JPH01164227A - 周波数変換器の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多相の回路を周波数変換器で励磁するシステ
ムに係り、特に１発電電動機の多相巻線を多相の周波数
変換器で可変速発電電動運転する装置における該周波数
変換器の保護装置に関する。

〔従来の技術〕

周波数変換器は、一般産業用の可変速駆動装置として多
方向に使用されているが、最近、電力系統の可変速揚水
発電システムの駆動に適用されるような大容量の周波数
変換器が開発されるようになった。周波数変換器は、大
容量化に伴い、多段縦続接続して使用され、さらに、周
波数変換器のサイリスタ構成が１アーム当り２直列２並
列などと使用されるサイリスタが多数化しているため、
その異常発生時の周波数変換器の保護動作が重要となっ
てきた。またシステムが複雑化して、多相の巻線を周波
数変換器を用いて励磁するようになり、周波数変換器だ
けの保護動作では、システム保護の立場から不具合が発
生する。

従来の周波数変換器の保護は、過電流について特開昭５
８−６９４２８　、また、過電圧については特開昭５８
−１２５３０に記載されているように、１つの周波数変
換器単独に過電流・過電圧検出器を設け、その周波数変
換器に対してのみ保護動作を行うものであり１周波数変
換器を用いたシステムの保護という点まで配慮されてい
なかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来技術は、電力系統の系統事故の場合に見られ
る瞬時停電時に発生する周波数変換器の過電流又は過電
圧に主として対処する周波数変換器の保護に関するもの
であって、周波数変換器の内部故障、例えば、アーム短
絡、サイクロコンバータの正群・負群の同時誤点弧など
の時に発生する過電流からの保護及びその時に必要なシ
ステムの保護については、これらの保護技術が相違する
ために、配慮されていなかった。

周波数変換器の内部故障、特にアーム点弧や正群・負群
の同時誤点弧は、周波数変換器とそれに接続する電源変
圧器間を短絡することになり、その間を流れる過電流に
よって周波数変換器を構成するサイリスタ素子を熱破壊
するので、この熱破壊を防ぐために、次のアームが点弧
する前にそのアームをゲートブロックする必要がある。

しかし。

前記可変速揚水発電システムの運転中にゲートブロック
すると、発電電動機のエアーギャップに存在する磁気エ
ネルギーが電流に変換されて１発電電動機の回転子１周
波数変換器及び電源変圧器内に流れ、その電流は直流分
を含むため、その電源変圧器を直流偏磁させるという不
具合が発生する。

本発明の目的は、周波数変換器を用いたシステムにおい
て、周波数変換器に前記内部故障のような異常が発生し
た時に１周波数変換器を保護するだけでなく、そのシス
テムをも保護するような最適のゲート指令を周波数変換
器に与える周波数変換器の保護装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

多相の各相に通流する周波数変換器に設けた周波数変換
器の保護装置において、該周波数変換器ごとに設けられ
た異常検出器と；各相に設けられた該異常検出器からの
異常検出信号を入力するＯＲ回路と；各相ごとに設けら
れ、自己の相の前記異常検出信号と前記ＯＲ回路の出力
とを入力し、自己の相の異常と他の相の異常とを判別し
、自己の相の異常に対してはゲートブロック信号を発生
し、他の相の異常に対してはゲートシフト信号を発生す
る論理回路と；を備えた周波数変換器の保護装置により
上記の問題は解決される。

さらに、前記保護装置に、前記論理回路および前記制御
部と接続し、該論理回路より前記ゲートブロック信号を
入力したときは該ゲートブロック信号を出力し、該ゲー
トブロック信号を入力しないときは前記制御部からの制
御ゲート信号を出力するゲート回路と；前記論理回路と
前記制御部を接続し、該論理回路より前記ゲートシフト
信号を入力したときは前記制御部からのゲートシフト位
相角信号を出力し、該ゲートシフト信号を入力しないと
きは前記制御部からの制御位相角信号を出力するアナロ
グスイッチ回路と；を加えて構成された周波数変換器の
保護装置により上記の問題は解決される。

