JP2009195062A - Protection device for ac coil and power system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統に接続されているリアクトル、変圧器あるいは限流コイルなど、定常電流として交流電流が流れる交流コイルの保護装置および電力システムに関する。 The present invention relates to a protection device and an electric power system for an AC coil in which an AC current flows as a steady current, such as a reactor, a transformer, or a current limiting coil connected to an electric power system.
導線を適当なターン数巻回してなるコイルは、機器として広範囲の適用先がある。コイルに流れる電流の形態により交流応用と直流応用に分けられるが、交流応用の代表的な適用先は電力系統である。このような機器としては、リアクトル、変圧器あるいは限流コイルなどがある。 A coil formed by winding a suitable number of turns of a conducting wire has a wide range of applications as equipment. Depending on the form of current flowing in the coil, it can be divided into AC application and DC application, and the typical application destination of AC application is the power system. Such devices include reactors, transformers or current limiting coils.
このような機器では通常、定格電流値が決められており、その定格電流値以下の通電では所定期間異常なく運転できることが要請される。しかし通常運転定格電流以下の電流においても、コイル機器の内部で何らかの要因で部分的に導体の劣化が発生する可能性がある。これは、導体や周囲の絶縁材料の経年劣化などが要因として考えられる。その場合コイル機器に電流を流し続けると、部分的に熱集中を起こしコイルの焼損または致命的劣化が起こる可能性がある。この状態を回避するには系統からコイルを速やかに切り離し、電流を流さない状態にする必要がある(特許文献1,2参照)。
定常電流として交流電流が流れる交流コイルでは、通常定格電流以下での運転動作中にコイル巻線部に部分的あるいは全体的に線材劣化等により異常電圧が発生した場合、劣化箇所だけに熱が集中しコイルの致命的劣化や焼損が起こる可能性がある。そのためこのような部分劣化等による異常電圧を速やかに検出しコイルを停止状態にする必要があり、電力系統に接続されているコイル機器の場合には、送配電系統から切り離し、別系統に切り替えて負荷に送配電を続ける必要がある、という課題があった。 In an AC coil in which an alternating current flows as a steady current, if an abnormal voltage is generated in the coil winding part due to deterioration of the wire material partially or entirely during operation at a normal rated current or lower, heat concentrates only on the deteriorated part. This can cause fatal deterioration and burnout of the coil. Therefore, it is necessary to quickly detect abnormal voltage due to such partial deterioration and stop the coil, and in the case of coil equipment connected to the power system, disconnect it from the power transmission / distribution system and switch to another system. There was a problem that it was necessary to continue power transmission and distribution to the load.
このような交流コイルの部分劣化等を検出するには多くの課題がある。電力系統に接続されている交流コイルであるためコイル自身が高電圧電位にあり高電圧印加部からコイルに生じた部分劣化等を検出することになる。この部分劣化等の異常電圧レベルはマイクロボルトオーダの極めて低い電圧の可能性があり、且つ高電圧電位から接地レベルに近い低電圧電位へ信号を絶縁伝送する必要がある。また交流コイルはインダクタンスとして最小でも百μHレベルの誘導性を持つ。従って交流コイル両端には異常検出電圧値の数十倍から千倍レベルの誘導性電圧が運転中常時発生している。また系統に事故発生した場合には、交流コイル両端には最低でもkVオーダーの電圧が発生し、発生電圧は交流コイル検出器入力部に過電圧として印加されることになる、という課題があった。 There are many problems in detecting such partial deterioration of an AC coil. Since the coil is an AC coil connected to the power system, the coil itself is at a high voltage potential, and partial deterioration or the like generated in the coil from the high voltage application unit is detected. The abnormal voltage level such as partial deterioration may be a very low voltage on the order of microvolts, and it is necessary to insulate and transmit a signal from a high voltage potential to a low voltage potential close to the ground level. In addition, the AC coil has an inductance of at least 100 μH level as an inductance. Accordingly, an inductive voltage of several tens to thousands times the abnormality detection voltage value is constantly generated at both ends of the AC coil during operation. Further, when an accident occurs in the system, there is a problem in that a voltage of the order of kV is generated at least at both ends of the AC coil, and the generated voltage is applied as an overvoltage to the AC coil detector input section.
そこで本発明は、電力系統に接続されている交流コイルの劣化による異常電圧を正確に検出して交流コイルの損傷を防ぐことのできる交流コイルの保護装置および電力システムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an AC coil protection device and a power system that can accurately detect abnormal voltage due to deterioration of an AC coil connected to a power system and prevent damage to the AC coil. .
