JPS6244821A - 電圧位相調整単巻変圧器 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は高速制御を可能とした電力用の電圧位相調整単
巻変圧器に関するものである。

（発明の技術的背景とその問題点） 電圧位相調整単巻変圧器は電圧変成を行なうと共に１次
側と２次側の電圧位相を変化させて電力系統の潮流制御
も併せて行なう装置であり、そのタップ切換には機械的
接点のタップ切換器が使用されてきた。

しかし機械的動作をともなうタップ切換方式では、その
切換に必要とする時間が長く、緊急を要する系統事故時
の過渡安定度を向上させる機能はない。

一方、電力系統の増大化にともない、信頼度の高い効率
的な設備が必要となっており、過渡安定度向上の機能を
も有した電圧位相調整単巻変圧器の実現が望まれるよう
になった。

近年、シリコン制御整流素子（以後サイリスタと記す）
を含めた半導体技術の著しい進歩に伴い、さまざまな分
野でその適用が拡大しており、そのサイリスタ技術を利
用して、サイリスタ制御によるタップ切換を行なう電圧
位相調整変圧器・調整器が研究され、その効果が認めら
れている。そして最近では電力用高電圧大容量器につい
てその実用化が検討されている。

このようなサイリスタ式は１サイクル以内の高速制御や
連続切換が可能となり、従来器にはない特性が得られる
。すなわち電圧と位相を高速に変化させることにより電
力潮流を制御して系統事故時などの動態安定度を向上さ
せる機能を持たせると共に、常時はループ系の潮流を能
動的に制御することにより、送電線の過負荷解消や送電
損失の低減などの役割をはだすことができる。

電圧位相調整単巻変圧器の従来例の一つとじて第７図に
示すものがあり、単巻主変圧器１と直列変圧器２とから
構成されている。単巻主変圧器１には直列巻線３、同相
分電圧調整用タップ巻線４、分路巻線５および低圧巻線
６とがあり、タップ巻線４には、単相用タップ切換器７
が３台取（＝ｊけである。直列変圧器２には直角分電圧
調整用タップ巻線８と励磁巻線９および安定巻線１０と
があり、タップ巻線８には単相用タップ切換器１１が３
台取付けである。

このような構成において、同相分電圧調整はタップ切換
器７によって、直角分電圧調整はタップ切換器１１によ
って、各々直接切換方式によって切換えているが、タッ
プ切換器７，１１は機械的接点を有するものであるので
前述の高速制御等には対応することはできない。

一方、サイリスタは半導体であるため、その過電流耐量
特性と雷インパルス電圧などの異常電圧に対する耐絶縁
特性が変圧器巻線に比べ非常に悪い。故に系統事故時や
サイリスタ誤動作時の過渡的な過電流や過電圧に対して
は十分に留意した構成とする必要がある。

そのため第７図におけるタップ切換器７，１１をサイリ
スタ方式に置き換える手段では、サイリスタに流れる電
流は高圧側線路電流でありまたタップ巻線が中圧線路端
に接続されているため、発生電圧も大きくなり、サイリ
スタの使用個数が非常に多くなると共に、サイリス誤動
作時の不具合現象例えばサイリスタＯＦＦによる欠相問
題が、そのまま系統に発生し、その運用上の信頼性にお
いて問題がある。従って一般的には、このような直接切
換方式より、直列変圧器を使用する間接切換方式の方が
有利になることが多い。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点に鑑みて、高速制御や連続切換が可能
となり、系統事故時の動態安定度が向上し、保守の簡素
化が計れ高頻度動作の可能な信頼性の高い電圧位相調整
単巻変圧器を得ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明による電圧位相調整単巻変圧器はタップ巻線を直
角分電圧調整用の三角結線のものと、同相分電圧調整用
の星形結線のものとで構成し、それらの接続は２組のサ
イリスタを互に逆並列接続したサイリスタ群を介して行
ない、直角分電圧調整成分と同相分電圧調整成分のベク
トル和電圧が１台の直列変圧器の励磁巻線に加わるよう
にしたことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第１図から第６図に示す実施例について説
明する。

