平成23年度 第一種 電気主任技術者二次試験 電力・管理
目次
問1 水車ランナ内における水の流れ
準備中
問2 一軸形コンバインドサイクル
天然ガスを燃料とする一軸形コンバインドサイクル(排熱回収サイクル)発電を複数台組み合わせた発電プラントについて,同容量の汽力発電プラントと比較した場合の特徴とその理由を以下の3点について述べよ。
- 起動時間
- 温排水量
- 大気温度と最大出力との関係
1. 起動時間
ガスタービンを使用した小容量機の組合せのため負荷変化率が大きくとれ,また,蒸気タービンの分担出力がプラント全体の 1/3 と小さく汽力発電と比べて蒸気タービンが小形となるため,短時間での起動が可能である。8 時間停止後の起動時間は,例えば 1 000 [MW] 級汽力発電プラントで約 3 時間であるが,一軸形コンバインドサイクル発電プラントの場合は 1 軸当たり約 1 時間である。
2. 温排水量
コンバインドサイクル発電プラントの蒸気タービンの入口蒸気条件は,汽力発電プラントに比べて圧力・温度ともに低くなり,分担出力はプラント全体の 1/3 と小さいため,温排水量は汽力発電プラントの 6 割程度となる。
3. 大気温度と最大出力との関係
コンバインドサイクル発電プラントはガスタービンを主体に構成されるため,最大出力は大気温度により大きく変化し,大気温度が低いほど出力が大きくなる。
ガスタービンは,高温域における耐久性の観点から,第一段動翼入口ガス温度の上限を定めて運転される。一方,ガスタービンの圧縮機の吸込空気体積流量は大気温度に関係なくほぼ一定であるため,大気温度が下がって空気密度が増加すると,吸込空気質量流量は増加するため,ガスタービン入口ガス温度の上限値までの加熱代が大きくなり,吸込質量流量の増加とあいまって,より多くの燃料が投入可能となり,ガスタービン最大出力が増加する。
蒸気タービンについては,ガスタービン最大出力の増加による排ガス量及び熱量の増大により,排熱回収ボイラでの蒸気発生量が増加し,出力が若干増加する。
問3 変圧器の三次側にコンデンサを設置
準備中
問4 電力設備の低圧制御回路の絶縁設計
電力設備の低圧制御回路の絶縁設計について,サージ対策の観点から次の問に答えよ。
- 低圧制御回路の絶縁設計に配慮すべき電圧サージを三つ挙げ,それらが制御回路へどのような経路で侵入するかについて,それぞれ説明せよ。
- 電気所内で,上記1.で挙げたサージに対して,サージ発生源における対策と配電盤における対策をそれぞれ具体的に述べよ。
低圧制御回路の絶縁設計に配慮すべき電圧サージ
低圧制御回路の絶縁設計で配慮すべき異常電圧はサージ性電圧であり,雷サージ,主回路開閉サージ,直流回路開閉サージに分類され,下記のように制御回路に侵入する。
雷サージ
- 電気所の母線,接地線などに雷サージ電流が流れ,近接する制御ケーブルに誘導により移行する。
- 計器用変圧器の一次側雷サージ電圧,電流が二次回路に誘導により移行する。
- 電気所の接地系に雷サージ電流が流入し,流入点の接地電位が上昇,近接する制御ケーブルに誘導により移行する。
主回路開閉サージ
- 遮断器や断路器の開閉で主回路に発生した開閉サージが計器用変成器の二次回路に誘導により移行する。
- GIS機器において,発生した開閉サージが接地電位を変動させ,近接する制御ケーブルに誘導により移行する。
直流回路開閉サージ
- 低圧制御回路である直流回路の容量性や誘導性の負荷を接点で開放するときに発生する。
地絡サージ
- ケーブル系統における地絡事故初期のサージ電流が計器用変成器の二次回路に誘導により移行する。
サージ発生源における対策と配電盤における対策
サージ発生源における対策
- 金属シース付きケーブルを採用し,シースの両端を接地する。雷サージ,断路器開閉サージを低減する最も効果的な対策である。
- 低圧制御ケーブルは施工時に高電圧主回路の導線から距離を置く。
- 直流回路では,リレー回路のコイルに並列コンデンサやダイオードなどを接続し,開閉サージ電圧の発生を抑制する。
配電盤における対策
- 避雷器又はコンデンサなどのサージ吸収装置を盤側端子に接続し,盤内へのサージ侵入を阻止する。
- 絶縁変圧器,中和コイルなどによって,盤側へのサージ侵入を阻止する。
問5 送電線保護装置の信頼度による供給支障確率
準備中
問6 OF ケーブルの異常診断法の測定内容と特徴
次の表は,OF ケーブルの異常診断法の測定内容と特徴(表 1),及び絶縁破壊事故が発生した場合の事故点測定法の長所と短所,事故点までの距離(表 2)に関する記述である。
異常診断法 | 測定内容 | 特徴 |
---|---|---|
油中ガス分析 | 採取した絶縁油中に溶解した放電や熱分解による分解生成ガスを抽出・分析する。 | 分析結果のガスの種類や量により,異常の有無と異常の程度を推定することが可能である。 |
絶縁油特性試験 | 採取した絶縁油の各特性(水分量,体積抵抗率,誘電正接,全酸価,絶縁破壊電圧)を測定する。 | 各特性の測定結果により,施工不良,気密性,絶縁油の汚損状況,熱劣化等を推定することで,異常の程度を推定することが可能である。 |
コアずれ測定 | 放射線によりケーブルや接続箱の内部を撮影し,内部状況を調査する。 | セミストップ部の変形,遮へい層の乱れや,コアずれ量による接続箱内の絶縁紙のずれや損傷を把握し,油中ガス分析と組み合わせることで,異常の程度を推定することが可能である。 |
部分放電測定 | 発生している部分放電を測定し,一定時間内に発生する部分放電パルス数等を電圧や時間で管理する。 | 油中ガス分析では検出困難なケーブル部の部分放電位置の検出に有効である。停電ができない電線路の測定が可能である。 |
事故点推定法 | 長所 | 短所 | 測定端から事故点までの距離:$l$ |
---|---|---|---|
マーレーループ法 | 導体抵抗を利用したホイートストンブリッジ法のため,測定精度が高く,誤差は 1 [%] 程度以下である。 | 並行健全相がない場合,事故点が放電する場合,断線事故には適用することができない。 | ケーブル全長を $L$/相,測定辺抵抗を $R_1$,$R_2$ とすると,$l$ は2L・R1/(R1+R2)または2L・R2/(R1+R2)と表される。 |
パルスレーダ法 | パルス電圧を送出し,事故点からの反射パルスを検知するため,地絡,短絡事故や断線事故に適用できる。 | 測定操作,パルス波形の判読に熟練を要する。 | 第 1 波パルスと第 2 波パルスの時間差を $t$,ケーブル内のサージ伝搬速度を $v$ とすると,$l$ は $vt/2$ と表される。 |