(57)【要約】【課題】  発電機の主機器が損傷に至ることはないし、界磁巻線が焼損することのないこと。【解決手段】  本発明の発電機励磁装置は、上記課題を解決するために、計器用変流器の検出電流である界磁電流Ｉｆと予め設定されたしきい値Ｉｆ１を比較する界磁電流比較器と、前記計器用変圧器からの発電機電圧Ｖｇと予め設定されたしきい値Ｖｇ１を比較する発電機電圧比較器と、前記界磁電流比較器での界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Ｉｆ１以上で、かつ、前記発電機電圧比較器での発電機電圧Ｖｇが予め設定されたしきい値Ｖｇ１以下の条件で異常と診断して、発電機の界磁電流を遮断するか若しくは自動電圧調整手段から界磁電流一定制御手段への運転切替を指令する診断手段とを備えていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主遮断器を介して系統に接続される発電機の出力電圧を検出する計器用変圧器の二次電圧が入力されると共に、前記発電機の界磁電流を検出する計器用変流器での検出電流が入力され、これら両者の入力値に基づき前記発電機の界磁電流を制御する自動電圧調整手段及び界磁電流を一定に制御する界磁電流一定制御手段を備えた発電機励磁装置において、
前記発電機励磁装置は、前記計器用変流器の検出電流である界磁電流Ｉｆと予め設定されたしきい値Ｉｆ１を比較する界磁電流比較器と、前記計器用変圧器からの発電機電圧Ｖｇと予め設定されたしきい値Ｖｇ１を比較する発電機電圧比較器と、前記界磁電流比較器での界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Ｉｆ１以上で、かつ、前記発電機電圧比較器での発電機電圧Ｖｇが予め設定されたしきい値Ｖｇ１以下の条件で異常と診断して、前記発電機の界磁電流を遮断するか若しくは前記自動電圧調整手段から前記界磁電流一定制御手段への運転切替を指令する診断手段とを備えていることを特徴とする発電機励磁装置。
【請求項２】
主遮断器を介して系統に接続される発電機の出力電圧を検出する計器用変圧器の二次電圧が入力されると共に、前記発電機手前に配置されたシャント抵抗からの検出電流が入力され、これら両者の入力値に基づき前記発電機の界磁電流を制御する自動電圧調整手段及び界磁電流を一定に制御する界磁電流一定制御手段を備えた発電機励磁装置において、
前記発電機励磁装置は、前記シャント抵抗からの検出電流である界磁電流Ｉｆと予め設定されたしきい値Ｉｆ１を比較する界磁電流比較器と、前記計器用変圧器からの出力電圧Ｖｇと予め設定されたしきい値Ｖｇ１を比較する発電機電圧比較器と、前記界磁電流比較器での界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Ｉｆ１以上で、かつ、前記発電機電圧比較器での出力電圧Ｖｇが予め設定されたしきい値Ｖｇ１以下の条件で異常と診断して、前記発電機の界磁電流を遮断するか若しくは界磁電流一定制御への切替えを指令する診断手段とを備えていることを特徴とする発電機励磁装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発電機励磁装置において、
前記発電機は、自励若しくは他励電源方式のサイリスタ励磁発電機であることを特徴とする発電機励磁装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の発電機励磁装置において、
前記発電機は、自励若しくは他励電源方式のブラシレス励磁発電機であることを特徴とする発電機励磁装置。
【請求項５】
主遮断器を介して系統に接続される発電機の出力電圧を検出する計器用変圧器の二次電圧が入力されると共に、前記発電機の界磁電流を検出する計器用変流器での検出電流が入力される自動電圧調整手段により、前記計器用変圧器の二次電圧及び前記計器用変流器での検出電流の入力値に基づき前記発電機の界磁電流を制御する発電機励磁方法において、
