(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機が遮断器を介して送電系統に接続される発電機軸を複数軸備えた発電機主回路の発電機の解列制御方法において、
前記複数の発電機軸のうち何れかの前記発電機軸を該発電機軸に設置された遮断器にて解列操作する際に、解列操作しようとする発電機軸以外の発電機軸で電気事故の発生を検出した場合には、解列操作しようとする前記発電機軸の遮断器の解列操作信号を、電気事故発生の検出後の所定時間は非出力状態に保持させることを特徴とする発電機の解列制御方法。
【請求項２】
発電機が遮断器を介して送電系統に接続される発電機軸を複数軸備えた発電機主回路の発電機の解列制御方法において、
前記複数の発電機軸のうち何れかの発電機軸を解列操作する際に、解列対象外の発電機軸で電気事故が発生したことを検出した場合には、前記解列対象の発電機軸に設置された遮断器の解列操作に先行させて、前記解列対象の発電機軸の発電機出力の交流電流が電流零の点を通過するように該交流電流波形の振幅を増幅させて、その後に遮断器を解列操作することを特徴とする発電機の解列制御方法。
【請求項３】
前記発電機の解列制御方法は、解列対象の発電機軸の発電機の負荷指令値を、電流の零点推移が発生した場合に、交流電流が電流零の点を通過可能な発電機負荷に相当する負荷指令値に設定することを特徴とする請求項２に記載の発電機の解列制御方法。
【請求項４】
前記発電機の解列制御方法は、解列対象の発電機軸の発電機の負荷指令値を、電流の零点推移が発生した場合に交流電流が電流零の点を通過可能な無効電力負荷に相当する負荷指令値に設定することを特徴とする請求項２に記載の発電機の解列制御方法。
【請求項５】
前記発電機の解列制御方法は、解列対象の発電機軸の発電機の電圧設定を、電流の零点推移が発生した場合に交流電流が電流零の点を通過可能な無効電力に対応する電圧設定に上昇させ、解列対象外の発電機軸の発電機の電圧設定を、上昇させた前記解列対象の発電機軸の発電機の無効電力に対応する電圧設定を下降させて、各発電機の無効電力の配分を調整することを特徴とする請求項２に記載の発電機の解列制御方法。
【請求項６】
前記発電機の解列制御方法は、発電機電圧調整装置と系統電圧制御装置とを備えたものであり、該発電機電圧調整装置と系統電圧制御装置が協調運転中である場合には系統電圧制御装置の出力信号を抑制することを特徴とする請求項２から５の何れかに記載の発電機の解列制御方法。
【請求項７】
前記発電機の解列制御方法は、他の発電機軸の電気事故発生を判定する電気信号として、発電機軸電圧と同電位を有する部分の短絡保護に応動する保護継電器要素、または、発電機保護継電器群個々の要素、または、発電機ロックアウト継電器の出力信号を用いて事故発生を検出することを特徴とする請求項１に記載の発電機の解列制御方法。
【請求項８】
前記発電機の解列制御方法は、発電機電圧を昇圧する変圧器の高圧側と低圧側に遮断器が設けられたものであり、ある発電機軸を解列操作を行う際に、他の発電機軸で電気事故の発生信号が出力された場合には、解列操作を行う前記発電機軸の高圧側遮断器、あるいは前記高圧側遮断器及び低圧側遮断器を同時に解列操作する操作指令信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の発電機の解列制御方法。
【請求項９】
発電機が遮断器を介して送電系統に接続される発電機軸を複数軸備え、該複数の発電機軸には電気事故の発生を検出する検出装置と、電気事故が発生した際に前記遮断器を遮断させる保護継電器とを備えた発電機主回路の発電機の解列制御装置において、
前記解列制御装置は、ある発電機軸に設置された遮断器の解列操作指令信号を出力する際、他の発電機軸に備えられた保護継電器の動作信号が出力されている場合には、該作動信号の出力後の一定時間は前記解列操作指令信号の出力を停止させるインターロック回路を備えたことを特徴とする発電機の解列制御装置。
【請求項１０】
発電機が遮断器を介して送電系統に接続される発電機軸を複数軸備えた発電機主回路の発電機の解列制御装置において、
前記複数の発電機軸には、該発電機軸の電流を検出する第１及び第２の電流検出器と、該第１及び第２の電流検出器で検出される電流値差、或いは電流値差の比率が設定値以上になると該発電機軸に設置された前記遮断器を遮断させる保護継電器が備えられたものであって、
前記解列制御装置は、ある発電機軸に設置された遮断器を解列操作する際に、他の発電機軸に備えられた前記保護継電器の動作信号が出力されていないことを条件に、該遮断器の解列動作指令信号を出力する制御装置であることを特徴とする発電機の解列制御装置。
【請求項１１】
発電機が遮断器を介して送電系統に接続される発電機軸を複数軸備えた発電機主回路の発電機の解列制御装置において、
前記解列制御装置は、複数の発電機軸のうち解列対象の発電機軸の遮断器を解列操作する時に、その解列遮断の時点に先行させて、発電機出力の交流電流が電流零の点を通過するように交流電流波形を増幅させて、その後に前記遮断器を解列動作させるものであることを特徴とする発電機の解列制御装置。
【請求項１２】
