０Ｖｄｃのパワーが供給される。光カプラ回路は、これらの接点を監視する。冗長システムでは、接点に対する７０Ｖｄｃのパワーは、Ｍ１、Ｍ２電源から供給される。その結果生じる信号は、ＥＭＩＯに送られる。
【００９２】
励磁器電源モジュール（ＥＰＳＭ）は、配電モジュール（ＥＰＤＭ）からの１２５Ｖｄｃの電圧を、励磁器制御システムのカードラックで必要な電圧に変換する。ＥＰＳＭモジュールには、例えば、２つの主要部がある。即ち、１２５Ｖｄｃの入力を必要とし、マルチタップスイッチング絶縁変圧器の入力側に供給するバックレギュレータと、＋５、＋１５、−１５、２４、７０Ｖｄｃのパワー出力を生成する変換器部である。励磁器電源バックプレン（ＥＰＢＰ）の電源バックプレンボードを使うことによって、ＥＰＳＭボードに対する入出力部を備え、割当て、また、界磁検漏器モジュールを収容することができる。
【００９３】
各制御セクションＭ１、Ｍ２、Ｃは、個別の電源モジュールを備えていてもよい。一構成の制御バックプレン（ＥＢＫＰ）ラックには制御ボードが収容され、ＥＰＳＭから＋５Ｖｄｃ±１５Ｖｄｃ、＋２４Ｖｄｃの電圧が供給される。以下のようなＥＢＫＰの外部モジュールへパワーを供給できる。即ち、非励磁モジュール、クローバモジュール、検漏電圧／電流モジュール（ＥＤＣＦ）に±２４Ｖｄｃのパワーが供給され、「コンタクトウェティング」用に絶縁された＋７０ＶｄｃがＥＸＴＢとＥＣＴＢボードに供給される。
【００９４】
ＥＢＳＭは、６Ｕ  ＶＭＥ型ボードである。バックプレンコネクタは、電源ボードからカードラックにパワーを供給して、励磁制御システムのカードラックのバックプレン（ＥＢＫＰ）の情報を得るために必要なケーブルを支持する。
【００９５】
次に、励磁器配電モジュール（ＥＰＤＭ）を参照すると、１つの１２５Ｖｄｃ電源と、１つ以上の１１５Ｖａｃ電源から制御パワーが得られる。ＡＣ電源は、外部ＡＣ／ＤＣ変換器モジュールに与えられる。その結果得られる１２５Ｖｄｃの電圧は、その他のＤＣ電源にダイオード接続され、ＥＰＤＭボード上のＤＣバスに与えられる。ＥＰＤＭは、制御モジュールとゲートパルス増幅器ボードに供給する。ＥＰＤＭからの出力にはヒューズが取付けられ、スイッチを通過し、ＬＥＤステータスインディケータが付けられる。ブリッジ冷却システム用のＡＣパワーは、励磁器内のブレーカから送られる。
【００９６】
ゲートパルス増幅器ボード（ＥＧＰＡ）は、パワーブリッジの制御とインタフェースをとる。ＥＧＰＡはＥＳＥＬからゲートコマンドを得て、パワーブリッジ内の最大６個のＳＣＲ（シリコン制御整流器）のゲートの点弧を制御する。また、それは、電流導電フィードバックと、ブリッジのエアフローと、温度モニタのためのインタフェースでもある。公称値１３０Ｖｄｃの電源は、オンボードのＤＣ／ＤＣ変換器にパワーを供給し、この変換器は、入力された供給電圧の全範囲でＳＣＲゲート制御を行うための分離されたパワーを供給する。ＬＥＤによって、出力の点弧、ブリッジへの電流、電源、ラインフィルタ、冷却ファンの回転、ブリッジの温度、アラーム、故障状態に関する状態が視覚的に表示される。
【００９７】
励磁器ＤＣフィードバックボード（ＥＤＣＦ）は、ＳＣＲブリッジで界磁電流と界磁電圧を測定し、高速光ファイバリンクを介して制御パネル内のＥＩＳＢボードとインタフェースをとる。ＥＤＣＦは、界磁電流／電圧を２つの周波数に変換して、それを、光ファイバリンクを介して１０ＭＢｄで送る。光ファイバによって、２つのボード間の電圧分離と、高ノイズ耐性が得られる。変圧器結合によって、ボードに２４Ｖｄｃを供給するために、１５００Ｖｒｍまで絶縁可能な電源を提供できる。界磁電圧フィードバック回路には、ブリッジ動作電圧に基づいてブリッジ電圧を低下させるために、７つのセレクタ設定が設けられている。
【００９８】
励磁器ＡＣフィードバックターミネーションボード（ＥＡＣＦ）には、例えば、一つの三相電圧測定用変圧器と、２つの磁束／エアコアコイル用の端子が含まれている。電圧／電流回路の出力は、モジュールＭ１、Ｍ２、Ｃへのケーブルに対する３つのコネクタへ送られる。磁束／エアコアコイルの入力信号に対する高周波ノイズは、信号の入力地点付近で抑制される。シャーシのグランドに取付けられたケーブル遮蔽終端ねじは、入力ねじの各セットの３インチ以内で適用可能な場所に配置される。
【００９９】
一構成の励磁器非励磁モジュール（ＥＤＥＸ）は、フリーホイールダイオードに基づくものであって、非反転システムをサポートする。別の構成のＥＤＥＸは、ＳＣＲに基づく高性能なものであって、反転システムをサポートする。通常、高性能励磁システムで使用されるＥＤＥＸには次の特徴と機能がある。ジェネレータの停止中には、ジェネレータの界磁のエネルギーが放散される。制御システム１２００の励磁器では、これは、非励磁モジュールと、界磁放電抵抗器もしくはインダクタの機能である（供給時）。非励磁モジュールは、スナバネットワークが取り付けられた大型ヒートシンクアセンブリに搭載されたサイリスタ（５３ｍｍか７７ｍｍのセルサイズ）から構成される。ボードには、導電センサ機能と、点弧制御機能があり、ヒートシンクに実装される。導電センサ機能には、ホール効果センサが含まれている。センサは、ボードに取付けられた円形鋼コアの空隙に実装される。それらのセンサは、サイリスタを通る界磁放電電流の流れによって発生した磁界を感知する。個別のセンサ回路が２つ使用される。