前記計器用変流器の検出電流である界磁電流Ｉｆと予め設定されたしきい値Ｉｆ１を界磁電流比較器で比較すると共に、前記計器用変圧器からの発電機電圧Ｖｇと予め設定されたしきい値Ｖｇ１を発電機電圧比較器で比較し、前記界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Ｉｆ１以上で、かつ、前記出力電圧Ｖｇが予め設定されたしきい値Ｖｇ１以下の条件で異常と診断して、前記発電機の界磁電流を遮断するか若しくは前記自動電圧調整手段から界磁電流を一定に制御する界磁電流一定制御手段へ運転を切替えることを特徴とする発電機励磁方法。
【請求項６】
自励電源方式のサイリスタ励磁発電機の界磁電流をシャント抵抗を用いて検出することで、発電機無回転状態で発電機励磁装置を起動した場合に、初励磁電源から界磁巻線に界磁電流が流れ、発電機無回転のため発電機電圧はゼロで変化せず、発電機界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Iｆ１以上で、かつ、計器用変圧器からの出力電圧Ｖｇが予め定められたしきい値Ｖｇ１以下となることをもって異常と診断し、前記界磁電流を遮断するか若しくは界磁電流一定制御への切替えを行うことを特徴とする発電機励磁方法。
【請求項７】
他励電源方式のサイリスタ励磁発電機の界磁電流を、計器用変流器若しくはシャント抵抗を用いて検出することで、発電機無回転状態で発電機励磁装置を起動した場合に、他励電源より最大出力の界磁電流が流れ、発電機無回転のため発電機電圧はゼロで変化せず、発電機界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Iｆ１以上で、かつ、計器用変圧器からの出力電圧Ｖｇが予め定められたしきい値Ｖｇ１以下となることをもって異常と診断し、前記界磁電流を遮断するか若しくは界磁電流一定制御への切替えを行うことを特徴とする発電機励磁方法。
【請求項８】
自励電源方式のブラシレス励磁発電機が、発電機無回転状態で発電機励磁装置を起動した場合に、発電機電圧検出値がゼロであるため、初励磁電源から界磁巻線に界磁電流が流れ、発電機無回転のため発電機電圧はゼロで変化せず、発電機界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Iｆ１以上で、かつ、計器用変圧器からの出力電圧Ｖｇが予め定められたしきい値Ｖｇ１以下となることをもって異常と診断し、前記界磁電流を遮断するか若しくは界磁電流一定制御への切替えを行うことを特徴とする発電機励磁方法。
【請求項９】
他励電源方式のブラシレス励磁発電機が、発電機無回転状態で発電機励磁装置を起動した場合に、発電機電圧検出値がゼロであるため他励電源より最大出力の界磁電流が流れるが、発電機無回転のため発電機電圧はゼロで変化せず、発電機界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Iｆ１以上で、かつ、計器用変圧器からの出力電圧Ｖｇが予め定められたしきい値Ｖｇ１以下となることをもって異常と診断し、前記界磁電流を遮断するか若しくは界磁電流一定制御への切替えを行うことを特徴とする発電機励磁方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電機励磁装置及び発電機励磁方法に係り、特に、電力系統に接続された発電機の出力を、発電機の界磁巻線を流れる界磁電流によって制御するものに好適な発電機励磁装置及び発電機励磁方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統に電力を供給するシステムとして、界磁巻線を有する発電機と、発電機の出力を制御する発電機励磁装置とを備え、発電機を遮断器、変圧器等を介して送電系統に接続したものが知られている。
【０００３】
この種の発電機励磁装置においては、発電機の出力電圧を検出し、電圧設定値との差から界磁電流を調整し、発電機出力電圧をフィードバック制御する制御方式が採用されている。
【０００４】
このような制御方式を採用している従来の発電機励磁装置を適用した発電機の励磁装置の全体構成を図１に示す。
【０００５】
該図において、発電機１は、送電系統に電力を送る電源として、主遮断器２を介して送電線３に接続されており、発電機１の出力（電力）は、主遮断器２を介して、主変圧器（図示せず）で送電電圧に昇圧された後、送電線３に送電されるようになっている。
【０００６】
