(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧を検出する第１、第２の計器用変圧器と、前記第１の計器用変圧器の検出電圧を入力し、前記交流発電機の出力電圧が電圧設定値となるように界磁電流を制御する自動電圧調整装置と、前記第２の計器用変圧器の検出電圧と前記発電機の出力電流を入力して前記交流発電機の界磁喪失を検出する界磁喪失保護継電器と、前記第２の計器変圧器の二次側各相間の線間電圧と前記交流発電機の出力電流を入力する短絡後備保護継電器と、前記第１の計器用変圧器の二次電圧と前記第２の計器用変圧器の二次側における前記界磁喪失保護継電器および前記短絡後備保護継電器の電圧検出位置より下流側の二次電圧とを比較して電圧平衡をを検出する電圧平衡継電器とを具備し、前記電圧平衡継電器の電圧不平衡検出時には前記界磁喪失保護継電器あるいは前記短絡後備保護継電器の動作による前記交流発電機の運転停止を阻止することを特徴とする交流発電機の運転保護装置。
【請求項２】
主しゃ断器を介して系統に接続される交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧を検出する第１、第２の計器用変圧器と、前記第１の計器用変圧器の二次電圧を入力し、前記交流発電機の出力電圧が電圧設定値となるように界磁電流を制御する自動電圧調整装置と、前記第２の計器用変圧器の二次電圧と前記交流発電機の出力電流を入力して負荷インピーダンス変化により前記交流発電機の界磁喪失を検出する界磁喪失保護継電器と、前記第２の計器用変圧器の二次側各相間の線間電圧と前記交流発電機の出力電流を入力する短絡後備保護継電器と、前記第２の計器用変圧器の二次側における前記界磁喪失保護継電器および前記短絡後備保護継電器を含む総ての保護継電器の電圧検出位置より下流側の二次電圧と前記第１の計器用変圧器の二次電圧を比較して不平衡になると動作する電圧平衡継電器とを具備し、前記電圧平衡継電器の動作時には前記界磁喪失保護継電器あるいは前記短絡後備保護継電器の動作による前記主しゃ断器のトリップを阻止することを特徴とする交流発電機の運転保護装置。
【請求項３】
主しゃ断器を介して系統に接続される交流発電機と、前記交流発電機に界磁電流を供給する励磁機と、前記交流発電機の出力電圧を検出する制御用と保護用の２台の計器用変圧器と、前記制御用の計器用変圧器の二次電圧を入力し、前記交流発電機の出力電圧が電圧設定値となるように前記励磁機で供給する界磁電流を制御する自動電圧調整装置と、前記保護用の計器用変圧器の二次電圧と前記交流発電機の出力電流を入力して負荷インピーダンス変化により前記交流発電機の界磁喪失を検出する界磁喪失保護継電器と、前記保護用の計器用変圧器の二次側各相間の線間電圧と前記交流発電機の出力電流を入力する電圧抑制機能を有する短絡後備保護継電器と、前記保護用の計器用変圧器の二次側における前記界磁喪失保護継電器および前記短絡後備保護継電器を含む総ての保護継電器の電圧検出位置より下流側の二次側各相電圧と前記制御用の計器用変圧器の二次側各相電圧を入力して両二次側各相電圧の不平衡を検出する電圧平衡継電器とを具備し、前記電圧平衡継電器の電圧不平衡検出時には前記界磁喪失保護継電器あるいは前記短絡後備保護継電器の動作による前記主しゃ断器のトリップを阻止することを特徴とする交流発電機の運転保護装置。
【請求項４】