前記発電機の解列制御装置は、解列対象の発電機の電圧設定を、電流の零点推移が発生した場合に電流振幅が零点を通過可能な無効電力に対応する電圧設定に上昇させ、解列対象外の発電機の電圧設定を、上昇させた前記解列対象の発電機の無効電力に対応する電圧設定に下降させて、各発電機の無効電力の配分を調整するものであることを特徴とする請求項１１に記載の発電機の解列制御装置。
【請求項１３】
前記複数の発電機軸は、発電機電圧を昇圧する変圧器を備え、該変圧器の高圧側と低圧側に前記遮断器が設けられたものであって、
前記解列制御装置は、ある発電機軸を解列操作を行う際に、他の発電機軸で電気事故の発生信号が出力された場合には、解列操作を行う前記発電機軸の高圧側遮断器、あるいは前記高圧側遮断器及び低圧側遮断器を同時に解列操作する解列操作指令信号を出力するものであることを特徴とする請求項９に記載の発電機の解列制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発電機軸を備えた発電機主回路における発電機の解列制御方法およびその制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の知見として、平成１１年電気学会報告「電力・エネルギー部門大会（第１０回）論文集（分冊Ｂ）−電力機器・現象−Ｂ１８遮断器Ｎo.４６４」によると、実際の電力系統において、短絡事故が発生した時、枝路（電気的に分岐路を持つ構成）としての電路構成の、ある部分での電流波形を観察（計算解析上）したところ、電流零点推移現象が発生することが報告されている。
【０００３】
この論文の中には、その発生のメカニズムの解明の他、実運用における対策案の示唆もなされていて、例えば、電流零点推移現象は電源系統の計画・設計の結果、個々の電気品特性が組み合わされたシステム特性として必然として起き得るものであるので、この発生を前提として電路にある交流遮断器を切る(解列する)タイミングの時限協調を図ることが提案されている。
【０００４】
なお、直列補償装置のバイパス保護装置が誤動作あるいは誤不動作したことを判断する手段から遮断器を動作させる保護装置にバイパス保護異常を伝達し、故障電流に零レス現象が発生したときには、保護リレーが遮断器のトリップ信号を零レス現象が解消する時間に合わせて出すように制御する直列補償系統の故障保護方法として、特開平７−２７４３８０号公報に記載の技術がある。また、発電機主回路に事故電流の零点推移現象の抑制用の抵抗を設けて、発電機より送出電流中の直流成分の減衰を早めて電流零の点を通過させるようにしたものとして、特開昭６０−１８９１２４号公報に記載の技術がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記論文では電流零点推移現象に対する回避の為の対応思想についての提案はなされているものの、具体的な実務上の対策手段は提案されていなかった。
【０００６】
また、特開平７−２７４３８０号公報および特開昭６０−１８９１２４号公報には、前述したように電流零点推移現象に対する対応策が記載されているが、次の点について考慮されたものではなかった。すなわち、複数の発電機軸（群）が大容量系統に接続され、これらの発電機軸が並列に運転される発送電系統において、複数の発電機軸の中である発電機軸に故障や地絡等の事故が発生したことにより電流が零点推移した場合、この電流零点推移現象により他の健全発電機軸の遮断器を遮断しようとしても、零点が推移した電流を遮断することができず、発電機主回路を確実に保護することができない虞があるが、前述した公報にはこれらの点について何ら考慮されていない。
【０００７】
本発明の目的は、健全発電機軸の解列操作を行う際に、電流零点推移現象から発電機主回路を保護することができる発電機の解列制御方法およびその制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の発電機の解列制御方法は、発電機が遮断器を介して送電系統に接続される発電機軸を複数軸備えた発電機主回路の発電機の解列制御方法において、前記複数の発電機軸のうち何れかの前記発電機軸を該発電機軸に設置された遮断器にて解列操作する際に、解列操作しようとする発電機軸以外の発電機軸で電気事故の発生を検出した場合には、解列操作しようとする前記発電機軸の遮断器の解列操作信号を、電気事故発生の検出後の所定時間は非出力状態に保持させるものである。
【０００９】
また、本発明の発電機の解列制御方法は、発電機が遮断器を介して送電系統に接続される発電機軸を複数軸備えた発電機主回路の発電機の解列制御方法において、前記複数の発電機軸のうち何れかの発電機軸を解列操作する際に、解列対象外の発電機軸で電気事故が発生したことを検出した場合には、前記解列対象の発電機軸に設置された遮断器の解列操作に先行させて、前記解列対象の発電機軸の発電機出力の交流電流が電流零の点を通過するように該交流電流波形の振幅を増幅させて、その後に遮断器を解列操作するものである。
【００１０】