【０１００】
また、ＥＤＥＸボードには点弧制御機能がある。このボードの目的は、２つの制御入力（Ｍ１かＭ２）のいずれか一方が真か、もしくは、ＳＣＲの陽極−陰極電圧が選択可能な値を上回った時に、ＳＣＲを点弧することである。ボード上の２つの点弧制御回路には、別個の電源からパワーが供給されており、別個の導電センサ使うことによって、それらを互いに独立させている。どちらか一方の導電センサからのフィードバックによって、放電回路が正常に動作していることが確認される。両方の個別の点弧制御回路が点弧に失敗した場合、陽極−陰極電圧が選択されたレベルを上回った時には，陽極点弧回路によってＳＣＲは点弧される。
【０１０１】
標準性能の励磁システムで使用される非励磁モジュールは、その高性能バージョンと同様のものである。ＳＣＲは、界磁に接続されるダイオードと置き換えられる。界磁の電圧がマイナスである時は、ダイオードは常に導通する。パワーブリッジの正常動作時にブリッジが界磁電圧の反転を試みた場合には、界磁電流は抑制されずにダイオードを通過する。トリップ、即ち、正常停止時に界磁電圧を反転する場合には、界磁電流は抑制されずにダイオードを通過する。導電センサの機能によって、ダイオードの導電状態が制御される。
【０１０２】
次に、パワー制御モジュール（サイリスタとＳＣＲ）を参照すると、一構成として、制御システム１２００のデジタル励磁器用の標準パワー変換モジュールとして使用される３相全波反転サイリスタ（ＳＣＲ）ブリッジが含まれている。反転ブリッジは、最適性能を得るための正と負の強制電圧を提供する。負の強制電圧によって、負荷の除去と、非励磁に対して高速応答が可能になる。点弧回路のソフトウェアを変更することによって、システムアプリケーションにとって不要の場合に負の強制電圧を抑制することができる。モジュールのジェネレータの界磁を非励磁化するフリーホイールダイオード構成が提供されると、負に強制することはできなくなる。各整流器ブリッジには、スナバやフィルタやヒューズなどのサイリスタ保護回路が備えられている。
【０１０３】
通常、サイリスタブリッジアセンブリは、低電流のアプリケーションで利用される対流冷却によって強制的に空冷される。大部分のアプリケーションでは、冗長冷却アセンブリが使用されており、動作中には全てに電源が正常に投入される。サーモスタットは、パワー変換モジュールの温度を監視する。１組のアラームとトリップ接点によって、高温でアラームが起動し、より高い高温でトリップが起動可能になる。リアクタはＡＣ脚部に配置されて、ＳＣＲに供給する。スナバは、各ＳＣＲの陽極から陰極まで間にあるＲＣ回路である。セルスナバ、ライン間フィルタ、ラインリアクタが連携して、ＳＣＲを適正に動作させるために以下の機能を実行する。即ち、ＳＣＲを通る電流の変化率を制限して、導電開始を支援するための電流「ダンプ」を行い、また、各セルの電圧の変化率を制限して、セルの整流時に、セルに生じる逆電圧を制限する機能である。ソフトウェアに基づく導電検出回路によって、各ＳＣＲブリッジのヒューズが飛んだり、ゲートパルスがなくなったり、ＳＣＲのオープン／ショートが監視される。
【０１０４】
大部分のアプリケーションでは、界磁遮断用ＤＣコンタクタは、整流器界磁電流ブリッジのＤＣ正出力で、励磁器をジェネレータの界磁リードに接続する。ＤＣコンタクタと（ＳＣＲかダイオードベースの）ＥＤＥＸモジュールは、シャットダウンもしくはトリップ事象時に、ジェネレータの界磁内に蓄積されたエネルギーを除去するために使われた、以前の励磁システムの内部界磁ブレーカ機能を構成するものである。２つのＤＣコンタクタを備えることによって、正と負の界磁リードを遮断することが多い。
【０１０５】
アプリケーションの中には、外部励磁器界磁ブレーカを備えているものもある。ＤＣ界磁ブレーカは励磁器の出力を遮断し、短絡用接点を使って、放電抵抗器を介してジェネレータを非励磁化し、シャットダウン中にジェネレータ界磁内に蓄積されたエネルギーを除去する。ＤＣ界磁ブレーカの中には、短絡用コンタクタの代わりに、ＤＣコンタクタとスタティック非励磁モジュールの組合せと機能上同じであるスタティック非励磁デバイスを使用するものもある。
【０１０６】
次に、ＡＣ分離デバイスを参照すると、小中型システムに内部／外部の手動ＡＣ切断スイッチを備えていてもよい。このスイッチは、スタティック励磁器内の第２のパワー変圧器とパワーブリッジの間で切断デバイスとして働く。大抵の場合、このスイッチは、手動操作のモールドケース、３相、非自動、パネル搭載型スイッチである。このスイッチによって、カスタマは、ＡＣ入力供給のオープン／クローズが可能になる。大型システムの場合には、外部ＡＣ切断ブレーカが好ましいことがある。このスイッチは、第２のパワー変圧器とスタティック励磁器の間で切断デバイスとして働く。これは、モールドケース・スイッチ、もしくは、遠隔制御をサポートするバキュームブレーカであってもよい。このスイッチによって、カスタマは、ＡＣ入力供給のオープン／クローズが可能になる。
【０１０７】
