JPH0617741A - 水車発電機の自動制御保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】自動演算部８は、指令値Ｐ１〜Ｐｎと機器異常
信号２ｂとから運転領域を判断し、この運転領域が機器
正常時運転領域内のとき制御ロジック部４により通常の
保護制御の運転をし、運転領域が運転限界領域のとき保
護停止ロジック部５により運転を停止する。一方、自動
演算部８は、運転領域が設定値変更運転領域のとき水車
発電機の運転状態に基づき自動制限制御ロジック部９の
複数の制限運転制御から選択し、かつ、保護装置の設定
値の変更をして水車発電機を継続して運転する。 【効果】水車発電機の機器の限界まで運転できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水車発電機の制御およ
び保護を行うことを目的とする水力発電所の自動制御保
護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に、状態監視装置を有する水力発電
所の制御・保護システムの従来例を示す。図において、
Ａは制御所から水力発電所に対して、運転指令を伝達す
る遠隔制御装置、Ｂは遠隔制御装置Ａからの運転指令に
より、水車発電機を起動停止し、かつ、機器に異常が発
生した場合には安全に水車発電機を停止させる自動制御
保護装置、Ｄは現場機器を検出する検出器、Ｃは検出器
Ｄからの信号を入力して機器の状態の変化を分析し、か
つ、機器の異常を自動制御保護装置Ｂに出力する状態監
視装置を各々示している。

【０００３】また、１ａは遠隔制御装置Ａから自動制御
保護装置Ｂに出力する水車発電機の運転指令、１ｂは発
電所の運転状態や機器の故障状態を制御所に出力するた
めの表示信号、２ａはプラントの運転状態を状態監視装
置Ｃに出力するプラント状態信号、２ｂは状態監視装置
Ｃから機器の異常状態を出力する機器異常信号、３は検
出器Ｄから状態監視装置Ｃに出力する検出信号を各々示
している。

【０００４】ここで、図５に示した自動制御保護装置Ｂ
内の構成を図６を参照して説明すると、自動制御保護装
置Ｂは水車発電機を運転する制御ロジック部４と水車発
電機が運転中に機器に異常が発生したときに、水車発電
機を安全に停止させる保護停止ロジック部５と、水車発
電機を停止する必要のない程度の異常が機器に発生した
ときに警報する警報ロジック部６と状態監視装置Ｃにプ
ラントの状態を出力するためのプラント状態出力ロジッ
ク部７で構成されている。

【０００５】上記した構成の水力発電所では、制御所か
らの運転指令を遠隔制御装置Ａを経由して自動制御保護
装置Ｂに運転指令１ａとして入力し、自動制御保護装置
Ｂで予め定められた制御ロジック部４により、水車発電
機を起動させ、系統へ並入して発電運転を行っている。
また、各機器の状態の変化は、機器を監視するために現
場に取り付けた検出器Ｄによって検出され、状態監視装
置Ｃに検出信号３として入力される。

【０００６】検出信号３を入力した状態監視装置Ｃで
は、自動制御保護装置Ｂからプラントがどの状態で運転
しているかをプラント状態出力ロジック部７で処理した
後にプラント状態信号２ａを入力して、このプラント状
態信号２ａと検出信号３とから機器の状態変化量を判断
する。この判断で設定値レベル以上の変化量であれば、
機器が異常として機器異常信号２ｂを自動制御保護装置
Ｂに出力する。この場合に、水車発電機を停止する必要
のない機器の異常については、警報ロジック部６により
警報が出力される。また、機器のダメージが大きく、運
転を停止する必要がある機器の異常の場合は、保護停止
ロジック部５により水車発電機が迅速に停止される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
制御手段および保護手段を備えた自動制御保護装置では
電力需要に応じて水車発電機を運転継続することができ
ない場合があるという次の問題がある。

【０００８】すなわち、機器の状態は、長時間運転して
いれば経年劣化するから、検出器Ｄからの検出信号３
は、予め設定する値とは当然大きい隔たりが生じ、警報
や水車発電機の停止を伴う設定範囲に入りやすくなる状
態となる。

