特開 2024-129597 発電システム及び昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129597

(43)【公開日】2024-09-27

(54)【発明の名称】発電システム及び昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/00 20060101AFI20240919BHJP

   B08B 3/10 20060101ALI20240919BHJP

【ＦＩ】

H02P9/00 Z ZAB

B08B3/10 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023038912

(22)【出願日】2023-03-13

(71)【出願人】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高祖 永太朗

【テーマコード（参考）】

3B201

5H590

【Ｆターム（参考）】

3B201AA47

3B201AB51

3B201BB01

3B201BB82

3B201BB92

3B201CD43

5H590CA01

5H590CD05

5H590CE01

5H590FC26

5H590HA04

5H590HB03

(57)【要約】

【課題】運転休止中の発電機用の昇圧変圧器の課電自然循環洗浄を効率的に実施することができる発電システム及び昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法を提供する。
【解決手段】発電機１と、一次側３ａが発電機１に接続され、二次側３ｂが送電線２ａ，２ｂに接続される昇圧変圧器３と、昇圧変圧器３の一次側３ａと発電機１との間に設けられた電力線接続部８と、を備える。昇圧変圧器３は、発電機１の運転休止中において電力線接続部８が開放され、昇圧変圧器３の二次側３ｂに接続された送電線２ａ（又は送電線２ｂ）から課電される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電機と、
一次側が前記発電機に接続され、二次側が送電線に接続される昇圧変圧器と、
前記昇圧変圧器の一次側と前記発電機との間に設けられた電力線接続部と、
を備え、
前記昇圧変圧器は、
前記発電機の運転休止中において前記電力線接続部が開放され、前記昇圧変圧器の二次側に接続された前記送電線から課電される、
発電システム。

【請求項2】

前記発電機の運転休止中において前記昇圧変圧器の一次側に接続される地絡過電圧保護継電器をさらに備える、
請求項１に記載の発電システム。

【請求項3】

前記昇圧変圧器の二次側と前記送電線との間に設けられた遮断器をさらに備え、
前記遮断器は、前記電力線接続部が開放された後に投入される、
請求項２に記載の発電システム。

【請求項4】

前記送電線と前記遮断器との間に設けられた断路器をさらに備え、
前記断路器は、前記遮断器が遮断された状態で開路され、
前記遮断器は、前記断路器が閉路された状態で投入される、
請求項３に記載の発電システム。

【請求項5】

一次側が発電機に接続され、二次側が送電線に接続される昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法であって、
前記発電機の運転休止中において、当該発電機と前記昇圧変圧器との間に設けられた電力線接続部を開放し、前記昇圧変圧器の二次側に接続された前記送電線から課電する、
昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法。

【請求項6】

前記発電機の運転休止中において前記昇圧変圧器の一次側に地絡過電圧保護継電器が接続される、
請求項５に記載の昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法。

【請求項7】

前記電力線接続部を開放した後、前記昇圧変圧器の二次側と前記送電線との間に設けられた遮断器を投入する、
請求項６に記載の昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法。

【請求項8】

前記電力線接続部を開放した後、前記送電線と前記遮断器との間に設けられた断路器を閉路した後に、前記遮断器を投入する、
請求項７に記載の昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電システム及び昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば火力発電所において、発電機の出力電圧は、昇圧変圧器を用いて送電線の電圧に昇圧される。従来、昇圧変圧器の絶縁物質としてポリ塩化ビフェニル（以下「ＰＣＢ」とも称する）が用いられており、変圧器中の絶縁油に微量のＰＣＢが混入している場合がある。ＰＣＢは、人の健康及び生活環境に係る被害が生じるおそれがある物質とされており、昇圧変圧器のような大型変圧器内部の微量ＰＣＢ汚染油を抜き出し、ＰＣＢを含まない新しい絶縁油を充填して一定期間課電する課電自然循環洗浄等による無害化を実施することが義務付けられている。

【0003】

課電自然循環洗浄の手順は、「課電自然循環洗浄法」として、ＰＣＢを含まない新油に入れ替えて９０日間（又は１２０日間）課電通電することが経済産業省の環境管理推進室によって定められている。例えば、洗浄対象機器内部の洗浄油を加熱して、効率的にＰＣＢの洗浄を行うことができるＰＣＢの洗浄技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７－１２４３６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

