JPH01257771A - 水力発電所の水車起動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ダム式発電所等の有効落差か変化する水力発
電所に係り、特に当該水力発電所の水車の起動開度を有
効落差の変化に応じて無段階で自動制御する水車起動制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

ダム式発電所等においては、四季の変化、雨量の変化あ
るいは発電のための水の使用流量の変化によって有効落
差が変化する。水車の起動時にはこの有効落差の変化に
合わせて起動開度を変える必要がある。起動開度の位置
が低いと起動できず、起動開度位置か高過き′るとオー
バスピードとなるからである。

従来、水車の起動開度制御は、調速機において行なわれ
ている。ここで、第５図に、−船釣な調速機の例を示し
、第６図にその調速機に付設された負荷制限用起動開度
切換え制御回路を示す。水車起動時には、第６図の制御
回路により起動開度制御を行ない、起動後は電気調速機
１に切替で調速運転か行われる。

まず、調速機全体の概要を説明する。第５図において、
電気調速機１は速度調整器７による設定値に従って、速
度指令を出力する。その出力はコンバータコイル２に対
して与えられ、案内羽根開度６のレターン値（フィード
バック値）に一致するまで出力される。負荷制限器３か
低い位置にあるときは電気調速機１から速度調整器７の
設定値に従った］二げ指令を出力してもコンバータ４は
負荷制限アーム８に押さえられて上がることばてきない
。

なお、水車起動時は電気調速機１に電源か与えられない
ため、直流電源（ＤＣｌｌＯＶ）により不足電圧リレー
５の接点を介してコンバータコイル２に対して上げ指令
を出力する。このとき、負荷制限器３は起動開度の位置
まで上げていないと水車は起動しない。水車か起動し、
電気調速１１１１の電源が投入されると不足電圧リレー
５が復帰し、コンバータコイル２は電気調速機１側に切
替って調速運転が行なわれる。

次に、第６図の制御回路による水車起動制御について説
明する。

水車起動指令か与えられると、起動開度用補助リレー１
１により負荷制限器３を起動開度位置まで上げる。この
とき、有効落差の状態に合わせるため、落差切換スイッ
チ１３を高落差又は低落差のいずれかに切換えるように
なっている。これに合わせて、負荷制限器３の起動開度
位置用リミットスイッチ２４ｂ１，２４ｂ２もそれぞれ
高落差用、低落差用に調整する必要がある。なお、起動
開度位置までの上げ指令は、水車回転検出リレー１５の
動作かまたは電気調速機１の電圧検出りし−５か動作す
るまて出力される。

負荷制限器３か起動開度位置まで」二す、水車が起動す
ると、水車かオーバースピードとなるのを抑制するため
、負荷制限器３を無負荷開度位置まで下げなければなら
ない。この操作は無負荷開度用補助リレーＪ２により行
われるが、このときも落差切換スイッチ１３を高落差ま
たは低落差に切換えるとともに、負荷制限器３の無負荷
開度位置用リミッ１〜スイッチ２５　ａ　１．２５　ａ
　２も同様にそれぞれ高落差用または低落差用に調整す
る必要がある。なお、負荷制限器３は、起動開度調整お
よび無負荷開度調整の他に、手動の負荷調整回路か接続
される（図示せず）。なおまた、第６図において、符号
っけ主幹制御リレー、１０は並列しや断器用補助リレー
、１４は調速機用ソレノイド接点を示している。

〔発明か解決しようとする課題〕

上記のように、従来の起動制御回路では、水車起動時の
有効落差か前回起動時の有効落差より変化した場合、そ
の変化した有効落差か高落差か低落差かに合わせて落差
切換スイッチを手動により切替操作する必要かある。ま
た、この切替操作に合わせて負荷制限器３の起動開度位
置用リミットスイッチ２４ｂ　　、２４ｂ２および無負
荷開度位開用リミットスイッチ２５ａ　　、２５ａ２も
それぞれ設定しなければならない。さらに、上記設定は
、有効落差の変化量に必ずしも一致せず、高落差か低落
差のいずれか２つのポイン１−のみとなっており、中間
的な有効落差の変化には対応できないという問題がある
。なお、上記従来の制御回路において、負荷制限器３の
起動位置か低いと、水車か起動しない、起動時の回転数
が定格と異なる、＝　　４　− 起動時の立」二りか遅い、等の不具合かある。逆に、起
動位置が高いと、起動時オーバースピードになってしま
う等の不具合もあった。

