JP2015228749A - ガス絶縁開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揚水式の水力発電所に採用されるものであっても、据付スペースを小さくして用地面積の増大を招くことはなく、経済性に優れたガス絶縁開閉装置を提供すること。【解決手段】本発明のガス絶縁開閉装置は、上記課題を解決するために、送電線に接続される線路側と発電機に接続される発電機側の２つの三相一括母線用引出口を有し、これら２つの前記三相一括母線用引出口の間には、揚水時に前記発電機をモータに切替えるモータ用断路器と、発電機を可動している通常時に前記モータを発電機に切替える発電機用断路器とを備え、少なくとも前記モータ用断路器と発電機用断路器が、１つの密閉容器に内包されていることを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明はガス絶縁開閉装置に係り、特に、揚水式水力発電所に用いられ、通常時は発電機を可動するために、揚水時は発電機をモータとして使用するために相反転を行うものに好適なガス絶縁開閉装置に関する。

一般に、発電所や変電所に用いられる電気機器は、その規模をコンパクトに構成するために、ＳＦ_６ガスなどの絶縁ガスで密閉するガス絶縁開閉装置が広く用いられている。特に、山間部に建設される水力発電所では、周囲の環境等により機器を地下に設置する地下式構造となることが多く、膨大な建設費用を抑えるため、所要容積を最小にすることが必要とされている。また、水力発電所では、夜間の余剰電力を有効利用するため、揚水式の水力発電所が建設されている。

図１は、揚水式の水力発電所における発電機側と線路側を結ぶガス絶縁開閉装置の単線結線図の代表例であり、線路側である主母線１に接続されている回線上に、断路器５、遮断器２、発電機用断路器３及びモータ用断路器４が設置され、発電機用断路器３及びモータ用断路器４は、並列に配置されてケーブルヘッド９を介して発電機側と接続されている。なお、図中の符号６、７及び８は接地開閉器である。

そして、発電機を可動している通常時は、発電機用断路器３を投入しモータ用断路器４を切断して運用しているが、発電機用断路器３を切断しモータ用断路器４を投入した時、相極性を反転させることで発電機をモータとして使用でき、揚水を行うことが可能となっている。

このような機器構成とすることで、発電時と揚水時を発電機用断路器３及びモータ用断路器４の２台の断路器により切替え可能なため、遮断器等その他の機器を同一とした効率的な機器運用が可能となる。

上記の揚水式水力発電所に用いられるガス絶縁開閉装置の背景技術として、特許文献１に記載されたものがある。

この特許文献１に記載されているガス絶縁開閉装置の詳細を図２、図３及び図４に示す。

図２に示す例は、発電機に接続される発電機側の接続部として発電機側ケーブルヘッド９ａが、送電線に接続される線路側の接続部として線路側ケーブルヘッド９ｂがそれぞれ設けられ、これらの発電機側ケーブルヘッド９ａと線路側ケーブルヘッド９ｂは、互いに対向して配置されている。また、発電機側ケーブルヘッド９ａには、発電機側ケーブルヘッド９ａと線路側ケーブルヘッド９ｂを結ぶ直線に沿って三相一括母線１１ａ、密閉容器３Ａ内に接点が収納された発電機用断路器３及び三相一括母線１１ｃが順次接続されている。更に、三相母線１１ｃには、線路側ケーブルヘッド９ｂが接続されている。

また、三相一括母線１１ａ、１１ｃには、下方に引き出された分岐部が形成されており、ここに三相一括母線１１ｂ、１１ｄが接続され、三相一括母線１１ｂ、１１ｄの間には、発電機側ケーブルヘッド９ａと線路側ケーブルヘッド９ｂを結ぶ直線に沿って密閉容器４Ａ内に接点が収納されたモータ用断路器４が接続されている。このモータ用断路器４は、発電機用断路器３の真下に配置されている。

一方、図３及び図４に示す例は、発電機側ブッシング１２ａ、１２ｂ、１２ｃと線路側ブッシング１３ａ、１３ｂ、１３ｃとは互いに平行に配置され、発電機側ブッシング１２ａ、１２ｂ、１２ｃのうち中相の発電機側ブッシング１２ｂには、発電機側ブッシング１２ａ、１２ｂ、１２ｃの並びとは直角方向に三相一括母線１１ｆ及び密閉容器３Ａ内に接点が収納された発電機用断路器３が接続されている。