発電機１には、界磁電流が流れる界磁巻線４が設けられており、界磁巻線４は、シャント抵抗５、界磁遮断器６、サイリスタ整流器７を介して励磁変圧器８に接続され、界磁遮断器６とサイリスタ整流器７の間には、初励磁電源１４が、初励磁開閉器１５を介して接続されている。励磁変圧器８は、発電機１の出力側に接続されており、発電機１の出力電圧を降圧し、降圧した電圧をサイリスタ整流器７に出力するようになっている。
【０００７】
サイリスタ整流器７は、スイッチング素子としてのサイリスタを複数個備え、発電機励磁装置９の一要素である自動電圧調整装置（以下、ＡＶＲという）１０からのゲート信号に従って各サイリスタがスイッチング動作することにより、励磁変圧器８の出力電流を整流するようになっている。
【０００８】
この整流により得られた電流は、界磁電流として、界磁遮断器６を介して界磁巻線４に供給されるようになっている。
【０００９】
発電機励磁装置９には、上述したＡＶＲ１０と界磁電流を一定に制御する界磁電流一定制御装置（以下、ＡＥＲという）を備えており、ＡＶＲ１０には、サイリスタ整流器７に供給される電流を検出する計器用変流器（以下、ＣＴという）１１の検出電流が入力されると共に、発電機１の出力電圧又は端子電圧を検出する計器用変圧器（以下、ＰＴという）１２からなる発電機電圧検出用ＰＴ回路１３の検出電圧が入力される。そして、これら両者の入力値に基づき発電機１の界磁電流を制御するようになっている。
【００１０】
ところで、複数のＰＴ１２を持つ発電機電圧検出用ＰＴ回路１３には、各ＰＴ１２の発電機電圧検出値の不一致を検出する６０ＰＴという機能がある。この６０ＰＴは、一方のＰＴ回路の異常で出力低下した場合に、正常ＰＴ出力と比較して異常を検知できるが、引出型ＰＴの復旧漏れなどのように、複数ＰＴが全て出力ゼロとなった場合には、異常を検知できない。
【００１１】
また、発電機無回転状態において、発電機出力電圧はゼロであるためＰＴ出力もゼロとなり、他励電源方式において、発電機励磁装置は最大出力の界磁電流を流し続ける。また、発電機１が停止している状態では、発電機１の回転に伴う冷却風が発生しないため、発電機１の回転による冷却効果が得られないことにより、界磁巻線４が焼損する危険性がある。自励電源方式においては、初励磁電源１４から供給される界磁電流しか流れず、また、一定時間後に発電機電圧が上昇していないことで初励磁渋滞異常として異常診断するため、界磁巻線４が焼損する危険性は低い。
【００１２】
尚、上述した発電機励磁装置として、特許文献１を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００３−２５０２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
発電機電圧検出用ＰＴ回路１３を取り外した状態で発電機１を起動すると、発電機励磁装置９に入力される発電機電圧検出値はゼロであるため、設定値まで発電機電圧を上昇させるために最大出力の界磁電流を流し続ける。これにより、無負荷状態で大きな界磁電流が流れるために発電機過電圧となり、固定子巻線の短絡や絶縁劣化、発電機出力に接続された変圧器等の絶縁破壊や飽和による過電流などが発生する恐れがある。
【００１５】
また、発電機無回転状態でＡＶＲ１０を起動すると、自励電源方式では、初励磁電源１４により界磁巻線４に界磁電流が流れ、他励電源方式では、発電機電圧検出値がゼロであるため、発電機励磁装置９から最大出力の界磁電流が流れる。発電機１の回転による冷却効果が無い状態で界磁電流が流れるため、界磁巻線４が焼損する危険性がある。
【００１６】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、発電機の主機器が損傷に至ることはないし、界磁巻線が焼損することのない発電機励磁装置及び発電機励磁方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の発電機励磁装置は、上記目的を達成するために、主遮断器を介して系統に接続される発電機の出力電圧を検出する計器用変圧器の二次電圧が入力されると共に、前記発電機の界磁電流を検出する計器用変流器での検出電流が入力され、これら両者の入力値に基づき前記発電機の界磁電流を制御する自動電圧調整手段及び界磁電流を一定に制御する界磁電流一定制御手段を備えた発電機励磁装置において、前記発電機励磁装置は、前記計器用変流器