JP3774838B2 - Accident detection and protection method when starting motor mode of synchronous generator motor, and synchronous generator motor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期発電電動機(以下、単に発電電動装置という。)の電動機モード始動方法及びその方法を適用してなる発電電動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
発電電動装置は、一般に、揚水発電所に広く用いられている。揚水発電所では運用計画に従って、電力の使用量が大きい日中は上池から下池に水を流して水車を駆動し、この水車によって発電電動機を発電機モードで運転し、その発電電力を電力系統に供給する。逆に、夜間は電力系統の余剰電力を利用して発電電動機を電動機モードで運転し、その軸出力によって水車をポンプとして駆動して、下池から上池に水を揚水することが行われる。
【0003】
他の発電電動装置の例としては、フライホイール発電電動装置や同期調相機が知られている。フライホイール発電電動装置は、発電電動機を電動機モードで運転して系統の余剰電力をフライホイールの回転エネルギとして貯蔵したり、発電機モードで運転してフライホイールの貯蔵電力を系統に放出する運用をする。
【0004】
このような発電電動機を電動機モードで使用する場合、発電電動機は同期機であるから、いきなり電力系統に接続して駆動することはできない。そこで、通常、始動装置により発電電動機を駆動して、電力系統の周波数に同期した同期回転数まで昇速した後に、電力系統に併入又は投入するようにしている。この始動装置としては、他の同期発電機又は発電電動機を始動装置として用いる同期始動方式と、サイリスタ電力変換器などの静止型始動装置を用いる静止始動方式などが知られている。
【0005】
同期始動方式は、例えば、揚水発電所に備えられている複数の発電電動機の1つを水車で駆動して発電モードで始動し、その発電電力により始動対象の発電電動機を始動するものである。この同期始動方式においては、発電モードで運転する発電電動機を親機と称し、始動対象の発電電動機を子機と称する。そして、親機の発電電圧と周波数を徐々に上昇させて子機を同期回転数まで加速した後、子機を電力系統に併入して、始動を完了する。
【0006】
一方、静止始動方式は、サイリスタ電力変換器等により電力系統の電力を可変電圧及び可変周波数の電力に変換し、その出力電圧と周波数を徐々に上昇させて、発電電動機を同期回転数まで加速した後、電力系統に併入して始動を完了する。
【0007】
また、その他の例として、ガスタービン発電機を起動する場合、発電機を電動機として運用してガスタービンを始動させることが行われるが、この場合は、一般に、サイリスタ始動方式により始動される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の技術においては、始動時における発電電動機の主回路の地絡又は短絡事故に対する保護について配慮されていないという問題がある。
【0009】
まず、発電電動機の電機子側の主回路保護としては、交流のCT(電流変成器)により主回路の電流を検出し、検出電流が設定値を超えた場合に保護動作を行う過電流リレーが設置されている。この過電流リレーは、系統に並列されている通常の商用周波数の運用時における保護を主とするものであるから、交流CTの特性も商用周波数に合わせて設定されている。したがって、始動中のような低い周波数における過電流を検知することができない。
【0010】
ところで、主回路における事故電流の大きさは、発電機起電力を回路インピーダンスで除した値に基本的に比例するが、発電機起電力と回路インピーダンスはいずれも周波数に比例して増加するから、周波数成分はキャンセルされる。その結果、始動中における事故電流の大きさは、商用周波数における短絡事故等の事故電流の大きさと同程度になることになる。
【0011】
しかしながら、発電電動機の加速開始直後の低い周波数における始動時には、交流CTでは過電流を検知することができない。したがって、従来の過電流リレーでは発電電動機の主回路の短絡事故等を保護できず、電機子巻線や始動母線のケーブルが焼損するおそれがある。
【0012】