また、三相一括母線１１ｆには、発電機側ブッシング１２ａ、１２ｂ、１２ｃの並びと平行な方向に延びる分岐部が形成されており、ここに三相一括母線１１ｅが接続され、この三相一括母線１１ｅには、発電機側ブッシング１２ａ、１２ｂ、１２ｃの並びとは直角方向に密閉容器４Ａ内に接点が収納されたモータ用断路器４が接続されている。

更に、発電機用断路器３及びモータ用断路器４には、線路側ブッシング１３ａ、１３ｂ、１３ｃの並びとは直角方向に三相一括母線１１ｇ、１１ｈが接続され、また、三相一括母線１１ｈは、線路側ブッシング１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうち中相の線路側ブッシング１３ｂに接続されている。

つまり、特許文献１の図２に示す例と図３及び図４に示す例は、互いに対向する発電機側と線路側の接続部の間に、電気的に並列に接続された発電機用断路器３及びモータ用断路器４が並べて配置され、この２台の発電機用断路器３及びモータ用断路器４により、発電機を発電用とモータ用に切替えして使用されるガス絶縁開閉装置である。

特開平１０−１１２９０６号公報

しかしながら、上述した特許文献１のいずれの例も、発電機用断路器３とモータ用断路器４が密閉容器３Ａと密閉容器４Ａ内に接点が収納されており、それぞれ個別の密閉容器３Ａ、４Ａにより構成されるため、２台の密閉容器３Ａ、４Ａが必要となる。また、２台の発電機用断路器３とモータ用断路器４と相切替部の密閉容器３Ａ、４Ａも別になっていることから、それらを接続するために複数の接続用の母線ユニットが必要となる。

このことは、ガス絶縁開閉装置の据付スペースを拡大させることになり、ひいては揚水式水力発電所の用地面積の増大を招く恐れがある。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、揚水式の水力発電所に採用されるものであっても、据付スペースを小さくして用地面積の増大を招くことはなく、経済性に優れたガス絶縁開閉装置を提供するにある。

本発明のガス絶縁開閉装置は、上記目的を達成するために、送電線に接続される線路側と発電機に接続される発電機側の２つの三相一括母線用引出口を有し、これら２つの前記三相一括母線用引出口の間には、揚水時に前記発電機をモータに切替えるモータ用断路器と、発電機を可動している通常時に前記モータを発電機に切替える発電機用断路器とを備え、少なくとも前記モータ用断路器と発電機用断路器が、１つの密閉容器に内包されていることを特徴とする。

本発明によれば、揚水式の水力発電所に採用されるものであっても、据付スペースを小さくして用地面積の増大を招くことがなくなり、経済性に優れたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

揚水式の水力発電所における発電機側と線路側を結ぶガス絶縁開閉装置の単線結線図である。 揚水式の水力発電所に採用される従来のガス絶縁開閉装置の一例を示す平面図の例である。 揚水式の水力発電所に採用される従来のガス絶縁開閉装置の他の例を示す平面図である。 図３の側面図である。 本発明のガス絶縁開閉装置の実施例１を一部断面して示す正面図である。 本発明のガス絶縁開閉装置の実施例１における密閉容器を示す断面図である。 本発明のガス絶縁開閉装置の実施例１における相切替導体を示す斜視図である。 本発明のガス絶縁開閉装置の実施例２を一部断面して示す正面図である。 本発明のガス絶縁開閉装置の実施例３を一部断面して示す正面図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明のガス絶縁開閉装置を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図５乃至図７に、本発明のガス絶縁開閉装置の実施例１を示す。該図に示す本実施例は、２台の相切替用断路器である発電機用断路器とモータ用断路器を垂直に、即ち、発電機用断路器とモータ用断路器の開閉動作の軸を垂直に配置した構成の例である。

