可变速发电系统的过电压保护装置的制作方法

本发明的实施方式涉及可变速发电系统的过电压保护装置。

背景技术：

在使用了双重馈电交流电机的可变速扬水发电系统中，为了抑制在系统故障时发生的二次电路的过电压，并保护发电电动机、变换器等主电路设备以免于过电压，例如装备了使用了基于如晶闸管那样的大容量半导体元件的大电流短额定时间的短路器的过电压抑制装置。在该系统中，在系统故障发生后，在通过系统断路器去除了该短路事故时，通过对逆变器的开关元件进行操作以便二次励磁装置的逆变器的直流电压作为反向电压被施加给构成过电压抑制装置的短路器的晶闸管，由此使在晶闸管中流动的电流为零而强制地使该晶闸管截止，尽早将过电压抑制装置的短路状态可靠地解除并使二次励磁装置的运转重新开始，不会使可变速扬水发电系统停止就能够高速地使得系统复原的功能得以实现(例如参照专利文献1)。以下，将基于该功能的控制称为过电压抑制装置的复位控制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3286049号公报(段落[0026]～[0027]，图1等)

技术实现要素：

在上述的过电压抑制装置中，在为了在系统事故去除后使可变速扬水发电系统继续运转而进行过电压抑制装置的复位控制的情况下，构成该短路电路的晶闸管等的半导体元件在系统故障时的复位控制完毕后接受到线电压，因此刚刚复位后的半导体的接合部温度，必须为耐受二次电路电压的接合部温度以下。

因此，在进行复位控制的情况下，与不实施复位控制的情况相比，将容许的温度上升抑制得更低，能够对过电压抑制装置的半导体元件通电的最大电流变小，有必要根据需要增加该半导体元件的并联电路数。

本来，需要实施过电压抑制装置的复位控制而谋求继续运转的，不是在发电厂内部的故障时，而限于主要变压器的高压侧的系统故障时。因此，构成过电压抑制装置的短路器的半导体元件所需的该控制所用的任务是能够应对主要变压器的高压侧的系统故障时的最大故障电流，对于在主要变压器的低压侧发生的发电厂内部故障中的更大的事故电流，不需要进行复位控制，因此，即使半导体的接合部温度上升，也只要考虑在短路状态下原封不动能够通电的容量即可。

但是，在基于主要变压器的高压侧的系统故障时的最大故障电流进行了过电压抑制装置的设计的情况下，在主要变压器的低压侧的故障无法判别而错误地进行过电压抑制装置的复位控制时，包括半导体元件在内的短路器等的设备可能损坏。因此，在以往的过电压抑制装置的设计中，进行将半导体元件的并联电路数增加等而使过电压抑制装置大型化的设计，以便即使以主要变压器的低压侧的三相短路故障发生时的最大事故电流进行复位控制，设备也不会损坏。由于热容量小的半导体的过电流容量小，因此即使是短时间的动作任务，设备也大型化，成为短路器的价格、装置的尺寸、发电厂空间增加的主要原因。

本发明是为了解决上述的课题而创出的，其目的在于，提供可变速发电系统的过电压保护装置，能够实现不使设备损坏的适当的复位控制、能够谋求构成短路器的半导体元件的并联电路数的减少、制造成本的降低、装置尺寸的降低、建筑物尺寸的降低等。

根据实施方式，提供的可变速发电系统的过电压保护装置，具备：变压器，高压侧与电力系统连接；绕线式感应电机，定子绕线与该变压器的低压侧的电路连接；交流励磁装置，与该绕线式感应电机的转子绕线的电路连接；过电压抑制装置，经由连接在该交流励磁装置与转子绕线间的电路上的短路器或者经由短路器和电阻器将各相连接；以及控制装置，进行将该过电压抑制装置的动作强制地解除的控制，该可变速发电系统的过电压保护装置的特征在于，具有：检测构件，检测在所述主要变压器的高压侧发生了故障的情况下或者在所述主要变压器的低压侧或者所述主要变压器的内部未发生故障的情况下发生的规定的现象，或者检测该现象未发生的情况；以及控制构件，基于所述检测构件的检测结果，判别可否执行将所述过电压抑制装置的动作强制地解除的控制。

附图说明

图1是表示包括第1实施方式的可变速扬水发电系统的电力系统整体的构成的图。

图2是以该实施方式的可变速扬水发电系统的过电压保护装置有关的功能构成为中心进行表示的构成图。

图3是表示图2中的复位控制锁定条件判定部的内部构成的一例的图。

图4是表示包括第5实施方式的可变速扬水发电系统的电力系统整体的构成的图。

图5是以该实施方式的可变速扬水发电系统的过电压保护装置有关的功能构成为中心进行表示的构成图。

图6是表示图5中的复位控制锁定条件判定部的内部构成的一例的图。

图7是表示包括第6实施方式的可变速扬水发电系统的电力系统整体的构成的图。

图8是以该实施方式的可变速扬水发电系统的过电压保护装置有关的功能构成为中心进行表示的构成图。

图9是表示图8中的复位控制锁定条件判定部的内部构成的一例的图。

图10是用于说明图9中的阈值处理电路中的处理的图。

具体实施方式

以下，关于实施方式，参照附图进行说明。

(第1实施方式)

