電験三種 令和5年度(2023) 下期 電力 問2 過去問解説
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(50 Hz)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 $= \dfrac{\dfrac{n_2 - n_1}{n_{\mathrm{n}}}}{\dfrac{P_1 - P_2}{P_{\mathrm{n}}}} \times 100$[%]
$P_1$:初期出力[MW],$P_2$:変化後の出力[MW],$P_{\mathrm{n}}$:定格出力[MW]
$n_1$:出力 $P_1$ における回転速度[min⁻¹],$n_2$:変化後の出力 $P_2$ における回転速度[min⁻¹],$n_{\mathrm{n}}$: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
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正解は(4)
使う公式
速度調定率から出力の変化 $\dfrac{P_2 - P_1}{P_{\mathrm{n}}} = \dfrac{1}{R} \times \dfrac{n_1 - n_2}{n_{\mathrm{n}}}$(R:速度調定率(小数)、$P_1$,$P_2$:変化前・後の出力[MW]、$P_{\mathrm{n}}$:定格出力[MW]、$\dfrac{n_1 - n_2}{n_{\mathrm{n}}}$:回転速度の下がった割合=周波数の下がった割合)
解説
【考え方】周波数が下がると、発電機は自動で出力を増やします(ガバナフリー運転)。増える量を速度調定率から出します。
■1 数字を整理する
タービン発電機 定格 1 000 MW、速度調定率 5 %=0.05、今の出力 $1000 \times 0.8 = 800\,\mathrm{MW}$
水車発電機 定格 300 MW、速度調定率 3 %=0.03、今の出力 $300 \times 0.6 = 180\,\mathrm{MW}$
■2 周波数の下がった割合
回転速度は周波数に比例するので、速度の下がった割合は
$\dfrac{0.2}{50} = 0.004$(0.4 %)
■3 タービン発電機
定格の何倍増えるか $\dfrac{0.004}{0.05} = 0.08$
増える出力 $1000 \times 0.08 = 80\,\mathrm{MW}$
変化後 $800 + 80 = 880\,\mathrm{MW}$
■4 水車発電機
定格の何倍増えるか $\dfrac{0.004}{0.03} = \dfrac{2}{15}$
増える出力 $300 \times \dfrac{2}{15} = 40\,\mathrm{MW}$
変化後 $180 + 40 = 220\,\mathrm{MW}$
答えは(4)ピヨ。
出典:令和5年度(2023) 下期 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)電力 問2