主しゃ断器を介して系統に接続される交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧を検出するものであって、一次側と二次側にヒューズが設けられている第１、第２の三相計器用変圧器と、前記第１の計器用変圧器の検出電圧と電圧設定値の電圧偏差に基づき界磁電流を制御する自動電圧調整装置と、前記第２の計器用変圧器の検出電圧と前記交流発電機の出力電流を入力して負荷インピーダンス変化により前記交流発電機の界磁喪失を検出する界磁喪失保護継電器と、前記第２の計器用変圧器の二次側各相間の線間電圧をそれぞれ入力すると共に、前記交流発電機の出力電流を入力する電圧抑制機能を有する短絡後備保護継電器と、前記第２の計器用変圧器の二次側における前記界磁喪失保護継電器および前記短絡後備保護継電器を含む総ての保護継電器の電圧検出位置より下流側の二次側各相電圧と前記第１の計器用変圧器の二次側各相電圧を比較して電圧平衡を検出する電圧平衡継電器とを具備し、前記電圧平衡継電器の電圧不平衡検出時には前記界磁喪失保護継電器あるいは前記３台の短絡後備保護継電器の動作による前記主しゃ断器のトリップを阻止することを特徴とする交流発電機の運転保護装置。
【請求項５】
主しゃ断器を介して系統に接続される交流発電機と、前記交流発電機の出力電圧を検出するものであって、一次側と二次側にヒューズが設けられている第１、第２の三相計器用変圧器と、前記第１の計器用変圧器の検出電圧と電圧設定値の電圧偏差に基づき界磁電流を制御する自動電圧調整装置と、前記第２の計器用変圧器の検出電圧と前記交流発電機の出力電流を入力して負荷インピーダンス変化により前記交流発電機の界磁喪失を検出する界磁喪失保護継電器と、前記第２の計器用変圧器の二次側各相間の線間電圧をそれぞれ入力すると共に、前記交流発電機の出力電流を入力してオフセットインピーダンスを検出する電圧抑制機能を有する短絡後備保護継電器と、前記第２の計器用変圧器の二次側における前記界磁喪失保護継電器および前記短絡後備保護継電器を含む総ての保護継電器の電圧検出位置より下流側の二次側各相電圧と前記第１の計器用変圧器の二次側各相電圧を比較して電圧平衡を検出する電圧平衡継電器とを具備し、前記電圧平衡継電器の電圧不平衡検出時には前記界磁喪失保護継電器あるいは前記３台の短絡後備保護継電器の動作による前記主しゃ断器のトリップを阻止することを特徴とする交流発電機の運転保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は交流発電機の界磁喪失保護、短絡後備保護などを行なう交流発電機の運転保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交流発電機の界磁喪失保護、短絡後備保護、低周波過励磁保護の保護動作を行なうための保護用の発電機電圧は計器用変圧器の二次電圧から得ている。また、交流発電機の端子電圧（発電機電圧）を制御する自動電圧調整装置に入力する制御用の発電機電圧も計器用変圧器の二次電圧から得ている。
【０００３】
保護用の計器用変圧器と制御用の計器用変圧器は、制御が異常になっても発電機保護を確実に行うという観点から保護用と制御用とで別個に設けられている。
【０００４】
制御用と保護用の計器用変圧器の一次側と二次側には過電流保護を行うためにヒューズが設けられている。ヒューズが断したことを検出するために、両計器用変圧器の二次電圧を入力する電圧平衡継電器が設けられる。電圧平衡継電器は両計器用変圧器の電圧差が所定値以上になったことを検出し警報を発生する。
【０００５】
一方、界磁喪失保護継電器は発電機電流と保護用計器用変圧器の二次電圧（発電機電圧）を入力して等負荷インピーダンスの変化によって界磁喪失を検出している。また、短絡後備保護継電器は発電機電流と保護用計器用変圧器の二次電圧の各線間電圧を入力し、短絡後備保護を行うようにしている。短絡後備保護継電器は３相交流発電機であれば各線間電圧毎に３台設けられ、これらの短絡後備保護継電器は短絡事故時に発電機電圧が低下したときに保護動作し易くするため電圧抑制機能付あるいはオフセットインピーダンス検出方式のものが用いられている。
【０００６】
ところで、交流発電機の運転時に上述の界磁喪失保護継電器、短絡後備保護継電器さらには低周波過励磁保護を行う過励磁保護継電器が動作すると交流発電機の運転を自動停止させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
