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技術 同期発電機の同期化装置及びその同期投入方法

出願人 西芝電機株式会社
発明者 名倉良馬水田泰寛前田吉光
出願日 1998年6月25日 (22年6ヶ月経過) 出願番号 1998-178321
公開日 2000年1月14日 (20年11ヶ月経過) 公開番号 2000-014197
状態 拒絶査定
技術分野 高分子組成物 発電機の制御 交流の給配電
主要キーワード 非常用発電設備 強制同期 自動電圧制御 界磁電力 非常用電源設備 発電設備内 同期化力 同期化装置
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図面 (4)

課題

2台の同期投入が行える同期発電機同期化装置を提供すること。

解決手段

第1,第2の同期発電機に界磁電力を供給する第1,第2の直流電源装置と、第1,第2の同期発電機の出力電圧を検出し、該同期発電機の出力電圧を一定に制御する第1,第2の自動電圧調整器と、第1の直流電源装置と第1の自動電圧調整器並に第2の直流電源装置と第2の自動電圧調整器を切替えて第1,第2の同期発電機に接続する第1,第2の切替器と、第1の同期発電機の界磁電流を検出する第1の電流検出手段と、第1,第2の同期発電機の出力電流を検出する第2の電流検出手段と、第1,第2の電流検出手段の検出量に基づいて第1,第2の切替器と第1,第2の直流電源装置の出力を操作する機能を備えた制御装置とから構成されているので、非同期投入時の過大な電流によるしゃ断器誤動作発電設備内の各機器への衝撃をなくし、かつ同期発電機の同期投入期間を短縮することができる。

概要

背景

一般に、病院ホテル等には非常用電源設備として内燃力発電設備が設置されているが、信頼性の問題から複数の内燃力発電設備が設置されている場合が多い。また、このような非常用電源設備の運転操作は、例えば、(1)発電開始指令を受けると、(2)原動機運転を開始し、(3)発電機の電圧を定格まで上昇させ、(4)発電機間を同期投入して並列運転した後、(5)負荷に接続するという順序で行われる。また、従来は2台の発電設備の発電機間を同期投入し、並列運転する方法として、強制同期投入方法自動同期投入方法が用いられてきた。

図2は強制同期投入方法によって同期投入が行われる従来の発電設備の回路構成図である。同図において、ガバナ12,22によって定格回転数で運転されている原動機11,21は、同期発電機10,20を定格回転数で回転させる。自動電圧調整器15,25はそれぞれ同期発電機10,20の出力電圧を検出して電圧指令値と比較し、その偏差となるよう同期発電機10,20の界磁電力を調整する。直流電源装置14,24は同期発電機10,20に初期励磁電力を供給する。

このような従来の発電設備において、同期発電機10,20を同期投入するには、各同期発電機が無負荷定格回転数で運転中に、2台の同期発電機の回転数,電圧,位相のうち、回転数と電圧だけを一致させてしゃ断器31を閉じる。無負荷定格回転中は、原動機の回転数はガバナによって速度指令と一致するように制御され、発電機電圧は自動電圧調整器によって電圧指令と一致するように制御される。しゃ断器30を閉じた時、同期発電機の位相が一致している場合は直ちに同期投入は完了する。電圧の位相が異なっている場合は同期発電機間に電流が流れ、同期化力が働き、位相が進んでいる方の同期発電機は減速され、位相が遅れている方の同期発電機は加速され、互いの位相が一致した時点で同期投入は完了する。

図3は、自動同期投入方法によって同期投入が行われる従来の発電設備の回路構成図である。同図において、同期発電機10及び同期発電機20を同期投入するには、同期発電機10及び同期発電機20が無負荷定格運転中に、自動同期投入装置32に同期投入指令を与えることによって行われる。

自動同期投入装置32は、同期投入指令が与えられると、同期発電機10と同期発電機20の出力電圧を検出し、両発電機電圧の電圧値が異なる場合は自動電圧調整器25に電圧増減指令を与えることで電圧値を調整し、両同期発電機の電圧の周波数と位相が異なっている場合は、ガバナ22に速度増減指令を与えることで周波数と位相を調整し、両同期発電機電圧の電圧値と周波数と位相が一致した時点でしゃ断器33を投入して同期投入を完了する。