第１図は第７図と同一部分は同符号をつりであり、その
構成にお【プる大きな相違は調整変圧器１２を追加し、
タップ切換器をサイリスタに変更したことである。

単巻主変圧器１には直列巻線３と分路巻線５および三角
結線の低圧巻線６が主変圧器用鉄心（図示しない）に巻
装されている。

直列変圧器２には直列巻線３と分路巻線５の間に直列に
接続されたもう１つの直列巻線１３と、その中間点ｎが
接地された星形結線の励磁巻線９および安定巻線１０が
直列変圧器用鉄心（図示しない）に巻装されている。

調整変圧器１２には低圧巻線６と並列接続された調整巻
線１４と直角分電圧調整用タップ巻線１５と同相分電圧
調整用タップ巻線１６が、調整変圧器用鉄心（図示しな
い）に巻装され、両タップ巻線１５゜１６は、２組のサ
イリスタを互に逆並列接続した直角分電圧調整用サイリ
スタ群１７と同相分電圧調整用サイリスタ群１８により
各々接続されるようにしである。そして直角分電圧調整
用サイリスタ群１７は三角結線され、同相分電圧調整用
サイリスク群１８は自相と同相成分の電圧を有しない、
直角分電圧調整用サイリスタ１７の相の接続点（Ｘｌ、
’！１゜７１）に各々一端に接続し、他の一端を励磁巻
線９の線路端子（Ｘ　２１　ｙ２１　Ｚ　２　）に各々
接続する。

第２図はタップコイル１９．２０．２１とサイリスタ群
２２の接続を示したものである。サイリスタ群２２は２
組のサイリスタを互に逆並列に接続して、信号パルスに
より両者をそれぞれ一方向に導通させ、また信号を停止
することにより、両者が不導通となるように構成しであ
る。タップコイル１９．２０゜２１の誘起電圧比が１：
３：９となるにようにしておき次表のように各サイリス
タ■〜＠のＯＮ、　ＯＦＦ制御により、サイリスタ群２
２の端子に、βに発生する電圧Ｅを＋１３ｅ〜Ｏ〜−１
３ｅのタップ点数２７点に調整するものである。

以下余白 ○：サイリスタ　ＯＮ ×：サイリスタ　ＯＦＦ タップコイル１９．２０の２個でサイリスタ■〜■の場
合には端子に、Ｅに発生する電圧Ｅを＋４０〜Ｏ〜−４
０のタップ点数９点に調整できる。

この構成作用は周知のところであり、タップコイル数が
少なくても、タップ点数が多くとれる利点がある。

第１図は直角分電圧調整用のタップ巻線１５とサイリス
タ群１７にはタップコイル数２個を、同相分電圧調整用
のタップ巻線１６とサイリスタ群１８にはタップコイル
数３個を各々適用した場合を示している。

次に本発明の作用効果について説明する。第３図から第
５図は電圧と位相が調整できることを説明する誘起電圧
のベクトル図であり、第１図より必要な部分のみをぬき
出し示したものである。

まず、第３図は、同相分電圧調整用サイリスタ群１８の
発生電圧が零であり、直角分電圧調整用サイリスタ群１
７の発生電圧だけが生じ、その電圧で励磁巻線９を励磁
し直列変圧器直列巻線１３には直角分電圧Ｅｉのみを発
生している状態を示す。

相差θは、ｔａｎ　　（Ｅ＋　／　（Ｅａ十Ｅ９））と
なる。但しＥｉは高圧側の相電圧、Ｆａは主変圧器直列
巻線の電圧である。

次に第４図は、直角分電圧調整用サイリスタ群１７の発
生電圧が零であり、同相分電圧調整用サイリスタ群１８
の発生電圧だけが生じ、その電圧で励磁巻線９を励磁し
、直列変圧器直列巻線１３には同相分電圧Ｆｖのみを発
生している状態を示す。この場合、中圧側に発生する相
電圧Ｆ、は、その大きさが（Ｅｉ−Ｅａ−Ｅｖ）で高圧
と中圧゛の位相差θは零である。