図５は、実施例１における２台の相切替断路器である発電機用断路器３とモータ用断路器４を用いた、揚水式の水力発電所におけるガス絶縁開閉装置の構成を示すものである。

該図に示す如く、本実施例のガス絶縁開閉装置は、１つの金属製の密閉容器１４内に２台の相切替用断路器である発電機用断路器３とモータ用断路器４（三相一括）が、垂直（発電機用断路器３とモータ用断路器４の極間方向、即ち、開閉動作方向が図５の上下方向）に配置され、合計６相分の相切替用断路器を構成している。このモータ用断路器４と発電機用断路器３は互いに平行に配置され、かつ、電気的に並列に接続されている。また、密閉容器１４の一方である三相一括母線用引出口２３は気中ブッシング１２に接続され、もう一方の三相一括母線用引出口２４はケーブルヘッド９に接続されている。

なお、本実施例は、同じ密閉容器１４内に三相交流を流す三相一括方式であり、三相交流に３つの密閉容器を用いる単相方式の構成ではない。

気中ブッシング１２が送電線側、ケーブルヘッド９が発電機側に接続されていれば、発電時には発電機側から発電機用断路器３を通して送電線側に潮流が流れ、揚水時には送電線側からモータ用断路器４を通して発電機側に潮流が流れることになる。この相切替用断路器である発電機用断路器３とモータ用断路器４を収納する密閉容器１４内の詳細構成を図６を用いて、以下に説明する。

図６は、図５における発電機用断路器３とモータ用断路器４を収納する密閉容器１４の内部構造の詳細である。

該図に示す如く、発電機用断路器３とモータ用断路器４は、１つの密閉容器１４に内包されている。この密閉容器１４は、２つの絶縁スペーサ１５を介して２つの三相一括母線用引出口２３、２４を持ち、絶縁スペーサ１５に支持され片側の三相一括母線用引出口２３から引出される引出用導体２１、モータ用断路器４及び発電機用断路器３、モータ用断路器４及び発電機用断路器３を接続する断路器間接続導体１８、発電機をモータに切替える相切替導体１９、モータを発電機に切替える相切替導体２０、絶縁スペーサ１５に支持されもう一方の三相一括母線用引出口２４から引出される引出用導体２２まで順に接続され、それらは全て１つの密閉容器１４に内包されている。

また、２つの三相一括母線用引出口２３、２４は、モータ用断路器４と発電機用断路器３の開閉動作方向（図６の上下方向）と直交する方向（水平方向）に位置していると共に、気中ブッシング１２側の三相一括母線用引出口２３とケーブルヘッド９側の三相一括母線用引出口２４が、モータ側断路器４と発電機側断路器３を介して平面から見て一直線になるように配置されている。

更に、本実施例では、発電機用断路器３とモータ用断路器４は、互いに平行に並んで配置されているが、密閉容器１４の長手方向が垂直で構成している図６の場合は、２つの発電機用断路器３とモータ用断路器４を水平方向に並べて配置している。なお、１６はＳＦ_６ガスなどの絶縁ガス、１７ａは発電機用断路器３を操作する断路器用操作器、１７ｂはモータ用断路器４を操作する断路器用操作器である。

このような構成の本実施例において、例えば、発電時は、発電機から発生した電気を送電するために発電機用断路器３は「入」とし、モータ用断路器４は「切」の状態とすることで、電気は引出用導体２２、相切替導体２０、発電機用断路器３、断路器間接続導体１８、モータ用断路器４、引出用導体２１を介して気中ブッシング１２に送電される。

反対に揚水時には、発電機がモータ駆動させるために、モータ用断路器４は「入」に、発電機用断路器３は「切」として運用する（図６の状態）。即ち、揚水時には、気中ブッシング１２からの電気が、引出用導体２１、モータ用断路器４、相切替導体１９、引出用導体２２を介して発電機に流れ、発電機をモータとして運転し揚水を行うものである。

このように、発電用とモータ用とを切り替えるためには、前述したモータ用断路器４と発電機用断路器３を操作することにより、発電時と揚水時の三相の相順を切替える必要があり、本実施例では、密閉容器１４内で高電圧導体の相順を入れ換える構成をとっている。

また、気中ブッシング１２側の三相一括母線用引出口２３とケーブルヘッド９側の三相一括母線用引出口２４が、モータ側断路器４と発電機側断路器３を介して一直線になるように配置されているので、気中ブッシング１２とケーブルヘッド９を連絡する導体を、最も短く構成することができる。また、モータ側断路器４と発電機側断路器３を並べて対称に配置することにより、モータ側断路器４と発電機側断路器３の構成部品を共用することが可能であると共に、モータ側断路器４と発電機側断路器３の操作時の構造物に掛る応力のアンバランスを防止でき、信頼性の高い構造といえる。

