JPH0680862U - 発電用水車の起動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水車起動時の起動開度を一定値に固定せず、
流水の落差，回転速度の上昇に応じた起動開度とするこ
とにより、安定した水車の起動制御を可能とする発電用
水車の起動制御装置を得ること。 【構成】 発電用水車と、この発電用水車に回転駆動さ
れる水車発電機と、前記発電用水車のガイドベ−ンを開
閉制御するガイドベ−ン制御装置とから成る水力発電所
に於て、前記ガイドベ−ン制御装置に内臓され前記ガイ
ドベ−ンの開度制限を行う負荷制限装置の負荷制限開度
の開速度を、前記発電用水車の起動状態に応じて可変す
ることを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、発電用水車の起動制御装置の改良に関し、特に発電用水車の負荷制 限装置の負荷制限開度の開速度（時定数）を、発電用水車の起動状態に応じて可 変することを特徴とする発電用水車の起動制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

発電機にその主軸により直結され，発電機を回転駆動する発電用水車（以下水 車と記す）として多用されている反動形の水車，例えばフランシス水車では、停 止状態から起動する場合、水車ランナに対し、その静止力に打勝つトルクを与え る必要がある。そのため、水車に起動指令を与え水車ガイドベ−ンを開制御し、 水車ランナが回転を開始する水車の始動時点に於ては、水車を無負荷で運転する 時よりも通常多量の流水を、一時的に水車に導入する必要がある。従って、水車 始動時の水車ガイドベ−ンの開度（起動開度）は、無負荷運転時の開度（無負荷 開度）よりも大きくなる。又、この起動開度は、水車停止時のランナ位置，或い は落差変動により変化することとなり、一般に、ガイドべ−ンの起動開度は、無 負荷開度の２倍程度に設定している。

【０００３】 ところで、水力発電用水車のガイドベ−ン制御装置としてのガバナには、水車 の回転速度を調整する部分である速度調整機構と、負荷制限装置と呼ばれ水車ガ イドベ−ンの開度を制限するガイドベ−ン開度制限機構とが設けられている。

【０００４】 図３は従来、一般に適用されていた水車起動時に於ける起動制御タイムチャ− トであり、横軸は時間，縦軸は水車の回転速度及びガイドベ−ンの開度を示して いる。図３に於て、実線で示すＫＬは負荷制限装置に設定される負荷制限開度、 一点鎖線で示すＫＧは、水車のガイドベ−ン開度、実線で示すＳは、水車の回転 速度を示す。横軸に平行な破線で示すＫＳ，ＫＮ，ＲＳは、夫々、起動開度、無 負荷開度、水車定格回転速度である。又、横軸上の時点Ｔ0 ，Ｔ1 及びＴ2 は、 夫々、水車に起動指令を与える起動指令時点、水車が回転を開始する水車起動時 点、及びガイドベ−ンの開度が起動開度まで開く起動開度時点である。

【０００５】 水車を起動するには、時点Ｔ0 に於て、水車に起動指令を与えると共に負荷制 限装置の負荷制限開度ＫＬを、所定の一定速度で図示の様に直線的に起動開度Ｋ Ｓまで開き、この状態を保持する。起動指令を受信すると、ガバナはその速度調 整機能により、負荷制限開度ＫＬに追従してガイドベ−ンを所定の速度で起動開 度ＫＳまで開き、この開度を保持する。従って、水車に導入される流水量は、ガ イドベ−ンの開度に応じて順次増加され、水車は水車起動時点Ｔ1 にて回転を開 始し次第に加速される。水車の回転速度Ｓが、その定格回転速度ＲＳに接近する と、ガバナの速度調整機能により、水車回転速度Ｓがオ−バ−シュ−トしないよ うに、ガイドベ−ンを急速に無負荷開度ＫＮまで閉じる。この間、ガイドベ−ン 開度ＫＧは図示の様に、無負荷開度ＫＮを中心に僅かにスイングして無負荷開度 ＫＮに安定する。一方、水車回転速度Ｓも図示の様に、水車定格回転速度ＲＳを 中心に僅かにスイングして水車定格回転速度ＲＳに安定する。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

