定格出力1 000 MW,速度調定率5 %のタービン発電機と,定格出力300 MW,速度調定率3 %の水車発電機が電力系…
電力 第2問
定格出力1 000 MW,速度調定率5 %のタービン発電機と,定格出力300 MW,速度調定率3 %の水車発電機が電力系統に接続され,前者は80%出力,後者は60%出力にて定格周波数(50Hz)でガバナフリー運転を行っている。負荷が急変して,系統周波数が0.2 Hz 低下したとき,タービン発電機と水車発電機の出力[MW]の組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。ただし,このガバナフリー運転におけるガバナ特性は直線とし,次式で表される速度調定率に従うものとする。また,この系統内で周波数調整を行っている発電機はこの2 台のみとする。速度調定率={(n₂-n₁)/nn}÷{(P₁-P₂)/Pn}×100 [%]P₁:初期出力[MW] n₁:出力P₁ における回転速度[min⁻¹]P₂:変化後の出力[MW] n₂:変化後の出力P₂ における回転速度[min⁻¹]Pn:定格出力[MW] nn:定格回転速度[min⁻¹]
- (1)タービン発電機: 720 MW 水車発電機: 140 MW
- (2)タービン発電機: 733 MW 水車発電機: 147 MW
- (3)タービン発電機: 867 MW 水車発電機: 213 MW
- (4)タービン発電機: 880 MW 水車発電機: 220 MW
- (5)タービン発電機: 933 MW 水車発電機: 204 MW
正答 (4)
正答は (4)。
【速度調定率とは】
速度調定率は、発電機の出力を変えたときに回転速度(すなわち系統周波数)がどれだけ変化するかを表す割合です。
速度調定率 = (回転速度の変化の割合)
÷ (出力の変化の割合) × 100 [パーセント]
回転速度の変化の割合は定格回転速度を基準に、出力の変化の割合は定格出力を基準に取ります。周波数は回転速度に比例するので、回転速度の変化の割合は周波数の変化の割合に置き換えて計算できます。
【周波数の変化の割合】
定格周波数50Hz に対し0.2Hz 低下したので
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周波数の変化の割合 = - 0.2 ÷ 50
= - 0.004
周波数が下がったということは、負荷が発電を上回ったということなので、ガバナは出力を増やす向きに動きます。つまり出力の変化は正の値になります。
【タービン発電機】
速度調定率が5パーセントなので
0.05 = 0.004 ÷ (ΔP ÷ Pn)
ΔP ÷ Pn = 0.004 ÷ 0.05
= 0.08
ΔP = 0.08 × 1000
= 80 [MW]
初期出力は定格の80パーセントですから
P1 = 1000 × 0.8 = 800 [MW]
P2 = 800 + 80 = 880 [MW]
【水車発電機】
速度調定率が3パーセントなので
ΔP ÷ Pn = 0.004 ÷ 0.03
= 0.1333
ΔP = 0.1333 × 300
= 40 [MW]
初期出力は定格の60パーセントですから
P1 = 300 × 0.6 = 180 [MW]
P2 = 180 + 40 = 220 [MW]
【結論】
タービン発電機880MW、水車発電機220MW の組合せをもつ (4) が正答です。
【検算】
それぞれの出力増加分を定格で割り、周波数の変化の割合と比べます。
タービン 0.004 ÷ (80 ÷ 1000) × 100 = 5 [パーセント]
水車 0.004 ÷ (40 ÷ 300) × 100 = 3 [パーセント]
題意の速度調定率に戻りました。
【考え方のこつ】
速度調定率が小さい発電機ほど、同じ周波数変化に対して出力を大きく変える、すなわち周波数の変化に敏感に反応します。本問でも、定格容量は水車発電機のほうがずっと小さいのに、定格に対する増加の割合は 80 ÷ 1000 = 8パーセント に対し40 ÷ 300 = 13.3パーセント と、水車のほうが大きくなっています。また、周波数が低下したときに出力が増える向きになることを必ず確かめてください。符号を逆にすると(1)の値になってしまいます。
出典:令和5年度下期第三種電気主任技術者 電力科目 問2(一般財団法人 電気技術者試験センター 公表)出典元ページ
最終更新日
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