発電所では、電力系統の停電、電源設備の故障、設備のメンテナンスなどに対応するため、バックアップ電源として発電機がよく使用されます。停電が発生すると、発電機は数秒以内に自動的に起動し、配電盤や電気機器に電力を供給した後、系統に接続されている主スイッチを切り離します。系統からの電力供給が再開されたら、切り替えプロセス中に停電を引き起こさないように、発電機は系統と並列運転する必要があります。系統への接続が成功したら、直ちに系統から切り離します。並列運転は非常に重要な操作です。発電機の非同期並列接続は大きな衝撃電流を発生させ、発電機自体の安全性を危険にさらすだけでなく、系統の変動を引き起こし、安定性を損ないます。そのため、装置および制御・保護装置は完全かつ信頼できるものでなければなりません。
1. 並列演算システム
発電機を並列運転するためには、以下の条件を満たす必要があります。
① 発電機が生成する電源の位相順序は、系統母線の位相順序と同じでなければなりません。そうでない場合、発電機は同期運転に入ることができないだけでなく、大きな振動電流が発生し、発電機の巻線に過剰な電気力がかかり、コイルの変形や絶縁短絡を引き起こします。
② 発電機の実効電圧値は、系統母線の電圧値と等しいか、それに近い値（電圧差＜10）でなければなりません。そうでない場合、電位差により内部無効電流の循環が発生し、大きな電磁衝撃力が発生します。
③ 発電機の周波数は、基本的に電力系統の電源周波数と等しくなければなりません（周波数差は0.5～1Hzを超えてはならない）。そうでない場合、発電機軸上の振動電流と振動電圧の有効成分により機械的振動が発生し、発電機が損傷し、系統の安定性に影響します。
④ 発電機の電圧位相は電力系統の電圧の位相と等しくなければなりません（位相差＜10°）。そうでない場合、無効電流と有効電流の衝突が発生し、発電機が焼損します。
⑤ 波形は同じで、発電機と系統はどちらも正弦波形です。
発電機が系統と並列運転する場合、系統の容量は発電機の容量よりもはるかに大きいため、発電機の動作状態の変化は系統の電圧と周波数に影響を与えません。したがって、発電機が系統に接続されている場合、系統の電圧と周波数は一定であると考えることができます。接続する発電機は、励磁電流を増減することで出力電圧を調整し、ガスタービンエンジンの回転速度を調整して周波数を調整します。瞬時速度は位相差を満たすように調整され、並列運転条件がほぼ満たされた時点で、発電機の主回路ブレーカーを閉じて発電機を系統に接続します。これが発電機の並列運転のプロセスです。
並列運転条件が満たされているかどうかを視覚的に確認するために、発電機の画面には電圧差計、2組の指示灯、および検査・監視用メーターが備えられています。同時に、自動同期並列装置も設置されています。電圧差計によって、接続する発電機の端子電圧と系統母線間の電圧差を測定できます。指示灯の明暗状態によって、発電機側と系統母線側の周波数と位相シーケンスを確認できます。接続する発電機の周波数が系統の動作周波数よりも高い場合、メーターの指針は時計回りに速く回転します。逆に、反時計回りに回転します。電圧差が大きいほど、メーターの指針の回転速度は速くなり、電圧差が小さくなると、指針の回転速度は遅くなります。両側の電圧差が一定程度まで減少すると、指針の位置と点間の角度が両側の電圧の位相差になります。上記の計器が並列運転条件が満たされていることを示したら、手動同期並列運転を実行できます。
2. 分割保護システム
発電ユニットが系統に接続された後も、信頼性と安定的な運転を確保するため、本ユニットには完全かつ安全な保護装置が装備されています。ユニットに以下のいずれかの不具合が発生した場合、自動的にトリップし、系統から切り離され、自動的に停止します。
① 過負荷故障：運転中に発電ユニットの出力電力が定格電力の10%を超えると、過負荷により発電機が損傷しやすくなります。負荷センサーが現場に設置されており、過負荷が深刻な場合は自動的に停止します。 ② 過速度故障：発電機が定格速度を超える速度で運転されると、電力周波数が系統周波数と異なってしまいます。そのため、速度リレーが設計されています。発電機の運転速度が定格速度の2倍を超えると、故障とみなされ、発電機は自動的に停止します。
③ 油圧異常：発電機の潤滑システムの正常な動作は、油圧によって示されます。油圧が異常な場合は、発電機が異常な動作状態にあるとみなされます。深刻な場合は、リレーが自動的に発電機を停止させることがあります。
④ 水温・水位異常：発電機内部を循環する水は、発電機の冷却に使用されます。発電機内部に水がない、水が少ない、または水温が高すぎる場合は、冷却システムに異常があり、発電機が損傷する可能性があります。現在、水温センサーと水位センサーが設置されており、異常状態になると自動的に発電機を停止します。
⑤ バッテリー故障：バッテリーは発電機セットの固定子に自己励磁を供給するために使用されます。励磁システムの品質は発電機セットの動作品質に直接影響します。そのため、バッテリー電圧リレーが設計されています。このリレーが故障すると、発電機セットは自動的に停止します。
⑥ 電力方向異常：発電機が正常に動作しているときは、電力系統に電力を出力します。正常に動作していないときは、電力系統から発電機に電力が供給されます。このとき、発電機は電動機として動作し、電力を消費します。そのため、発電機が電力系統にのみ電力を供給するように、電力方向リレー装置が設計されています。方向が逆転すると、発電機は電力系統から切り離され、自動的に停止します。
⑦ 緊急停止装置：発電機セットが緊急事態に遭遇した場合、緊急停止ボタンを押すことで、発電機セットを瞬時に電力網から切り離し、発電機セットの運転を停止できます。
III．発電機の励磁システムと二次回路
3.1 励起システム
励磁システムは交流同期発電機のコアコンポーネントです。励磁システムの品質は、同期発電機の特性と動作品質に直接影響します。潮州大唐発電所に設置されている同期発電機は、自己励磁式、定電圧、ブラシレス発電機であり、複合励磁システムを備えています。発電機の励磁電力は、内部コンポーネントから得られます。この複合励磁システムは、優れた動的性能を有しています。定格負荷の急激な負荷または無負荷が加えられた場合、電圧過渡現象は小さく、過渡プロセスも小さく、過負荷容量は定格電流の2.5倍に達し、短絡電流は定格値の3倍まで耐えることができます。AVRレギュレータの動作により、高い定常状態電圧調整率などの優れた利点を実現できます。
3.2 二次回路
発電機の二次回路は、さまざまな機能を持つ基本回路で構成されており、主に発電機電圧調整回路、発電機速度調整回路、自動同期並列制御回路、自動並列、手動並列および切断制御回路、計測回路、発電機補助機器制御回路、発電機出力電力制限回路、逆電力制御回路、DC 24V電源および充電回路、エンジン始動および停止回路、リレー保護回路などが含まれます。
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投稿日時：2026年2月9日