経済産業省及び環境省により制定、施行された「ＰＣＢ廃棄物の適正な処理の推進に関する特別措置法（ＰＣＢ特措法）」において、低濃度ＰＣＢ廃棄物の処分期間は、２０２７年３月３１日と定められている。また、「課電自然循環洗浄法」では、洗浄対象の大型変圧器を電路から外すことなく課電自然循環洗浄を実施することが求められている。しかしながら、当面運転再開の見込みがない発電機に接続された昇圧変圧器の課電自然循環洗浄を実施するために、現在運転休止中の発電機を運転することは不効率である。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、運転休止中の発電機用の昇圧変圧器の課電自然循環洗浄を効率的に実施することができる発電システム及び昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するため、一態様に係る発電システムは、発電機と、一次側が前記発電機に接続され、二次側が送電線に接続される昇圧変圧器と、前記昇圧変圧器の一次側と前記発電機との間に設けられた電力線接続部と、を備え、前記昇圧変圧器は、前記発電機の運転休止中において前記電力線接続部が開放され、前記昇圧変圧器の二次側に接続された前記送電線から課電される。

【0008】

望ましい態様として、前記発電機の運転休止中において前記昇圧変圧器の一次側に接続される地絡過電圧保護継電器をさらに備える。

【0009】

望ましい態様として、前記昇圧変圧器の二次側と前記送電線との間に設けられた遮断器をさらに備え、前記遮断器は、前記電力線接続部が開放された後に投入される。

【0010】

望ましい態様として、前記送電線と前記遮断器との間に設けられた断路器をさらに備え、前記断路器は、前記遮断器が遮断された状態で開路され、前記遮断器は、前記断路器が閉路された状態で投入される。

【0011】

上記の目的を達成するため、一態様に係る昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法は、一次側が発電機に接続され、二次側が送電線に接続される昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法であって、前記発電機の運転休止中において、当該発電機と前記昇圧変圧器との間に設けられた電力線接続部を開放し、前記昇圧変圧器の二次側に接続された前記送電線から課電する。

【0012】

望ましい態様として、前記発電機の運転休止中において前記昇圧変圧器の一次側に地絡過電圧保護継電器が接続される。

【0013】

望ましい態様として、前記電力線接続部を開放した後、前記昇圧変圧器の二次側と前記送電線との間に設けられた遮断器を投入する。

【0014】

望ましい態様として、前記電力線接続部を開放した後、前記送電線と前記遮断器との間に設けられた断路器を閉路した後に、前記遮断器を投入する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、運転休止中の発電機用の昇圧変圧器の課電自然循環洗浄を効率的に実施することができる発電システム及び昇圧変圧器の課電自然循環洗浄方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態に係る発電システムにおいて、発電機の通常運転を行う際の接続構成の一例を示す図である。

【図2】図２は、実施形態に係る発電システムにおいて、昇圧変圧器の課電自然循環洗浄を実施する際の接続構成の一例を示す図である。

【図3】図３は、実施形態に係る昇圧変圧器の課電自然循環洗浄手順の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

【0018】

図１は、実施形態に係る発電システムにおいて、発電機の通常運転を行う際の接続構成の一例を示す図である。本開示において、発電システム１００は、例えば火力発電システムである。

【0019】

実施形態に係る発電システム１００において、発電機１は、例えば、火力発電所の低圧タービンによって駆動される三相交流発電機である。また、送電線２ａ，２ｂは、発電機１によって発電された三相交流電力が昇圧変圧器３によって昇圧された三相交流電力を送電する。発電機１の三相出力電圧は、例えば、１３［ｋＶ］である。昇圧変圧器３は、一次側３ａの発電機１の三相出力電力を、例えば１１０［ｋＶ］の三相電圧に昇圧して、二次側３ｂの送電線２ａ，２ｂに供給する。なお、図１では、送電線２ａ，２ｂを発電システム１００における送電対象としたが、これに限定されず、発電システム１００において送電対象となる送電線の数は１つであっても良いし、３以上の複数であっても良い。