第５図は直角分電圧調整用サイリスタ群１７と同相分電
圧調整用サイリスタ群１８の両方に発生電圧が生じ、そ
の合成電圧で励磁巻線９を励磁し、直列変圧器直列巻線
１３には同相分電圧Ｅｖと直角分位相差θはｔａｎ　　
（Ｅ＝　／　（Ｅａ＋Ｆｖ十Ｅ、））となる。

以上のベクトル説明では、中圧側の引き出しを単巻主変
圧器分路巻線と直列変圧器直列巻線間としているが、単
巻主変圧器直列巻線と直列変圧器直列巻線間から中圧を
引き出すことも可能である。

このように同相分電圧と直角分電圧を別々の直列変圧器
に印加するのではなく、１台の直列変圧器に印加する方
法であり、サイリスタのＯＮ、　ＯＦＦ制御によりサイ
リスタ群１７．１８の端子に、β間の電圧Ｆの大きさと
極性を調整し、直列変圧器直列巻線１３に発生する電圧
「１の大きさと位相を変化させることにより、高圧側に
発生する電圧Ｆｉの大きさと高圧と中圧の位相差θを任
意に調整することができる。

次に、サイリスタに流れる電流と印加電圧について説明
する。

サイリスタの過電流耐量は、定常の負荷電流や過負荷電
流ではなく、系統短絡時に発生する短絡電流によって決
定される場合が多いが、第１図に示す場合には、直列変
圧器直列巻線１３に流れる高圧線路側短絡電流が励磁巻
線９に変成されサイリスタ群１７．　ｉａに流れる。サ
イリスタに流れる短絡電流の大きさは直列巻線１３と励
磁巻線９の巻数比に比例する。

一方、サイリスタの絶縁耐量は定常の誘起電圧ではなく
、線路端子に雷インパルス電圧又は開閉インパルス電圧
が印加された場合に、移行してくる電圧によって決定さ
れる場合が多く、第１図に示す場合には、直列変圧器直
列巻線１３から励磁巻線９に移行してくる分と調整巻線
１４からタップ巻線１５．１６に移行してくる分とがあ
るが、前者は励磁巻線９の巻回数を小さくすることで、
その値は小さくでき、後者は低圧回路なので、その電圧
値が低いことになり、使用されるサイリスタの直列個数
を少なくできる。

励磁巻線９とタップ巻線１５．１６の巻回数を大きくす
ると、移行電圧は大きくなるが、通電電流は−１，？− 小さくなり、逆に巻回数を少なくすると移行電圧は小さ
く、通電電流は大きくなる。このような関係から、それ
らの巻回数を決定する場合には、使用するサイリスタが
最適となるように選定できるという大きな利点がある。

又、サイリスタの誤動作ＯＮによるタップコイル短絡が
万一発生したとしても、調整変圧器１２の巻線インピー
ダンスを直接切換方式に比べ、比較的容易に大きくする
ことができるので、横流を小さくでき、その横流によっ
てサイリスタの並列個数が決定される場合には、その分
だけサイリスタの使用個数が減る。

このように通電電流と印加電圧が小さくなれば使用され
るサイリスタの総個数が低減できその装置の小形化、低
価格化ができる。

そしてサイリスタの誤動作ＯＦＦにより励磁巻線９の開
放状態が万一発生したとしても直列巻線１３は常に接続
されているので、直接切換方式のように、サイリスタの
ＯＦＦによる系統回路の一時開放という不具合現象の発
生はなくなる。

ところで、第１図に示ずようなサイリスタ制御式電圧位
相調整単巻変圧器の適用は大きな電力系統の連系用であ
り、その電圧が高く小器容量も非常に大きいので、その
据付場所までの輸送方法が問題となることである。貨車
あるいはトレーラ輸送が必要となる場合には単相器単位
で製作し、輸送制限に対処している場合が多いのは周知
のところである。このような観点から第１図の構成をみ
ると次のことがわかる。

単巻主変圧器１は直列巻線３、分路巻線５、低圧巻線６
だけで、複雑なタップ巻線やタップ切換装置がないので
、単相器３台構成にずれば、より大きな容量まで適用で
きる。