首先，对第1实施方式进行说明。

图1是表示包括第1实施方式的可变速扬水发电系统的电力系统整体的构成的图。

如图1所示，在发电厂及发电厂开闭设备p中，具备与电力系统s连接的发电厂高压开闭设备100、和经由电力电缆c及主要变压器m与该发电厂高压开闭设备100连接的可变速扬水发电系统200。主要变压器m的低压侧相当于发电厂的厂内电路。另外，主要变压器m也可以作为可变速扬水发电系统的一部分而构成。

发电厂高压开闭设备100，具备将与电力系统s侧的例如1号输电线及2号输电线相连的电线分别开路/闭路的多个断路器101及102，并且具备将与主要变压器m侧的电力电缆c相连的电线开路/闭路的断路器103。

可变速扬水发电系统具备：泵式水轮机1；用双重馈电交流电机实现的可变速发电电动机(绕线式感应电机)2；自励式的二次励磁装置(交流励磁装置)3，与该可变速发电电动机2的二次绕线连接，包括用施加可变频率的交流的频率变换器实现的转换器3a及逆变器3b；控制装置4，进行该二次励磁装置3输出的交流电压、电流、频率、相位的控制，并且进行开闭设备5a及5b等的开闭控制等；与可变速发电电动机2的定子绕线侧连接的系统连接用的并联用断路器5a及反向断路器5b；用于将可变速发电电动机2的定子绕线端三相短路的启动/制动用断路器6；生成供二次励磁装置3使用的交流电源的励磁用变压器7；用于将对励磁用变压器7供给的交流电力切断的励磁用断路器8；用于对可变速发电电动机2的定子绕线侧的一次电路的电压进行测定的一次电路电压检测器(仪器用变压器)9；二次电路电流检测器10，测定在可变速发电电动机2的转子绕线侧的二次电路中流动的电流；二次电路电压检测器11，测定可变速发电电动机2的转子绕线侧的二次电路的电压或者二次励磁装置3的直流线路电压；短路电流检测器12，测定可变速发电电动机2的转子绕线侧的二次电路中的三相短路电流；以及使用了基于如晶闸管那样的大容量半导体元件的、大电流短额定时间的短路器的过电压抑制装置13等。过电压抑制装置13经由连接在二次励磁装置3与可变速发电电动机2的转子绕线之间的电路上的短路器或者经由短路器和电阻器将各相连接。

图2是以本实施方式的可变速扬水发电系统的过电压保护装置有关的功能构成为中心进行表示的构成图。另外，对于与图1共通的要素，标注相同的符号。

该可变速扬水发电系统的过电压保护装置20，除了包括前述的过电压抑制装置13和控制装置4的至少一部分以外，还包括对各部的电流、电压等的电气上的诸量、元件温度、各种保护继电器的动作状态进行测定·检测的测定器·检测器类等。并且，过电压保护装置20具备：检测构件(相当于后述的“复位控制锁定条件判定部27”等)，检测在主要变压器m的高压侧发生了故障的情况下或者在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部未发生故障的情况下发生的规定的现象，或者检测该现象未发生的情况；以及控制构件(相当于后述的“逻辑电路l1、l2、切换控制电路f1、f2、开关sw1、sw2”等)，基于该检测构件的检测结果，判别可否执行将所述过电压抑制装置的动作强制地解除的控制。

过电压抑制装置13具备短路器16，该短路器16包括：晶闸管14，分别连接在可变速发电电动机2的二次绕线的相间；以及晶闸管电流检测器15，检测该晶闸管14的电流。晶闸管电流检测器15相当于例如前述的短路电流检测器12。另外，过电压抑制装置13具备：将对各晶闸管14的起弧/灭弧进行控制的闸门信号提供给各晶闸管14的闸门的过电压抑制装置门电路17。

控制装置4实现不使包括半导体元件的短路器16等的设备损坏的适当的复位控制。例如，控制装置4，在短路器16的短路动作中的通电电流为预先规定的电流规定值以下，并且，短路器16的短路动作的经过时间为预先规定的动作继续时间规定值以上(或者与电力系统s连接的断路器的解列完毕)，并且，在从可变速发电电动机2的转子绕线侧或者定子绕线侧获得的电气上的诸量的测定值满足一定的条件的情况下，进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制。这里所说的条件，具体地是指，例如，进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的预先规定的判定期间中“主要变压器m的低压侧电压”(定子绕线侧电压)不为预先规定的电压规定值以下(或者不会低于电压规定值)。