また、上気目的を達成するために、本発明の発電機の解列制御装置は、発電機が遮断器を介して送電系統に接続される発電機軸を複数軸備え、該複数の発電機軸には電気事故の発生を検出する検出装置と、電気事故が発生した際に前記遮断器を遮断させる保護継電器とを備えた発電機主回路の発電機の解列制御装置において、前記解列制御装置は、ある発電機軸に設置された遮断器の解列操作指令信号を出力する際、他の発電機軸に備えられた保護継電器の動作信号が出力されている場合には、該作動信号の出力後の一定時間は前記解列操作指令信号の出力を停止させるインターロック回路を備えたものである。
【００１１】
また、本発明の発電機の解列制御装置は、発電機が遮断器を介して送電系統に接続される発電機軸を複数軸備えた発電機主回路の発電機の解列制御装置において、前記解列制御装置は、複数の発電機軸のうち解列対象の発電機軸の遮断器を解列操作する時に、その解列遮断の時点に先行させて、発電機出力の交流電流が電流零の点を通過するように交流電流波形を増幅させて、その後に前記遮断器を解列動作させるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本実施例は複数の発電機が送電線に接続された通常の発電所若しくは、電気的変動が、相互に影響を及ぼす複数の発電所間での発電・送電システムの中で運用される各発電機の個々の制御方法及び制御装置に関し、特に発電機主回路の発電機電圧と同電圧を有する回路の遮断器を解放することで発電機を解列する際の運用に関する。また、これは、火力・原子力等の原動機側のシステムの相違を問わず、電気的な回路条件上の特徴・固有のシステム特性が成立する発電所であればすべて対象となる。
【００１３】
現在の発電機遮断器・発電機負荷開閉器の運用方法においては、例えば、国内の各地域の電力会社における実績として、発電所の発電機を解列させる時には、発電機の電気出力（有効電力）を徐々に絞り込み、発電機から見た場合の原動機側のボイラ，タービン，ガスタービン等の設備に急激な衝撃を与えないように十分負荷を小さくしてから、遮断器の解列操作を実施しているのが通常である。発電プラントとしては、「負荷遮断」と称して大きな負荷から急激に負荷ゼロに至らしめても機器損傷に到らぬように一般的に設計されてはいるが、高頻度の運用では機器劣化を促進することになるので通常は行っていない。
【００１４】
ここで、電流零点推移現象に基づく技術的問題点を明らかにしておく。
【００１５】
発電機主回路において電流零点推移現象が発生することで問題となるのは、特に最近のコンバインド発電設備においてである（汽力プラントでは発生しないとはいえない。）。このコンバインドプラントでは、単機出力としては大型汽力に及ばないものの、一つの系列構成として複数軸（台）の発電機で発電所を構成し、全体で汽力以上の大出力化構成を採るものが増えている。火力プラントとしての運用では、近年殆どがＤＳＳ（Daily Start & Stop）運用を要請されていることから、電力需要が低下した時間帯での発電機解列を行うこととなる。
【００１６】
この解列に当たっては、解列操作直前での低負荷領域での運転があり、この交流電流振幅が小さい期間に、例えば隣接する発電機軸の主回路で短絡事故が発生した時に、上述の電流零点推移現象がこの健全なる解列目前の発電機主回路に発生する。そしてこの電流零点推移中での解列操作は、交流遮断器の「切り」操作であることから、直流電流を強引に遮断する操作を行うことになり、交流遮断器の機構等に損傷を与えるという重大な問題が潜んでいるというべき状況となる。この損傷の程度は様々な条件によるとはいえ、再使用は不可能になると考えられ、場合によっては発火災害を起こす可能性もある。
【００１７】
上記の状況は発電機主回路での電気事故発生が確率的にはごく小さいことから、無視可能の立場を採ることもありえようが、上記の如く、発電機の軸数が多く、停止解列の頻度が高いプラントにおいては、毎回の解列時点にこのリスクを負うこととなり、立場によっては好ましい状況とはいえない。
【００１８】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１９】
図１１は、複数軸の発電機で構成された発電機主回路を示す。図１１に示す本実施例では、先ず第１の発電機軸１として、発電機１１が主変圧器２１を介して開閉所母線５１（送電系統）に接続され構成されている。また、主変圧器２１の一次側には遮断器３１，二次側には遮断器４１が夫々接続されており、遮断器３１は発電機１１と、遮断器４１は開閉所母線５１に接続され、電路の並列・解列のために操作される。また、開閉所母線５１には前述した第１の発電機軸１と同様に発電機１２，主変圧器２２，遮断器３２及び４２で構成される第２の発電機軸２が接続されている。ここで、Ｉ１は発電機１１（Ｇ１）の運転電流、Ｉ２は発電機１２（Ｇ２）の運転電流を示す。なお、図１１に示す例では、説明の便宜のために所内の電源回路は省略している。また、同様に変圧器２１と２２は、一体化した３巻線変圧器とし、同時に変圧器高圧側の遮断器４１と４２は、合理的に１台のみとする場合が多いが、ここでは説明の便宜の為に図示のものとしている。
【００２０】