他方、発電電動機始動中の低周波の事故電流を、例えば直流CTを用いて検出することが考えられるが、直流CTは高価であることなどから、実用的でない。また、例え、直流CTで低周波の事故電流を検出したとしても、その検出に基づいて主回路に挿入された遮断器をトリップさせて事故を除去する、従来と同様の保護方式は適用できない。つまり、始動の初期における事故電流は低周波電流であることから、遮断器の商用周波数における遮断能力では遮断能力が足りず、遮断器が損傷するおそれがある。
【0013】
本発明の課題は、上記の従来技術の問題を解決することにあり、具体的には、発電電動機の電動機モード始動中における主回路の事故を検出することにある。
【0014】
また、本発明の他の課題は、上記課題に加えて、発電電動機の電動機モード始動中における主回路の事故による主回路の焼損を防止することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基本的に、可変周波数の可変電圧を発生する始動装置を用いて、始動対象の同期発電電動機を停止状態から所定の回転数まで昇速する電動機モード始動時において、前記同期発電電動機の界磁巻線に流れる電流を検出し、その検出値が予め定めた判定値を越えたときに、前記同期発電電動機の主回路に地絡事故又は短絡事故が発生したことを検出するにより、上記課題を解決することを特徴とする。
【0016】
すなわち、電動機モード始動時において同期発電電動機の電機子や、電機子に接続された主回路母線などに地絡又は短絡事故が発生すると、同期始動方式の場合は親機の同期発電機又は同期発電電動機及び子機の同期発電電動機から、また静止型始動方式の場合は始動対象の同期発電電動機から、事故点に大きな低周波の事故電流が流れる。ところで、同期機は電機子巻線と界磁巻線を備えており、それらの巻線は電磁的に結合された回転変圧器と考えることができる。したがって、電機子巻線に低周波の大きな事故電流が流れると、界磁巻線にも事故電流に応じた電流が流れるから、同期発電電動機の界磁電流が所定の変動範囲を越えた場合に、主回路母線などに地絡又は短絡事故が発生したことを検出できるのである。
【0017】
ここで、同期発電電動機の界磁電流は、直流CTにより直接検出できるが、直流CTはあまり実用的でないことから、これに代えて、上記の界磁巻線に流れる電流は、界磁電流に相当する物理量をも包含し、例えば、界磁電流を供給する励磁装置が、半導体スイッチ素子の点弧角を制御して交流を所定の界磁電流に変換して界磁巻線に出力する電力変換器の場合は、励磁装置の入力交流電流又は励磁装置の点弧角のいずれか1つに基づいて検出することができる。
【0018】
本発明は、同期始動方式及び静止型始動方式のいずれにも適用できる。特に、同期始動方式に適用する場合、すなわち同期発電機又は同期発電電動機を親機とし、始動対象の同期発電電動機を子機として、両者の電機子巻線を遮断器を介して連結し、親機により子機を始動する場合、親機と子機の少なくとも一方の界磁巻線に流れる電流を検出し、その検出値が予め定めた判定値を越えたときに、親機と子機の主回路に地絡又は短絡事故が発生したことを検出することができる。
【0019】
また、上記の事故検出法により事故を検出した場合、同期発電電動機の界磁回路を抵抗を介して短絡することにより、励磁が解かれると共に、事故電流に相当するエネルギが抵抗により消費されて、速やかに事故電流を減衰させることができる。
【0020】
上記の事故検出方法及び保護方法を適用してなる同期発電電動装置は、電機子巻線と界磁巻線とを備えた同期発電電動機と、前記界磁巻線に界磁電流を供給する励磁装置と、前記界磁巻線と前記励磁装置との間に挿入された界磁遮断器と、前記界磁巻線に開閉器を介して並列接続された抵抗器と、前記界磁巻線に流れる電流を検出する界磁電流検出手段と、前記電流の検出値と前記同期発電電動機を停止状態から所定の回転数まで昇速する過程における主回路の地絡事故又は短絡事故の判定のために予め定めた判定値とを比較し、前記検出値が前記判定値を越えたときに、前記界磁遮断器を開放し、かつ前記開閉器を投入する指令信号を出力する保護手段とを備えて構成される。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図を用いて説明する。図1は、同期始動方式の揚水発電システムに、本発明の事故検出方法及び保護方法を適用した発電電動装置の実施形態である。図示のように、揚水発電システムは、複数の発電電動機1a,1bを備えており、図では2機のみを示している。それらの発電電動機1a、1bは、電機子巻線2a、2bと界磁巻線3a、3bを備えている。電機子巻線2a、2bは、同期遮断器4a、4bと主変圧器5a、5bを介して電力系統6に接続されている。また、界磁巻線が巻回された発電電動機1a、1bの回転子は、原動機である水車7a、7bに連結されている。発電電動機1a、1bの電機子巻線2a、2bは、同期始動用遮断器8を介して互いに接続されている。電機子巻線2a、2bに流れる電流(発電電動機の入出力電流)は交流CT9a、9bによりそれぞれ検出され、過電流リレー10a、10bに入力されている。