ところで、ガス絶縁開閉装置は高電圧機器であるため、本実施例のような三相一括方式の場合は、それぞれの相間の絶縁性能を確保しつつ２つの相を入れ替える必要がある。これを図７を用いて説明する。

図７は、図６における相切替導体１９、２０の斜視図の一例である。

該図に示すように、発電機用断路器３と相切替導体２０は、発電機用断路器３ａと相切替導体２０ａ、発電機用断路器３ｂと相切替導体２０ｂ、発電機用断路器３ｃと相切替導体２０ｃがそれぞれ接続されており、相切替導体２０と引出用導体２２は、相切替導体２０ａと引出用導体２２ａ、相切替導体２０ｂと引出用導体２２ｂ、相切替導体２０ｃと引出用導体２２ｃがそれぞれ接続されている。そのため、発電機用断路器３を通過する電流は、発電機用断路器３ａから引出用導体２２ａ、発電機用断路器３ｂから引出用導体２２ｂ、発電機用断路器３ｃから引出用導体２２ｃに引出される。

一方、モータ用断路器４と相切替導体１９は、モータ用断路器４ａと相切替導体１９ａ、モータ用断路器４ｂと相切替導体１９ｂ、モータ用断路器４ｃと相切替導体１９ｃがそれぞれ接続されており、相切替導体１９と相切替導体２０は、相切替導体１９ａと相切替導体２０ｃ、相切替導体１９ｂと相切替導体２０ｂ、相切替導体１９ｃと相切替導体２０ａがそれぞれ接続されている。そのため、モータ用断路器４を通過する電流は、モータ用断路器４ａから引出用導体２２ｃ、モータ用断路器４ｂから引出用導体２２ｂ、モータ用断路器４ｃから引出用導体２２ａに引出される。

即ち、発電機用断路器３とモータ用断路器４は、断路器間接続導体１８により、発電機用断路器３ａとモータ用断路器４ａ、発電機用断路器３ｂとモータ用断路器４ｂ、発電機用断路器３ｃとモータ用断路器４ｃがそれぞれ接続されているため、発電機用断路器３による運用時とモータ用断路器４による運用時で引出用導体２２ａと引出用導体２２ｃに引出される電流の相を反転させることができる。

図７では、真ん中の相はそのままで端の２相を入れ替える構成であるが、端相の一方を固定して他の端相と真ん中の相を入れ替える構成でも同様である。

このように、モータ側断路器４と発電機側断路器３の固定側に隣接して相入替導体１９、２０を配置することにより、１つの密閉容器１４内にモータ側断路器４と発電機側断路器３と相入替導体１９、２０を持つことができると共に、密閉容器１４の長手方向の長さをコンパクトにすることが可能となる。

このような本実施例によれば、揚水式の水力発電所に採用されるものであっても、１つの密閉容器１４内に、２つのモータ用断路器４と発電機用断路器３を収納しているので、ガス絶縁開閉装置の据付スペースを小さくできるので、用地面積の増大を招くことがなくなり、経済性に優れたガス絶縁開閉装置を得ることができる。

図８に、本発明のガス絶縁開閉装置の実施例２を示す。該図に示す本実施例では、実施例１で説明したモータ側断路器４と発電機側断路器３を、水平に配置した構成の例である。

図８に示す本実施例のモータ側断路器４と発電機側断路器３は、既に図６で説明したものと同一の部品にて構成され、図７で説明した機構により同一の相切替機能を有する。

そして、本実施例では、２つの三相一括母線用引出口２３、２４が、モータ用断路器４と発電機用断路器３の開閉動作方向（水平方向）の軸に対して同一方向に位置していることを特徴とする。また、図８では、上記２つの三相一括母線用引出口２３、２４の方向に沿って、ケーブルヘッド９ｃ、９ｄが接続されている。

このような本実施例の構成とすることにより、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、実施例１のような発電機用断路器３とモータ用断路器４を垂直に配置する構成よりも、高さ方向を抑えることができる。

図９に、本発明のガス絶縁開閉装置の実施例３を示す。該図に示す本実施例では、実施例１の構成に加え、発電機用断路器３とモータ用断路器４を有する密閉容器１４内に接地開閉器を内包した構成の例であり、発電機回線の１つとして、主母線１に接続されている構成例である。