【0020】

送電線２ａには、遮断器４及び断路器５ａを介して、昇圧変圧器３により昇圧された三相交流電力が供給される。送電線２ｂには、遮断器４及び断路器５ｂを介して、昇圧変圧器３により昇圧された三相交流電力が供給される。なお、断路器５ａ，５ｂは、遮断器４が遮断された状態で開閉される。

【0021】

図１に示す例では、発電機１の中性点が抵抗接地され、接地電位に対する中性点電位を検知して、送電系統を保護する中性点地絡継電器６が設けられている。中性点電位が過電圧となると、遮断器４がトリップされて送電線２ａ，２ｂへの電力供給が停止する。

【0022】

また、図１に示す例では、発電機１の中性点電流と昇圧変圧器３の二次側電流との比率を検知して、送電系統を保護する比率差動継電器７が設けられている。発電機１の中性点電流と昇圧変圧器３の二次側電流との比率が異常値となると、遮断器４がトリップされて送電線２ａ，２ｂへの電力供給が停止する。

【0023】

発電機１と昇圧変圧器３との間には、三相交流電力を送電する電力線を物理的に接続する電力線接続部８が設けられている。本開示において、図１に示す構成の発電システム１００では、発電機１の運転を停止した運転休止中において、昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄を実施する際に電力線接続部８を物理的に開放し、発電機１と昇圧変圧器３とを電気的に切り離す。なお、発電機１の運転休止中において、送電線２ａ，２ｂには、他の発電システム（不図示）から電力供給される。

【0024】

本開示では、発電機１の運転を停止した運転休止中において、昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄を実施することを想定している。昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄は、昇圧変圧器３内のＰＣＢ汚染された絶縁油を抜油してＰＣＢを含まない絶縁油を充填し、元油のＰＣＢ濃度に応じた日数（９０日又は１２０日）課電する。この課電自然循環洗浄において、「課電」とは、負荷の有無に関わらず対象機器の定格電圧に応じた公称電圧を印加することをいう。本開示では、発電機１の運転休止中において、送電線２ａ（又は送電線２ｂ）から昇圧変圧器３の二次側３ｂに電圧（ここでは、１１０［ｋＶ］）を課電する。これにより、昇圧変圧器３の一次側３ａの電圧は、昇圧変圧器３の巻線比に応じた電圧（ここでは、１３［ｋＶ］）となる。

【0025】

このとき、昇圧変圧器３の一次側３ａに発電機１が接続されていると、昇圧変圧器３の一次側３ａに生じた電圧によって発電機１が駆動される。このような発電機１の運転状態は「モータリング運転」と呼ばれる。例えば、発電機１が火力発電所の蒸気タービン発電機である場合、モータリング運転により低圧タービンの排気温度の上昇を招く場合がある。

【0026】

このため、本開示では、発電機１の運転休止中において、送電線２ａ（又は送電線２ｂ）から課電して昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄を実施する際に、電力線接続部８を開放する。これにより、昇圧変圧器３の一次側と発電機１とが電気的に切り離され、発電機１のモータリング運転を回避することができる。

【0027】

なお、本開示における昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄では、昇圧変圧器３の一次側３ａに電気負荷が接続されていないが、昇圧変圧器３の変圧動作によって銅損や鉄損が生じて昇圧変圧器３の内部部材が発熱し、絶縁油の対流が生じる。これにより、昇圧変圧器３の内部部材からＰＣＢ汚染された絶縁油がしみ出し、絶縁油のＰＣＢ濃度が平均化する。そして、所定日数（９０日又は１２０日）課電することで、昇圧変圧器３の洗浄処理が完了する。

【0028】

図２は、実施形態に係る発電システムにおいて、昇圧変圧器の課電自然循環洗浄を実施する際の接続構成の一例を示す図である。図３は、実施形態に係る昇圧変圧器の課電自然循環洗浄手順の一例を示すフローチャートである。

【0029】

本開示では、図２に示すように、昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄を実施する際の送電線保護のため、昇圧変圧器３の一次側３ａに地絡過電圧継電器９を追設している。