そして直列変圧器２と調整変圧器１２は分割されている
ので輸送は容易である。

さらに、サイリスタの点検や万一故障した場合などには
単巻主変圧器１だけによる運転も可能である。

容量が比較的小さく、あるいは据付場所が海上輸送で可
能な場合には第６図に示すようにタップ巻線１５．１６
をも単巻主変圧器用鉄心に巻装し、調整巻線１４すなわ
ち調整変圧器１２を省略することが可能である。

第２図に示すようなタップコイルをサイリスタ群の構成
については、そのタップ」イルの誘起電圧比を１：２：
４：８にする方法も周知のところであり、そのようなコ
イル構成にしても適用できる。

尚サイリスタ方式には、いままで記述してきたように、
点弧角制御無しのタップ切換式のほかに、点弧角制御を
行なう点弧角制御式がある。

点弧角制御式は第２図における３個のタップコイル１９
．２０．２１に相当する１個のタップコイルにして、サ
イリスタは■〜■のような４セツトからなる１ノ−イリ
スタ群の端子に、１間の電圧Ｅの大きさと極性をサイリ
スクの点弧角制御で調整するものである。

この方式はタップ切換式に比ベサイリスタ制御が複雑と
なり、歪波形ににる高調波の発生もあるが、タップ巻線
の構成が単純化し、サイリスタ群との接続方法が簡単に
なる利点がある。これにも本発明を全く同様に適用でき
ることは明白である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、従来の電圧位相調整単巻
変圧器の作用を有すると共に、電圧と位相調整をサイリ
スタ制御により行なうことができるので高速制御や連続
切換が可能となり、系統事故時の動態安定度向上に役立
ち、かつ、無接点化による保守の簡素化および高頻度動
作も可能となり信頼性向上になる。

そしてサイリスタの使用個数も低減でき、輸送も便利で
ある新しい型のサイリスタ制御式電圧位相調整単巻変圧
器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサイリスタ制御式電圧位相調整単
巻変圧器の一実施例を示す結線図、第２図は周知である
タップコイルとサイリスタ群の構成を示す結線図、第３
図、第４図、第５図は本発明による電圧位相調整の原理
を示す電圧ベクトル図、第６図は本発明による他の実施
例を示す結線図、第７図は従来の電圧位相調整単巻変圧
器の結線図である。 １・・・単巻主変圧器　　２・・・直列変圧器１２・・
・調整変圧器　　　３・・・生変回路直列巻線５・・・
分路巻線　　　　６・・・低圧巻線４．１６・・・同相
分電圧調整用タップ巻線８．１５・・・直角分電圧調整
用タップ巻線７．１１・・・機械的接点を有するタップ
切換器９・・・励磁巻線　　　　１０・・・安定巻線１
３・・・直列変圧器直列巻線　１４・・・調整巻線１７
、　ｉａ・・・直角分、同相分電圧調整用サイリスタ群 １９、２０．２１・・・タップコイル　２２・・・サイ
リスタ群２３・・・３次巻線 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第１図 第２ｙＪ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直列巻線と分路巻線、及び三角結線の低圧巻線を
   備えた単巻主変圧器と前記直列巻線と分路巻線の間に接
   続されたもう１つの直列巻線と星形結線の励磁巻線及び
   安定巻線を備えた直列変圧器、及び前記低圧巻線と並列
   接続された三角結線の調整巻線と三角結線・星形結線と
   からなるタップ巻線を備えた調整変圧器とから構成され
   る電圧位相調整単巻変圧器において、前記タップ巻線は
   ２組のサイリスタを互に逆並列接続したサイリスタ群に
   より接続され、前記星形結線のタップ巻線は自相と同相
   成分の電圧を有しない前記三角結線のタップ巻線の二つ
   の相の接続点に各々一端を接続し、他の一端を前記励磁
   巻線に接続したことを特徴とする電圧位相調整単巻変圧
   器。
2. （２）直列巻線と分路巻線と３次巻線及び三角結線・星
   形結線とからなるタップ巻線を備えた単巻主変圧器と、
   前記直列巻線と分路巻線の間に接続された直列巻線と星
   形結線の励磁巻線および安定巻線を備えた直列変圧器と
   から構成したことを特徴とした特許請求の範囲第１項記
   載の電圧位相調整単巻変圧器。