【０００９】特に、近年夏場の電力ピーク負荷時の電力
需要量は極めて多くなっており、水力発電所で発電する
電力もより貴重な電力となっているがこのように夏場の
電力ピーク負荷時に水力発電所の機器に異常が発生した
場合、従来の発電所では、予め定めている保護手段によ
り水車発電機が停止して、系統へ電力の供給ができない
ことがある。

【００１０】これを解決するためには、電力需要度によ
り、機器に異常が発生しても水車発電機を直ちに停止さ
せず運転可能であれば、機器にダメージを与えない範囲
で発電運転を継続し、また、保護停止のための設定値を
変更して水車発電機が運転可能限界まで運転を継続させ
る必要がある。

【００１１】そこで、本発明は機器に異常が発生しても
機器に損傷を与えない範囲で制御し、かつ、保護装置の
設定値を変えて運転を継続する水車発電機の自動制御保
護装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、プラントの運
転状態と機器の異常状態とから状態監視装置が出力する
機器異常情報と制御所からの運転指令情報とにより水車
発電機を制御する一方、前記水車発電機を保護する水車
発電機の自動制御保護装置において、前記運転指令情報
と前記機器異常情報とにより機器正常時運転領域と運転
限界領域と設定値変更運転領域のいずれかを判断する運
転領域判断手段と、この運転領域判断手段による判断が
機器正常時運転領域のとき予め定められた正常時の水車
発電機の制御と保護をする一方、運転限界領域のとき水
車発電機を停止して保護し、さらに、設定値変更運転領
域のとき水車発電機の運転状態に基づいて予め設定され
た複数の制限運転制御手段の内から制限運転制御手段を
選択し、かつ、予め設定された手順に従って保護装置の
設定値を変更して水車発電機を保護しつつ、運転を継続
する手段とを設けるようにしたものである。

【００１３】

【作用】上記構成により、運転領域判断手段は運転指令
情報と前記機器異常情報とにより運転領域を判断する。
この判断で、機器正常時運転領域のとき予め定められた
正常時の水車発電機の制御と保護がされる。また、運転
限界領域のとき水車発電機が停止され保護される。さら
に、設定値変更運転領域のとき水車発電機の運転状態に
基づいて予め設定された複数の制限運転制御手段の内か
ら制限運転制御手段が選択され、かつ、予め設定された
手順に従って保護装置の設定値を変更して水車発電機を
保護しつつ運転の継続がされる。これにより、電力需要
度が緊迫しているときに機器に異常が発生した場合で
も、制限運転制御手段が選択され、機器にダメージを与
えない制御を行い、かつ、保護のために設定値を変え
て、運転継続の限界まで運転を継続させることが可能と
なる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施例を示す自動制御
保護装置の構成図である。図において、自動制御保護装
置Ｂには制御ロジック部４と保護停止ロジック部５とプ
ラント状態出力ロジック部７と自動演算部８と自動制限
制御ロジック部９と設定変更ロジック部１０とが設けら
れている。また、遠隔制御装置Ａには、指令値選択条件
部１１が設けられている。

【００１６】ここで、制御ロジック部４は、予め定めら
れたロジックにより通常時に水車発電機を制御する保護
停止ロジック部５は、水車発電機の運転中に機器の異常
が発生したとき水車発電機を安全に停止する。プラント
状態出力ロジック部７は、状態監視装置Ｃにプラント状
態信号２ａを出力する。自動演算部８は、指令値Ｐ１，
Ｐ２………Ｐｎと状態監視装置Ｃの出力する機器異常信
号２ｂとを入力して運転領域を判断し、これによって制
御および保護ロジックを選択し、かつ、図示省略する保
護装置の設定値の変更する。自動制限制御ロジック部９
は、発電運転中に機器の異常が発生したとき自動演算部
８で処理後、機器に負担を与えず運転継続する。設定変
更ロジック部１０は、自動演算部８で処理後、保護装置
の設定値を変更する。指令値選択条件部１１は、電力需
要度に応じて発電機出力指令値を選択する条件を図示省
略する制御所から入力して、発電所の出力指令値となる
電力指令情報として指令値Ｐ１，Ｐ２………Ｐｎを選択
する。