本発明は、水力発電所において、有効落差かとのように
変化した場合ても自動的に適正な起動開度指令を出力し
うる水車起動制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記従来の問題点を解決課題とし、本発明の目
的を達成するために、高落差時および低落差時の各水車
起動開度データか予め設定された水力発電所の水車起動
制御装置において、当該水力発電所の有効落差の変化の
度合に応じた水車起動開度を前記高落差時および低落差
時の各水車起動開度データに基づいて順次水車の起動時
ごとに算出し、前回の水車起動開度データを補正する演
算装置を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明のより具体的な態様においては、水車起動
後にオーバースピードとなるのを抑制するために、自動
的に最適な無負荷開度を演算出力する演算装置も備えて
いる。

〔作用〕

上記本発明の桿１成によれば、有効落差に関する初期デ
ータ（例えば、水位データ）、及び起動開度に関する初
期データ印部く例えは、高落差時及び低落差時の水位に
対する起動開度、無負荷開度、水車起動開度など）を当
該発電所の水車特性データにより初期設定する。この初
期設定データに対し、演算装置は有効落差の変化を示す
実データを入力として現在の有効落差データに見合った
水車起動開度を演算し、前回起動時データとの比較を行
ない自動補正する。この補正された最適水車起動開度指
令により水車は適正に起動される。

このようにして、従来のような手動切替操作が不要とな
り、また、高落差と低落差の２ポイントのみならず、そ
の中間段階ての有効落差の変化にも無段階で追従てきる
ので円滑な水車起動が可能となる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る実施例を図面に基ついて説明する。

冴戒 第１図に本発明に係る水車起動制御装置の要部を示す。

水車起動制御装置は、有効落差の変化データである水位
テータトＩをディジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器２１
と、水車回転数データＮをディジタル量に変換するＡ／
Ｄ変換器２２と、開度のレターン値（フィードバック値
）である負荷制限開度データをディジタル量に変換する
Ａ／Ｄ変換器２４と、水位データＨおよび水車回転数デ
ータＮなどを受けつける入出力装置（ＰＩｌｏ）１７と
、入力された水位データ１１および水車回転数データＮ
に基づいて最適起動開度および最適無負荷開度を演算し
、有効落差変化前データを補正する演算装置１９と、算
出された最適起動開度および最適無負荷開度を制御指令
として出力する入出力装置（ＰＩｌｏ）２０と、演算装
置１つに水位データＨおよび水軍特性データなどの初期
データを初期設定するための入出力装置ＣＰＩ１０）１
８と、初期データを設定するための設定器２３とを備え
て構成される。上記構成のうち、破線て囲まれる部分１
６は、マイクロコンピュータを利用して構成することか
可能である。

肱芥 次に、第２図を用いて動作を説明する。

水車起動装置に、ます、初期データの設定を行う。初期
データは有効落差を示す水位データ、この水位データに
見合う起動開度および無負荷開度について高落差時およ
び低落差時のものを設定する。さらに、定格回転数に達
するまでの水車起動時間などら設定する。これらの各初
期データは当該水力発電所の建設時の設計データにより
判っている。設定操作は設定器２３により入出力装置１
８を介して行われる。

次に、水車起動指令が与えられると、第２図に示すフロ
ーに従って最適起動開度および起動後の水車回転数のオ
ーバシュートを補償するだめの無負荷開度の計算が行わ
れ、順次開度指令か負荷制限器３に与えられる。

＝　９　＝ すなわち、第２図において、水車起動指令か与えられる
と、水位検出器（図示せず）から、水車起動時の実水位
データか入力される（ステップ１００）。この実水位デ
ータは初期水位データと比較演算され、その変化分が算
出される（ステップ１０１）。この変化の度合に応じて
現在の水車起動時における実水位に見合った起動開度か
計算される（ステップ１０２）。この計算は、水位の変
化率に起動開度の変化と比例させて配分することにより
行う。例えば、水位が初期データに対して５０％の変化
であれは、起動開度を（高落差−低落差）／２の大きさ
に調節するというように比率で行うものとする。起動開
度か算出されると、その算出された起動開度（指令開度
）で開度操作指令か入出力装置２０を介して負荷制限器
３に与えられる（ステップ１０３）。この調節操作は起
動開度が上記指令値に達するまでフィードバック制御に
より続けられる（ステップ１０４）。起動開度が指令値
に達する（ステップ１４０のＹＥＳ）と、その指令開度
のままで水車は回転する。