〔作用〕

多相の各相に通流する周波数変換器に設けた周波数変換
器の保護装置において、前記周波数変換器のいずれかの
相に異常が発生したとき、該周波数変換器に設けられた
異常検出器は異常検出信号を発生し、誤異常検出信号を
入力したＯＲ回路は異常検出信号の論理和を出力し、各
相用の論理回路は、入力したその論理和と前記異常検出
信号によって自己の相の異常か他の相の異常かを判別し
、自己の相の異常の場合にはゲートブロック信号を、他
の相の異常の場合にはゲートシフト信号を出力する。

さらに、ゲート回路は、前記ゲートブロック信号を入力
し、周波数変換器の正常時に出力している制御部からの
制御ゲート信号に優先して、前記ゲートブロック信号を
出力し、一方、アナログスイッチ回路は、前記ゲートシ
フト信号を入力し、前記制御部からの制御位相角信号を
ゲートシフト位相角信号に切換えて該ゲートシフト位相
角信号を出力する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第４図により説明する
。

第２図は、可変速発電電動機の固定子３ｂの３相巻線を
３相の周波数変換器としてサイクロコンバータ６を用い
て交流励磁することにより、回転子３ｂの回転速度を可
変とした大容量揚水発電システムであって、本発明を適
用した実施例を示すものである。

水車４に直結した可変速発電電動機３の１次巻線（固定
子３ａ）は、遮断器５２と主変圧器２を通して電力系統
１に接続されている。一方、可変速発電電動機３の２次
巻線（回転子３ｂ）の各相は、それぞれ、スリップリン
グ５を介してサイクロコンバータ６と接続されて３相４
線式の回路を構成し、励磁変圧器７と遮断器５２Ｇを通
して主変圧器に接続されている。なお、図中のＵ、Ｖ。

Ｗ及びＮは３相巻線の各相及び該各相の中性点を示す記
号である。

各相のサイクロコンバータ６に接続された異常検出器８
は、そのサイクロコンバータ６の入力側に設けられた直
流検出器１２と出力側に設けられた変成器１１のそれぞ
れによって測定される入力電流値と出力電流値からその
サイクロコンバータ６の故障を検出し、その異常検出信
号を異常検出器８に接続された保護装置としての保護論
理回路９に出力する。この保護論理回路９は、前記異常
検出信号を論理的に処理して、ゲート指令ｇｌｙα１を
パルス移相器１０を介して前記サイクロコンバータ６に
出力する。なお、１３は前記パルス移相器１０の同期信
号用の計器変圧器である。

第１図に保護論理回路９の構成と動作を示す。

入力信号Ｆｕ　、Ｆｖ　、Ｆｗは、異常検出器８の出力
信号を示し、ｇ２＋　α２．Ｐ２は、図示されていない
サイクロコンバータ制御装置からの制御ゲート信号、制
御位相角信号、ゲートシフト位相角信号を示す。なお、
これらの信号に添字Ｕ、Ｖ又はＷを付しく例えばｇｚｕ
）、各相を区別して表す。

Ｕ、Ｖ、Ｗのいずれかの相のサイクロコンバータ６に異
常が発生した場合、ＯＲ回路１４は異常検出信号Ｆｕ　
、Ｆｖ又はＦｗによってそれらの論理和Ａ（＝Ｆｕ　＋
Ｆｖ　＋Ｆｗ　）をハイレベルで出力し。

サイクロコンバータ６に異常がない場合には異常検出器
８からの信号をＦｕ、Ｆｖ　＋　Ｆ”とし、それらの論
理和Ａ　（＝Ｆｕ　＋Ｆｖ　＋Ｆｗ　）をローレベルの
出力として表すと、論理回路１５（１５Ｕ。

１５Ｖ、１５Ｗ）は、異常検出器８からの信号とＯＲ回
路１４の出力を入力して。

Ｆｕ　（Ｆｖ又はＦｗ）　＝ゲートブロックＧ　Ｂ−（
１）Ｆｕ（Ｆｖ又はＦｗ）・Ａ＝ゲートシフトＧＳ　　
・（２）丁ｕ（Ｆｖ又はＦｗ）・τ＝ゲート指令なし　
・・・（３）のいずれかの信号を出力する。