【0022】
一方、界磁巻線3a,3bは、界磁遮断器11a、11bを介して、それぞれ励磁装置12a、12bに接続されるとともに、それぞれ開閉器13a、13bを介して短絡抵抗器14a、14bが並列に接続されている。励磁装置12a、12bは、それぞれ交直電力変換器を用いて構成されている。すなわち、所内電力系統15a、15bから励磁変圧器16a、16bと遮断器17a、17bを介して交流電力を取りこみ、半導体スイッチ素子の点弧角制御により交流を所定の界磁電流に変換して出力するように構成されている。半導体スイッチ素子の点弧角は界磁電流制御回路18a、18bにより、一般に界磁電流を一定の値に保持するように行われる。
【0023】
ここで、本発明の特徴部に係る構成について説明する。励磁装置12a、12bの入力交流電流が交流CT21a、21bにより検出され、界磁電流検出回路22a、22bに入力されている。界磁電流検出回路22a、22bは、励磁装置12a、12bの入力交流電流と出力界磁電流との関係に基づいて、励磁装置12a、12bから出力される界磁電流を換算して求めるものである。この入力交流電流と出力界磁電流との関係は、周知のように理論的に定まるものであるから、詳細な説明は省略する。このようにして求めた界磁電流の検出値は、界磁過電流検出回路23a、23bに入力される。事故検出回路23a、23bは、入力される界磁電流の検出値を、予め定められた事故判定に係る判定値又は一定に不感帯を設けた判定範囲と比較し、判定値又は判定範囲を越えた場合に、事故と判断するようになっている。界磁過電流検出回路23a、23bが事故と判断した場合は、界磁遮断器11a、11bに開放指令を出力すると共に、開閉器13a、13bに投入指令を出力するようになっている。
【0024】
次に、図1のように構成される揚水発電システムの動作について説明する。発電電動機1a、1bを発電モードで運転する場合は、同期遮断器4a、4b及び同期始動用遮断器8を開放状態にして、水車7a、7bのガイドベーンを徐々に開き、回転数を商用周波数に対応する同期速度まで徐々に上昇させる。そして、励磁装置12a、12bにより界磁電流を供給し、発電電動機1a、1bの発電電圧と周波数が電力系統6の電圧と周波数に一致し、かつ位相が一致したときに同期遮断器4a、4bを投入して並列が完了する。
【0025】
次に、発電電動機1aを電動機モードで運転する場合の動作を説明する。前述したように、発電電動機1aは同期機であるから、同期遮断器4aをいきなり投入して電力系統6の電力により駆動することはできないから、本実施形態の場合は、同期始動方式を採用している。すなわち、他の発電電動機1bを親機とし、これにより子機の発電電動機1aを駆動して、同期回転数まで昇速した後に同期遮断器4aを投入して電力系統6に並列する。具体的には、まず同期始動用遮断器8を投入して親機と子機を始動母線で接続し、親機の水車のガイドベーンを徐々に開いて昇速を開始する。これにより、子機は親機と同期しながら加速される。子機が同期運転に到達した後、同期遮断器4aを閉じて電力系統6と並列する。同時に、同期始動用遮断器8を開放した後、親機である発電電動機1bを切り離して停止する。なお、同期始動対象の子機である発電電動機1aは、始動時の負荷を最小又は無負荷にするため、水車7aに内圧をかけ、水面を羽根車以下のレベルに押し下げて始動する。
【0026】
ここで、本発明の特徴に係る事故時の事故検出及び保護動作について説明する。いま、同期始動母線の図示A点において事故が発生した場合を例に説明する。発電電動機1a、1bが電動機モードで通常の状態で運転されている場合に、A点で事故が発生すると、同期始動用遮断器8は開放されているから、発電電動機1aと電力系統6から事故点に事故電流が供給される。この事故電流は商用周波数の電流であるから、交流CT9aによって検出され、過電流リレー10aが動作して、同期遮断器4を開放すると共に、界磁遮断器11aを開放して励磁を停止し、さらに開閉器13aを閉じて短絡抵抗器14aを介して界磁巻線3aを短絡して、事故電流を速やかに減衰させて、電機子巻線や同期始動母線などの主回路を焼損から保護する。事故が同期始動母線のB点で発生した場合は、過電流リレー10aが動作して、同様に保護される。