上述控制装置4包括：逆变器闸门信号发生装置21、通常运转用闸门控制部22、复位控制用闸门控制部23、二次电路过电压判定部24、短路状态检测部25、复位可否判定部26、复位控制锁定条件判定部27、开关sw1、sw2、逻辑电路l1、l2、切换控制电路f1、f2等。

逆变器闸门信号发生装置21，发生对二次励磁装置3的逆变器3b进行驱动的闸门信号。

通常运转用闸门控制部22，输出对通常运转用的闸门信号进行控制的信号。

复位控制用闸门控制部23，输出对复位控制用的闸门信号进行控制的信号。

二次电路过电压判定部24，判定可变速发电电动机2的转子绕线侧的二次电路中有无发生一定以上的过电压，在判定为发生了过电压的情况下，输出表示过电压发生的信号，即指示过电压保护(ovp)动作的信号(例如值为“1”的信号)。

短路状态检测部25，基于短路器16的短路动作中的通电电流的值、即晶闸管14的电流值，检测短路器16的状态，在检测到短路器16已短路的情况下输出表示该情况的信号(例如值为“1”的信号)。

复位可否判定部26，基于晶闸管14的电流值，判定ovp动作的复位的可否，在晶闸管14的电流值为预先确定的电流规定值以下的情况下，输出表示可复位的信号(例如值为“1”的信号)。

复位控制锁定条件判定部27，基于通过一次电路电压检测器9检测的三相交流的各相电压vl及从二次电路过电压判定部24输出的信号，判定用于将复位控制锁定(使复位控制不实施)的条件是否成立，在判定为该条件成立的情况下，输出指示锁定复位控制的信号(例如值为“1”的信号)，另一方面，在判定为该条件不成立的情况下，输出表示不锁定复位控制的信号(例如值为“0”的信号)。

开关sw1，根据导通/截止状态的切换，进行通常运转用的闸门信号发生指令的供给/停止的切换。

开关sw2，根据导通/截止状态的切换，进行复位控制用的闸门信号发生指令的供给/停止的切换。

逻辑电路l1，在输入从二次电路过电压判定部24输出的信号的反转信号、从短路状态检测部25输出的信号、从复位可否判定部26输出的信号及从复位控制锁定条件判定部27输出的信号的反转信号，且输入的各个信号的and条件成立的情况下(例如全部的信号的值为“1”的情况下)，输出指示实施复位控制的信号(例如值为“1”的信号)。

逻辑电路l2，在输入从逻辑电路l1输出的信号、从短路状态检测部25输出的信号的反转信号，且输入的各个信号的and条件成立的情况下(例如两方的信号的值为“1”的情况下)，输出指示解除复位控制(及实施通常运转)的信号(例如值为“1”的信号)。

切换控制电路f1，根据从逻辑电路l2输出的信号(例如值为“1”的信号)，使开关sw1导通，根据从二次电路过电压判定部24输出的信号(例如值为“1”的信号)，使开关sw1截止。

切换控制电路f2，根据从逻辑电路l1输出的信号，使开关sw2导通，根据从逻辑电路l2输出的信号，使开关sw2截止。

图3是表示复位控制锁定条件判定部27的内部构成的一例的图。

复位控制锁定条件判定部27具备单次触发计时器31、运算电路32、阈值处理电路33、逻辑电路34、逻辑非电路35、切换控制电路36等。

单次触发计时器31，对从由二次电路过电压判定部24输入了指示过电压保护(ovp)动作的信号(例如值为“1”的信号)的时刻起到实施复位控制为止的规定时间(判定时间规定值)进行计时，从该信号的输入时刻起一直到经过该规定时间为止，输出规定的信号(例如值为“1”的信号)。

运算电路32，根据从一次电路电压检测器9输出的三相交流的各相电压vl计算电压向量的绝对值并输出。

阈值处理电路33，在从运算电路32输出的值达到预先决定的阈值(例如，一次电路的额定电压的40％)(或者低于阈值)的情况下，输出规定的信号(例如值为“1”的信号)，在不是这样的情况下，输出与上述信号不同的规定的信号(例如值为“0”的信号)。

该阈值基于将以下状况防患于未然的观点而设定：在主要变压器m的高压侧故障时不妨碍实施复位控制，并且在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部故障时实施了复位控制的情况下流动可能使包括半导体元件的短路器16等的设备损坏的电流的状况。因此，例如，设定该阈值，以便能够根据阈值处理电路33的输出值识别发生了故障时的故障发生点(故障是在主要变压器m的高压侧发生的，还是在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部发生的)。