シャフト電圧抑制器を使うことによって、（サイリスタの整流作用等によって引き起こされる）グランドに対するシャフト電圧を、ゼロ−ピークで５〜７Ｖ未満に制限することができる。シャフト電圧が有効に制御されていない場合は、シャフト電圧によって、ジャーナルとベアリングの双方が損傷を受ける可能性がある。半導体整流工程で交流から直流電圧を生成する励磁システムによって、励磁器の出力にリプル電圧やスパイク電圧が発生する。それらの急激な立ち上がりや遅延時間のために、これらの電圧は、界磁巻線からロータ本体まで容量結合される。これは、シャフト上に、グランドに対する電圧を形成する。シャフト電圧抑制器は、グランドに対する電圧の高周波成分を通過させるフィルタである。最も大規模なアプリケーションでは、（ジェネレータのコレクタに実装するために）それは着脱可能に取り付けられる。小規模なアプリケーションでは、シャフト電圧抑制器は励磁器の主構成の一部になる。
クローバモジュールは、水力のアプリケーション（突極機）、蒸気もしくはガスのアプリケーション（巻線型ロータジェネレータ）では特に有効である。（ジェネレータがパワー送電網との同期を失った時の）ポールスリップ時に、ジェネレータ界磁のジェネレータステータの裏側から高電圧が誘導される。誘導電圧が破壊レベルより大きくなった場合は、この高電圧によって、励磁システムやジェネレータ界磁が損傷を受ける可能性がある。クローバモジュールは、誘導電圧が、励磁システムとジェネレータ界磁の破壊レベルを下回るように確実に制限する。
【０１０８】
クローバ機能の実現のために使用される一構成のハードウェアは、サイリスタの方向を変えるＥＤＥＸモジュールである。クローバモジュールの負荷は抵抗器である必要があり、その抵抗器には非励磁機能を割り当てることができる。クローバモジュールとスナバが備わるサイリスタと導電センサの機能は、非励磁モジュールの機能と同じである。クローバモジュールのサイリスタは、ＳＣＲの陽極−陰極電圧が特定の値を上回った時にオンになる。クローバモジュールが導通すると、ポールスリップによって誘導された逆電流に導通パスが形成されるので、ジェネレータ界磁と励磁器の出力の逆電圧が制限される。
【０１０９】
界磁フラッシュモジュールは、起動シーケンス時に、無負荷界磁電流ＡＦＮＬの約１５％〜２０％をジェネレータの界磁に供給する。ＤＣ電源からの界磁フラッシュは、一般的なフラッシュ法であるが、ＡＣ界磁フラッシュモジュールを利用してもよい。ＤＣ界磁フラッシュモジュールは、１２５Ｖｄｃか２５０Ｖｄｃのいずれか一方のステーションバッテリからパワーを供給することが可能であり、最大定格出力は１５秒間で３５０ａｍｐとなる。ＡＣ界磁フラッシュ制御は、ＤＣ界磁フラッシュ制御とほとんど同じである。しかし、ＡＣ界磁フラッシュ制御では、ＡＣ電圧はダイオードブリッジによって整流され、フィルタ処理される。また、ダイオードブリッジは、フリーホイールダイオード回路としても作用する。このパネルでは、４６０Ｖａｃの単相入力を受入れ、変圧器によって２７Ｖａｃにまで下げられる。このパネルの定格最大値は、１５秒間で３５０Ａｄｃである。
【０１１０】
以上、界磁検漏器（ＥＧＤＭ）について詳細に説明した。図１２の一実施形態のＥＧＤＭは、励磁器システムに備えられ、励磁システムの入力変圧器の第２のＡＣ巻線からＤＣジェネレータの界磁までの界磁回路のどの地点からでも界磁の漏れ抵抗を検出することができる。能動検出システムは、グランドを基準にして低電圧を印加し、高インピーダンス接地抵抗器を通る電流の流れを監視する。ＰＲＹ抵抗器がある場合は、励磁器が動作しない（ＳＣＲをゲート制御しない）時であっても、システム内のどこかの接地を検出することができる。ＰＲＶ抵抗器がない場合は、システム動作時にだけ、パワーブリッジのＡＣ側の接地を見つけることができる。
【０１１１】
上述したように、本発明の界磁検漏器は、特に、以下のメリットがある。即ち、ジェネレータの界磁の動作電圧とは関係なく、グランドに対して一定の感度があり、ジェネレータの界磁内の接地箇所とは無関係に、グランドに対して一定の感度があり、また、界磁の接地箇所を検出できる。監視するために、光ファイバリンクを介してＥＩＳＢカードに検漏器電圧を送ることができる。
【０１１２】
次は、冗長性（パワーブリッジ−ウォームバックアップ）に関する。小中型スタティック励磁器では、パワーブリッジの冗長性が望まれることが多く、また、ジェネレータの界磁に必要な全パワーを一パワー変換モジュールでサポートすることができ、さらに、ＧＥ制御システム１２００の「ウォームバックアップ」オプションが利用可能である。コモンＡＣ入力／ＤＣ出力回路を共有する２つの全波ＳＣＲブリッジを使って冗長制御（Ｃコントローラと共にＭ１、Ｍ２コントローラ）を行うことによって、この「ウォームバックアップ」が提供される。
【０１１３】
アクティブパワーブリッジは、バックアップパワーブリッジのゲート回路が制止している間、アクティブ制御（Ｍ１かＭ２）からゲート命令を受け取り、ジェネレータの界磁に必要な界磁電圧／電流の全てをサポートする。オペレータは、冗長パワーブリッジをアクティブにするか、もしくは、非アクティブにするかの選択を完全に制御できる。アクティブブリッジと非アクティブブリッジ間の双方向バンプレス切換えがサポートされている。高性能な監視回路と保護回路では、アクティブパワーブリッジの故障や不適切な動作を検出し、（クリアしたりＳＣＲ脚部ヒューズが必要な場合）切換えを遅らせ、オペレータが介入することなく非アクティブパワーブリッジを起動させる。「ウォームバックアップ」の構成は、Ｎ＝１の時にＮ＋１のブリッジ冗長性を得ることができるコスト効率のよい方法である。