【0027】
ここで、本発明の特徴である発電電動機の電動機モード始動時の事故検出及び保護方法について説明する。同期始動時は、同期遮断機4a、4bを開放した状態で同期始動用遮断機8を投入し、発電電動機1bを親機として同期発電機1aを子機として同期始動を開始したときにA点で事故が発生すると、前述したように親機及び子機から通常時と同等の大きさの事故電流が供給される。ところで、始動初期は回転周波数が低いため事故電流も低周波であるから、交流CT9a、9bはその事故電流を検出できず、過電流リレー10aによる保護は動作しない。しかし、電機子巻線2a、2bに低周波の事故電流が流れると、回転変圧器の原理によって界磁巻線3a、3bに、図2に示したように、電流一定制御により一定の界磁電流Ieに重畳して、事故電流に対応した低周波電流Ifが過電流として流れる。つまり、3相の電機子巻線(U、V、W相巻線)2a、2bに対し、界磁巻線(d軸巻線)3a、3bは回転子の回転座標系で回転している。したがって、電機子電流と界磁電流に関して、相互インダクタンスを介した回転変圧器のモデルを考えることができる。ここで、低周波電流Ifの周波数は、事故時の発電機周波数と同一の周波数成分、および同一の周波数成分とその2倍の周波数成分が支配的である。2倍の周波数成分が発生するのは、A点の事故が不平衡事故の場合である。本発明は、こような電機子電流と界磁電流の関係に鑑み、界磁電流の変化により事故を検出するものである。
【0028】
ここで、事故電流に対応した低周波電流を含む界磁電流は直流CTで直接検出してもよいが、直流CTの精度やコストを考慮すると実用的でない。そこで、図1の実施形態では、界磁電流検出回路22a、22bは、交流CT21a、21bによって検出される励磁装置12a、12bの一次側の交流入力電流を取り込んで、界磁電流ieに換算して、事故検出回路23a、23bに出力する。事故検出回路23a、23bは、入力される界磁電流ieを電流一定制御されている界磁電流に相当する判定値irefと比較して、ieがirefを越えたときに事故発生と判断する。ここで、判定値irefに一定の不感帯を設けて範囲として設定してもよい。界磁過電流検出回路23a、23bが事故と判断した場合は、界磁遮断器11a、11bに開放指令を出力すると共に、開閉器13a、13bに投入指令を出力する。これにより、発電電動機1a、1bの界磁電流は、短絡抵抗器14a、14bを有する界磁短絡回路に流れて速やかに減衰する。このときの減衰定数は、界磁巻線の抵抗をRf、界磁回路短絡用抵抗器の抵抗をRdrとすれば、通常の回路時定数に比べて Rf/(Rf+Rdr) に短縮される。この結果、系統事故時の発電電動機の電機子側の事故電流が減衰し、始動母線や電機子巻線を焼損から保護する。なお、事故の判定値irefを、始動母線や電機子巻線の過電流耐量と協調させることにより、発電電動機の主回路の保護が可能となる。
【0029】
以上説明したように、図1実施形態によれば、発電電動機の始動中における低周波運転時の事故検出を、直流CT等の追加設備を設けることなく、迅速にかつ的確に検出することができ、発電電動機の電機子巻線や始動母線等の主回路の焼損を未然に防止することができる。
【0030】
なお、界磁電流検出回路22a、22bにおける界磁電流への換算は、入力交流電流の平均値や実効値に、予め定めた換算係数を乗じて界磁電流に換算する方法の他、3相120°通電方式の交流入力電流から、励磁装置の直流側の電流を合成して界磁電流求めてもよい。
【0031】
図3に、本発明をサイリスタ始動装置を備えた発電電動機システムに適用した実施形態の構成図を示す。図において、図1と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。図1の実施形態と異なる点は、始動対象の発電電動機1aを他の発電電動機により始動する同期始動方式に代えて、サイリスタ電力変換器からなるサイリスタ始動装置を用いる方式にしたことにある。すなわち、図示のように、主変圧器5aと同期遮断器4aの接続母線から分岐し、始動回路の入力遮断器31と始動用変圧器32を介して、電力系統6の電力をサイリスタ電力変換器33に供給する。サイリスタ電力変換器33の出力は、出力遮断器34を介して発電電動機1aの電機子の主回路母線に接続されている。サイリスタ電力変換器33は、コンバータとインバータから構成され、始動変圧器32から供給される交流を一旦直流に変換し、その直流を所望の周波数及び所望の電圧の交流に変換して、発電電動機1aの電機子巻線2aに供給するようになっている。発電電動機1aの界磁励磁回路及び電動機モード始動時の事故検出・保護回路は図1と同一である。