概要

2台の同期投入が行える同期発電機の同期化装置を提供すること。

第1,第2の同期発電機に界磁電力を供給する第1,第2の直流電源装置と、第1,第2の同期発電機の出力電圧を検出し、該同期発電機の出力電圧を一定に制御する第1,第2の自動電圧調整器と、第1の直流電源装置と第1の自動電圧調整器並に第2の直流電源装置と第2の自動電圧調整器を切替えて第1,第2の同期発電機に接続する第1,第2の切替器と、第1の同期発電機の界磁電流を検出する第1の電流検出手段と、第1,第2の同期発電機の出力電流を検出する第2の電流検出手段と、第1,第2の電流検出手段の検出量に基づいて第1,第2の切替器と第1,第2の直流電源装置の出力を操作する機能を備えた制御装置とから構成されているので、非同期投入時の過大な電流によるしゃ断器の誤動作発電設備内の各機器への衝撃をなくし、かつ同期発電機の同期投入期間を短縮することができる。

目的

本発明は、上記したような問題を解消するためになされたもので、その目的は、従来よりも短期間で複数台の内燃力発電設備の同期投入を行えるようにするとともに機器の安全性を向上させる同期発電機の同期化装置とその同期投入方法を提供することにある。

効果

実績

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請求項1

定格回転数で回転し互いの出力端子直接接続した第1の同期発電機と第2の同期発電機と、前記第1の同期発電機に界磁電力を供給する第1の直流電源装置と、前記第2の同期発電機に界磁電力を供給する第2の直流電源装置と、前記第1の同期発電機の出力電圧を検出すると共に、該同期発電機の界磁電力を調整し,該同期発電機の出力電圧を一定に制御する第1の自動電圧調整器と、前記第2の同期発電機の出力電圧を検出すると共に、該同期発電機の界磁電力を調整し,該同期発電機の出力電圧を一定に制御する第2の自動電圧調整器と、前記第1の直流電源装置と前記第1の自動電圧調整器を切替えて前記第1の同期発電機に接続する第1の切替器と、前記第2の直流電源装置と前記第2の自動電圧調整器を切替えて前記第2の同期発電機に接続する第2の切替器と、前記第1の同期発電機の界磁電流を検出する第1の電流検出手段と、前記第1の同期発電機及び前記第2の同期発電機の出力電流を検出する第2の電流検出手段と、前記第1の電流検出手段の検出量と前記第2の電流検出手段の検出量に基づいて、第1の開閉器及び第2の開閉器と前記第1の直流電源装置及び前記第2の直流電源装置の出力を操作する機能を備えた制御装置とから構成されたことを特徴とする同期発電機の同期化装置

請求項2

請求項1記載の同期発電機の同期化装置において、前記制御装置が前記第1の切替器及び前記第2の切替器を操作して、前記第1の同期発電機及び前記第2の同期発電機にそれぞれ前記第1の直流電源装置及び前記第2の直流電源装置を接続し、前記制御装置が前記第1の直流電源の出力電圧を調整して徐々に前記第1の同期発電機出力電圧を上昇させ、前記第1の電流検出手段によって検出される前記第1の同期発電機の励磁電流がおよそ無負荷定格運転時電流値となった後、前記第2の直流電源装置の出力電圧を調整して前記第2の同期発電機の励磁電流を徐々に上昇させ、前記第2の電流検出手段によって検出される発電機の出力電流が微小となった時点で、前記第1の切替器及び前記第2の切替器を操作して前記第1の自動電圧調整器及び前記第2の自動電圧調整器をそれぞれ前記第1の同期発電機及び前記第2の同期発電機の界磁回路に接続することで2台の同期発電機の同期投入を行うことを特徴とする同期発電機の同期投入方法。

技術分野

0001

本発明は、2台の発電設備同期発電機間を同期投入する場合の同期発電機の同期化装置及びその同期投入方法に関する。

背景技術

0002

一般に、病院ホテル等には非常用電源設備として内燃力発電設備が設置されているが、信頼性の問題から複数の内燃力発電設備が設置されている場合が多い。また、このような非常用電源設備の運転操作は、例えば、(1)発電開始指令を受けると、(2)原動機運転を開始し、(3)発電機の電圧を定格まで上昇させ、(4)発電機間を同期投入して並列運転した後、(5)負荷に接続するという順序で行われる。また、従来は2台の発電設備の発電機間を同期投入し、並列運転する方法として、強制同期投入方法自動同期投入方法が用いられてきた。

0003

図2は強制同期投入方法によって同期投入が行われる従来の発電設備の回路構成図である。同図において、ガバナ12,22によって定格回転数で運転されている原動機11,21は、同期発電機10,20を定格回転数で回転させる。自動電圧調整器15,25はそれぞれ同期発電機10,20の出力電圧を検出して電圧指令値と比較し、その偏差となるよう同期発電機10,20の界磁電力を調整する。直流電源装置14,24は同期発電機10,20に初期励磁電力を供給する。