図１１の例では、発電機１１，１２が、開閉所母線５１に向けて電力を送出するために主変圧器２１，２２を介して発電運転中の状態を示しており、その時に発電機主回路電気事故（故障）が図中６に示す位置にて発生したとする。第１の発電機軸１の電路上で突発的に発生した事故（故障）点６では、その点での３相短絡であれば線間電圧がなくなり、発電機１１から大きな事故電流が供給されることになる。また、系統・主変圧器側からも同様に大電流が流れ込むが、通常では電気事故の拡大防止を図るために、解列用に設置された遮断器３１または４１を遮断する自動インターロックが構成されており、この自動インターロックの動作結果として事故電流が遮断される。
【００２１】
上記を前提に、今回の事象を以下説明する。なお、以下の説明において、事故発生側の発電機１１（Ｇ１）軸を事故軸、健全運転側の発電機１２（Ｇ２）軸を健全軸と称する。
【００２２】
前述した論文で指摘された電気現象は、健全側発電機軸が軽負荷である時、具体的には、発電運転を終えて解列に向かう状況で、その解列操作を行うような時にもう一方の発電機主回路において電気事故が発生したとし、この時の健全側の発電機主回路電流の波形が、電流零点推移現象を起こすというものである。この現象は図１１の構成を有するもの全てに発生するものではなく、主変圧器２１，２２或いは、発電機１１，１２のインピーダンスや、図示しない開閉所以遠の系統側短絡容量等、同じ接続電路上の電気品仕様に基づく回路特性条件に依存して発生するものである。回路特性の中でも直接的に重要なパラメータは、論文中に報告されているように、分岐点回路の彼我の時定数の比である。
【００２３】
図２に、同じ現象における健全軸発電機の低負荷域電流Ｉ２の中の一相として代表Ａ相の波形を観察した結果を示す。図中、縦軸は電流値、横軸は時間を示している。図２において、事故軸側からの事故発生瞬時の影響伝播で、図中Ｔａに示す時間に波形振幅が定常値より急に大きくなり電流零点推移現象が発生し、ＴａからＴｂまでの継続時間Ｔ０を経てゼロクロスを回復している様子を示す。
【００２４】
この継続時間Ｔ０が十分短ければ問題はないが、上述の回路特性や、発電機自動電圧調整装置（ＡＶＲ）の機能・能力によっては、秒単位の継続時間Ｔ０が発生することも有り得る。尚、他の２相については、事故発生時点６での位相にもよるが、必ずしも等価波形とはならない。即ち、３相交流遮断器であるためどの相でも同様の事象が発生する可能性がある。
【００２５】
次に、図１に示す本発明の第１の実施例について、電気事故発生から健全軸発電機の解列操作の制御系における、遮断器切指令信号の作成までの過程について説明する。図１に示す本実施例は、図１１に示す構成に対して、発電機１１，１２の電流計測用の電流検出器(ＣＴ)１０１，１１１，１０２，１１２と、これらの電流検出器で検出された検出信号１０１ａ，１１１ａ，１０２ａ，１１２ａを処理して、遮断器３１，３２，４１，４２の制御用途や発電機１１，１２の保護用途として用いる制御・保護装置６１，６２を追加したものである。また、制御・保護装置６１，６２の制御対象である遮断器３１，３２，４１，４２の制御信号を破線６１ａ，６２ａで示している。
【００２６】
以上のように構成された本実施例において、先ず、発電機１１の主回路の一点６において電気故障が発生し、健全運転側の発電機１２は解列前の低負荷で運転中とする。電気故障の発生により、この故障点６には発電機１１からの故障電流の流入と、主変圧器２１側からの故障電流の流入が生じることになる。そこで、本実施例では比率作動保護継電器用の検出装置として電流検出器（ＣＴ）１０１，１１１を設置することにより、この電流検出器１０１，１１１で検出する電流検出値の差に基づいて、制御・保護装置６１で故障判定を行っている。そして、これら電流検出器からの電流検出値より、制御・保護装置６１で故障発生の判定がなされた場合には、制御・保護装置６１から遮断器３１に事故点隔離のための遮断器開放指令信号３１ａが発信され、遮断器３１が開路されることで、故障が検出された主回路（発電機軸）の電路が遮断される。また、制御・保護装置６１では、電気故障の発生を検出した際に、故障が発生した発電機軸以外の健全側の発電機軸、図１１に示す本実施例においては健全の発電機１２が備えられた発電機軸の制御・保護装置６２に、制御・保護装置６１で電気故障の発生を検出した時点から一定時間の間は、遮断器３２による解列が行われることを阻止するブロック信号１５０が発信される。
【００２７】
一方、健全側発電機軸の制御・保護装置６２では、前述したように制御・保護装置６１からブロック信号１５０を受信することで、制御・保護装置６２に構成される遮断器操作回路にて、他の発電機軸で電気故障発生を検出した時点から一定時間の間は、遮断器３２による解列が行われることを阻止するインターロックが形成される。
【００２８】
なお、上述した説明では、第１の発電機軸１にて電気事故が発生した際における、第２の発電機軸２の遮断器３２の解列操作について説明したが、第２の発電機軸２で電気故障が発生した際にも、前述した構成と同様に、制御・保護装置６２から制御・保護装置６１にブロック信号１５０が送信される。すなわち、制御・保護装置６１においても、他の発電機軸で電気故障発生を検出した時点から一定期間は遮断器３１の解列操作が行われないよう、遮断器解列指令から所定時間後に遮断器開放指令信号３１ａを発信させるインターロック回路が備えられている。