−１〇　− 次に、水車の回転数検出器（図示せず）から水車の実回
転数データか入力される（ステップ１０５）。そして、
ステップ１０６において、水車の回転数の上昇率（ΔＮ
／Δｔ）か適正か否かが判断される。この回転数の上昇
率（ΔＮ／Δｔ）は第３図と第４図の特性から判断され
る。すなわち、当該水力発電所の水車の起動特性から高
落差時および低落差時の回転数Ｎに対する起動時間ｔの
特性（第３図）は既知であり、その特性から水位１１に
対する回転数上昇率ΔＮ／Δｔの対応関係〈第４図）を
知ることかできる。初期データによれは、低落差時の回
転数の上昇率ΔＮ／Δｔと高落差時の回転数の上昇率Δ
Ｎ／Δｔの２点のみ既知であるが、上記指令開度で運転
される水車の実際の回転数を検出する（ステップ１０５
）ごとに求めた回転数の上昇率ΔＮ／Δｔの値か上記低
落差時のΔＮ／Δｔと高落差時のΔＮ／Δｔを結ぶ線上
に位置するか否かを推定することにより、現在の状態か
適正上昇率ΔＮ／Δｔか否かを判断することかできる。

適正と判断（ステップ１０６のＹＥＳ）Ｌな場合に、次
のステップ１０７に移る。

ステップ１０７では、現在の回転数上昇率ΔＮ／Δｔを
考慮し、その回転数上昇率ΔＮ／Δｔで運転を継続した
場合に生じうる回転数のオーバシュート分を見込んで無
負荷開度計算を行う。この無負荷開度の算出は、結局に
おいて水位の変化に対応して制御された起動開度によっ
て異なってくる値であるから、各水車起動時ことに行わ
なければならない。適正な無負荷開度が算出されたら、
その開度になるよう開度操作指令が入出力装置２０から
負荷制限器３に与えられる。そして、この調節操作は無
負荷開度が上記指令値に達する（ステップ１０９のＹＥ
Ｓ）と、次は調速機の制御により所定の負荷追従運転に
移行する。

以上のステップ１００〜１０９の動作は、当該水力発電
所の水軍の各起動ことに行なわれる。上記説明は、初期
段階を例にして説明したか、何回かの水車の起動後に起
動する場合も同様のステップとなる。但し、ステップ１
０１での比較対象データは初期データだけではなく、前
回の起動時のデータが付加される点は異なる。

このようにして、水車起動ごとに適正起動開度を求め、
その値を記憶装置内に記憶して蓄積することにより、高
落差時と低落差時の初期データのみを設定しておくこと
により適正な起動開度と無負荷開度を自動的に求め、円
滑な起動と円滑な負荷運転への移行を行うことが可能と
なる。

〔発明の効果〕

以上述べた通り、本発明によれは、有効落差かどのよう
に変化したとしても、その変化分に応じて起動開度を自
動演算して制御することができるなめ、従来のように水
車の起動ごとに手動で落差切替えをすることおよびそれ
に関連する操作をする必要がなく、またその操作のため
の機器も不要となる。

さらに、従来は実際の水位に必すしも一致しない高落差
と低落差の２点のみでしか制御することをできなかった
か、本発明によれば、起動時の有効落差に一致した起動
開度とすることかでき、円滑な起動か可能となる。

一　　１２　−

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は水
車起動時の動作を示すフローチャー１〜、第３図は高落
差および低落差をパラメータとした起動特性を示す説明
図、第４図は水位に対する回転数上昇率の特性を示す説
明図、第５図は一般的な調速機の例を示す回路図、第６
図は従来の負荷制限用起動開度切換制御回路の例を示す
回路図である。 ３・・・負荷制限器、７・・・入出力装置、１８・・・
入出力装置、１つ・・・演算装置、２０・・・入出力装
置。 出願人代理人　　石　　川　　泰　　男Ｅｌ　　−蓄　
Ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高落差時および低落差時の各水車起動開度データが予め
   設定された水力発電所の水車起動制御装置において、 当該水力発電所の有効落差の変化の度合に応じた水車起
   動開度を前記高落差時および低落差時の各水車起動開度
   データに基づいて順次水車の起動時ごとに算出し、前回
   の水車起動開度データを補正する演算装置を備えたこと
   を特徴とする水力発電所の水車起動制御装置。