【０１１４】
次は、冗長性だけの制御に関する。冗長性制御だけが必要な場合、制御システム１２００は、２つのコントローラ（Ｍ１、Ｍ２）と共にＣコントローラをシンプレックス整流器ブリッジに備えてもよい。冗長性制御では、Ｍ１コントローラが主要制御として使用され、Ｍ２コントローラとＣコントローラが主要コントローラのバックアップとして使用されて、保護機能と主／バックアップ切換機能が実現される。３つのコントローラは高速ＩＳｂｕｓを使って、個別のマスターコントローラとＣコントローラの間のソフトウェア機能と、ハードウェアの耐故障性（ＳＩＦＴ）をリンクさせるものである。コントローラの冗長構成は、確実に冗長制御を行うことができるコスト効率のよい方法である。何故ならば、一連の冗長制御には、自動／手動電圧レギュレータと、冗長制御電源と、冗長システムソフトウェアが含まれているからである。
【０１１５】
次は、遠隔の入力／出力オプションに関する。制御システム１２００は、マスターコントローラ（Ｍ１、Ｍ２）を介して、例えば、イーサネット（商標）インタフェースを用いて制御システム１２００とインタフェースをとることができる、ＧＥ製のＶｅｒｓａＭａｘ（商標）Ｉ／Ｏサブシステムなどの他のデータ獲得監視装置（ＳＣＡＤＡ、ＰＬＣ等）と通信可能に結合、即ち、接続することができる。
【０１１６】
次は、オペレータコンソール（遠隔／ローカル）オプションに関する。キーボードやコンソールや音声認識システムなどのオペレータインタフェースは、例えば、タッチ画面インタフェースでグラフィックと文字表示をサポートするＬＣＤディスプレイを使用した組込型ＰＣベースシステムであってもよい。コンフィグレーションは制御システムによってサポートされる。「ＴｏｏｌＢｏｘ」ソフトウェアは、励磁器制御ハードウェア／ソフトウェアとのインタフェースとして使用することができる。データやアラームやステータスや診断情報などを実行したり表示したりするために、複数の表示によるサポートが可能である。（例えば、オペレータ制御コンソールの）遠隔オプションか、あるいは、（例えば、励磁器の扉における）ローカルオプションをサポートすることができる。
【０１１７】
次は、診断インタフェース（例えば、キーボード）に関する。キーパッドは、ローカルオペレータインタフェースとして機能し、励磁器制御システムに付随する筐体の扉に装着可能である。開始／停止コマンド、レギュレータ切換コマンド、レギュレータ選択情報は、キーパッドから送出可能である。また、キーパッドには、ジェネレータＭＷ、ＭＹＡＲＳと、界磁電流／電圧と、レギュレータバランスなどのシステム状態を示すメータディスプレイが備えられている。アラーム履歴、設定、アプリケーションデータ、Ｉ／Ｏインタフェースの表示などの診断表示によって、システム情報がサービス員に提供される。
【０１１８】
制御システム１２００とその周辺装置が実現する機能は、ハードウェアとソフトウェアの組合せによって実現することができる。センサ、リレー、駆動部品、コントローラなどの界磁部品はシステム全体に実装され、データをアナログやデジタルの形でシステムに提供したり、制御システムや関連装置からのアナログやデジタルの出力によって制御することができる。
【０１１９】
励磁システムの重要な機能の一つは、主にソフトウェアで実現されることが多いトランスデューサシステムである。ジェネレータのＰＴ、ＣＴは、自動（ジェネレータ端子電圧）レギュレータと、大部分のリミッタと、保護機能に必要な制御信号源である。一方法によれば、従来のジェネレータトランスデューサと異なり、高速でＡＣ波形のサンプリングを同時に行い、ソフトウェアの数理アルゴリズムを使って必要な変数をデジタル生成するトランスデューサが提供される。例えば、ソフトウェアトランスデューサシステムの出力には、以下のものが含まれる。ジェネレータの電圧、即ち、ジェネレータの平均出力電圧と、ジェネレータのアクティブ電流、即ち、ジェネレータのワットと同位相の平均出力電流と、ジェネレータのリアクティブ電流、即ち、ジェネレータのリアクティブ（イマジナリ）パワー（ＶＡＲ）と同じ位相の平均出力電流と、ジェネレータの周波数、即ち、ジェネレータの電流動作周波数と、スリップ、即ち、ロータ速度の変化を表す信号である。ソフトウェアベーストランスデューサシステムは上記の出力を使用して、以下のものを計算することができる。即ち、ジェネレータのパワーとＶＡＲと、ジェネレータの磁束の大きさ（Ｖ／ｚ）と、位相角とパワー係数である。
【０１２０】
自動レギュレータ基準（ＡＵＴＯ  ＲＥＦ）ブロックでは、自動電圧レギュレータ（ＡＶＲ）の自動制御（ＡＣ）設定変数が生成される。オペレータコマンド（上昇／降下入力）は、直接入力されるか、もしくは、ＨＭ１オペレータステーションからや、プラントＤＣＳからや、遠隔指令システムからデータリンクを介して入ってくる。上限と下限、プリセット、アップ／ダウンランプ時間によって、このブロックのコンフィグレーションが可能である。
【０１２１】