更具体而言，以如下方式设定该阈值，即，在故障发生点在主要变压器m的高压侧的情况下，从运算电路32输出的值(即，根据各相电压vl计算的电压向量的绝对值)超过阈值或者为阈值以上，而且，在故障发生点在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部的情况下，从运算电路32输出的值(即，根据各相电压vl计算出的电压向量的绝对值)为阈值以下或者低于阈值。

通过这样设定阈值，在复位控制锁定条件判定部27，能够基于阈值处理电路33的输出值，检测故障在主要变压器m的高压侧发生的情况(或者在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部未发生的情况)，另外，能够检测故障在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部发生的情况(或者在主要变压器m的高压侧未发生的情况)。

以下，举出阈值的具体的设定例。

例如在主要变压器m的高压侧发生了故障的情况下，在该瞬间，在主要变压器m的低压侧的一次电路电压检测器9所检测的电压vl，通过下式求出。

vl＝vex(xt+xf)/(xg+xt+xf)…(1)

其中，

ve：发电机的内部感应电压(pu值)

xg：发电机的内部阻抗(pu值)

xt：主要变压器的阻抗(pu值)

xf：一直到事故点为止的阻抗(pu值)

通过使用该(1)式，能够根据vl的降低量，判定故障的位置(事故点)。

这里，假定，将xg设为20％，将xt设为15％。

在为与主要变压器m的高压侧最近的位置的故障的情况下，视为xf＝0，所以根据(1)式，电压vl为“一次电路的额定电压的40％”左右。即，可知，该值是在主要变压器m的高压侧的事故发生的瞬间，电压下降最多的情况下的值。因此，在电压降低到低于该值时，不是主要变压器m的高压侧的故障，而是在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部发生故障。因此，通过将该值应用为阈值处理电路33的阈值，能够识别发生了故障时的故障发生点(故障是在主要变压器m的高压侧发生的，还是在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部发生的)。

上述记载了基本的想法，但在实际的发电电动机中励磁控制高速地动作，内部感应电压ve在故障发生中也在变化，因此基于将实际表现的电压用emtp(electro-magnetictransientsprogram)等的计算机分析程序进行数值计算得到的结果，来决定上述阈值，由此能够进行正确的识别。

逻辑电路34，在从单次触发计时器31输出的信号与从阈值处理电路33输出的信号的and条件成立的情况下(例如两方的信号的值为“1”的情况下)，输出指示锁定复位控制的信号。

逻辑非电路35，接受对并联用断路器5a的开闭状态进行表示的信号。例如，在复位控制被锁定后，在该可变速扬水发电系统200通过未图示的保护继电器系统而被保护停止的过程中，逻辑非电路35，在接收到对并联用断路器5a的开状态进行表示的信号(例如值为“0”的信号)时，使该信号反转，并将反转后的信号(例如值为“1”的信号)，作为指示解除锁定的信号而输出。

切换控制电路36，在从逻辑电路34接受了指示锁定复位控制的信号(例如值为“1”的信号)的情况下，将指示锁定复位控制的信号(例如值为“1”的信号)原封不动地输出，另一方面，在从逻辑非电路35接受了指示解除锁定的信号(例如值为“1”的信号)的情况下，输出不指示锁定复位控制的信号(例如值为“0”的信号)。

在这样的系统构成中，例如，考虑在通常运转中在电力系统s的1号输电线或者2号输电线发生了系统故障的情况。在由于该系统故障而在可变速发电电动机2的转子绕线侧的二次电路中发生包括过度直流量的故障电流时，通过逆变器3b的反并联二极管，直流电容器被充电，在该二次电路发生过电压。

此时，通过二次电路电压检测器11检测的电压的值被传递给二次电路过电压判定部24，由此，在二次电路过电压判定部24判定为在二次电路发生了过电压时，二次电路过电压判定部24，通过切换控制电路f1及开关sw1使基于通常运转用闸门控制部22的控制的通常运转用的闸门信号的发生停止，并且通过过电压抑制装置门电路17使短路器16短路并使该短路器16流入故障电流，由此抑制二次电路的过电压。

在复位可否判定部26检测到故障电流伴随着时间而衰减并成为通过逆变器3b能够控制的电流以下时，复位可否判定部26输出表示可复位的信号(例如值为“1”的信号)。此时，短路状态检测部25检测短路器16的状态，输出表示短路器16短路这一情况的信号(例如值为“1”的信号)。另外，复位控制锁定条件判定部27，根据从各相电压vl求出的电压向量的绝对值超过预先决定的阈值(或者为阈值以上)的情况，输出对用于锁定复位控制的条件不成立的情况进行表示的信号(例如值为“0”的信号)。另外，二次电路过电压判定部24，输出对未发生过电压的情况进行表示的信号(例如值为“0”的信号)。

