JPH0324590B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、余水路の省略された流れ込み発電所
におけるペルトン水車の放流運転方法に関する。

〔従来技術のその問題点〕

ペルトン水車の構造要部の概要を第２図に示
す。第２図において図示しないヘツドタンクから
水を導く導水管３１には複数に分岐した分岐管３
２，３２ａが設けられている。分岐管３２，３２
ａにはそれぞれ先端にニードル３３が設けられた
ニードルシヤフト３３ａが曲管３４，３４ａをそ
れぞれ貫通しノズルパイプ３５，３５ａに設けら
れた図示しない軸受によつて支持され、図示しな
い駆動装置により往復動される。ニードルシヤフ
ト３３ａの往復動によりニードル３３はノズル３
６，３６ａに挿入、引抜きされ、ノズルの開度が
調整され、ヘツドタンクからの水流をこの開度で
ジエツト水流として噴出する。このジエツト水流
はランナ３７に多数設けられたバケツト３７ａに
当り、ランナ３７を矢印の方向に回転させる。そ
してランナ３７の軸３７ｂに結合した発電機を駆
動し電力を取り出すことができる。

デフレクタ３８はノズルを覆うように回動可能
に設けられており、デフレクタ追尾制御器により
ニードルとデフレクタとの相関特性によりニード
ルとデフレクタとの位置が最適関係になるように
している。なお系統遮断時にノズルから噴出する
ジエツト水流の方向を変えるようにデフレクタは
前記ノズルを覆うことにより、ランナの異常回転
速度上昇や水圧鉄管の急激な圧力上昇を防止して
いる。流れ込み発電所におけるペルトン水車では
ヘツドタンクに水位調節器を設け、水位に応じて
ニードルとノズルとの開度が調節され、この開度
から噴出するジエツト水流に応じた電力がランナ
３７を介して発電機により取出され、いわゆる水
調運転が行われる。この場合発電機の周波数は並
入された電力網の周波数になつている。

なお、ペルトン水車の回転数を設定、制御する
周波数設定器、制御器等が設けられ電力網から解
列された時の無負荷運転時の水車の回転数を設
定、制御するようにしている。

以上のようなペルトン水車の水調運転において
電力網からの系統遮断時にはデフレクタを急閉鎖
させて、ノズルから噴出するジエツト水流の方向
を変化させてランナのバケツトに当らぬようにし
てランナの回転数の上昇を抑えるとともにニード
ルも閉鎖するようにしている。

つぎに水調運転における従来のペルトン水車の
制御回路について説明する。第３図はペルトン水
車の制御回路の要部回路図である。第３図におい
て二群の分岐管に設けられたニードルはそれぞれ
開度調節器２，２ａにより調節されるサーボモー
タ１，１ａにより往復動し、ノズルに挿入、引抜
きされてニードルの開度が調節され、それぞれ開
度検出器３，３ａにより開度が検出される。また
デフレクタは開度調節器５により調節され、サー
ボモータ４によりノズルを覆うように回動され、
その開度を示す開度検出器６により開度が検出さ
れる。

ペルトン水車に送水するヘツドタンクの水位に
より制御され水位を調整する水位調節開度設定器
７は加算器８，８ａにて開度検出器３，３ａから
の検出開度がフイードバツクされてサーボモータ
１，１ａによりニードルの往復動を制御してい
る。またデフレクタ追尾制御器１０を介して加算
器９にてデフレクタの開度検出器６からの検出開
度がフイードバツクされてサーボモータ４により
デフレクタの開度を制御している。

一方電力網から切離された無負荷運転時のラン
ナの回転数を設定、制御するための周波数設定器
１１は加算器１２，１３を介してPID制御器１４
を経て一方は加算器８，８ａを経てサーボモータ
１，１ａに、他方はデフレクタ追尾制御器１０と
加算器９を経てサーボモータ４に接続されてい
る。そして加算器１３には開度検出器３，３ａか
らの検出開度を加算器１５にて演算し、これを剛
性往復原制御器１６を介して加算器１３にフイー
ドバツクしている。なお周波数検出器１７からの
検出周波数を加算器１２にフイードバツクしてい
る。