【0030】

図３では、発電機１を運転休止状態に移行させるプロセスを含めている。発電機１の運転休止に際し、中性点地絡継電器６及び比率差動継電器７による送電線２ａ，２ｂの保護を無効化する（図２参照）。

【0031】

まず、遮断器４をトリップして送電線２ａ，２ｂへの送電を遮断する（ステップＳ１０１）。その後、断路器５ａ，５ｂを開路して（ステップＳ１０２）、発電機１の運転を停止させる（ステップＳ１０３）。これにより、発電機１は、運転休止状態となる。

【0032】

上述したように、本開示では、発電機１の運転休止状態において昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄を実施する。具体的に、発電機１の運転休止状態において、昇圧変圧器３内のＰＣＢ汚染された絶縁油を抜油してＰＣＢを含まない絶縁油を充填すると共に（ステップＳ１０４）、電力線接続部８を物理的に開放する（ステップＳ１０５）。これにより、昇圧変圧器３の一次側と発電機１とが電気的に切り離され、昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄を実施する際の発電機１のモータリング運転を回避することができる。

【0033】

また、図２に示すように、昇圧変圧器３の一次側３ａに地絡過電圧継電器９を追設する（ステップＳ１０６）。これにより、昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄中において昇圧変圧器３の一次側３ａの地絡が発生すると、遮断器４がトリップされて送電線２ａ，２ｂから昇圧変圧器３への電力供給が停止し、昇圧変圧器３が保護される。

【0034】

そして、断路器５ａ（又は断路器５ｂ）を閉路し（ステップＳ１０７）、遮断器４を投入する（ステップＳ１０８）。これにより、昇圧変圧器３の二次側３ｂに送電線２ａ（又は送電線２ｂ）からの電力が供給され、昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄が開始される。

【0035】

なお、昇圧変圧器３の二次側３ｂへの電力は、送電線２ａ又は送電線２ｂから排他的に供給される。すなわち、断路器５ａが閉路されて送電線２ａから電力が供給されている際には、断路器５ｂが開路される。また、断路器５ｂが閉路されて送電線２ａから電力が供給されている際には、断路器５ｂが開路される。

【0036】

上述したように、本実施形態に係る発電システム１００及び昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄方法では、発電機１の運転休止中において、昇圧変圧器３の一次側３ａと発電機１とが電力線接続部８を物理的に開放することによって電気的に切り離される。そして、昇圧変圧器３の二次側３ｂに送電線２ａ（又は送電線２ｂ）から電力を供給して昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄を実施する。これにより、発電機１を稼働させることなく、昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄を実施することができる。また、課電自然循環洗浄中における発電機１のモータリング運転を回避することができる。

【0037】

また、発電機１の運転休止中において、昇圧変圧器３の一次側３ａに地絡過電圧継電器９を設け、昇圧変圧器３の二次側３ｂに送電線２ａ（又は送電線２ｂ）から電力を供給して昇圧変圧器３の課電自然循環洗浄を実施する。これにより、課電自然循環洗浄中における送電線２ａ（又は送電線２ｂ）の保護が可能となる。

【0038】

なお、本開示の発電システム１００において、発電機１を再稼働する場合には、地絡過電圧継電器９による送電線２ａ，２ｂの保護を無効化し、遮断器４を遮断、断路器５ａ（又は断路器５ｂ）を開路した上で、電力線接続部８を接続して昇圧変圧器３の一次側と発電機１との電気的接続を回復し、中性点地絡継電器６及び比率差動継電器７による送電線２ａ，２ｂの保護を有効化して、断路器５ａ，５ｂを閉路、遮断器４を投入する。これにより、発電システム１００による送電線２ａ，２ｂへの電力供給を再開することが可能である。

【符号の説明】

【0039】

１ 発電機
２ａ，２ｂ 送電線
３ 昇圧変圧器
３ａ 一次側
３ｂ 二次側
４ 遮断器
５ａ，５ｂ 断路器
６ 中性点地絡継電器
７ 比率差動継電器
８ 電力線接続部
９ 地絡過電圧継電器
１００ 発電システム

【図1】

【図2】

【図3】