在该情况下，对逻辑电路l1输入的各个信号的and条件成立(例如全部的信号的值为“1”)，因此逻辑电路l1输出指示实施复位控制的信号(例如值为“1”的信号)，并通过切换控制电路f2及开关sw2，将基于复位控制用闸门控制部23的控制的复位控制用的闸门信号供给至逆变器3b。由此，复位控制用闸门控制部23，实施对逆变器闸门信号发生装置21赋予闸门信号的控制以对从逆变器3b对导通的各晶闸管14施加反向电压，并使短路器16的短路状态高速地解除。

在短路状态检测部25检测到短路器16的短路状态的解除时，逻辑电路l1使实施复位控制的指示停止。另一方面，逻辑电路l2，通过切换控制电路f2及开关sw2，使基于复位控制用闸门控制部23的控制的复位控制用的闸门信号的发生停止，并且通过切换控制电路f1及开关sw1使基于通常运转用闸门控制部22的控制的通常运转用的闸门信号的发生重新开始。由此，二次励磁装置3的通常运转重新开始，可变速扬水发电系统200返回到事故去除后的通常运转，运转继续。

接下来，考虑在前述的系统构成中，在位于主要变压器m的低压侧的可变速扬水发电系统200的内部发生了三相短路故障的情况。在此，将与前述的系统故障的情况共通的动作的说明省略，以不同的动作为中心进行说明。

当在可变速扬水发电系统200的内部发生了三相短路故障时，在上述复位控制锁定条件判定部27，根据各相电压vl求出的电压向量的绝对值成为零，因此该值比上述阈值小，所以复位控制锁定条件判定部27判定为在预先规定的判定期间以内用于将复位控制锁定的条件成立，并输出该输出信号(例如值为“1”的信号)。

在该情况下，对逻辑电路l1输入的各个信号的and条件不成立(不是全部的信号的值为“1”)，因此逻辑电路l1不输出指示实施复位控制的信号(例如值为“1”的信号)，切换控制电路f2及开关sw2的状态不变化，基于复位控制用闸门控制部23的复位控制被锁定。

复位控制被锁定后，该可变速扬水发电系统200通过保护继电器系统而被保护停止的过程中，上述复位控制锁定条件判定部27接收到对并联用断路器5a的开状态进行表示的信号(例如值为“0”的信号)时，上述复位控制锁定条件判定部27输出不指示锁定复位控制的信号(例如值为“0”的信号)。由此，锁定状态被解除。

根据第1实施方式，即使例如在可变速扬水发电系统200的内部发生三相短路故障，并由于较大的短路电流，而短路器16中的晶闸管14等的半导体元件的温度超过通常运转时所容许的温度并上升，短路器16的半导体元件也不会接受到电压施加而损坏，不会将短路状态解除而继续该状态，可变速扬水发电系统200能够通过由于该短路故障而动作的保护继电器系统而安全地使系统停止。另外，此时的故障不是系统故障，因此并不要求事故去除后的可变速扬水发电系统200的继续运转，不会发生障碍。

另外，晶闸管14等的半导体元件不会在高温状态下受到电压施加而损坏，所以能够基于系统故障时的最大故障电流来决定过电压抑制装置13的设计，能够谋求附加复位控制的功能的情况下的构成过电压抑制装置13的短路器16的半导体元件的并联电路数的减少、制造成本的降低、装置尺寸的降低、建筑物尺寸的降低等。

在本实施方式中，在复位控制锁定条件判定部27，对于与根据通过一次电路电压检测器9检测的各相电压vl求出的电压向量的绝对值相对的条件，增加进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的“预先规定的判定期间”的条件。

即使在是系统故障但故障发生时的过度直流量较大而在故障去除后无法立刻将短路器16的短路状态强制地解除的情况下，系统故障时的故障电流的最大值也为短路器16的设计的最大电流值以下，因此半导体元件的温度在容许值以内，可以进行复位控制。例如，在由于在与图1的1号输电线的连接端发生的系统故障而发电厂高压开闭设备100的断路器101开路从而进行事故去除时，在事故去除后，在复原为2号输电线的电压的系统与发电系统间重新开始电力的授受，根据此时的运转状态而电压再度降低，并低于系统故障的判定用而设定的阈值的情况存在，如果不进行任何处理，则会将复位控制不必要地锁定。因此，如果通过例如单次触发计时器31，使“预先规定的判定期间”为直到上述的系统故障去除为止的时间，则能够防止由于此时的电压降低将复位控制锁定。在该情况下，如果在一定时间后短路器16的通电电流衰减，而通电电流成为预先规定的电流值以下，从而复位条件满足，则复位控制锁定条件判定部27不输出复位锁定信号，因此能够使复位控制实施，可能够进行变速扬水发电系统200的继续运转。

另一方面，在系统故障去除后无法立刻将短路器的短路状态强制地解除的情况下，在可以使发电设备停止时，可以将在复位控制锁定条件判定部27实施判定是否实施将短路器16的短路状态强制地解除的控制的期间设为，在进行该控制之前的期间进行。