【００１７】上記構成で、制御所で電力需要度により選
択された発電機出力指令が水力発電所の遠隔制御装置Ａ
を介して指令値選択条件部１１に入力される。これによ
つて遠隔制御装置Ａから指令値Ｐ１………Ｐｎのいずれ
かが自動制御保護装置Ｂの自動演算部８へ入力される。
自動演算部８では、状態監視装置Ｃで出力する機器のダ
メージ度を示すＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５と電力指
令情報としての指令値Ｐ１……Ｐｎとから予め設定され
た図２に示す運転判断表のパターンに基づいて水車発電
機の運転領域の判断がされる。図２に示す運転判断表
は、機器のダメージ度Ｄ１〜Ｄ５と指令値Ｐ１……Ｐｎ
とをマトリック状で表したもので、両者が対応するＬ
Ａ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤを運転領域としている。

【００１８】図中、Ｄ１は機器に異常が発生していない
正常な運転中の機器の状態のダメージ度、Ｄ２は運転の
継続に支障のない程度の機器の状態のダメージ度、Ｄ３
はＤ２よりも機器のダメージが大きいが、条件を満足す
れば水車発電機の運転が可能なダメージ度、Ｄ４は機器
のダメージはかなり大きく、水車発電機の運転が限界で
あるダメージ度を示している。また、ＬＡは水車発電機
が運転継続できる領域、ＬＢは警報を出力しながら運転
継続する領域、ＬＣは警報を出力しながら水車発電機に
負担がかからないように制限運転する領域、ＬＤは水車
発電機の運転継続ができない領域である。さらに、指令
値Ｐ１………Ｐｎに従って指令値は大きくなっている。

【００１９】次に、自動演算部８の上記した運転判断表
によって運転領域の判断がされると、運転領域に応じて
制御および保護がされる。

【００２０】具体的には、図３に示すように運転領域Ｌ
Ａの場合は、機器正常時運転領域として、機器が正常の
ときの通常の予め定めた制御および保護がされる。ま
た、運転領域ＬＢの場合は、予め定めた制御および保護
を行い、かつ、警報が出力される。運転領域ＬＣの場合
には、設定値変更運転領域として警報が出力されながら
水車発電機の運転状態等の外部条件により、複数の制限
運転制御手段の内で水車発電機にダメージを与えないよ
うに一つの制限運転制御手段が選択され、かつ、保護設
定値変更制御手段により保護設定値の変更をして運転が
継続される。運転領域ＬＤの場合は、運転限界領域とし
て水車発電機保護のために水車発電機保護停止の制御が
行われる。

【００２１】これによって、電力需要度が緊迫していな
いとき、すなわち、機器に異常が発生した場合も予め設
定した制御ロジックで制御し、機器のダメージが大きい
ときは保護装置により水車発電機は速やかに停止する。
また、電力需要度が緊迫しているとき、すなわち、指令
値Ｐ１………Ｐｎが大きいとき、その大きさに応じて機
器に異常が発生した場合は、自動演算部８で演算した運
転領域ＬＣと外部条件により、予め設定された手順に従
って複数の制限運転制御手段の内から制限運転制御手段
を選択し、かつ、保護設定値変更制御手段により保護装
置の設定値を変更する。例えば、発電運転中に水車発電
機の軸受温度が設定値より高くなる異常が発生して運転
領域ＬＣであった場合、外部条件として水車発電機の軸
受温度に応じてガイドベーンの開度と動作速度を変更す
るようにする。この場合、制限運転制御手段（１）の場
合には、ガイドベーンの開度が最も大きく、かつ、動作
速度が遅く設定されており、制限運転制御手段（ｎ）方
向に移行するに従ってガイドベーンの開度が小さく、つ
まり、絞り方向として、かつ、動作速度が速く設定され
ている。これにより水車発電機の軸受温度に応じてこの
軸受温度の上昇を抑制するように制限運転制御手段
（１）〜（ｎ）の内から一つの制限運転制御手段を選択
して、選択された制限運転制御手段によってガイドベー
ンの開度と動作速度を変更する。このように外部条件に
より複数の制限運転制御の中で最も適した制御を予め設
定された手順によって選択して、段階的にガイドベーン
の開度を絞り水車発電機にできるだけ負担がかからない
ような運転を行う。また、例えば、軸受温度は記録計等
で記録されており、軸受温度に応じて保護装置のトリッ
プ設定値を変更する。