【００２９】
また、以上の説明では、一次側に設置された遮断器３１，３２を解列の操作対象として説明しているが、二次側の遮断器４１，４２を解列の操作対象としても良い。この遮断器４１，４２を解列する際も同様に、電気故障が発生したことを示すブロック信号が発信されている場合には、遮断器開放指令信号４１ａ，42ａの発信を所定時間ブロックするインターロック回路により、強制的に遮断器４１，４２の解列操作が行われないように、遮断器開放指令信号４１ａ，４２ａの発信が制御される。
【００３０】
次に、電流零点推移期間Ｔ０の間で極力健全側遮断器解列をブロックさせるためのタイマ時間設定について、図２を用いて説明する。ここでは、事故発生から最短時間で事故検出するための代表信号として、発電機ロックアウトリレー（８６Ｇ）の出力信号とした場合を例示してある。即ち、短絡事故発生直後のＴａに示す時間より、電流Ｉ２（Ａ相）波形が定常値から突変的に上昇し始め、その直後のＴｘに示す時間に保護継電器等の動作が引き続いてなされ、発電機ロックアウトリレー(８６Ｇ)が動作し、その信号をタイマ動作のカウントアップ開始のトリガ信号として使用する。このＴｘから所定時間後に設定されたＴｙまでのタイマ設定時間Ｔ１は、電流零点推移期間Ｔ０に比べあまり長過ぎる期間とはしないが、十分余裕を持たせた期間に設定することが望ましい。なお、タイマ設定時間Ｔ１としては、設定時間は長ければ長いほどより確実に発電機主回路を保護することができるが、実際としては1.0秒程度に設定することでほとんどのものをカバーすることが可能となる。
【００３１】
尚、タイマ設定時間Ｔ１の開始時点であるＴｘと電流零点推移期間Ｔ０の時間領域とが交差しているのは、上述の如く現象推移が先行し、その検出系が多少時間遅れで動作することを定性的に示すものである。この事は逆に言えば、電流零点推移期間Ｔ０の開始時間からタイマ設定時間Ｔ１の開始時間までの時間差Ｔ３については、その時に発生する電流零点推移現象継続期間中の直流電流遮断ができないが、この時間差Ｔ３は極めて短時間であるため、本実施例ではこの時間差Ｔ３は無視できるものとする。
【００３２】
この発電機ロックアウトリレー信号の場合には、発電機の内部電気事故の他に電気事故の要因・要素をも含んでいるため、ある要素に起因する発電機トリップ事故では、この電流零点推移現象が発生しないものもある。そこで、電流零点推移現象が発生する要因のみに絞っての特化対策とすることも一手法である。特定の要因に絞ることで、電流零点推移現象の発生時刻とロックアウトリレー動作信号発生時刻との時間差を更に短くすることができる。ただ回路構成が複雑化し、関係する発電機軸の数が多くなるので、必要接点数の制約他で、全体回路の信頼性が低下してしまう虞がある。また、系統側短絡容量の将来に向けての拡大・縮小等の送電運用上の変化に追従した送電線回路特性の検討までを視野に含めることも必要であり、ケースバイケースでの対応としての最適化を図ることとなる。
【００３３】
図３に、上記の思想に基づく対策としての遮断器３１，３２，４１，４２等に対するインターロックのロジックの例を示す。ここでは、主変圧器の低圧側に遮断器を有する構成であるので、この遮断器の能力内で事故電流が遮断可能であるとすると、図３の遮断器切り信号を受け取る対象である遮断器７３が、図１に示す遮断器３１と同じものを示す事になる。なお、図３に示す９２は所定時間ｔの間にＯＮ信号を出力するワンショットタイマー、９３は否定（ＮＯＴ）を示す論理記号、９４は且つ（ＡＮＤ）を示す論理記号である。
【００３４】
ここで、遮断器７３を遮断するために遮断器解列指令信号７１が制御装置に入力されたとき、他の発電機軸での電気事故発生の検出信号、例えば自軸以外の発電機ロックアウトリレー（８６Ｇ）作動信号７２が出力されていない場合には、遮断器７３への解列指令条件が成立するため、遮断器７３は「切」に解列操作が行われる。また、自軸以外の発電機ロックアウトリレー（８６Ｇ）作動信号７２を検出した場合には、この作動信号の出力をワンショットタイマー９２として、前述のタイマ設定時間Ｔ１に応じたものとし、このタイマ設定時間の間のみ成立したビット信号があるうちは最終段の解列信号を出力しないようにブロックする。
【００３５】
このように、ロックアウトリレー（８６Ｇ）が作動した直後に遮断器７３を解列指令が出た場合、ワンショットタイマー９２により遮断器解列指令信号７１の出力を一定期間保持させることで、タイマ設定時間Ｔ１の期間は遮断器解列指令信号７１の出力を停止させることができ、この結果、解列操作を行おうとする健全側の発電機軸に電流零点推移現象が発生している場合であっても、機器を損傷させること無く、より安全に解列操作を行うことが可能となる。特に、複数軸の発電機で発電所を構成し、停止解列の頻度が高いコンバインドプラントにおいて、毎回の解列時点に発電機主回路を確実に保護することができる。
【００３６】