保護用の計器用変圧器の二次側における電圧平衡継電器の電圧検出位置（電圧入力位置）より下流側で断線や保護継電器の端子部の接触不良が発生しても電圧平衡継電器で検出できない。
【０００８】
保護用の計器用変圧器の二次側で断線や接触不良が発生すると、界磁喪失保護継電器には短絡後備保護継電器との関係で遅れ位相の小さな電圧が印加される。このため、界磁喪失保護継電器は負荷インピーダンスの変化によって誤動作することがある。また、短絡後備保護継電器も印加電圧が低下するために誤動作することがある。
【０００９】
界磁喪失保護継電器、短絡後備保護継電器が誤動作すると交流発電機を停止させることになる。このように、本来停止させる必要がないにも拘らず、交流発電機を無用に誤停止させることがあるという問題点を有する。
【００１０】
本発明は上記点に対処して成されたもので、その目的とするところは界磁喪失保護継電器と短絡後備保護継電器の誤動作による交流発電機の誤停止を確実に防止できる交流発電機の運転保護装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、電圧平衡継電器の電圧検出位置は保護用計器用変圧器の二次側の界磁喪失保護継電器と短絡後備保護継電器の電圧検出位置よりも下流側にしたことにある。
【００１２】
本発明は、電圧平衡継電器が他の総ての保護継電器の電圧検出位置の下流側、換言すると最下流側で電圧検出するのが望ましい。
【００１３】
本発明によれば、保護用計器用変圧器の二次電圧異常を電圧平衡継電器で検出できるので、界磁喪失保護継電器や短絡後備保護継電器の誤動作によって交流発電機を誤停止させることなく運転継続可能にできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例を示す。
【００１５】
図１において、交流発電機１は主変圧器３と主しゃ断器４を介して系統に接続される。発電機１の界磁巻線１Ｆは励磁機２により界磁電流を供給される。発電機１の出力電流は計器用変流器５で検出され、界磁喪失保護継電器１０と短絡後備保護継電器１１に入力される。
【００１６】
発電機１の出力電圧は制御用の第１計器用変圧器６と保護用の第２計器用変圧器７で検出される。両計器用変圧器６、７は通常同一仕様のものが用いられる。計器用変圧器６の一次側と二次側にヒューズ８Ｆ１と８Ｆ２が接続されており、計器用変圧器７の一次側と二次側にもヒューズ９Ｆ１と９Ｆ２が接続されている。
【００１７】
第１計器用変圧器６の二次電圧（発電機電圧）は自動電圧調整装置１５に入力される。自動電圧調整装置１５は電圧検出値の設定値となるように励磁機２を制御して発電機１の界磁電流を調節する。
【００１８】
第２計器用変圧器７の二次電圧（発電機電圧）は界磁喪失保護継電器１０、短絡後備保護継電器１１、過電圧保護継電器１２、過励磁保護継電器１３および電圧平衡継電器１４に入力される。
【００１９】
電圧平衡継電器１４の電圧検出位置は計器用変圧器７の二次側において他の保護継電器１０〜１３の最下流側になっている。電圧平衡継電器１４には第１計器用変圧器６の二次電圧も入力される。なお、第２計器用変圧器７の二次側には発電機出力指示計、電圧指示計なども接続されるが、図示を省略している。
【００２０】
また、図１の番号４０、５１、５９、５３および６０は基本器具番号を示している。
【００２１】
図２に計器用変圧器６、７についての三相結線図を示す。
【００２２】
計器用変圧器６、７はＹ−Ｙ結線され、その一次側と二次側のＲ相とＴ相にヒューズ８Ｆ１、８Ｆ２あるいは９Ｆ１、９Ｆ２が設けられている。
【００２３】
また、短絡後備保護継電器１１はＲ−Ｓ相の線間電圧を入力する継電器１１Ａ、Ｓ−Ｔ相の線間電圧を入力する継電器１１ＢおよびＲ−Ｔ相の線間電圧を入力する継電器１１Ｃの３台の短絡後備保護継電器から構成されている。短絡後備保護継電器１１を３台で構成しているのは短絡した相を判別するためである。
