《電力・管理》〈送電〉[R01:問3]送電線事故時の過渡安定性に関する論説問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

図に示す\( \ 1 \ \)機無限大母線系統の\( \ 2 \ \)回線送電線において，\( \ 1 \ \)回線の送電線母線の至近端で事故が起こり，当該回線の三相遮断が行われた場合の過渡安定性について，次の問に答えよ。

(1)　\( \ 3 \ \)線地絡事故時に比べ\( \ 1 \ \)線地絡事故時の方が，過渡安定性面から見た送電線事故の過酷度合いは低い。この理由を，事故中の送電電力の違いをもとに，\( \ 200 \ \)字程度以内で説明せよ。

(2)　\( \ 3 \ \)線地絡事故に対し，事故除去時間が短いほど過渡安定性の余裕が増大する。この理由を，図中の\( \ P \ \)，\( \ P_{\mathrm {m}} \ \)，\( \ \delta \ \)を用いた等面積法の図を描き，説明せよ。ここに事故中の事故点電圧は零とする。

(3)　一般に，発電機励磁系に超速応励磁装置を用いて過渡安定性を改善する場合，\( \ \mathrm {PSS}\left( \mathrm {Power \ System \ Stabilizer }\right) \ \)を組み合わせることが多い。\( \ \mathrm {PSS} \ \)を組み合わせる目的と\( \ \mathrm {PSS} \ \)の基本機能を\( \ 200 \ \)字程度以内で説明せよ。

【ワンポイント解説】

送電線の事故に関する問題は１種の二次試験では頻出の問題となっています。いずれの設問も重要な内容となるので，確実に理解しておくようにしておきましょう。

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　　一機無限大母線系統の過渡安定性と等面積法

【解答】

(1)\( \ 3 \ \)線地絡事故時に比べ\( \ 1 \ \)線地絡事故時の方が，過渡安定性面から見た送電線事故の過酷度合いは低い理由
(ポイント)
・\( \ 1 \ \)線地絡と\( \ 3 \ \)線地絡の等価回路図を描くと最も分かりやすいと思いますが，等価回路図より明らかに事故点の正相電圧の大きさは，\( \ 3 \ \)線地絡時より\( \ 1 \ \)線地絡時の方が大きくなり送電電力が大きく，発電機の加速エネルギーが小さくなることがわかります。

(試験センター解答例)
\( \ 1 \ \)線地絡の場合，事故中の正相分等価回路では，事故点インピーダンスとして事故点から見た逆相及び零相インピーダンスが挿入される。一方，\( \ 3 \ \)線地絡時には，等価回路では事故点は短絡される。このため事故中における事故点の正相電圧の大きさは，\( \ 3 \ \)線地絡時より\( \ 1 \ \)線地絡時の方が大きくなる。これにより\( \ 1 \ \)線地絡時の方が，事故中の発電機の送電電力が大きくなり，発電機の加速が抑制されるため，過渡安定性面から見た過酷度合いは小さくなる。

(2)\( \ 3 \ \)線地絡事故に対し，事故除去時間が短いほど過渡安定性の余裕が増大する。この理由
(ポイント)
・図3に示すような等面積法を理解しているかどうかが問われています。送電電力\( \ P \ \)と相差角\( \ \delta \ \)の関係\( \ \left( \displaystyle P=\frac {V_{\mathrm {s}}V_{\mathrm {r}}}{x}\sin \delta \right) \ \)を表す図3のような\( \ P-\delta \ \)曲線の\( \ \mathrm {a} \ \)で安定運転していた場合を想定します。発電機が事故が発生すると，多量の無効電力が流れ，\( \ \mathrm {b} \ \)点に移動します。事故を除去する\( \ \mathrm {c} \ \)点まで発電機は加速し，事故除去後，線路は一相分なくなる分事故前よりリアクタンスが大きくなるため，\( \ P-\delta \ \)曲線は緑線になり，\( \ \mathrm {d} \ \)点に移動します。その後，発電機は減速エネルギーが働き始め，\( \ \mathrm {e} \ \)点まで進むと減速を開始し，元の出力と同じ\( \ \mathrm {f} \ \)点まで行くと発電機は安定します。減速エネルギーが足りず，\( \ \mathrm {e}^{\prime } \ \)点まで行ってしまうと脱調します。本問の「事故除去時間が短い」とは\( \ \mathrm {b}-\mathrm {c} \ \)間の距離が短くなることを意味します。

(試験センター解答例)
・図のように，事故除去時間が短くできれば，加速エネルギーを小さくでき，これが安定性余裕の増大につながる。( \( \ S_{1}＞S_{1}^{\prime } \ \))

(3)超速応励磁装置と\( \ \mathrm {PSS} \ \)を組み合わせる目的と\( \ \mathrm {PSS} \ \)の基本機能
(ポイント)
超速応励磁装置により図3の励磁の応答を速くし，頂上電圧を大きくすることができますが，第\( \ 2 \ \)波以降の動揺対策として電力系統安定化装置(\( \ \mathrm {PSS} \ \))が付加されています。

(試験センター解答例)
［目的］
速応励磁を用いた場合，発電機の第\( \ 1 \ \)波動揺の抑制には効果があるが，第\( \ 2 \ \)波以降の減衰が悪化する場合がある。\( \ \mathrm {PSS} \ \)はこの減衰を改善することを目的とする。
［基本機能］
\( \ \mathrm {PSS} \ \)は，発電機出力，発電機回転数などを入力信号とし，対象とする動揺周期に対し発電機加速(減速)時には励磁を強める(弱める)ように位相と大きさを調整し，動揺を抑制するための自動電圧調整装置(\( \ \mathrm {AVR} \ \))への補助信号を生成する。