同じく、他の解列ブロック信号を複数考慮した場合の例を図４に示す。図中に示す信号７４〜７６の発信元は、他の軸からの発信信号とする。また、同様に個別の事故要因に特化した信号の場合も本質的にはこの条件構成を採ることになる。例えば、電流零点推移現象の発生する要因として特定可能な要素が３要素あるとして、その代表例としての信号を、自軸以外の発電機比率差動保護継電器の作動信号７４、自軸以外の発電機界磁喪失保護継電器の作動信号７５、自軸以外の発電機逆相過電流保護継電器の作動信号７６とする設計が可能である。図４に示すインターロック回路においては、信号７４〜７６の何れか一つの保護継電器作動信号が出力されている際に遮断器解列指令信号７１が出された場合は、ワンショットタイマー９２により遮断器解列指令信号７１の出力が一定期間保持されることになる。
【００３７】
尚、遮断器解列指令信号７１は、解列ブロック（阻止）条件が成立している時間より長いという前提を与えることが必要であるが、制御回路の協調上の課題であり、特にここではロジックの詳細は説明しない。
【００３８】
以上説明した第１の実施例では、解列遮断器への操作時刻を遅延させて、極力同期させないようにすることで改善するものである。この電流零点推移の継続時間を予め推定把握し、その継続時間を秒オーダー以下であるとして、その期間の解列操作を禁止・ブロックしている。この秒オーダー以下ということの位置づけとして、プラントの全体の停止過程に与える時間的インパクトは小さいとする立場であり、この場合には、インターロック的な対策ということで、タイマ，リレーの機能を組み合わせたロジック回路により実現されるものである。
【００３９】
直接的な作用という意味では、電流波形が零点を回復した時点・時刻を見越して発電機の解列操作を行うので、所謂直流遮断を防ぐことができる。この時間遅延対策自体は常識的な対応方法であるが、使用する信号を何にするかという点で、エンジニアリング上の判断を要する余地があり、発電機主回路電気事故の検出要素や発電機ロックアウトリレーの信号等、電気事故でのトリップ操作に密接に関係する代表信号を用いて行うことでできるだけ確実に行うものである。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
【００４１】
図５は、図２に示すグラフに電流振幅を大きくした電流振幅波形を重ね合せたものである。つまり、これから解列しようとする発電機軸の発電出力は小さく絞るのが通例で、これは有効電力に関するプラント停止過程で通常の操作である。ここで、本実施例では発電機の無効電力に着目し、従来の主たるプラント停止運用に大きなインパクトを与えることなしに、意図して発電機の交流電流波形振幅を増加させる制御を行うものである。このためには、発電機の界磁電流を操作することが必要で、多少の電圧高め運用となる。
【００４２】
すなわち、本実施例では健全側発電機軸に設置された遮断器の解列操作を行う時に、遮断器を解列遮断する時点に同期、或いは先行させて、交流電流が電流零の点を通過するように発電機出力の交流電流波形の振幅を増幅させるものである。この交流電流波形の振幅制御は、後述する発電機の界磁電流（負荷指令値）を操作することにより、交流電流波形を任意の振幅に増幅させることができる。ここで、発電機の界磁電流制御においては、解列対象の発電機軸の発電機負荷を、電流零点推移現象時であっても電流振幅が零点を通過させるための負荷指令値に相当する界磁電流を設定することが望ましい。
【００４３】
この結果、図５に示すように、実線５５に示す交流波形の振幅を太線５６のように増幅させることで、ゼロクロスを維持し直流遮断の心配なしに、解列操作に入ることが可能となる。なお、本実施例では、界磁電流の設定変更が先になされるので、電流零点推移現象の発生期間Ｔ０と交流電流波形の振幅増加期間Ｔ２との相互関係は、常にＴ０をＴ２が含む事になる。従って、実解列の想定タイミングは、図２に示す第１の実施例での時間差Ｔ３を無くすことができるので、より確実に電流零点推移現象から発電機主回路を保護することが可能となる。
【００４４】
図６は、本実施例における発電機主回路の一部構成を示す。発電機電圧を制御する自動電圧調整装置（ＡＶＲ）６３は、発電機の端子電圧一定制御を基本機能としている。その制御される側の励磁電源回路は、サイリスタ自励方式の場合、通常は励磁変圧器２３からの交流電源をサイリスタ整流器８２により直流電流に変換し、この変換プロセスにおいて出力電流値が決定される過程でＡＶＲ６３からの指令信号に応じて動作するものである。
【００４５】
このＡＶＲ６３の制御に関する伝達関数の概略を示したのが図７である。ここでは、発電機電圧を電圧検出器８１から計測値ＶG として取り込み、発電機電圧の状態量が入力信号として入力される。また、発電機電圧の制御目標信号を与えるＡＶＲ電圧設定（「９０Ｒ」と通常呼称される）を基準値とし、この基準値と信号前処理６３ａが行われた発電機電圧の状態量（ＶG ）との偏差６３ｂが演算される。そして、目標値に対する状態量の偏差をなくすように制御すべく、ゲイン６３ｃが決められ、上下限制限６３ｄ設定の範囲内で補正項６３ｅを介して制御信号を作成する。このように、本実施例においては、図７に示した伝達関数内の基準値を示すＡＶＲ電圧設定（９０Ｒ）の部分において、目標値であるＡＶＲ電圧設定を一時的にアップさせることで無効電力を上昇させている。この結果、図５に示すように、発電機の交流電流振幅波形が増幅されることになり、交流電流の振幅が零点を通過するようになるため、電流零点推移現象から発電機主回路を確実に保護することが可能となる。