【００２４】
図３に図１に示した保護継電器による発電機トリップ操作回路図を示す。
【００２５】
図３において、直流電源母線Ｐ、Ｎ間に電圧平衡継電器１４の常閉接点１４ｂ１と界磁喪失保護継電器１０の常開接点１０ａおよびトリップ用継電器１８が直列接続されている。常閉接点１４ｂ１と常開接点１０ａの直列回路と並列に、電圧平衡継電器１４の常閉接点１４ｂ２と短絡後備保護継電器１１Ａの常開接点１１Ａａの直列回路１１Ａａの直列回路と、過励磁保護継電器１３の常開接点１３ａが接続される。
【００２６】
常開接点１１Ａと並列に、それぞれ保護継電器１１Ｂ、１１Ｃの常開接点１１Ｂａと１１Ｃａが接続されている。常開接点１１Ａａ、１１Ｂａ、１１Ｃａ、１３ａは遅延動作（２〜３秒）する。
【００２７】
電源母線Ｐ、Ｎ間には過電圧保護継電器１２の常開接点１２ａと警報用継電器１９が直列接続されている。
【００２８】
次に動作を説明する。
【００２９】
発電機１の出力電圧は主変圧器３で昇圧され、主しゃ断器４を介して系統に供給される。自動電圧調整装置１５は計器用変圧器６の二次電圧（発電機電圧）と電圧設定値を比較し、その電圧偏差によって励磁機２を制御し、界磁巻線１Ｆに供給する界磁電流を調整する。発電機１の出力電圧は自動電圧調整装置１５で設定する電圧設定値と一致するように制御される。
【００３０】
発電機１がこのようにして通常運転を行っているときに界磁喪失事故が発生すると、負荷インピーダンスの変化によって界磁喪失保護継電器１０が動作し、常開接点１０ａをオンする。このとき、電圧平衡継電器１４は不動作であり、常閉接点１４ｂ１をオンしている。常開接点１０ａのオンによりトリップ用継電器１８が動作して主しゃ断器４をオフし交流発電機１を停止させる。
【００３１】
このようにして界磁喪失事故時における交流発電機１の保護動作が行われる。
【００３２】
交流発電機１の短絡事故が発生し短絡後備保護継電器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃが動作した場合にも常閉接点１４ｂ２がオン状態におあり、同様に保護動作が行われる。
【００３３】
低周波過励磁が発生し過励磁保護継電器１３が動作した場合には常開接点１３ａのオンによって同様な保護動作が行われる。低周波過励磁の場合には電圧平衡継電器１４の状態に関係なく保護動作が行われる。
【００３４】
また、過電圧保護継電器１２が動作した場合には常開接点１２ａのオンによって警報用継電器１９が動作し警報を発生する。
【００３５】
次に、第２計器用変圧器７の二次側で断線事故が発生した場合について説明する。
【００３６】
図４に示すように計器用変圧器７の二次側Ｒ相のＡ点で断線事故が発生したとする。このときの図４の等価回路は図５のようになる。
【００３７】
図５に示すように界磁喪失保護継電器１０にはＳ−Ｔ相間の線間電圧Ｅ（通常１１０Ｖ）の分圧電圧Ｅ２が印加される。図５の場合における電圧Ｅ２は３６Ｖ程度である。
【００３８】
これをベクトル図で示すと図６のようになる。図６から明らかのように、界磁喪失保護継電器１０には、正常時Ｔ−Ｒ相間の線間電圧Ｅが印加されているが、断線事故により６０°位相遅れの電圧Ｅ２が印加される。
【００３９】
界磁喪失保護継電器１０は界磁喪失していないにも拘わらず見かけ上界磁喪失時と同等の負荷インピーダンスになるので、インピーダンス変化を検出して誤動作する。
【００４０】
このとき、電圧平衡継電器１４はＡ点の断線により動作して、その常閉接点１４ｂ１、１４ｂ２をオフしている。したがって、界磁喪失保護継電器１０の誤動作により接点１０ａをオンしてもトリップ用継電器１８は動作せず、交流発電機１の運転を継続させる。
【００４１】
また、Ａ点での断線事故の発生により図５に示すように短絡後備保護継電器１１の１１Ｃの印加電圧が低下する。保護継電器１１Ａ〜１１Ｃは電圧抑制機能付であり、印加電圧の低下によって誤動作することがある。