図９に示す本実施例のモータ側断路器４と発電機側断路器３は、既に図６で説明したものと同一の部品にて構成され、図７で説明した機構により同一の相切替機能を有する。

そして、本実施例では、発電機用断路器３とモータ用断路器４に対して、一方の三相一括母線用引出口２３側に接地開閉器７と、もう一方の三相一括母線用引出口２４側に接地開閉器８を有し、かつ、その接地開閉器７、８は、発電機用断路器３とモータ用断路器４を有する密閉容器１４と同一の密閉容器１４内に内包され構成されている。即ち、本実施例では、実施例１及び実施例２で示したような相切替を行うだけでなく、通常の断路器の機能を有することになる。このような構成の場合は、発電機用断路器３とモータ用断路器４に隣接して遮断器２が配置され、その遮断器２は事故電流を遮断する機能を有する。

なお、図９に示す実施例は、発電機用断路器３とモータ用断路器４を垂直に配置し、片方の三相一括母線用引出口２３を遮断器２、接地開閉器６、断路器５、主母線１に接続し、もう一方の三相一括母線用引出口２４をケーブルヘッド９に接続している。

このような本実施例の構成でも、実施例１と同様な効果が得られる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…主母線、２…遮断器、３、３ａ、３ｂ、３ｃ…発電機用断路器、４、４ａ、４ｂ、４ｃ…モータ用断路器、３Ａ、４Ａ、１４…密閉容器、５…断路器、６、７、８…接地開閉器、９…ケーブルヘッド、９ａ…発電機側ケーブルヘッド、９ｂ…線路側ケーブルヘッド、９ｃ、９ｄ…１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ…三相一括母線、１２…気中ブッシング、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…発電機側ブッシング、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ…発電機側ブッシング、１５…絶縁スペーサ、１６…絶縁ガス、１７ａ、１７ｂ…断路器用操作器、１８…断路器間接続導体、１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…相切替導体、２１、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…引出用導体、２３、２４…三相一括母線用引出口。

Claims (9)

1. 送電線に接続される線路側と発電機に接続される発電機側の２つの三相一括母線用引出口を有し、これら２つの前記三相一括母線用引出口の間には、揚水時に前記発電機をモータに切替えるモータ用断路器と、発電機を可動している通常時に前記モータを発電機に切替える発電機用断路器とを備え、少なくとも前記モータ用断路器と発電機用断路器が、１つの密閉容器に内包されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
2. 請求項１に記載のガス絶縁開閉装置において、
   前記モータ用断路器と発電機用断路器は互いに平行に配置され、かつ、電気的に並列に接続されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
3. 請求項１又は２に記載のガス絶縁開閉装置において、
   前記モータ側断路器と発電機側断路器を接続する断路器間接続導体と、前記発電機をモータに切替えるモータ用断路器の相切替導体と、前記モータを発電機に切替える発電機用断路器の相切替導体と、前記線路側及び前記発電機側の２つの前記三相一括母線用引出口から引出される引出用導体が、前記密閉容器に内包されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置において、
   ２つの前記三相一括母線用引出口は、前記モータ用断路器と発電機用断路器の開閉動作方向と直交する方向に位置していることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置において、
   ２つの前記三相一括母線用引出口は、前記モータ用断路器と発電機用断路器の開閉動作方向と同一方向に位置していることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置において、
   ２つの前記三相一括母線用引出口から引出される前記引出用導体のそれぞれの途中に接地開閉器が接続され、それぞれの前記接地開閉器が前記密閉容器に内包されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置において、
   ２つの前記三相一括母線用引出口は、一方がブッシングを介して前記線路側に、他方がケーブルヘッドを介して前記発電機側に接続されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
8. 請求項７に記載のガス絶縁開閉装置において、
   前記ブッシング側の三相一括母線用引出口と前記ケーブルヘッド側の三相一括母線用引出口が、２つの前記モータ側断路器と発電機側断路器を介して平面から見て一直線になるように配置されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
9. 請求項３乃至８のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置において、
   ２つの前記三相一括母線用引出口のそれぞれに絶縁スペーサが配置され、該絶縁スペーサに前記引出用導体が支持されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。

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