手動レギュレータ基準（ＭＡＮＵＡＬ  ＲＥＦ）ブロックは、手動電圧レギュレータ（ＭＶＲ）の手動設定変数を生成する。オペレータコマンド（上昇／降下入力）は、直接入力されるか、もしくは、ＨＭ１オペレータステーションやプラントＤＣＳや遠隔指令システムからデータリンクを介して入ってくる。上限と下限、プリセット、アップ／ダウンランプ時間によって、このブロックのコンフィグレーションが可能である。
【０１２２】
さらに、自動と手動基準フォロア（トラッキング）を設けることが可能である。ソフトウェアで実現される機能で、非アクティブなレギュレータの出力を調整することによって、アクティブなレギュレータを自動的に追跡することができる。即ち、自動レギュレータがジェネレータを制御している時は、手動レギュレータが追跡し、手動レギュレータがジェネレータを制御している時には、自動レギュレータが追跡する。これによって、一レギュレータから別のレギュレータへの切換え時にスムーズな切換えが実現する。
【０１２３】
励磁器ＡＶＲ設定（ＥＸＡＳＰ）ブロックでは、複数の機能を結合して、自動電圧レギュレータへの基準入力と、レギュレータのトラッキングをサポートするための変数を生成する。このブロックからの基準出力は、例えば、以下のものの和である。即ち、ＰＳＳブロックからの安定化信号と、ＹＲ  ＲＥＦブロックの出力と、ＵＥＬブロックからのリミッタ信号と、ＲＣＣ／ＡＲＣＣブロックからの出力と、Ｖ／Ｈｚリミッタ信号を生成するためのジェネレータの電圧と周波数の組合せと、白色雑音とステップテスト信号の適用をサポートするための外部テスト信号である。
【０１２４】
アンダー励磁リミッタ（ＵＥＬ）は、不足励磁リアクティブ電流もしくはパワーに対する自動電圧レギュレータの要求値を制限するための補助的制御を行うものである。ＵＥＬによって、ジェネレータ界磁の励磁が、小信号（定常状態）の安定限界、もしくは、ステータコア端部の加熱限界を超えるレベルまで低下することが防がれる。性能は、ジェネレータの性能曲線上のリミッタ動作領域を特定することによって特定される。
【０１２５】
リアクティブ電流補償（ＲＣＣ／ＡＲＣＣ）機能によって、リアクティブ電流補償（ＲＣＣ−ドループ）モード時に、並列マシン間でリアクティブ電流を共有することが可能となる。アクティブ／リアクティブ電流補償（ＡＲＣＣ−ラインドロップ）モード時には、その機能によって、ジェネレータ端子から離れた地点で調整する「ラインドロップ」が可能になる。
【０１２６】
ボルト／ヘルツリミッタ（Ｖ／Ｈｚ  Ｌｉｍ）機能は、許容不可のボルト／ヘルツ比をジェネレータの最大連続定格まで低下させるように働く。この機能では、ソフトウェアトランスデューサからの２つの入力、即ち、ジェネレータの平均電圧とジェネレータの周波数を使って、を設定することができる。ジェネレータは、定格周波数で定格端子電圧の許容可能なプラス／マイナス５％以内で動作すると考えられる。
【０１２７】
自動電圧レギュレータ（ＡＶＲ）のＡＶＲ機能は、負荷や動作状態の変化に対してジェネレータの端子電圧を一定に維持することである。誤差値（ジェネレータの平均電圧から、ＥＸＡＳＰブロックからの合成基準出力を差し引いた値）が、積分器ワインドアップ保護機能を備えた比例積分（Ｐ１）レギュレータに入力される。大部分のアプリケーションでは、ＡＶＲ機能がイネーブルの時に、ＡＶＲ制御出力は、パワーブリッジＳＣＲのゲート制御を行う点弧コマンドジェネレータを直接制御するものである。（電圧／電流による）複巻励磁器やハイシーリング（ｈｉｇｈ  ｃｅｉｌｉｎｇ）励磁器などの内部ループレギュレータを必要とするアプリケーションでは、手動レギュレータは、ＡＶＲからの制御出力をセットポイントの入力として使用する。
【０１２８】
パワーシステム安定器（ＰＳＳ）によって、自動レギュレータへ新たな入力が行われるので、パワーシステムの動的性能を向上させることができる。ＰＳＳでは、シャフト速度、周波数、同期マシンの電気的パワー、加速パワー、これらの信号を組合せたものなどの多くの様々な値を使用してもよい。制御システム１２００に提供されたＰＳＳは、ロータ速度に比例する信号に到達するために、同期マシンの電気的パワーと（ロータとほぼ等しい）内部周波数の組を利用するマルチ入力システムである。これは、加速パワーの積分値から得られるが、シャフトねじれ信号を大幅に減衰させるものである。
【０１２９】
ステータ電流制限（ＳＣＬ）機能は、ジェネレータのステータ電流が定格値を上回った時に使われる。この状況が発生すると、励磁器は、ＡＶＲ制御から、ステータ最小電流値にプリセットされたＶＡＲ制御に切り替える。ステータ電流が定格値を下回ると、励磁器は、ＡＶＲ制御に戻す。
【０１３０】
手動レギュレータ（ＦＹＲかＦＣＲ）の手動レギュレータ機能は、ジェネレータの界磁電圧もしくは界磁電流を制御することによって、界磁の磁束レベルとジェネレータの速度と負荷に応じて、ジェネレータの出力電圧を変化させることである。ＡＶＲと同様に手動レギュレータは、積分器ワインドアップ保護機能を備える比例積分（ＰＩ）レギュレータを使い、その制御出力は、イネーブル時に、パワーブリッジＳＣＲのゲート制御を行う点弧コマンドジェネレータを直接制御するものである。手動レギュレータとジェネレータの界磁フィードバックに対しては、２つの入力、即ち、セットポイントもしくは基準の入力がある。