【００４２】
短絡後備保護継電器１１Ｃが誤動作して常開接点１１Ｃａをオンさせても電圧平衡継電器１４の常閉接点１４ｂ２がオフしているのでトリップ用継電器１８が動作することがない。したがって、交流発電機１を誤停止するのを防止できる。
【００４３】
このようにして保護用計器用変圧器７の二次電圧異常による界磁喪失保護継電器１０と短絡後備保護継電器１１Ａ〜１１Ｃの誤動作に基づく交流発電機１の誤停止を防止するのであるが、電圧平衡継電器１４で計器用変圧器７の二次電圧異常を確実に検出できるので交流発電機１の誤停止を確実に防止できる。
【００４４】
次に、本発明の理解を容易にするために従来、一般に行われている各継電器の電圧検出位置と各保護継電器の動作について図７を用いて説明する。
【００４５】
図７は電圧平衡継電器１４を計器用変圧器７の二次側の最上流側とし、その下流側に各保護継電器１０、１１Ａ〜１１Ｃ、１２、１３の電圧検出位置にしている例である。
【００４６】
図７において電圧平衡継電器１４の下流側で界磁喪失保護継電器１０の上流側であるＢ点で断線事故が発生したとする。Ｂ点で断線事故が発生すると計器用変圧器７の二次側は図８のようになる。
【００４７】
図８に示すように、電圧平衡継電器１４には三相Ｒ、Ｓ、Ｔの各線間電圧が印加される。このため、電圧平衡継電器１４は両計器用変圧器６、７の二次側電圧に差がないので不動作のままである。電圧平衡継電器１４の常閉接点１４ｂ１、１４ｂ２はオンしている。
【００４８】
Ｂ点で断線事故が発生した際にも界磁喪失保護継電器１０と短絡後備保護継電器１１Ｃには図５と同様に線間電圧Ｅの分圧電圧Ｅ３、Ｅ４のＥ４が印加される。このため、界磁喪失保護継電器１０と短絡後備保護継電器１１Ｃが誤動作することがある。
【００４９】
保護継電器１０または１１Ｃの誤動作によりトリップ用継電器１８が動作し交流発電機１を誤停止させることになる。
【００５０】
以上説明したように、本発明は電圧平衡継電器が界磁喪失保護継電器と短絡後備保護継電器の下流側で電圧検出を行っているので、界磁喪失保護継電器と短絡後備保護継電器の誤動作による交流発電機の誤停止を確実に防止できる。
【００５１】
また、上述の実施例では保護用の計器用変圧器の二次側で電圧を入力する各種保護継電器の最下流位置で電圧平衡継電器が電圧を入力しているので、全ての各種保護継電器の電圧入力有無を監視することができる。
【００５２】
なお、上述の実施例は交流発電機が他励式の例を示しているが、自励式であってもよいことは明らかなことである。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、電圧平衡継電器によって計器用変圧器の二次電圧の異常を正確に検出できるので、界磁喪失保護継電器さらには短絡後備保護継電器の誤動作による交流発電機の誤停止を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】計器用変圧器の三相結線図である。
【図３】発電機トリップ操作回路図である。
【図４】本発明の動作説明用の回路図である。
【図５】本発明の動作説明用の回路図である。
【図６】本発明の動作説明用のベクトル図である。
【図７】従来技術の説明用の回路図である。
【図８】従来技術の説明用の回路図である。
【符号の説明】
１…交流発電機、２…励磁機、３…主変圧器、４…主しゃ断器、５…計器用変流器、６、７…計器用変圧器、８、９…ヒューズ、１０…界磁喪失保護継電器、１１…短絡後備保護継電器、１２…過電圧保護継電器、１３…過励磁保護継電器、１４…電圧平衡継電器、１５…自動電圧調整装置。
【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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