【0032】
このように構成される図3実施形態の動作を説明する。発電電動機1aを電動機モードで始動するときは、同期遮断器4aを開放した状態で、始動回路の入力遮断器31と出力遮断器34を投入し、サイリスタ電力変換器33を起動する。そして、サイリスタ電力変換器33を制御して、発電電動機1aに供給する電圧と周波数を徐々に上昇して、発電電動機1aを停止状態から徐々に同期回転数まで昇速する。発電電動機1aの速度がほぼ同期速度に達したとき、発電電動機1aの電機子と電力系統6の電圧、位相及び周波数を合わせ、入力遮断器31と出力遮断器34を開放すると共に、同期遮断器4aを投入して始動を完了する。
【0033】
この実施形態において、始動中に始動母線のA点に短絡等の事故が生じた場合には、図1の場合と同様に、界磁電流の変化に基づいて事故を検出し、界磁遮断器11aに開放指令を出力すると共に、開閉器13aに投入指令を出力する。これにより、発電電動機1aの界磁電流は、短絡抵抗器14aを有する界磁短絡回路に流れて速やかに減衰し、始動母線や電機子巻線等を焼損から保護する。
【0034】
図4に、本発明のさらに他の実施形態の構成図を示す。本実施形態は、図1の場合と同様の同期始動方式に本発明を適用したものである。図1と異なる点は、界磁電流を検出することに代えて、界磁電流に相当する物理量である励磁装置の制御角αを検出し、その検出したαに基づいて電動機モード始動中の事故検出と保護を行うことにある。
【0035】
すなわち、一般に、始動中は、界磁電流制御回路18a、18bによって、界磁励磁装置12a、12bの半導体スイッチ素子のゲートパルスの制御角αを制御し、実際の界磁電流と設定値との偏差が零になるようにしている。したがって、制御角αはほぼ一定の値となっている。この状態において、始動母線側で事故が発生した場合には、その影響を受けて界磁電流にも動揺が生じ、その結果、制御角αにも変動が生じる。そこで、本実施形態では、界磁電流制御回路18a、18bから出力される制御角αを事故検出回路35a、35bに取り込み、通常の界磁電流に対応する制御角αrefと比較して、制御角が所定の設定範囲を超えた場合に、事故と判定するようにしたのである。この判定結果に基づく保護動作は、図1の場合と同一である。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発電電動機の電動機モード始動中における主回路の事故を検出することができ、これに基づいて保護動作を行わせることにより、発電電動機の電機子巻線や始動母線等の主回路の焼損を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を同期始動方式により発電電動機を始動する揚水発電システムに適用した一実施形態の構成図である。
【図2】低周波事故電流の対応する界磁電流の波形を示す図である。
【図3】本発明をサイリスタ始動方式により発電電動機を始動する発電電動機システムに適用してなる一実施形態の構成図である。
【図4】図1の変形例を示す揚水発電システムの一実施形態の構成図である。
【符号の説明】
1a、1b 発電電動機
2a、2b 電機子巻線
3a、3b 界磁巻線
4a、4b 同期遮断器
7a、7b 水車
8 始動用遮断器
11a、11b 界磁遮断器
12a、12b 励磁装置
13a、13b 開閉器
14a、14b 短絡抵抗器
18a、18b 励磁制御回路
21a、21b 交流CT
22a、22b 界磁電流検出回路
23a、23b 事故検出回路
33 サイリスタ電力変換器
35 事故検出回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor mode starting method of a synchronous generator motor (hereinafter simply referred to as a generator motor device) and a generator motor device to which the method is applied.