上記課題を解決するために本発明の交流コイルの保護装置は、系統電力源から負荷に電力を供給する電力系統に接続された交流コイルの端子間に接続され前記交流コイルの端子間に発生する電圧を検出するピックアップトランスと、前記交流コイルと直列に接続され系統電流を検出する変流器と、前記ピックアップトランスの出力電圧の位相と前記変流器の出力電圧の位相を合わせる移相器と、同位相とされた前記2つの出力電圧の差分を求め前記差分が所定の値より大きいときに前記交流コイルを電力系統から切り離す制御を行う演算制御装置とを備えている構成とする。 In order to solve the above problems, an AC coil protection device of the present invention is connected between terminals of an AC coil connected to a power system that supplies power from a system power source to a load, and is generated between the terminals of the AC coil. A pickup transformer for detecting a voltage; a current transformer connected in series with the AC coil for detecting a system current; a phase shifter for matching the phase of the output voltage of the pickup transformer and the phase of the output voltage of the current transformer; And an arithmetic and control unit that obtains a difference between the two output voltages having the same phase and performs control to disconnect the AC coil from the power system when the difference is larger than a predetermined value.
本発明の電力システムは、系統電力源から負荷に電力を供給する電力系統に接続された交流コイルと、前記交流コイルの保護装置と、前記交流コイルが電力系統から切り離されたとき系統電力源から負荷に電力を供給するバイパス回路と、前記演算制御装置によって制御され前記電力系統と前記パイバス回路を切り替える開閉器とを備えている構成とする。 The power system of the present invention includes an AC coil connected to a power system that supplies power from a system power source to a load, a protection device for the AC coil, and a system power source when the AC coil is disconnected from the power system. A bypass circuit that supplies power to a load and a switch that is controlled by the arithmetic and control unit and switches between the power system and the Pibus circuit are provided.
本発明によれば、電力系統に接続されている交流コイルの劣化による異常電圧を正確に検出して交流コイルの損傷を防ぐことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the abnormal voltage by deterioration of the alternating current coil connected to the electric power grid | system can be detected correctly, and damage to an alternating current coil can be prevented.
以下、図面を参照して本発明の4つの実施の形態を説明する。
(第1の実施の形態)
(構成)
図1に示すように、系統電力源1よりCT(変流器)2を介し交流コイル3に系統電力電流が供給されている。交流コイル3は一般的には銅線やアルミニウム線で構成されるが、超電導線により構成される場合には、冷媒により超電導になりうる状態に充分冷却されている。交流コイル3の両端部にはピックアップトランス4の一次側が結線されている。
Hereinafter, four embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
(Constitution)
As shown in FIG. 1, a grid power current is supplied from a
ピックアップトランス4の二次側の一方は三相各相でY結線し、中点を差動増幅器7の反転入力側へ入力抵抗6を介して入力している。ピックアップトランス4の二次側の他方はCT2の二次側可変抵抗5の片側に接続している。二次側可変抵抗5の他端はCT2の片側へ接続されCT2の二次負担抵抗として機能している。二次側可変抵抗5の可変端子Ra,Sa,TaはY結線された抵抗群11に接続されている。
One of the secondary sides of the
交流コイル3の両端に発生する誘導性電圧とCT2二次側の電圧位相は90度の差がある。そこでY結線された抵抗群11の中点出力電圧を移相器12で90度進めることによりピックアップトランス4の二次側Y結線中点信号と同相にする。この同相にした信号とピックアップトランス4の二次側Y結線中点信号を差動増幅器7の反転入力・非反転入力へ各々入力する。また電圧バランスはCT2の二次側可変抵抗5を調整することで行う。
There is a difference of 90 degrees between the inductive voltage generated at both ends of the
差動増幅器7の出力電圧は電圧比較回路9へ入力される。比較電圧は設定器8で設定する。電圧比較回路9の出力は制御シーケンス回路13に出力され遮断器13・14・15の開閉を制御する構成になっている。差動増幅器7と設定器8と電圧比較回路9と制御シーケンス回路13は演算制御装置を構成している。
The output voltage of the differential amplifier 7 is input to the