例えば、Ｕ相に異常が発生したとするとゲートブロック
信号ＧＳは、運転指令中の制御ゲート信号ｇ２υに優先
してＧｉｔ＋＝ＧＳとしてゲート回路１７から出力され
、その結果、異常のあるサイクロコンバータ６は強制的
にゲートブロックされる。

ゲートシフト信号ＧＳは、アナログスイッチ回路１６の
出力を運転指令中の制御位相角信号α２（（Ｗ２Ｖｔ　
αＺＷ）からゲート位相信号ＧＡ（ＧＡｖ。

ＧＡｗ）に切換え、ｔｘｔ　　（αｔｖ、　αｔｗ）　
＝ＧＡ（Ｇ　Ａｖ　、　Ｇ　Ａｖ　）として出力し、そ
の結果、異常のないサイクロコンバータ６の電流はしぼ
り込まれる。

次に、前記の異常発生でない式（３）の場合は、制御ゲ
ート信号ｇ２と制御位相角信号α２がそれぞれゲート回
路１７とアナログスイッチ１６を通じてそのままパルス
移相器１０に与えられ、サイクロコンバータ６の定常運
転が行える。

第３図に、故障発生時のサイクロコンバータの作動状態
を、また、第４図に、この時のＵ、Ｖ。

Ｗ各相に流れる電流波形を示す。第４図における時点ｔ
ｌにて、Ｕ相のサイクロコンバータにアーム短絡が発生
したとする。アーム短絡とは、例えば、第３図において
、サイリスタＳ３を電流ｉｓ３が通流中、サイリスタＳ
１が破損して逆阻止能力がなくなった状態を云い、この
場合、励磁用変圧器７〜サイリスタ８８〜８２〜励磁用
変圧器７と電源短絡となって、ｉへの如き過電流が流れ
、Ｓｔ。

Ｓａの素子破壊となる。この時、サイリスタをゲートブ
ロックせずに、サイリスタＳ５八転弧パルスが入ると、
サイリスタ８Ｂ”Ｓｌ　が短絡回路となり過電流により
健全な素子Ｓｓも破壊される。

このようなサイリスタ素子の破壊を防ぐために、保護論
理回路９は前記アーム短絡の検出後瞬時にＵ相のサイク
ロコンバータ６にゲートブロック信号を与える。

第４図１）の破線は、ゲートブロックしなかった場合の
電流波形を、また、−点鎖線は、ゲートブロックが保護
として働いた場合の電流波形である。次に異常発生相以
外（Ｖ相、Ｗ相）の各サイクロコンバータ６では１例え
ば第３図においてサイリスタＳ２　、Ｓａにて通流中に
他相の異常発生によりゲートブロックされたとすると、
回転子３ｂの磁気エネルギーが電流となり、 ｉ　ｓ２＝　ｉ　＝３＝　ｉ　ｃ　　　　　　　　　・
・・（４）という回路で、第４図２）、３）に破線で示
すｉｖ、ｉｗの電流が流れ続け、励磁用変圧器７にとっ
ては３相巻線の２相に直流電流が流れたことになり、直
流偏磁という不具合になる。本発明の実施例においては
、異常発生相以外のサイクロコンバータ６は、保護論理
回路９のゲートシフト信号によりゲートシフトされるた
めに、第４図２）。

３）に−点鎖線で示すように電流のしぼり込みが速く、
また、前記サイクロコンバータ６は転流しているので、
励磁用変圧器７の巻線電流も変化して直流偏磁には至ら
ない。

以上説明したように、本実施例によれば、異常発生相と
健全相のゲート操作を簡単に変えることができ、周波数
変換器６及びシステムの保護を連動して容易に行えると
いう効果がある。

本実施例では、保護論理回路９内の論理回路１５は、ゲ
ートシフトＧＳ信号をゲートブロックＧＢ信号へ移行す
る機能を持たないが、タイマを設けて、ゲートシフトＧ
Ｓ信号を出力しである一定時間後にゲートブロックＧＢ
信号へと移行させることにより、サイクロコンバータ６
を確実に停止させる効果がある。