【００２２】図４は、機器のダメージ度から運転領域を
時間に従って示すもので、電力需要度が緊迫していない
ときには、予め定められている保護装置の機器正常時運
転領域内の設定値とし、その設定値をダメージ度が上回
る場合は、水車発電機は速やかに停止する。

【００２３】また、電力需要度が緊迫しているときに
は、自動演算部８内で演算した運転領域ＬＣに見合った
設定値変更領域内で設定値を可変するように設定変更ロ
ジック部１０により演算する。例えば、発電運転中に水
車発電機の軸受温度が高くなったときに運転領域がＬＣ
の場合は、設定変更ロジック部１０により保護装置の設
定値を設定値変更運転領域内で変更する。この場合に、
水車発電機の軸受温度がさらに高くなり水車発電機の運
転ができなくなるような運転限界領域に至った場合は、
保護停止ロジック部５が動作して、水車発電機は速やか
に停止する。なお、図４に示す１例で時間の経過と共に
ダメージ度に対する運転領域が低下しているのは、時間
が経過すれば機器にダメージがあっても徐々に耐えられ
る状態となるためである。

【００２４】以上説明したように、電力需要度が緊迫し
ていないときには、予め定めた制御を行い、機器に異常
が発生したときには予め定めた保護を行う。また、電力
需要度が緊迫しているときには自動制御保護装置で制御
ロジックと保護装置の設定値を自己判断し、最も機器に
ダメージを与えない制御と保護を行うことができる。

【００２５】なお、本実施例では発電運転専用の水力発
電所で説明したが、これに限らず揚水発電所においても
本発明の自動制御保護装置を適用して同様に実施でき
る。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、機
器異常情報と運転指令情報とに応じて水車発電機を制御
し、かつ、保護するから電力需要度が緊迫する夏期ピー
ク負荷時に、機器の異常が発生しても水車発電機を停止
させることなく、かつ、機器に負担を与えないように運
転継続することができる。また、運転指令情報により水
力発電所の機器の限界まで運転を行うことができ、電力
系統の電力供給に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施例を示す水車発電機の
自動制御保護装置の構成図である。

【図２】図１の自動演算部が運転領域を判断するための
運転判断表を示す説明図である。

【図３】運転領域に応じた制御および保護の処理を示す
説明図である。

【図４】機器のダメージと運転領域とを示す説明図であ
る。

【図５】従来の状態監視装置を有する水車発電機の制御
・保護システムの構成図である。

【図６】従来例を示す自動制御保護装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

Ａ 遠隔制御装置 Ｂ 自動制御保護装置 Ｃ 状態監視装置 Ｄ 検出器 ３ 検出信号 ４ 制御ロジック部 ５ 保護停止ロジック部 ６ 警報ロジック部 ７ プラント状態出力ロジック部 ８ 自動演算部 ９ 自動制限制御ロジック部 １０ 設定変更ロジック部 １１ 指令値選択条件部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラントの運転状態と機器の異常状態と
   から状態監視装置が出力する機器異常情報と制御所から
   の運転指令情報とにより水車発電機を制御する一方、前
   記水車発電機を保護する水車発電機の自動制御保護装置
   において、 前記運転指令情報と前記機器異常情報とにより機器正常
   時運転領域と運転限界領域と設定値変更運転領域のいず
   れかを判断する運転領域判断手段と、 この運転領域判断手段による判断が機器正常時運転領域
   のとき予め定められた正常時の水車発電機の制御と保護
   をする一方、運転限界領域のとき水車発電機を停止して
   保護し、さらに、設定値変更運転領域のとき水車発電機
   の運転状態に基づいて予め設定された複数の制限運転制
   御手段の内から制限運転制御手段を選択し、かつ、予め
   設定された手順に従って保護装置の設定値を変更して水
   車発電機を保護しつつ、運転を継続する手段とを備えた
   ことを特徴とする水車発電機の自動制御保護装置。