の検出電流である界磁電流Ｉｆと予め設定されたしきい値Ｉｆ１を比較する界磁電流比較器と、前記計器用変圧器からの発電機電圧Ｖｇと予め設定されたしきい値Ｖｇ１を比較する発電機電圧比較器と、前記界磁電流比較器での界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Ｉｆ１以上で、かつ、前記発電機電圧比較器での発電機電圧Ｖｇが予め設定されたしきい値Ｖｇ１以下の条件で異常と診断して、前記発電機の界磁電流を遮断するか若しくは前記自動電圧調整手段から前記界磁電流一定制御手段への運転切替を指令する診断手段とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の発電機励磁方法は、上記目的を達成するために、主遮断器を介して系統に接続される発電機の出力電圧を検出する計器用変圧器の二次電圧が入力されると共に、前記発電機の界磁電流を検出する計器用変流器での検出電流が入力される自動電圧調整手段により、前記計器用変圧器の二次電圧及び前記計器用変流器での検出電流の入力値に基づき前記発電機の界磁電流を制御する発電機励磁方法において、前記計器用変流器の検出電流である界磁電流Ｉｆと予め設定されたしきい値Ｉｆ１を界磁電流比較器で比較すると共に、前記計器用変圧器からの発電機電圧Ｖｇと予め設定されたしきい値Ｖｇ１を発電機電圧比較器で比較し、前記界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Ｉｆ１以上で、かつ、前記発電機電圧Ｖｇが予め設定されたしきい値Ｖｇ１以下の条件で異常と診断して、前記発電機の界磁電流を遮断するか若しくは前記自動電圧調整手段から界磁電流を一定に制御する界磁電流一定制御手段へ運転を切替えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、発電機の主機器が損傷に至ることはないし、界磁巻線が焼損することのない発電機励磁装置及び発電機励磁方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の発電機励磁装置を適用した発電機の励磁装置の全体構成を示し、自励電源方式の例である。
【図２】本発明の発電機励磁装置の実施例１を適用した発電機の励磁装置の全体構成を示し、自励電源方式の例である。
【図３】本発明の発電機励磁装置の実施例１の改良案を適用した発電機の励磁装置の全体構成を示し、自励電源方式の例である。
【図４】本発明の発電機励磁装置の実施例１を適用した発電機の励磁装置の全体構成を示し、他励電源方式の例である。
【図５】本発明の発電機励磁装置の実施例２を適用した発電機の励磁装置の全体構成を示し、自励電源方式の例である。
【図６】本発明の発電機励磁装置の実施例２を適用した発電機の励磁装置の全体構成を示し、他励電源方式の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の発電機励磁装置を説明する。尚、符号は、従来と同一のものは同符号を使用し、その詳細説明は省略する。
【実施例１】
【００２２】
図２に、本発明の発電機励磁装置の実施例１を適用した発電機の励磁装置の全体構成を示し、自励電源方式のサイリスタ励磁装置における例であり、その概略構成は、図１と略同様である。
【００２３】
該図に示す本実施例では、発電機励磁装置９の一要素として、計器用変流器１１の検出電流である界磁電流Ｉｆと予め設定されたしきい値Ｉｆ１を比較する界磁電流比較器１６と、計器用変圧器１２からの発電機電圧Ｖｇと予め設定されたしきい値Ｖｇ１を比較する発電機電圧比較器１７と、界磁電流比較器１６での界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Ｉｆ１以上で、かつ、発電機電圧比較器１７での出力電圧Ｖｇが予め設定されたしきい値Ｖｇ１以下の条件で異常と診断して、発電機１の界磁電流を遮断するか、或いはＡＶＲからＡＥＲへの運転切替を指令する診断手段１８とを備えているものである。
【００２４】
