水力発電所の計測装置の構成選択と発電所電力管理システム

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株式会社アクレ

NB/T 10861-2021「水力発電所における計測装置の構成に関する設計仕様」は、水力発電所における計測装置の構成に関する詳細な要件とガイダンスを提供しています。計測装置は、水力発電所の運転監視において重要な役割を担っています。水力発電所の計測は、主に電気量計測と非電気量計測に分けられます。電気量計測とは、電流、電圧、周波数、力率、有効電力／無効電力、有効／無効エネルギーなど、電気を用いて電気のリアルタイムパラメータを測定することを指します。非電気量計測とは、トランスミッターを用いて4～20mAまたは0～5Vの電気信号を非電気信号に変換することを指します。温度、速度、圧力、液面、開度などが含まれます。本稿では、標準規格に準拠した水力発電所の計測装置と消費電力管理システムについてのみ解説し、水力発電所のマイコン保護構成については触れません。

1.一般条項

1.0.1 この仕様は、水力発電所における計測装置の構成設計を標準化し、水力発電所の長期にわたる安全で安定した運転を確保し、水力発電所の総合的な経済効果を向上させるために策定されています。

1.0.2 この仕様は、新設、改築および拡張される水力発電所の計測装置の構成設計に適用されます。

1.0.3 水力発電所の計測装置の構成設計では、評価に合格した新しい技術や製品を積極的に採用する必要があります。

1.0.4 水力発電所における計測装置の構成及び設計は、発電所で収集される情報の量及び情報収集方法に関する電力システムの要件を満たす必要がある。

1.0.5 水力発電所の計測装置の構成設計は、本規格に準拠するだけでなく、現在の関連する国家規格にも準拠する必要があります。

2.用語

2.0.1 電気測定

電気による電気的リアルタイムパラメータの測定。

2.0.2 エネルギー計測

電気エネルギーパラメータの測定。

2.0.3 一般電気計測計

水力発電所では指針式メーターやデジタルメーターなどが使用されることが多いです。

2.0.4 指針式メーター

メーターの測定値を示す指針と目盛りの関係によります。

2.0.5 デジタル式メーター

ディスプレイではメーターの測定値をデジタルで直接表示することができます。

2.0.6 電力量計

有効および/または無効電気エネルギーデータを測定する機器。

2.0.7 インテリジェントACサンプリング装置

AC 周波数電力をサンプリングし、データ処理ユニットに直接送信して処理し、電圧、電流、有効電力、無効電力、力率、周波数、有効電力、無効電力などのパラメータを取得し、標準通信インターフェイスを介して多機能インテリジェント メーターに出力します。

2.0.8 トランスデューサー

DC電流、DC電圧、またはデジタル信号デバイスの変換によって測定されます。

2.0.9 計測器の精度クラス

特定の測定要件を満たす測定機器および/または付属品は、許容誤差および変化が指定されたレベルの範囲内に確実に収まるように設計されています。

2.0.10 自動化コンポーネント

水力発電所における状態データの監視、アクション実行用のコンポーネントおよび/またはデバイス。

2.0.11 非電気測定

温度、圧力、速度、変位、流量、レベル、振動、振り子、その他の非電気的なリアルタイムパラメータの測定。

3.電気測定と電力測定

電気測定対象には、水力発電機/発電機モーター、主変圧器、線路、母線、プラント変圧器、DC システムなどが含まれます。図 1 は水力発電所の電気配線の概略図で、水力発電機セット、主変圧器、線路、プラント電力変圧器の電気配線を示しています。

図1 水力発電所の電気配線の概略図

3.1 水力発電機/発電電動機の電気測定と電力計測

3.1.2 発電機モーターの静的可変周波数始動装置は、次の項目を測定する必要があります。

3.1.3 水力発電機／発電電動機は、有効電力および無効電力を測定するものとする。位相変調運転が可能な水力発電機は双方向有効電力を測定するものとする。位相進角運転が可能な水力発電機は双方向無効電力を測定するものとする。発電電動機は双方向有効電力および双方向無効電力を測定するものとする。

3.1.4 位相変調で運転される可能性のある水力発電機の場合は、両方向の有効電力を測定する必要があります。また、位相進みで運転される可能性のある水力発電機の場合は、両方向の電力を測定する必要があります。発電機モーターは、両方向の有効電力と無効電力を測定する必要があります。

3.1.5 電力系統の有効電力角を測定する場合は、発電機の電力角を測定する必要があります。

3.1.6 励磁変圧器の高電圧側では、三相電流、有効電力、無効電力を測定する必要があります。

水力発電機と励磁変圧器の監視構成を図2に示し、機器の選択を図1に示します。

図2 水力発電機の電気測定構成

表1 水力発電機と励磁変圧器の監視選択

3.2 昇圧・送電システムの電気計測と電力量計測

3.2.1 主変圧器の測定および電力計測項目は次の要件を満たす必要があります。

1 二重巻線変圧器は、高電圧側で三相電流、有効電力、無効電力を測定し、変圧器の片側で有効エネルギーと無効エネルギーを測定する必要があります。

2 三巻線変圧器または単巻変圧器は、三相電流、有効電力、無効電力を測定し、三相電流の有効エネルギーと無効エネルギーを三相ごとに測定する必要があります。単巻変圧器の共通巻線は三相電流を測定する必要があります。