【０１３１】
大部分のアプリケーションでは、手動レギュレータのセットポイントもしくは基準の入力は、ＭＡＮＵＡＬ  ＲＥＦブロックだけから得られ、オペレータの選択時や制御切換え後にパワーブリッジだけを制御する。内部ループレギュレータをＡＶＲと共に使う必要があるアプリケーションでは、ＡＶＲがジェネレータを制御している時は、セットポイントの入力は、ＡＶＲ制御の出力からくるものである。
【０１３２】
ジェネレータの界磁フィードバックは、手動レギュレータの型を示す。界磁電圧レギュレータ（ＦＶＲ）は、大部分のアプリケーションに提供される一般的な手動レギュレータであり、ジェネレータの界磁電圧をフィードバック入力として使う。ＦＶＲによって、界磁抵抗に応じて電流を変えることができる。界磁電流レギュレータ（ＦＣＲ）は、手動レギュレータの特別なアプリケーションであって、ジェネレータ界磁電流をフィードバック入力として利用する。
それは、変化する界磁温度に対して界磁電流を一定になるように調整するが、過励磁リミッタと無関係の信号が抑制されるので、ＧＥでは、ＦＣＲを手動レギュレータの標準として選択しなかった。
【０１３３】
過励磁リミッタ（ＯＥＬ）機能は、異常に大きな界磁電流が必要になる事象から受ける損傷からジェネレータ界磁を保護するものである。長時間にわたるこれらの大電流によって界磁が過熱されるので、損傷が生じることがある。ジェネレータ界磁は、界磁が追従するように設計される時間の関数として過電圧を特定するＡＮＳＩ規格  Ｃ５０．１３に基づいて設計されてもよい。この規格では、時間と電流の関数として界磁の過熱を示す曲線が利用される。ＯＥＬは、界磁電圧対時間の曲線に近似するように設計することができる。
【０１３４】
ＯＥＬは、パワーブリッジ点弧コマンドジェネレータと直接インタフェースをとることによって、自動もしくは手動レギュレータモードで、ジェネレータの界磁を損傷から保護することができる。その機能は、正常な動作状態ではアクティブとはならない。これによって、励磁器は、約１秒間、電流制限することなくジェネレータの漏電状態に対応することができる。この後、２段電流リミッタをアクティブにする。通常、第１の段階では、電流を高い値に制限する。界磁への熱負荷は、界磁の周知の加熱時間定数を用いて、界磁限界に至るまで調整される。この後、電流リミッタは、下限に切り換える。その事象が終了すると、積分器は、加熱時定数より長い界磁の冷却時定数に基づいて放電する。
【０１３５】
電流限界値は、ジェネレータの動作モードに基づいて選択可能である。ジェネレータがオフラインの時には、オフライン限界値が使用され、ジェネレータオンラインの時にはオンライン限界値が使用される。
【０１３６】
水素圧力／温度リミッタ補償機能は、ジェネレータの冷却に基づいて、保護機能と主要なジェネレータリミッタのコンフィグレーションパラメータを補償する。この機能の目的は、リミッタの動作と、ジェネレータの有効性能曲線の相関をとることである。水素冷却ジェネレータの場合には、正確なパラメータは、内部水素圧力であって、空冷ジェネレータの場合には温度である。どちらの場合でも、励磁器は、４〜２０ｍＡの入力を使ってパラメータを得る。圧力／温度補償から影響を受ける３つのリミッタには、アンダー励磁リミッタ（ＵＥＬ）、過励磁リミッタ（ＯＥＬ）、ステータ電流リミッタがある。
【０１３７】
３つのジェネレータ性能曲線のパラメータを入力することによって、補償のコンフィグレーションが得られる。励磁制御システムのソフトウェアは、このデータを外挿して、ジェネレータの現在の動作状態を正確なリミッタコンフィグレーションパラメータに変換するために必要な無数の曲線を生成する。
【０１３８】
手動制限リミッタ機能によって、手動レギュレータ（ＦＶＲ、ＦＣＲ）の選択時に、励磁器のアンダー励磁動作が制限される。また、それは、装置が手動制限リミッタに必要な界磁電圧以下で動作していながら依然としてＡＶＲモードで動作している時には、手動レギュレータが自動レギュレータを追跡することを許さない。
【０１３９】
ＶＡＲＩＰＥ制御機能は、ＡＶＲ基準のセットポイントを緩やかにランピングすることによって実施される。ＶＡＲ／ＰＦは、オペレータコマンドによって選択され、ＶＡＲ／ＰＦ値は、例えば、押しボタンを上下することによって制御される。
【０１４０】
詳細なモデルを生成するジェネレータシミュレータ（ＧＥＮ  ＳＩＭ）は、励磁システムソフトウェアの一部として含まれていてもよい。このモジュールは、実際のジェネレータの動作に厳密に適合するように構成されており、オペレータを訓練するために使用することができ、ジェネレータに接続されなくても、レギュレータとリミッタと保護機能の点検をサポートすることができる。
【０１４１】
ユニットデータハイウェイインタフェース（ＵＤＨ）によって、励磁器は、タービン制御システムのようなジェネレータ制御システムに接続される。これには、例えば、ＧＥ製Ｓｐｅｅｄｔｒｏｎｉｃ（商標）、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭ１）、ＨＭ１ビューアデータサーバ、ＧＥ  Ｆａｎｕｃ  ＰＬＣコントロールなどが含まれる。ＵＤＨは、イーサネット（商標）グローバルデータ（ＥＧＤ）プロトコルに準拠している。ＵＤＨは、デジタルウィンドーを励磁器に提供し、それを介して関係する全変数をモニターして制御することができる。また、このリンク上でのサポートが、ＧＥの制御システムＴｏｏｌＢｏｘのコンフィグレーションと、励磁器のメンテナンスツールとのインタフェースとなる。