在此情况下，复位控制锁定条件判定部27构成为，检测在主要变压器m的高压侧发生了故障的情况下或者在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部未发生故障的情况下发生的规定的现象(在此，为进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间(例如从复位可否判定部26将输出1输出为止的期间)中主要变压器m的低压侧电压(定子绕线侧电压)不为预先规定的电压规定值以下或者不会低于电压规定值)，或者检测该现象未发生的情况。基于该检测结果，在逻辑电路l1、l2、切换控制电路f1、f2、开关sw1、sw2等中，判别可否执行将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制。将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制，以检测到上述现象为条件而执行。

另外，短路器16的电流容量希望构成为，具有如下电流容量以上的容量，该电流容量比在主要变压器m的低压侧的三相短路故障时的最大二次绕线电流中能够实施将该短路器16的短路状态强制地解除的控制的电流容量小的电流容量，并且是一直到在主要变压器m的低压侧的三相短路故障时的最大二次绕线电流中不实施将该短路器16的短路状态强制地解除的控制而发电电动机能够停止为止能够通电的电流容量或者在主要变压器m的高压侧的三相短路故障时的最大二次绕线电流中能够实施将该短路器16的短路状态强制地解除的控制的电流容量中某一个更多的电流容量。通过这样构成，即使以主要变压器m的低压侧的三相短路故障发生时的最大事故电流进行复位控制，也不会损坏设备，能够实现包括短路器16的过电压抑制装置13整体的小型化，能够实现成本的降低、发电厂空间的降低。

(第2实施方式)

接下来，对第2实施方式进行说明。

以下，省略与第1实施方式共通的部分的说明，以与第1实施方式不同的部分为中心进行说明。

在前述的第1实施方式中，将进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中“主要变压器m的低压侧电压”不为预先规定的电压规定值以下(或者不会低于电压规定值)，作为实施复位控制的条件之一，但在该第2实施方式中，代之以，将进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中“转子绕线电流”(可变速发电电动机2的转子绕线的绕线端或者二次励磁装置3侧的臂电流(ovp臂电流)不为预先规定的电流规定值以上(或者不会超过电流规定值)，作为实施复位控制的条件之一。

在该情况下，构成为代替对于复位控制锁定条件判定部27供给各相电压vl的值，而供给通过对可变速发电电动机2的转子绕线的绕线端或者二次励磁装置3侧的臂电流(ovp臂电流)进行检测的检测器12或者15测定的值，并且通过对于运算电路32的运算式、阈值处理电路33的阈值适当进行设计变更而实现。

在此情况下，复位控制锁定条件判定部27构成为，在主要变压器m的高压侧发生了故障的情况下或者在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部未发生故障的情况下发生的规定的现象(在此，为进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中转子绕线电流不为预先规定的电流规定值以上或者不会超过电流规定值)，或者检测该现象未发生的情况。基于该检测结果，在逻辑电路l1、l2、切换控制电路f1、f2、开关sw1、sw2等中，判别可否执行将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制。将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制，将检测到上述现象作为条件而执行。

根据第2实施方式，在将“转子绕线电流”应用于锁定条件判定的构成中，也能够获得与第1实施方式同样的效果。

(第3实施方式)

接下来，对第3实施方式进行说明。

以下，省略与第1实施方式共通的部分的说明，以与第1实施方式不同的部分为中心进行说明。

在前述的第1实施方式中，将进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中“主要变压器m的低压侧电压”不为预先规定的电压规定值以下(或者不会低于电压规定值)作为实施复位控制的条件之一，但在该第3实施方式中，代之以，将进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中“规定的元件的温度”(短路器16中包括的晶闸管14等的半导体元件的温度或者二次励磁装置3中包括的半导体元件的温度)不为预先规定的元件温度规定值以上或者不会超过元件温度规定值，作为实施复位控制的条件之一。

在该情况下，构成为代替对复位控制锁定条件判定部27供给各相电压vl的值，而供给通过对短路器16中包括的晶闸管14等的半导体元件的温度或者二次励磁装置3中包括的半导体元件的温度进行检测的检测器(未图示)测定的值，并且通过对运算电路32的运算式、阈值处理电路33的阈值适当进行设计变更而实现。

在此情况下，复位控制锁定条件判定部27构成为，检测在主要变压器m的高压侧发生了故障的情况下或者在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部未发生故障的情况下发生的规定的现象(在此，为进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中规定的元件的温度不为预先规定的元件温度规定值以上或者不会超过元件温度规定值)，或者检测该现象未发生的情况。基于该检测结果，在逻辑电路l1、l2、切换控制电路f1、f2、开关sw1、sw2等中，判别可否执行将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制。将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制，将检测到上述现象为条件而执行。

根据第3实施方式，在将“规定的元件的温度”使用于锁定条件判定的构成中，能够获得与第1实施方式同样的效果。

(第4实施方式)