このような本実施例の構成とすることにより、計器用変流器１１の検出電流である界磁電流Ｉｆと予め設定されたしきい値Ｉｆ１を界磁電流比較器１６で比較すると共に、計器用変圧器１２からの出力電圧Ｖｇと予め設定されたしきい値Ｖｇ１を発電機電圧比較器１７で比較し、界磁電流Ｉｆが予め設定されたしきい値Ｉｆ１以上で、かつ、出力電圧Ｖｇが予め設定されたしきい値Ｖｇ１以下の条件で異常と診断装置１８で診断し、この診断装置１８からの指令に基づいて発電機１の界磁電流を遮断して発電機の運転を停止するか、或いはＡＶＲ１０からＡＥＲへ運転を切替えることで、発電機１の運転を継続することができる。
【００２５】
これにより、発電機電圧検出用ＰＴ回路１３が正常に構成されていない場合、或いは発電機１が無回転状態で励磁電流が流れた場合に異常と診断できる。
【００２６】
また、ＣＴ１１により測定された発電機１の界磁電流の代わりに、図３に示す改良案の如く、界磁巻線４の手前に設置されているシャント抵抗５により測定された発電機１の界磁電流をＩｆとして診断することで、初励磁電源１４から界磁巻線４に流れる界磁電流も併せて監視することができる。
【００２７】
診断装置１８で異常として診断した場合は、界磁電流を遮断して発電機の運転停止、もしくはＡＶＲからＡＥＲへの運転切替を実行し発電機１の運転を継続することで、異常の影響を除外することができる。
【００２８】
従って、本実施例では、発電機電圧検出用ＰＴ回路１３で発生した異常により発電機１が過電圧となり発電機１等の主機損傷に至ること、又は発電機１の無回転状態で界磁電流が流れるという異常により、界磁巻線４が焼損することを、未然に防ぐことができる。
【００２９】
また、本実施例では、ＡＶＲにおいて、従来から取り込んでいる界磁電流と発電機電圧検出用ＰＴ１３の信号を利用するため、引出型ＰＴの位置検出を行うリミットスイッチ等の検出器の追加設置が不要という利点がある。
【００３０】
更に、従来の６０ＰＴでは、複数ＰＴの同時異常により全てのＰＴ出力がゼロとなった場合には、ＰＴ出力に差が無いため異常と診断できないのに対し、本実施例では、界磁電流が供給されている状態でＰＴ出力がゼロの場合に異常と診断するため、６０ＰＴと組み合わせることで、単体ＰＴ異常と複数ＰＴ異常の両方に対処可能となる。
【００３１】
図４は、上述した実施例１の発電機励磁装置を他励電源方式のサイリスタ励磁装置に適用した例を示すものであり、系統から直接励磁変圧器８に励磁電流を導いているもので、初励磁電源１４、初励磁開閉器１５が無い点以外は、実施例１の構成と同一である。
【００３２】
このような他励電源方式を用いても、その効果は上述した実施例１と同様である。
【実施例２】
【００３３】
図５に、本発明の発電機励磁装置の実施例２を示し、自励電源方式のブラシレス励磁装置における例であり、その概略構成は、図２と略同様である。
【００３４】
該図に示す実施例では、励磁装置１９を用いて発電機１を起動するようにしている点が、実施例１とは異なるものである。
【００３５】
図６は、上述した実施例２の発電機励磁装置を他励電源方式のブラシレス励磁装置に適用した例を示すものである。
【００３６】
このような図５及び図６に示した自励及び他励電源方式のブラシレス励磁装置に適用しても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【００３７】
尚、上述した実施例１及び２では、異常と診断したら発電機の界磁電流を遮断するか、若しくはＡＶＲからＡＥＲへ運転を切り替えることで、発電機を保護する例について説明したが、発電機を保護する方法としては、界磁遮断器６により遮断する他、サイリスタをゲートシフト、即ち、サイリスタ点孤位相角を最大に設定し、サイリスタからの界磁電流出力を最小限に絞ることでも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１…発電機、２…主遮断器、３…送電線、４…界磁巻線、５…シャント抵抗、６…界磁遮断器、７…サイリスタ整流器、８…励磁変圧器、９…発電機励磁装置、１０…自動電圧調整装置、１１…計器用変流器、１２…計器用変圧器、１３…発電機電圧検出用ＰＴ回路、１４…初励磁電源、１５…初励磁開閉器、１６…界磁電流比較器、１７…発電機電圧比較器、１８…診断装置、１９…励磁装置。
【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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