【０１４２】
さらに、励磁器は、カスタマＤＣＳシステムとインタフェースをとるためのＭｏｄＢｕｓ  ＲＴＵスレーブデータリンクをサポートする。このリンクは、ＲＳ−２３２に準拠するか、もしくは、イーサネット（商標）１０ＢＡＳＥ−Ｔハードウェアを介してＴＣＰ／ＩＰのサポートを利用してもよい。コマンドとデータのどちらもサポート可能である。
【０１４３】
ボルト／ヘルツ保護（２４Ｇ）機能は、ボルト／ヘルツリミッタのバックアップとして働き、Ｃ（保護）コントローラを使用しても使用しなくてもサポート可能である。保護スキームは、ボルト／ヘルツ保護の２つのレベルからなり、一方のレベルは、反転期間のＶ／Ｈｚで１．１０／ユニットに設定され、他方のレベルは、２秒間で１．１８／ユニットに設定される。トリップと時間設定値はどちらもサポート可能である。
【０１４４】
過励磁保護（ＯＥＴ）機能は、過励磁リミッタのバックアップとして働き、保護モジュールとは別に購入可能である。リミッタが補正できない過励磁状態が発生した場合には、トリップ信号が生成される。この機能は、ＡＮＳＩ規格Ｃ５０．１３で規定された界磁電圧対時間の曲線を近似するものである。
【０１４５】
ジェネレータ過電圧トリップ（５９Ｇ）機能によって、ジェネレータの電機子電圧が監視され、許容不可能な高電圧が検出された時にトリップ信号を発信することができる。
【０１４６】
変圧器ヒューズ故障検出（ＰＴＦＤ）機能によって、電圧レギュレータへのＰＴフィードバック電圧の低下が検出される。検出電圧がなくなったり、一相であった場合には、手動レギュレータに切り換えられて、アラーム出力が提供される。パワー変圧器（ＰＰＴ）に、ジェネレータ端子の代わりに補助バスから供給された場合には、ジェネレータ端子電圧を独自に監視するために、第２のＰＴ信号セットを供給する必要がある。
【０１４７】
ＰＴ機能が低下した時に手動レギュレータへ切換える機能によって、ＡＣ電圧レギュレータに対するＰＴフィードバック電圧の低下が検出される。検出電圧がなくなった場合は、レギュレータは、０．５秒間出力を強制的に最高限度値として、手動に切り換える。これは、切換え前にレギュレータを強制的に最高限度値にしないＰＴＦＤ機能とは明らかに異なる。
【０１４８】
励磁低下保護（４０）機能によって、複数の同期マシンの励磁の低下が検出される。これは、ソフトウェアで実現するインピーダンスリレー機能である。この機能を使うと、推奨される設定を満たすことができ、異なるリレー特性を受け入れることができる。この機能はソフトウェアコードで実施され、オフセットの設定と、２つの径設定に対応することができる。例えば、オフセット設定は、マシン過渡リアクタンスの１／２（Ｘｄ／２）に等しくてもよく、小径の設定は、マシンベースで１．０／ユニットに等しく、大径設定は、マシン同期リアクタンス（Ｘｄ）に等しい。小径設定には時間遅延はなく、大径設定には調整可能な時間遅延がある。
【０１４９】
２つのリレー特性のそれぞれは、個別に（直径、時間遅延のオフセット）調整可能であり、トリップ信号を開始するために使用することができる。２つのリレー特性を利用することによって、「アンダー励磁限界」で動作時の電圧レギュレータの性能に関する問題に対処することができる。レギュレータは、限界値を維持して、見かけ上のインピーダンスがそのリレー特性に一瞬に入れるようにすると、アンダーシュートが発生することがある。一つのリレー特性（小径）だけが使われる場合には、レギュレータのアンダーシュートの結果として、好ましい動作をしないことがある。時間遅延と共に、大きな径に設定することは、このアンダーシュートの問題を回避することに役立つ。
【０１５０】
励磁器位相不平衡（ＥＵＴ）機能によって、３相入力パワー変圧器からの２次電圧が監視される。電圧位相不平衡状態が存在する場合、アラームが出て、特定の時間遅延後にトリップ信号が出される。
【０１５１】
オフライン過励磁保護（ＯＬＯＴ）機能は、ジェネレータのオフライン時に、過励磁リミッタのバックアップとして働く。
【０１５２】
自動レギュレータモードもしくは手動レギュレータモードでは、オフラインで動作時にジェネレータ界磁電流が無負荷界磁電流の１２０％を上回り、リミッタが過励磁状態を補正できない場合は、この機能によって、特定の時間遅延後にトリップ信号が出される。ジェネレータ界磁温度計算機能では、界磁電流で界磁電圧を割ることによって、抵抗値が計算される。アルゴリズムによって、２５度での周知の界磁抵抗値と、銅の線形抵抗温度変化に基づいて動作温度が計算される。また、調整可能な高温アラーム出力接点も備えられている。
【０１５３】