接下来，对于第4实施方式进行说明。

以下，将与第1实施方式共通的部分的说明省略，以与第1实施方式不同的部分为中心进行说明。

在前述的第1实施方式中，将进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中“主要变压器m的低压侧电压”不为预先规定的电压规定值以下(或者不会低于电压规定值)，作为实施复位控制的条件之一，但在该第4实施方式中，代之以，将作为过电压发生的原因的电气故障的发生部位比主要变压器的高压侧绕线端更靠电力系统侧，作为实施复位控制的条件之一。

在该情况下，构成为代替对于复位控制锁定条件判定部27供给各相电压vl的值，而供给对使包括发电厂高压开闭设备的可变速扬水发电系统保护停止的设备内故障或者电力系统的故障的故障发生部位进行检测的区分保护继电器等(发电机电流差动继电器、主电路母线电流差动继电器、主要变压器差动电流継电器等)的动作信号或者对通过它们确定的故障发生部位进行表示的值，并且关于运算电路32的运算式、阈值处理电路33的输出，通过以在使可变速扬水发电系统保护停止的故障的情况下输出使复位控制锁定的信号(例如值为“1”的信号)的方式对处理电路进行设计变更来实现。

在此情况下，复位控制锁定条件判定部27构成为，检测在主要变压器m的高压侧发生了故障的情况下或者在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部未发生故障的情况下发生的规定的现象(在此，为进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中没有规定的保护继电器装置的动作)，或者检测该现象未发生的情况。基于该检测结果，在逻辑电路l1、l2、切换控制电路f1、f2、开关sw1、sw2等中，判别可否执行将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制。将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制，将检测到上述现象作为条件而执行。

根据第4实施方式，通过将发电机电流差动继电器、主电路母线电流差动继电器、主要变压器差动电流継电器等的动作应用于复位控制锁定条件判定的构成，也能够获得与第1实施方式同样的效果。

(第5实施方式)

接下来，对第5实施方式进行说明。

以下，将与第1实施方式共通的部分的说明省略，以与第1实施方式不同的部分为中心进行说明。

图4是表示包括第5实施方式的可变速扬水发电系统的电力系统整体的构成的图。另外，图5是以该实施方式的可变速扬水发电系统的过电压保护装置20有关的功能构成为中心进行表示的构成图。另外，图6是表示图5中的复位控制锁定条件判定部27’的内部构成的一例的图。另外，对于与图1至图3共通的要素，标注相同的符号。

在前述的第1实施方式中，将进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中“主要变压器m的低压侧电压”不为预先规定的电压规定值以下(或者不会低于电压规定值)，作为实施复位控制的条件之一，但在该第5实施方式中，代之以，将进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中“主要变压器m的高压侧电压”不为预先规定的电压规定值以下(或者不会低于电压规定值)，作为实施复位控制的条件之一。

在该情况下，构成为代替对复位控制锁定条件判定部27’供给主要变压器m的低压侧的一次电路电压检测器9所检测的各相电压vl的值，而供给主要变压器m的高压侧的电压检测器104所检测的各相电压vs的值，并且通过对运算电路32’的运算式、阈值处理电路33’的阈值适当进行设计变更而实现。

在此情况下，复位控制锁定条件判定部27’构成为，检测在主要变压器m的高压侧发生了故障的情况下或者在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部未发生故障的情况下发生的规定的现象(在此，为进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中主要变压器m的高压侧电压不为预先规定的电压规定值以下或者不会低于电压规定值)，或者检测该现象未发生的情况。基于该检测结果，在逻辑电路l1、l2、切换控制电路f1、f2、开关sw1、sw2等中，判别可否执行将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制。将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制，将检测到上述现象作为条件而执行。

根据发电厂，系统故障时的继续运转的要求是主要变压器高压侧的电压而不要求一直到0v(即，系统连接端的完全短路)，例如根据通过电压检测器104检测的各相电压vs的值求出的主要变压器m的高压侧电压被指定为某个值(例如“一次电路的额定电压的20％”)以上的情况存在。在该情况下，通过将该值应用为阈值处理电路33中的阈值并作为实施复位控制的条件之一，由此能够与第1实施方式同样地，提供具有在有继续运转的要求的情况下所需的足够的容量的过电压保护装置。

根据第5实施方式，在将“主要变压器m的高压侧电压”使用于锁定条件判定的构成中，也能够获得与第1实施方式同样的效果。

(第6实施方式)

接下来，对第6实施方式进行说明。

以下，将与第1实施方式共通的部分的说明省略，以与第1实施方式不同的部分为中心进行说明。

图7是表示包括第6实施方式的可变速扬水发电系统的电力系统整体的构成的图。另外，图8是以该实施方式的可变速扬水发电系统的过电压保护装置20有关的功能构成为中心进行表示的构成图。另外，图9是对图8中的复位控制锁定条件判定部27”的内部构成的一例进行表示的图。另外，对于与图1至图3共通的要素，附以相同的符号。