[0002]
[Prior art]
Generally, the generator motor is widely used in a pumped storage power plant. In the pumped storage power plant, according to the operation plan, the water turbine is driven by flowing water from the upper pond to the lower pond during the day when power consumption is large, and the generator motor is operated in the generator mode by this water turbine. To supply. On the other hand, at night, the generator motor is operated in the motor mode by using the surplus power of the power system, and the water wheel is pumped from the lower pond to the upper pond by using the shaft output to drive the water turbine.
[0003]
As examples of other generator-motor apparatuses, flywheel generator-motor apparatuses and synchronous phase adjusters are known. The flywheel generator-motor unit operates the generator motor in the motor mode to store the surplus power of the system as the rotational energy of the flywheel, or operates in the generator mode to release the stored power of the flywheel to the system. To do.
[0004]
When such a generator motor is used in the motor mode, since the generator motor is a synchronous machine, it cannot be suddenly connected to the power system and driven. Therefore, usually, the generator motor is driven by the starter, and the speed is increased to a synchronous rotational speed synchronized with the frequency of the power system, and then is inserted into or put into the power system. As this starting device, there are known a synchronous starting method using another synchronous generator or a generator motor as a starting device, and a static starting method using a static starting device such as a thyristor power converter.
[0005]
In the synchronous start method, for example, one of a plurality of generator motors provided in a pumped storage power plant is driven by a water turbine to start in a power generation mode, and the generator motor to be started is started by the generated power. In this synchronous start method, the generator motor that operates in the power generation mode is referred to as a parent device, and the generator motor that is to be started is referred to as a slave device. Then, after gradually increasing the power generation voltage and frequency of the master unit to accelerate the slave unit to the synchronous rotation speed, the slave unit is inserted into the power system to complete the start-up.
[0006]
On the other hand, in the static start method, the power of the power system is converted into variable voltage and variable frequency power using a thyristor power converter or the like, and the output voltage and frequency are gradually increased to accelerate the generator motor to the synchronous rotational speed. After that, it is inserted into the power system to complete the start-up.
[0007]
As another example, when starting a gas turbine generator, the generator is operated as an electric motor to start the gas turbine. In this case, the gas turbine generator is generally started by a thyristor starting method.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional technology as described above, there is a problem that no consideration is given to protection against a ground fault or a short circuit accident of the main circuit of the generator motor at the time of starting.
[0009]
First, as the main circuit protection on the armature side of the generator motor, an overcurrent relay that detects the current of the main circuit with an alternating current CT (current transformer) and performs a protection operation when the detected current exceeds the set value is used. is set up. Since this overcurrent relay mainly protects during normal commercial frequency operation in parallel with the system, the AC CT characteristics are also set in accordance with the commercial frequency. Therefore, it is impossible to detect an overcurrent at a low frequency such as during starting.
[0010]
By the way, the magnitude of the accident current in the main circuit is basically proportional to the value obtained by dividing the generator electromotive force by the circuit impedance, but both the generator electromotive force and the circuit impedance increase in proportion to the frequency. The frequency component is cancelled. As a result, the magnitude of the accident current during start-up is approximately the same as the magnitude of the accident current such as a short-circuit accident at the commercial frequency.
[0011]
However, when starting at a low frequency immediately after the start of acceleration of the generator motor, the overcurrent cannot be detected by the AC CT. Therefore, the conventional overcurrent relay cannot protect the short circuit accident of the main circuit of the generator motor, and the armature winding and the start bus cable may be burned out.
[0012]
On the other hand, it is conceivable to detect a low-frequency accident current during start-up of the generator motor using, for example, DC CT. However, DC CT is not practical because it is expensive. For example, even if a low-frequency accident current is detected by DC CT, a protection method similar to the conventional one that trips a circuit breaker inserted in the main circuit based on the detection and removes the accident cannot be applied. That is, since the accident current at the beginning of the start is a low-frequency current, the breaker capability at the commercial frequency of the breaker is not sufficient, and the breaker may be damaged.
[0013]
An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and more specifically, to detect an accident in the main circuit during start-up of the motor mode of the generator motor.
[0014]
Another object of the present invention is to prevent burning of the main circuit due to an accident of the main circuit during the motor mode start of the generator motor in addition to the above-described problem.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention basically uses the starting device that generates a variable voltage of a variable frequency, and at the time of starting the motor mode in which the synchronous generator motor to be started is accelerated from a stopped state to a predetermined rotational speed, the synchronous generator motor detecting a current flowing through the field winding, when it exceeds a determined value the detected value is determined in advance, more detects that the ground fault or short-circuit fault occurs in the main circuit of the synchronous generator motor, The above-described problems are solved.