(作用)
通常状態では系統電力源1からCT2を介し交流コイル3を通じて需用家重要負荷10に電力が供給されている。交流コイル3としては、リアクトルを想定しているが、変圧器や限流コイルでも同様である。ピックアップトランス4の二次側Y結線中点電圧とCT2から供給されるY結線抵抗群11中点電圧とは90度電圧位相がずれているが、これを補正する位相調整用の移相器12を介してピックアップトランス4と同相状態で各々反転入力・同相入力を差動増幅器7へ入力する。電圧レベルが同じであれば差動増幅器7の出力電圧はある基準値以下(ほぼ0V)である。また負荷の状態により各相の電流バランスが崩れた時も同じ率の電圧変動を受けるので中点間に生じる電圧は0V状態に保たれる。
(Function)
In a normal state, electric power is supplied from the
交流コイル3のどれかが部分的劣化による異常電圧発生を起こした場合には、三相分毎に設けられたピックアップトランス4の一相分だけが電圧変化を起こすので、中点間との電圧バランスが崩れ差動増幅器7に出力電圧が現れ、設定器8で設定された電圧以上の電圧が出力されると、電圧比較回路9から異常電圧発生信号を出力する。異常電圧発生信号を元に制御シーケンス回路13が動作し遮断器14,15を開にし交流コイル3を系統電流から切り離す。また遮断器16を閉することによりバイパス回路を構成し需用家重要負荷10に電力供給を続ける。
If any one of the
(効果)
本実施の形態によれば、通常運転状態においても高電圧重畳された異常電圧発生信号を検出して交流コイル3を故障から守るとともに需用家重要負荷10に電力供給を続けることができる。
(effect)
According to the present embodiment, it is possible to detect an abnormal voltage generation signal on which a high voltage is superimposed even in a normal operation state to protect the
(第2の実施の形態)
本実施の形態は、図2に示すように、系統事故等によって交流コイル3の両端に高電圧が印加される事象が生じたときに交流コイル3からピックアップトランス4を切り離す高電圧リードリレー17と、電力系統の電圧波形を監視し事故電圧波形を認識した時点で高電圧リードリレー17を動作させる系統電圧波形監視装置18とを備えた構成になっている。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 2, the present embodiment includes a high
電力系統に短絡事故が生じたとき、交流コイル3両端に印加される数kVの過電圧には本保護装置の入力部回路は電圧耐量から見ても耐えられず破壊してしまう。高電圧リードリレー17によってピックアップトランス4を速やかに切り離すことによってこれを回避することができる。
When a short circuit accident occurs in the power system, the input circuit of the protection device cannot withstand an overvoltage of several kV applied to both ends of the
(第3の実施の形態)
本実施の形態は、図3に示すように、図1、図2に示した移相器12の代わりにCT2の二次側可変抵抗5に位相調整用コンデンサー19を接続し容量性とした構成である。その他の構成は図1あるいは図2と同じである。
本実施の形態によれば、半導体IC回路等で構成される移相器12の代わりに位相調整用コンデンサー19を用いるので回路が簡素化される。
(Third embodiment)
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the phase adjusting capacitor 19 is connected to the
According to the present embodiment, since the phase adjusting capacitor 19 is used instead of the
(第4の実施の形態)
本実施の形態は、図4に示すように、図1ないし図3に示した構成に信号切替え装置20、状態検査装置21、定電流電源22およびマイクロボルト電圧測定器23を加えた構成である。
(Fourth embodiment)
In this embodiment, as shown in FIG. 4, a signal switching device 20, a state inspection device 21, a constant current power source 22 and a microvolt voltage measuring instrument 23 are added to the configuration shown in FIGS. .
交流コイル3が冷却不十分のような可逆的要因により部分的劣化を起こし一連のシーケンス動作により送電系統から切り離された後、所定時間経過後もしくは交流コイル3の冷却条件が回復し通電できる温度になった時、信号切替え装置20により通常結線されているピックアップトランス4回路より状態検査装置21に切替え接続し、定電流電源22より直流電流を交流コイル3に印加し、その時の交流コイル3の両端電圧をマイクロボルト電圧測定器23で計測し通電可能状態か否か評価する。良好な場合には制御シーケンス回路13に信号を送り送電系統に交流コイル3を復帰させる。
After the
本実施の形態によれば、信号切替え装置20を設けることにより、交流コイル3の両端電圧をマイクロボルト電圧測定器23で計測し、通電可能と判断されたときは、交流コイル3を電力系統に再投入することができる。
According to the present embodiment, by providing the signal switching device 20, the voltage across the
1…系統電力源、2…CT、3…交流コイル、4…ピックアップトランス、5…二次側可変抵抗、6…入力抵抗、7…差動増幅器、8…設定器、9…電圧比較回路、10…需用家重要負荷、11…Y結線抵抗群、12…移相器、13…制御シーケンス回路、14,15,16…遮断器、17…高電圧リードリレー、18…系統電圧波形監視装置、19…位相調整用コンデンサー、20…信号切替え装置、21…状態検査装置、22…定電流電源、23…マイクロボルト電圧測定器。
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