図１２の実施形態では、スタティック励磁器を用いた界磁検漏器のアプリケーションに焦点を絞ったが、本発明の概念を利用することによって、多くのアプリケーションで接地の検出を行うことができるが、これには、レギュレータのアプリケーションでのジェネレータの界磁が含まれる。例えば、複巻スタティック励磁器の一部として提供される可飽和変圧器の制御巻線、もしくは、回転励磁器の界磁を励磁するレギュレータである。重要なことは、有効なシステム動作を保証するために、ジェネレータの界磁巻線を利用可能にすることである。スタティック励磁器の場合、ＥＸＡＭカードは、検漏器モジュールと界磁巻線の間のインタフェースをして利用可能である。ＥＧＤＭカードは、制御ラックの励磁器カードとＥＸＡＭカードの間のインタフェースとして利用される。レギュレータのアプリケーションでは、同じＥＸＡＭカードを使って、界磁巻線とインタフェースをとるが、（検漏器モジュールのＥＧＤＭカードとは違って）ＥＲＯＣカードは、大部分の検漏器の機能を実現するために使用されるものである。通常、レギュレータを利用する時は、冗長検漏器を使用することはできない。
【０１５４】
本発明の精神と範囲から逸脱することなく、その他の修正を上述の複数の実施形態に加えることが可能であり、それらは、冒頭の請求項とそれと法的に等価なものによって網羅されるものである。
【０１５５】
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【０１５６】
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【０１５７】
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【０１５８】
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【０１５９】
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【０１６０】
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【０１６１】
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【０１６２】
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【０１６３】
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【０１６４】
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【０１６５】
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【０１６６】
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【０１６７】
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【０１６８】
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【０１６９】
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【０１７０】
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【０１７１】
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【０１７２】
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【０１７３】
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【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】図１は、本発明の非冗長な界磁検漏器の一実施形態を示す図である。
【図２】図２は、シャフト電圧抑制コンデンサに配置されたブリーダ抵抗器を含む定常状態のＤＣ動作を行う一回路を示す図である。
【図３】図３は、例えば、７５０ｖｒｍ〜１１２５ｖｒｍｓの励磁器入力の変圧器電圧のために使われる一減衰器のロジックを示す図である。
【図４】図４は、センス電圧と、発振器の電圧を測定する一ロジックを示す図である。
【図５】図５は、異常を示す発振器の周波数を検出し、テスト時に、センス抵抗器の差電圧を測定をＶＣＯにさせるために用いられる一ロジックを示す図である。
【図６】図６は、本発明の正常動作に対応するタイミング図である。
【図７】図７は、界磁検漏器の正常動作を示す波形図である。
【図８】図８は、本発明のテストモード動作に対応するタイミング図である。
【図９】図９は、テストモード時での界磁検漏器の動作を示す波形図である。
【図１０】図１０は、本発明の冗長な界磁検漏器の一実施形態を示す図である。
【図１１】図１１は、冗長な界磁検漏器を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の界磁検漏器が組み込まれたスタティック励磁制御システムを示す模式図である。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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