【００４６】
また、図８については、図７に示すＡＶＲの機能の一部に付加された、PSVR制御の伝達関数に関する概略図を示している。すなわち、図８に示す概略図は、系統電圧制御を目的とする系統電圧設定（９０Ｈと称する）の目標基準信号を作成する機能があり、所謂ＰＳＶＲ（Power System Voltage Regulator）と言われる電力系統電圧調整装置（ＰＳＶＲ）６４の制御について説明したものである。
【００４７】
図８に示す本実施例では、図６に記載された自動電圧調整装置（ＡＶＲ）６３と電力系統電圧調整装置（ＰＳＶＲ）６４が協調運転されている場合において、系統電圧制御装置の出力信号を制御するようにサイリスタ整流器８２の出力電流値の制御指令信号を作成するようにしたものである。ここで、電力系統電圧調整装置（ＰＳＶＲ）６４には、図示しない検出器より検出された系統電圧ＶSが入力され、系統電圧の制御目標信号を与える系統電圧設定（９０Ｈ）の基準値との偏差６４ａが演算される。そして、系統電圧設定（９０Ｈ）の基準値との偏差を少なくするようにゲイン６４ｂが算出され、上下限制限の範囲内で系統電圧ＶS の制御指令信号６４ｄが出力される。
【００４８】
電力系統電圧調整装置（ＰＳＶＲ）６４から出力された制御指令信号は、図６及び図８に示すように自動電圧調整装置（ＡＶＲ）６３に入力される。この制御指令信号は、偏差６３ｂで算出した偏差信号に対して再度、制御指令信号６４ｄとの偏差６３ｆを算出し、この偏差信号に基づいてゲイン６３ｃが算出される。
【００４９】
この場合は、発電機電圧の上下限の範囲内で系統電圧の変動を抑制する働きをするものであるが、演算制御の周期が十分大きいため、主題である電流零点推移現象の時間を大きく左右するものではないが、多少初期状態等に影響を及ぼす。よって、無効電力増処理中に、その操作の効果を相殺することのないよう、一時的に機能抑制を行なうものである。
【００５０】
通常の発電機軸の制御としては、この励磁電流制御をいかに行うかが、無効電力に関する運転状態を決定してしまうと考えられるので、発電所によっては図９に示す各発電機軸に対する系統への供給無効電力を総括的に管理する制御機構を設けることもある。即ち、図中のＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４及びＸＣ１，ＸＣ２，ＸＣ３のように電力潮流を監視し、送電線に流す無効電力を、例えば、送電先の地点の電圧を上げる、または下げるといった運用上の考えに従って、潮流を制御するものもある。
【００５１】
これを各発電機軸を総括して一つの全体機能としているものであり、個々に、上述した解列の対象発電機軸からの過渡的に増加させた無効電力の値を検出して、他の発電機軸からの供給無効電力を下げて、長期間的には供給量のアンバランスを生じさせない運用を計画して実現することが可能である。この総括無効電力制御に関する一つの制御思想例を図１０に示す。ここで、ＸＣ３≠０の時、指定されたＸＣ１とＸＣ３（＝Ｘ２）を達成するために、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４の各出力に対する指令値を決定する。そして、図中の条件１（ＸＣ１＋ＸＣ３＝Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３）と、条件２（ＸＣ２−ＸＣ３＝Ｘ４）に示す恒等式を系統の接続構成から導出し、発電機の許容範囲内で任意に設定可能である個別の軸の無効電力ｖａｒの設定制限に用いる。具体例として、ＸＣ１，ＸＣ２，ＸＣ３を既知として、通常運転中は、Ｘ１＝Ｘ２＝Ｘ３＝（ＸＣ１＋ＸＣ３）／３とし、解列軸をＧ２とすると、解列時無効電力アップ分Ｘ２と所用時間の積である無効電力量を、Ｘ１とＸ２に割り振って帳尻を合わせるものとする。
【００５２】
上記のＡＶＲ若しくはＰＳＶＲの制御機構には通常、過励磁・低励磁，異常電圧に関する警報処置を施しているものであるが、特に本実施例において想定される電圧上げ操作に直接関係する異常高電圧警報については、意図した上げ操作であり、その継続時間も秒以下にすることができることから、この時の警報発報を望まなければ、事前に出力禁止の対策を採るものとする。具体的には電圧設定上昇中には電圧高警報を出力させないインターロックを組むことになる。
【００５３】
次に、解列に使用可能な遮断器が、図１において、遮断器３２または遮断器４２の構成であるとき、正常下では、主変圧器低圧側の遮断器３２によって解列操作を行うところを、事故発生軸からの影響として電流零点推移現象を引き起こすものであれば、その検出信号を受けた時は、主変圧器の高圧側遮断器４２を解放するものである。この場合に、両方の遮断器３２と４２の遮断をほぼ同時に実施する事も含むものとする。ほぼ同時とするのは、事故軸側の事故検出回路動作が通常解列での低圧側遮断器の動作にタイミング的に遅れている場合を考慮してのことである。この操作の背景としては、主変圧器高圧側遮断器の解放時には高圧側回路の電流波形には電流零点推移現象が低圧側に比べ、発生しにくい特性となるためである。尚、この高圧側回路の遮断器開放では、所内電源用の主回路分岐部分が低圧側から取出している場合には所内電源の一時喪失を意味するので、所内電源が別電源系統からの受電である場合に限定する方が運用上は好ましい。