[0016]
In other words, if a ground fault or short circuit accident occurs in the armature of the synchronous generator motor or the main circuit bus connected to the armature at the start of the motor mode, the synchronous generator or the synchronous power A large low-frequency accident current flows at the accident point from the synchronous generator motor of the motor and the slave unit, and from the synchronous generator motor to be started in the case of the static start system. By the way, the synchronous machine includes an armature winding and a field winding, and these windings can be considered as an electromagnetically coupled rotary transformer. Therefore, when a large low-frequency accident current flows in the armature winding, a current corresponding to the accident current also flows in the field winding, so when the field current of the synchronous generator motor exceeds the predetermined fluctuation range It is possible to detect that a ground fault or a short circuit accident has occurred in the main circuit bus.
[0017]
Here, the field current of the synchronous generator motor can be directly detected by the direct current CT, but since the direct current CT is not very practical, instead of this, the current flowing through the field winding is changed to the field current. corresponding also encompasses a physical quantity, for example, the power to be output to the field current for supplying excitation device, the field winding to convert the AC to control the firing angle of the semiconductor switching elements in a predetermined field current for transducers, an input AC power Nagaremata the exciter can be detected based on any one of the firing angle of the exciter.
[0018]
The present invention can be applied to both a synchronous start method and a static start method. In particular, when applied to a synchronous start system, that is, a synchronous generator or a synchronous generator motor is a master unit, a synchronous generator motor to be started is a slave unit, both armature windings are connected via a circuit breaker, If you start the handset by machine, when detecting a current flowing in at least one of the field windings of the master unit and the slave unit, beyond the determination value to which the detected value is determined in advance, the master unit and the slave unit It is possible to detect that a ground fault or short circuit accident has occurred in the main circuit.
[0019]
In addition, when an accident is detected by the above-described accident detection method, by exciting the field circuit of the synchronous generator motor via a resistor, the excitation is released and energy corresponding to the accident current is consumed by the resistor. Accident current can be quickly attenuated.
[0020]
A synchronous generator-motor apparatus to which the above-described accident detection method and protection method are applied includes a synchronous generator-motor having an armature winding and a field winding, and an excitation for supplying a field current to the field winding. A device, a field breaker inserted between the field winding and the excitation device, a resistor connected in parallel to the field winding via a switch, and the field winding Field current detecting means for detecting a flowing current, and for determining a ground fault or a short circuit accident in the main circuit in the process of increasing the detected value of the current and the synchronous generator motor from a stopped state to a predetermined rotational speed. Protective means for comparing with a predetermined determination value , and opening the field breaker and outputting a command signal to turn on the switch when the detected value exceeds the determination value Composed.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of a generator motor apparatus in which the accident detection method and the protection method of the present invention are applied to a synchronous start type pumped-storage power generation system. As illustrated, the pumped-storage power generation system includes a plurality of generator motors 1a and 1b, and only two units are shown in the figure. The generator motors 1a and 1b include
[0022]
On the other hand, the
[0023]
Here, the structure which concerns on the characteristic part of this invention is demonstrated. Input AC currents of the excitation devices 12a and 12b are detected by the AC CTs 21a and 21b, and are input to the field current detection circuits 22a and 22b. The field current detection circuits 22a and 22b are obtained by converting the field current output from the excitation devices 12a and 12b based on the relationship between the input AC current and the output field current of the excitation devices 12a and 12b. is there. Since the relationship between the input AC current and the output field current is theoretically determined as is well known, detailed description thereof is omitted. The field current detection value thus obtained is input to the field
[0024]
Next, the operation of the pumped storage power generation system configured as shown in FIG. 1 will be described. When operating the generator motors 1a and 1b in the power generation mode, the synchronous circuit breakers 4a and 4b and the synchronous start circuit breaker 8 are opened, the guide vanes of the
[0025]
Next, the operation when the generator motor 1a is operated in the motor mode will be described. As described above, since the generator motor 1a is a synchronous machine, the synchronous circuit breaker 4a cannot be suddenly turned on and driven by the electric power of the
[0026]