上記のような制御回路においてペルトン水車の
水調運転ではヘツドタンクの水位を調整する水位
調節開度設定器７によりニードルはサーボモータ
１，１ａによりヘツドタンクの水位が調節される
ようにニードルの開度が保持され、分岐管に送ら
れた水をこの開度からジエツト水流となつて噴出
させている。そしてこのジエツト水流はランナの
バケツトに当り、送水量に応じた電力を発電機よ
り取出している。

一方デフレクタはデフレクタ追尾制御器により
ニードルとデフレクタの最適位置が保たれてサー
ボモータ４によりデフレクタは回動して位置決め
されている。

ここで系統遮断が生じ、ランナの回転速度が上
昇すると周波数検出器１７は回転数上昇を検出
し、PID制御器の作用によりデフレクタはサーボ
モータ４によりノズルを覆い、噴出するジエツト
水流の方向を変化させてバケツトに当らぬように
する。なお従来は同時にニードルをサーボモータ
１，１ａによりニードルの開度を閉にしている。

したがつて上記のような水調運転を行う流れ込
み発電所で余水路を省略した場合、ニードルの開
度の閉鎖により水圧鉄管内の流量が減少し、ヘツ
ドタンクの水位が上昇するとともに導水路に水が
充満する。このため導水路としてのずい道は加圧
ずい道としなければならないのでずい道の土木費
が高価となるという問題があつた。

〔発明の名称〕

本発明は、前述のような点に鑑み余水路を省略
したペルトン水車発電所において導水路の土木費
を安くすることのできるペルトン水車の放流運転
方法を提供することを目的とする。

〔発明の要旨〕 上記の目的は本発明によれば、ランナと、分岐
管に設けられたノズルへの挿入引抜きにより該ノ
ズル開度を調整自在なニードルと、該開度から噴
出するジエツ水流の方向を変化させる開度調整自
在なデフレクタとを備え；電気分岐管に送水する
ヘツドタンクの水位を調整する水位調節開度設定
器と、周波数設定器と、周波数検出器と、加算器
と、制御器とからなる回路により前記ニードルと
デフレクタとの開度を前記水位調整開度設定器に
より調整して前記ジエツト水流の噴出により前記
ランナを駆動するペルトン水車の放流運転方法で
あつて；系統遮断時の前記ランナの回転数上昇を
前記周波数検出器により検出し、所定の値が検出
されるとニードルの開度調整回路とデフレクタの
開度調整回路とを切離し、ニードルの開度調整は
前記水位調節開度設定器を介して、デフレクタの
開度調節は前記周波数設定器と制御器とを介して
行うようにして、前記ニードルの開度から放流し
ながらランナの回転数を無負荷運転時の回転数を
保持するようにすることにより達成される。

〔発明の実施例〕

以下図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。第１図は本発明の実施例によりペルトン水車
の水調運転をする制御回路の要部回路図である。
第１図において二群からなる分岐管に設けられる
ニードルのサーボモータ１と１ａ、開度調節器２
と２ａ、開度検出器３と３ａ、デフレクタのサー
ボモータ４、開度調節器５、開度検出器６、水位
調節開度設定器７、デフレクタ追尾器１０、PID
制御器１４、剛体復元制御器１６、周波数設定器
１１、周波数検出器１７等の回路構成および作用
の大要は従来技術のものと同じであるが、本実施
例では回路２０と２１との間および回路２０と回
路２２とに周波数検出器１７が検出するランナの
回転数上昇に連動する切替スイツチ２３を取付け
ている。この切替スイツチ２３は通常の水調運転
時はスイツチ接点２３ａは開、２３ｂと２３ｃは
ともに閉になつており、周波数検出器１７により
検出するランナの回転数が上昇するとスイツチ接
点２３ａは閉、２３ｂと２３ｃはともに開にな
る。

したがつて水調運転時にはヘツドタンクの水位
を調整する水位調節開度設定器の信号に応じて閉
状態のスイツチ接点２３ｂ，２３ｃを介してニー
ドルとデフレクタは前記説明のように操作され、
ヘツドタンクの水は水位を保持しながらペルトン
水車に送水される。