【００５４】
次に実運用下でのヒューマンインターフェースに関しての状況として、警報等の出力のさせ方について説明する。
【００５５】
特に、無効電力を一時的に上昇させる方式では、極短時間であるとはいえ、電圧の上昇を伴うことから、例えば、「無効電力上昇・通常解列」といった音声告知を事前に発電所の運転関係者に周知徹底させることが望ましい。実質的には、最近の音声告知での実態として、既に設けられている「解列」に付加した情報として盛り込むとか、警報音を発生させるとか、目立つ表示灯を点灯・点滅させることが考えられる。
【００５６】
また、無効電力上昇対策では、初期設定の電圧上昇値での結果としての電流振幅増大の値に変更要請が出ることもあり得るものとし、より電流振幅を大きくしたい場合や、大きすぎる余裕を削るという意味で振幅を小さくしたいといった経時変化を知っての修正動作をかける対策を講ずることができるように設計する。
【００５７】
上記方法によれば、従来の各発電所毎の発電機解列制御の運用では気づき得なかったか、または結果として対策の仕様を講じ得なかった電流零点推移現象下での解列操作に関する、発電機遮断器の解列時の危険動作領域突入現象への適切な対応制御が可能となり、発電所の確実な安全運転手法を与えることが可能となるので、ひいては、広域での総合運用効率が向上するという利点がある。
【００５８】
これはまた、特に発電機主回路の主要電源系統上の基本的な問題でもあることから、計算解析に基づくものではあるが、発電機主回路の防護の意義に加え、次回起動までのタービン・発電機軸のパワートレインと補機群の健全性までを考慮した、電力の安定供給の面からも好都合な対策案である。
【００５９】
以上説明したように、第２の実施例では、電流零点を解消させる積極的手段として、解列当該軸発電機の解列時点では電流零点をなくす対策を講ずる方式としている。すなわち、高負荷（有効電力負荷）域からの急激な解列（負荷遮断）を行うか、有効電力としては小さいが、無効電力を大きく取ることで、発電機電流の波形振幅を意図して大きくし、電流零点推移を解消させている。この方式では、電流振幅が十分大きくなることで、電流零点推移状態を必ず零点をクロスさせるように電流状態量を操作するので、交流遮断器の解列を行うための支障は生じない。
【００６０】
また、この時に無効電力を増加させる操作方法として、発電機電圧設定を上げる方法については、上記の無効電力を大きくした結果の電流振幅増大の操作の過程の一番最初に操作する対象としての議論である。即ち、通常の制御可能範囲である発電機電圧と無効電力出力との関係が、ほぼリニアな相対関係にあることから、電圧設定を上昇させれば、無効電力も上昇するという特性を用いて、無効電力を増加させるために電圧設定上昇の操作をするものである。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、健全発電機軸の解列操作を行う際に、電流零点推移現象から発電機主回路を保護することができる発電機の解列制御方法およびその制御装置を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である発電機主回路の制御・保護装置を示す。
【図２】低負荷域電流Ｉ２と時間ｔとの関係図。
【図３】本実施例のインターロックのロジック図。
【図４】本実施例のインターロックのロジック図。
【図５】低負荷域電流Ｉ２と時間ｔとの関係図。
【図６】本実施例における発電機主回路の一部構成図。
【図７】ＡＶＲ制御に関する伝達関数の概略図。
【図８】ＰＳＶＲ制御に関する伝達関数の概略図。
【図９】電力潮流図。
【図１０】総括無効電力制御に関する図。
【図１１】複数軸の発電機で構成された発電機主回路を示す。
【符号の説明】
１…第１の発電機軸、２…第２の発電機軸、１１，１２…発電機、２１，２２…主変圧器、３１，３２…主変低圧側遮断器、４１，４２…主変高圧側遮断器、５１…開閉所母線、６１，６２…制御・保護装置、６３…自動電圧調整装置（ＡＶＲ）、６４…電力系統電圧調整装置（ＰＳＶＲ）、８１電圧検出器、８２…サイリスタ整流器、１０１，１０２，１１１，１１２…電流検出器、１５０…ブロック信号。
【図１】
0003740960.tif 000002
【図２】
0003740960.tif 000003
【図３】
0003740960.tif 000004
【図４】
0003740960.tif 000005
【図５】
0003740960.tif 000006
【図６】
0003740960.tif 000007
【図７】
0003740960.tif 000008
【図８】
0003740960.tif 000009
【図９】
0003740960.tif 000010
【図１０】
0003740960.tif 000011
【図１１】
0003740960.tif 000012