Here, the accident detection and protection operation at the time of an accident according to the feature of the present invention will be described. Now, a case where an accident occurs at point A of the synchronous start bus will be described as an example. When the generator motors 1a and 1b are operated in a normal state in the motor mode, if an accident occurs at point A, the synchronous start circuit breaker 8 is opened, and therefore the generator motor 1a and the
[0027]
Here, the accident detection and protection method when starting the motor mode of the generator motor, which is a feature of the present invention, will be described. At the time of synchronous start, when the synchronous circuit breaker 8 is turned on with the synchronous circuit breakers 4a and 4b opened, and the synchronous motor 1b is used as a parent machine and the synchronous generator 1a is used as a child machine, the point A is When an accident occurs, as described above, an accident current having the same magnitude as that in the normal state is supplied from the master unit and the slave unit. Incidentally, since the rotation frequency is low at the initial stage of the start and the accident current is also low, the
[0028]
Here, the field current including the low frequency current corresponding to the accident current may be directly detected by the DC CT, but it is not practical in consideration of the accuracy and cost of the DC CT. Therefore, in the embodiment of FIG. 1, the field current detection circuits 22a and 22b take in the AC input current on the primary side of the excitation devices 12a and 12b detected by the AC CTs 21a and 21b, and convert it into the field current ie. To the
[0029]
As described above, according to the embodiment shown in FIG. 1, it is possible to quickly and accurately detect an accident during low frequency operation during start-up of a generator motor without providing additional equipment such as DC CT. Moreover, it is possible to prevent the main circuits such as the armature winding and the starting bus of the generator motor from being burned out.
[0030]
The field current detection circuits 22a and 22b convert the field current into a field current by multiplying the average value or effective value of the input AC current by a predetermined conversion coefficient to convert it into a field current. The field current may be obtained by synthesizing the DC side current of the excitation device from the 120 ° energization type AC input current.
[0031]
FIG. 3 shows a configuration diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a generator motor system provided with a thyristor starter. In the figure, the same components as those in FIG. The difference from the embodiment of FIG. 1 is that a system using a thyristor starter comprising a thyristor power converter is used instead of the synchronous start system in which the generator motor 1a to be started is started by another generator motor. That is, as shown in the figure, the thyristor power converter branches power from the connection bus of the main transformer 5a and the synchronous circuit breaker 4a, and converts the electric power of the
[0032]
The operation of the embodiment of FIG. 3 configured as described above will be described. When starting the generator motor 1a in the motor mode, the
[0033]
In this embodiment, when an accident such as a short circuit occurs at point A of the starting bus during startup, the accident is detected based on a change in the field current as in the case of FIG. An opening command is output to 11a, and a closing command is output to the switch 13a. As a result, the field current of the generator motor 1a flows through the field short circuit having the short-circuit resistor 14a and is quickly attenuated, thereby protecting the starting bus, the armature winding and the like from burning.
[0034]
FIG. 4 shows a configuration diagram of still another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the present invention is applied to the same synchronous start method as in FIG. The difference from FIG. 1 is that, instead of detecting the field current, the control angle α of the excitation device, which is a physical quantity corresponding to the field current, is detected, and an accident during the motor mode start based on the detected α. Detect and protect.
[0035]
That is, generally, during start-up, the field
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to detect an accident in the main circuit during the start of the motor mode of the generator motor, and to perform a protective operation based on this, thereby enabling the armature winding of the generator motor to It is possible to prevent the main circuit such as the start bus and the like from being burned out.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a pumped-storage power generation system that starts a generator motor by a synchronous start method.
FIG. 2 is a diagram showing a waveform of a field current corresponding to a low-frequency accident current.
FIG. 3 is a configuration diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a generator motor system that starts a generator motor by a thyristor start method.
FIG. 4 is a configuration diagram of an embodiment of a pumped storage power generation system showing a modification of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a,
22a, 22b Field
Claims (6)
前記界磁電流検出手段は、前記励磁装置の入力交流電流と前記励磁装置の点弧角のいずれか1つに基づいて前記界磁巻線に流れる電流を求めることを特徴とする請求項5に記載の同期発電電動装置。The excitation device is a power converter that controls an ignition angle of a semiconductor switch element, converts alternating current into a predetermined field current, and outputs the field current.
6. The field current detecting means obtains a current flowing through the field winding based on any one of an input AC current of the exciter and an ignition angle of the exciter. The synchronous generator-motor apparatus described.
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