しかし系統遮断時にはランナの回転数上昇を周
波数検出器１７で検出し前述のようにスイツチ接
点２３ｂ，２３ｃを開にし２３ａを閉にすること
により回路２１と２０および２２と２４は切離さ
れるとともに回路２０と２４とは接続される。し
たがつてニードルは水位調節開度設定器７からの
信号により開度調節器２と２ａ、サーボモータ１
と１ａ、開度検出器３と３ａ、剛体復元制御器１
６とからなる回路によりそれぞれのニードルの開
度が調整され、ヘツドタンクからの水流はこの開
度で放流されてヘツドタンクの水位は保持され
る。これと同時にデフレクタは周波数設定器１
１、周波数検出器１７、PID制御器１４、開度調
節器５、サーボモータ４、開度検出器６とからな
る回路によりノズルから噴出するジエツト水流を
覆つて方向を変化させてランナの異常回転数上昇
を防ぎ、また周波数設定器、PID制御器等の作用
によりデフレクタはジエツト水流の一部をランナ
に噴出させる開度を保ち、設定した無負荷運転時
の回転数を保持する。この場合周波数不感帯制御
器２６を加算器２８と２７との間に挿入してデフ
レクタの揺動を少なくするのが望ましい。

なお電力網への並入は保持された無負荷運転時
の回転数により直ちに行われ、並入後は切替スイ
ツチ２３を切替えて通常運転を行うことができ
る。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば余水路を省略したペルトン水車を備える流れ込
み発電所において、系統遮断時ニードルの開度を
閉鎖させずにヘツドタンクの水位を調整するよう
に放流し、デフレクタにより水車の無負荷運転の
回転数を保つように制御することにより系統復旧
の際迅速に電力網に並列できるとともに導水路の
ずい道は加圧ずい道とする必要がないので土木費
を安くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による流れ込み発電所
のペルトン水車の制御回路の要部回路図、第２図
はペルトン水車構造の要部部分断面図、第３図は
従来の流れ込み発電所のペルトン水車の制御回路
の要部回路図である。 １，１ａ：ニードルのサーボモータ、２，２
ａ：開度調節器、３，３ａ：開度検出器、４：デ
フレクタのサーボモータ、５：デフレクタの開度
調節器、６：デフレクタの開度検出器、７：水位
調節開度設定器、８，８ａ，９，１２，１３，１
５，２７：加算器、１０：デフレクタ追尾制御
器、１１：周波数設定器、１４：PID制御器、１
６：剛体復原制御器、１７：周波数検出器、２
３：切替スイツチ、３２，３２ａ：分岐管、３３
ａ：ニードル、３６，３６ａ：ノズル、３７：ラ
ンナ、３８，３８ａ：デフレクタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ランナと、分岐管に設けられたノズルへの挿
   入引抜きにより該ノズル開度を調節自在なニード
   ルと、該開度から噴出するジエツト水流の方向を
   変化させる開度調節自在なデフレクタとを備え；
   前記分岐管に送水するヘツドタンクの水位を調整
   する水位調節開度設定器と、周波数設定器と、周
   波数検出器と、加算器と、制御器とからなる回路
   により、前記ニードルとデフレクタとの開度を前
   記水位調節開度設定器により調整して前記ジエツ
   ト水流の噴出により前記ランナを駆動するペルト
   ン水車の放流運転方法であつて；系統遮断時の前
   記ランナの回転数上昇を前記周波数検出器により
   検出し、所定の値が検出されるとニードルの開度
   調節回路とデフレクタの開度調節回路とを切離
   し、ニードルの開度調節を前記水位調節開度設定
   器を介して、デフレクタの開度調節は前記周波数
   設定器と制御器とを介してそれぞれ行うようにし
   たことを特徴とするペルトン水車の放流運転方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の放流運転方法に
   おいて、デフレクタの開度調整を周波数不感帯制
   御器により安定させるようにしたことを特徴とす
   るペルトン水車の放流運転方法。