0004

このような従来の発電設備において、同期発電機10,20を同期投入するには、各同期発電機が無負荷定格回転数で運転中に、2台の同期発電機の回転数,電圧,位相のうち、回転数と電圧だけを一致させてしゃ断器31を閉じる。無負荷定格回転中は、原動機の回転数はガバナによって速度指令と一致するように制御され、発電機電圧は自動電圧調整器によって電圧指令と一致するように制御される。しゃ断器30を閉じた時、同期発電機の位相が一致している場合は直ちに同期投入は完了する。電圧の位相が異なっている場合は同期発電機間に電流が流れ、同期化力が働き、位相が進んでいる方の同期発電機は減速され、位相が遅れている方の同期発電機は加速され、互いの位相が一致した時点で同期投入は完了する。

0005

図3は、自動同期投入方法によって同期投入が行われる従来の発電設備の回路構成図である。同図において、同期発電機10及び同期発電機20を同期投入するには、同期発電機10及び同期発電機20が無負荷定格運転中に、自動同期投入装置32に同期投入指令を与えることによって行われる。

0006

自動同期投入装置32は、同期投入指令が与えられると、同期発電機10と同期発電機20の出力電圧を検出し、両発電機電圧の電圧値が異なる場合は自動電圧調整器25に電圧増減指令を与えることで電圧値を調整し、両同期発電機の電圧の周波数と位相が異なっている場合は、ガバナ22に速度増減指令を与えることで周波数と位相を調整し、両同期発電機電圧の電圧値と周波数と位相が一致した時点でしゃ断器33を投入して同期投入を完了する。

発明が解決しようとする課題

0007

2台の発電設備を始動し、同期発電機を同期投入して並列運転する場合において、図2の従来例に示す強制同期投入方法を用いると、同期発電機10と同期発電機20の出力電圧の大きさと周波数のみ一致させ、任意の位相で同期投入するため、発電機同士の位相が大きく異なる場合にしゃ断器31を閉じると、瞬間的に過大な突入電流が流れる。この突入電流が著しい場合には保護用のしゃ断器の誤動作を引き起こしたり、発電設備を構成する機器に大きな衝撃を与えて破壊を招く可能性がある。

0008

一方、図3の自動同期投入装置を用いた自動同期投入方法では、自動同期投入装置32が同期発電機10と同期発電機20の電圧と周波数と位相が一致した時点でしゃ断器33を閉じて同期投入を行うため、図2の強制同期投入方法のような過大な電流が流れる可能性はない。しかし、自動同期投入装置による発電機電圧の大きさ,周波数,位相の調整に時間を要し、発電設備への始動開始信号から同期投入完了までに通常40〜120秒間もの制御時間を必要とする。したがって、例えば複数の内燃力発電設備を同期投入して緊急に負荷に電力供給するような非常用発電設備において、速やかに始動を完了し、非常照明電源として使用するような場合、同期投入するまでの時間がかかり過ぎるという問題があった。

0009

本発明は、上記したような問題を解消するためになされたもので、その目的は、従来よりも短期間で複数台の内燃力発電設備の同期投入を行えるようにするとともに機器の安全性を向上させる同期発電機の同期化装置とその同期投入方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

上記目的を達成するために、本発明の請求項1の同期発電機の同期化装置は、定格回転数で回転し互いの出力端子直接接続した第1の同期発電機と第2の同期発電機と、前記第1の同期発電機に界磁電力を供給する第1の直流電源装置と、前記第2の同期発電機に界磁電力を供給する第2の直流電源装置と、前記第1の同期発電機の出力電圧を検出すると共に、該同期発電機の界磁電力を調整し,該同期発電機の出力電圧を一定に制御する第1の自動電圧調整器と、前記第2の同期発電機の出力電圧を検出すると共に、該同期発電機の界磁電力を調整し,該同期発電機の出力電圧を一定に制御する第2の自動電圧調整器と、前記第1の直流電源装置と前記第1の自動電圧調整器を切替えて前記第1の同期発電機に接続する第1の切替器と、前記第2の直流電源装置と前記第2の自動電圧調整器を切替えて前記第2の同期発電機に接続する第2の切替器と、前記第1の同期発電機の界磁電流を検出する第1の電流検出手段と、前記第1の同期発電機及び前記第2の同期発電機の出力電流を検出する第2の電流検出手段と、前記第1の電流検出手段の検出量と前記第2の電流検出手段の検出量に基づいて、第1の開閉器及び第2の開閉器と前記第1の直流電源装置及び前記第2の直流電源装置の出力を操作する機能を備えた制御装置とから構成されたことを特徴とする。