在前述的第1实施方式中，将进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中“主要变压器m的低压侧电压”不为预先规定的电压规定值以下(或者不会低于电压规定值)，作为实施复位控制的条件之一，但在该第6实施方式中，代之以，将进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中从“主要变压器m的高压侧的电压及电流”获得的阻抗(具有实部r及虚部x的复阻抗)不在预先规定的规定范围内，作为实施复位控制的条件之一。

在该情况下，构成为代替对于复位控制锁定条件判定部27”供给主要变压器m的低压侧的一次电路电压检测器9所检测的各相电压vl的值，而供给主要变压器m的高压侧的电压检测器104检测的各相电压vs的值，并且供给主要变压器m的高压侧的电流检测器105所检测的各相电流is的值，并通过对运算电路32”的运算式、阈值处理电路33”的阈值适当进行设计变更而实现。

在此情况下，复位控制锁定条件判定部27”构成为，检测在主要变压器m的高压侧发生了故障的情况下或者在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部未发生故障的情况下发生的规定的现象(在此，为进行将短路器16的短路状态强制地解除的控制之前的期间中根据主要变压器m的高压侧电压和高压侧电流求出的阻抗不在预先规定的规定范围内)，或者检测该现象未发生的情况。基于该检测结果，在逻辑电路l1、l2、切换控制电路f1、f2、开关sw1、sw2等中，判别可否执行将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制。将过电压抑制装置13的动作强制地解除的控制，将检测到上述现象作为条件而执行。

运算电路32”，基于通过电压检测器104检测的各相电压vs的值和通过电流检测器105检测的各相电流is的值，计算各相的阻抗。例如，在短路事故的情况下，通过以下的式子计算与各相有关的阻抗(大小及相位角)并输出。

za－b＝(vsa－vsb)/(isa－isb)…(2)

zb－c＝(vsb－vsc)/(isb－isc)…(3)

zc－a＝(vsc－vsa)/(isc－isa)…(4)

其中，

za－b：a相－b相间的阻抗

zb－c：b相－c相间的阻抗

zc－a：c相－a相间的阻抗

vsa：a相的电压

vsb：b相的电压

vsc：c相的电压

isa：a相的电流

isb：b相的电流

isc：c相的电流

阈值处理电路33”，判定各相的阻抗(大小及相位角)是否分别容纳于如图10所示那样的由r轴及x轴构成的阻抗复平面上的规定的规定范围a中，在有容纳于规定范围a中的阻抗的情况下输出值为“1”的信号，在不是这样的情况下，输出值为“0”的信号。其中，规定范围a并不限定于图10的例子。规定范围a可以根据发电厂要求的继续运转的规格等适当进行设计变更。

该规定范围a基于将以下状况防患于未然的观点而设定，即，在主要变压器m的高压侧故障时不妨碍实施复位控制，并且在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部故障时实施了复位控制的情况下流动可能使包括半导体元件的短路器16等的设备损坏的电流的状况。因此，例如，设该规定范围a，以根据阈值处理电路33”的输出值，识别发生了故障时的故障发生点(故障是在主要变压器m的高压侧发生的，还是在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部发生的)。

更具体而言，以如下方式设定该阈值，即，在故障发生点在主要变压器m的高压侧的情况下从运算电路32输出的值(即，各相的阻抗)在规定范围a外，另外，在故障发生点在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部的情况下从运算电路32输出的值(即，各相的阻抗)在规定范围a内。

通过这样设定规定范围a，在复位控制锁定条件判定部27，能够基于阈值处理电路33的输出值，检测故障在主要变压器m的高压侧发生的情况(或者在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部未发生的情况)，另外，能够检测故障在主要变压器m的低压侧或者主要变压器m的内部发生的情况(或者在主要变压器m的高压侧未发生的情况)。

根据第6实施方式，在将“主要变压器m的高压侧的阻抗”应用于锁定条件判定的构成中，也能够获得与第1实施方式同样的效果。

另外，在上述的各实施方式中，示出了在作为能量使用“扬水”的可变速扬水发电系统应用过电压保护装置的情况的例子，但并不限于此，也能够在使用例如“风力”等其他种类的能量的可变速发电系统中应用过电压保护装置。

如以上详述那样，根据各实施方式，能够实现不使设备损坏的适当的控制，能够谋求构成短路器的半导体元件的并联电路数的减少、制造成本的降低、装置尺寸的降低、建筑物尺寸的降低等。

对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，意图不是限定发明的范围。这些新的实施方式，能够以其他的各种各样的方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形，包括在发明的范围、主旨中，并且包括在权利要求书记载的发明及其等同的范围中。