また、本実施例では、ゲートシフト、ゲートブロックと
２つのゲート操作についてのみ述べたが、公知例にもあ
るような全サイリスタを点弧するバイパスペアーとゲー
トブロックというような組合せにも適用でき、システム
の保護連動に応じたゲート操作を簡単な論理回路で構築
できるという効果がある。

本実施例は、大容量の可変速揚水発電への適用例である
が、多相の周波数変換器を用いた他のシステムにも容易
に適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多相の各相に通流する周波数変換器の
異常発生時に、各相の異常検出信号を入力するＯＲ回路
と；該ＯＲ回路の出力と前記異常検出信号を入力してゲ
ートブロック信号又はゲートシフト信号を出力する論理
回路と；から成る簡単な１周波数変換器の保護回路によ
り、各相の周波数変換器だけでなく、それらを用いたシ
ステム全体を保護することができる。

さらに、前記保護装置に、前記ブロック信号を入力した
ときその信号をそのまま出力するゲート回路と；前記ゲ
ートシフト信号したとき制御部からのゲートシフト位相
角信号を出力するアナログスイッチ回路と；を加えて構
成された簡単な、周波数変換器の保護装置によって、あ
る異常発生相の周波数変換器ゲートブロックしてその内
部のサイリスタ素子の熱破壊を防止し、また、他の健全
相の周波数変換器をゲートシフトしてそれに接続された
励磁変圧器の直流偏磁を防止し、各相の周波数変換器の
保護のゲート操作を容易にかつ同時に行うことができる
ので、周波数変換器だけでなく、システム全体の信頼性
向上を図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の保護論理回路、第２図は本
発明を適用した可変速揚水発電システムの構成図、第３
図は周波数変換器の異常動作を説明する図、第４図は保
護動作時の電流波形を示す図である。 ６・・・周波数変換器、８・・・異常検出器、９・・・
保護論理回路、１４・・・ＯＲ回路、１５・・・論理回
路、１６・・・アナログスイッチ回路、Ｆｕ　、Ｆｖ　
、Ｆｗ・・・異常検出信号、ＧＢ・・・ゲートブロック
信号、ＧＳ・・・ゲートシフト信号、α・・・制御位相
角信号、ＧＡ・・・ゲートシフト位相角信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多相の各相に通流する周波数変換器に設けた保護装
   置において、該周波数変換器ごとに設けられた異常検出
   器と；該異常検出器からの異常検出信号を入力するＯＲ
   回路と；各相ごとに設けられ、自己の相の前記異常検出
   信号と前記ＯＲ回路の出力とを入力し、自己の相の異常
   と他の相の異常とを判別し、自己の相の異常に対しては
   ゲートブロック信号を発生し、他の相の異常に対しては
   ゲートシフト信号を発生する論理回路と；を備えたこと
   を特徴とする周波数変換器の保護装置。 ２、多相の各相に通流する周波数変換器に設けた保護装
   置において、該周波数変換器ごとに設けられた異常検出
   器と；該異常検出器からの異常検出信号を入力するＯＲ
   回路と；各相ごとに設けられ、自己の相の前記異常検出
   信号と前記ＯＲ回路の出力とを入力し、自己の相の異常
   と他の相の異常とを判別し、自己の相の異常に対しては
   ゲートブロック信号を発生し、他の相の異常に対しては
   ゲートシフト信号を発生する論理回路と；該論理回路お
   よび前記周波数変換器の制御部と接続し、該論理回路よ
   り前記ゲートブロック信号を入力したときは該ゲートブ
   ロック信号を出力し、該ゲートブロック信号を入力しな
   いときは前記制御部からの制御ゲート信号を出力するゲ
   ート回路と；前記論理回路と前記制御部と接続し、該論
   理回路より前記ゲートシフト信号を入力したときは前記
   制御部からのゲートシフト位相角信号を出力し、前記ゲ
   ートシフト信号を入力しないときは前記制御部からの制
   御位相角信号を出力するアナログスイッチ回路と；を備
   えたことを特徴とする周波数変換器の保護装置。