0011

本発明の請求項2の同期発電機の同期投入方法は、請求項1記載の同期発電機の同期化装置において、前記制御装置が前記第1の切替器及び前記第2の切替器を操作して、前記第1の同期発電機及び前記第2の同期発電機にそれぞれ前記第1の直流電源装置及び前記第2の直流電源装置を接続し、前記制御装置が前記第1の直流電源の出力電圧を調整して徐々に前記第1の同期発電機出力電圧を上昇させ、前記第1の電流検出手段によって検出される前記第1の同期発電機の励磁電流がおよそ無負荷定格運転時電流値となった後、前記第2の直流電源装置の出力電圧を調整して前記第2の同期発電機の励磁電流を徐々に上昇させ、前記第2の電流検出手段によって検出される発電機の出力電流が微小となった時点で、前記第1の切替器及び前記第2の切替器を操作して前記第1の自動電圧調整器及び前記第2の自動電圧調整器をそれぞれ前記第1の同期発電機及び前記第2の同期発電機の界磁回路に接続することで2台の同期発電機の同期投入を行うことを特徴とする。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図1は本発明の一実施例(請求項1対応)である同期発電機の同期化装置の回路構成図である。

0013

同図に示すように、本実施例が既に説明した図3の従来の発電設備と相違する構成は、同期発電機10と同期発電機20の出力端子がしゃ断器を介さずに接続されている点と、同期発電機10の界磁回路に接続される装置を自動電圧調整器15と直流電源装置14のどちらか一方に切替える開閉器13と、同期発電機20の界磁回路に接続される装置を自動電圧調整器25と直流電源装置24のどちらか一方を切替える開閉器23と、同期発電機10の界磁電流を検出する変流器16と、同期発電機10,20の出力電流を検出する変流器17と、前記変流器16と前記変流器17が検出する電流値を基に直流電源装置14,24の出力と前記開閉器13,14を操作する制御装置18を備えている点であり、その他の構成要素は同一であるので、同一部分には同一符号を付して重複説明は省略する。

0014

次に、本実施例(請求項2対応)の同期投入方法について説明する。同期発電機10と同期発電機20の同期投入を行うには、まず原動機11と原動機21により同期発電機10と同期発電機20をそれぞれ定格回転数にて回転させる。次に制御装置18により開閉器13を操作して直流電源装置14を同期発電機10の界磁回路に接続するとともに開閉器23を操作して直流電源装置24を同期発電機20の界磁回路に接続する。ついで、制御器18により直流電源装置14の出力電圧を零から徐々に上昇させて同期発電機10の出力電圧を上昇させ、変流器16によって検出される同期発電機10の界磁電流が凡そ無負荷定格運転時の電流値となった後、直流電源装置24の出力電圧を零から徐々に上昇させて同期発電機20の界磁電流を徐々に増加させ、変流器17によって検出される発電機出力電流が零に近づいた時点で開閉器13と開閉器23を切替えて同期発電機10と同期発電機20の界磁回路にそれぞれ自動電圧調整器15と自動電圧調整器25を接続する。上記したような同期投入方法により、同期発電機10と同期発電機20の同期投入が速やかに完了し、並列運転が開始される。

0015

以上説明した本実施例による同期投入方法を用いることにより、定格回転数で回転している2台の同期発電機の位相が異なっていても、両同期発電機の出力端子間に流れる電流が同期化力として働き、位相の進んでいる側の同期発電機に対しては発電機電流,遅れている側の同期発電機に対しては電動機電流として作用し、2台の同期発電機の位相を容易に一致させることができる。また、同期発電機出力端子間に流れる電流が零に近づいた時点において両同期発電機はほぼ無負荷状態となり、且つ両同期発電機のそれぞれの界磁電流はほぼ定格界磁電流に保持されているため、自動電圧調整器15と自動電圧調整器25をそれぞれ同期発電機10と同期発電機20に接続しても過大な電圧変動を起こすことなく速やかに自動電圧制御状態に移行できる。

0016

このように同期投入の際に2台の同期発電機の出力端子間に電流を流し、同期発電機同士の同期化作用を利用することにより、速やかに同期投入を完了させることができ、発電設備の始動開始から並列運転開始までの時間を短縮することができる。

発明の効果

0017

以上説明したように、本発明(請求項1及び請求項2対応)によれば、2台の発電設備の並列運転において、非同期投入時の過大な電流によるしゃ断器の誤動作や発電設備内の各機器への衝撃をなくし、且つ同期発電機の同期投入期間を短縮することができ、同期発電機始動開始から速やかに負荷へ電力を供給することができる。

図面の簡単な説明

0018

図1本発明の一実施例の回路構成図。
図2従来の同期投入方法の発電設備の回路構成図。
図3従来の他の同期投入方法の発電設備の回路構成図。

--

0019

10,20…同期発電機、11,21…原動機、12,22…ガバナ、13,23…開閉器、14,24…直流電源装置、15,25…自動電圧調整器、16,17…変流器、30,31,33…しゃ断器、32…自動同期投入装置。

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