3 発電ユニットがユニットとして配線されているが、発電機に遮断器がある場合は、低圧側の線間電圧と三相電圧を測定する必要があります。

4 接触変圧器の両側で有効電力と無効電力を測定し、有効エネルギーと無効エネルギーを測定する必要があります。

5 送電と受電が可能な場合には、両方向の有効電力を測定するとともに、両方向の有効エネルギーを測定する必要があります。また、位相遅れと位相進みの動作が可能な場合には、両方向の無効電力を測定するとともに、両方向の無効エネルギーを測定する必要があります。

図3 水力発電所主変圧器の電気測定構成

表2 主変圧器監視の選択

3.2.2 ライン測定項目は次の要件を満たす必要があります。

1 6.3kV～66kV線路では単相電流を測定する必要があり、条件が許せば二相電流または三相電流を測定することもできます。

2 35kVおよび66kVラインは有効電力を測定する必要があり、条件が許せば6.3kV〜66kVラインも有効電力と無効電力を測定することができます。

3 110kV以上の線路では三相電流、有効電力、無効電力を測定する必要があります。

4 6.3kV以上のラインでは有効エネルギーと無効エネルギーを測定する必要があります。

5 線路が電力を送受信する可能性がある場合には、両方向の有効電力を測定し、両方向の有効エネルギーを測定する必要があります。

6 線路が位相遅れまたは位相進みで動作する可能性がある場合は、両方向の無効電力を測定し、両方向の無効エネルギーを測定する必要があります。

7 電力系統の規定により、昇圧ステーションのラインの電力角を測定する必要があります。

図4 水力発電所の送電線の電気測定構成

表3 線測定の選択

3.2.3 バスバー測定項目は次の要件を満たす必要があります。

1 6.3kV以上の発電機電圧バスバーと35kV、66kVバスバーはバスバー電圧と周波数を測定し、同時に三相電圧を測定する必要があります。

2 110kV 以上のバスでは、3 つの線間電圧と周波数を測定する必要があります。

3 6.3kV以上のバスタイ遮断器、バスセクション遮断器、内部ブリッジ遮断器、および外部ブリッジ遮断器は交流電流を測定し、110kV以上は三相電流を測定する必要があります。

4 三相電流は、3/2配線、4/3配線、コーナー配線の遮断器回路ごとに測定する必要があります。

5 バイパス遮断器、バスタイまたはセクションおよびバイパス遮断器、および35kV以上の外部ブリッジ遮断器は、有効電力と無効電力を測定し、有効エネルギーと無効エネルギーを測定する必要があります。電力の送受信が可能な場合は、両方向の有効電力を測定し、両方向の有効エネルギーを測定する必要があります。位相遅れおよび位相進み動作の場合は、両方向の無効電力を測定し、両方向の無効エネルギーを測定する必要があります。

図5 水力発電所のバスバーの電気測定構成

表4 バス測定の選択

3.2.4 110kV以上のシャントリアクトルグループでは三相電流と無効電力を測定し、無効エネルギーを測定する必要があります。6.3kV〜66kVのシャントリアクトル回路では交流電流を測定する必要があります。

表5 原子炉測定の選択

3.3 プラント電力システムの電気計測とエネルギー計測

3.3.1 交流電流、有効電力、有効エネルギーは、工場用変圧器の高圧側で測定する必要があります。高圧側で測定条件が整わない場合は、低圧側で測定することができます。

3.3.2 工場電力の作業バスバーの交流電圧を測定する必要があります。中性点が効果的に接地されていない場合は、

線間電圧および三相電圧。中性線が有効に接地されている場合、3 つの線間電圧を測定する必要があります。

3.3.3 工場エリアの電源ラインでは三相電流を測定する必要があり、電気エネルギー測定のニーズに応じて有効エネルギーを測定することができます。

3.3.4 照明負荷のある50kVA以上の商用電力変圧器では三相電流を測定する必要があります。

3.3.5 55kW以上のモータ回路では少なくとも単相電流を測定する必要があります。

3.3.6 工場電力変圧器の低圧側が0.4kVの三相4線式の場合、三相電流を測定する必要があります。

3.3.7 工場電力用のセクション回路遮断器は単相電流を測定する必要があります。

3.3.8 ディーゼル発電機は、三相電流、三相電圧、有効電力を測定し、有効エネルギーを測定する必要があります。

図6 水力発電所の電力系統の電気測定構成

表6 プラント電力システムの電気計測構成の選択

3.4 直流電力システムの電気測定

3.4.1 DC電源システムでは、以下の項目を測定する必要があります。

1 降圧装置なしの DC システム バス電圧。

2 DC システム閉鎖バス電圧および降圧装置による制御バス電圧。

3 充電装置は電圧と電流を出力します。

4 バッテリーパックの電圧と電流。

3.4.2 バッテリー回路は浮遊充電電流を測定する必要があります。

3.4.3 固定制御弁式鉛蓄電池を使用する場合は、検査によって単一の電池または組み立てられた電池の電圧を測定することをお勧めします。

3.4.4 DC配電キャビネットはバス電圧を測定する必要があります。

3.4.5 DCバス絶縁試験は、現在の業界標準「水力発電所のDC電源システムの設計規格」NB/T 10606の関連規定に準拠する必要があります。

3.4.6 DC電源システムにマイコン監視装置が装備されている場合、従来の計測器では​​DCバス電圧とバッテリ電圧しか測定できません。

3.5 無停電電源システム（UPS）の電気測定

3.5.1 UPSは次の項目を測定する必要があります。

1 出力電圧。

2 出力周波数。

3 出力電力または電流。

3.5.2 UPS主配電盤は入力電流、バス電圧を測定する必要があります。