一般に、水車の起動開度は、水車に導入される流水の落差により変化し、落差 が大きければ起動開度は小さくなり、落差が小さければ起動開度は大きくなる。 又、水車起動時の回転速度上昇の加速度は、上記の起動開度及び水車に導入され る流水の落差により決定される。この加速度が大き過ぎると、回転速度の定格回 転速度に対するオ−バ−シュ−トの割合が大きくなり好ましくない。又水車に回 転駆動される発電機の電圧を確立し、電力系統との同期をとり、発電機しゃ断器 を閉路して発電機を電力系統に並列した後に、発電機の負荷制限運転に入るが、 起動開度と無負荷開度との差が大きいと、負荷制限運転に入る際のガイドベ−ン の開制御幅が大きくなり、負荷制限運転への移行がスム−ズに行われないという 問題がある。従って、水車の起動に際しては、起動開度と無負荷開度との差を小 さくするために、起動開度を小さくする必要がある。 本考案は、上記問題を解決すべく成されたもので、水車起動時の起動開度を一 定値に固定せず、流水の落差，回転速度の上昇に応じた起動開度とすることによ り、安定した水車の起動制御を可能とする発電用水車の起動制御装置を得ること を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため本考案は、発電用水車と、この発電用水車に回転駆動 される水車発電機と、前記発電用水車のガイドベ−ンを開閉制御するガイドベ− ン制御装置とから成る水力発電所に於て、前記ガイドベ−ン制御装置に内臓され 前記ガイドベ−ンの開度制限を行う負荷制限装置の負荷制限開度の開速度を、前 記発電用水車の起動状態に応じて可変することを特徴とする。

【０００８】

【作用】 水車起動時の起動開度を一定値に固定せず、流水の落差，回転速 度の上昇に応じた起動開度とする様にしたから、安定した水車の起動制御が実現 出来る。

【０００９】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案を説明する。図１は、本考案の一実施例を示すブ ロック図である。図２は、図１の作動を説明するための水車起動時に於ける起動 制御タイムチャ−トであり、横軸は時間，縦軸は水車の回転速度及びガイドベ− ンの開度を示し、相当部分には図３と同一符号を付している。

【００１０】 図１に於て、１０は、水車の回転速度Ｓ（図３参照）を入力され、その起動を 検出して起動検出信号１０ａを出力する起動検出器である。１１は、基準値とし て最高落差時の水車の起動開度Ｋｈが設定され、その詳細は後述するが、１１ａ を出力する比較器、１２は、上記の起動検出信号１０ａと比較器１１の出力１１ ａとが加えられるアンド（論理積）回路であり、その出力１２ａは、水車の起動 時定数切換回路１３に切換信号として加えられる。

【００１１】 起動時定数切換回路１３は、理解を容易にするため切換スイッチとして示した が、形式はこれに限定されるものではない。１４は、水車の起動時定数設定器で あり、大小２つの時定数が設定されている。即ち、水車の起動初期に適用される 小なる値の第１の起動時定数ｔ1 と、水車の回転速度が所定値に達した後に適用 される大なる値の第２の起動時定数ｔ2 とであり、これらの起動時定数ｔ1 とｔ 2 とは夫々、起動時定数切換回路１３の図示上方と下方の固定接点に加えられる ように接続される。

【００１２】 水車の起動時定数設定器１４は、図示しないガイドベ−ン制御装置から起動指 令ＷＳが与えられると、起動時定数ｔ1 とｔ2 とを起動時定数切換回路１３に出 力する。起動時定数切換回路１３の切換接点端子から、起動時定数ｔ1 とｔ2 の うち選択された一方の起動時定数が１３ａとして出力され、積分器１５に加えら れる。積分器１５は、入力された起動時定数１３ａ（ｔ１又はｔ２）に応ずる時 定数をもって積分を開始し、その積分値１５ａを負荷制限値として出力し、この 出力１５ａ（負荷制限値）は、上記の比較器１１と、基準値として最低落差時の 水車の起動開度Ｋｌが設定された低値優先回路１６と、に加えられる。低値優先 回路１６は、基準値Ｋｌと入力１５ａのうち低い方の値を選択し、負荷制限値１ ６ａとして出力する。

【００１３】 次に、上記構成の本考案装置の作動を、図１及び相当部分に図３と同一符号を 付した図２に示す水車起動制御タイムチャ−トを参照して説明する。 水車を起動するには、起動指令時点Ｔ0 に於て、図示しないガイドベ−ン制御 装置より起動時定数設定器１４に起動指令ＷＳを与える。起動時定数設定器１４ は、起動指令ＷＳを受信すると、設定されている起動時定数ｔ1 とｔ2 とを起動 時定数切換回路１３に出力する。この時起動時定数切換回路１３は、アンド回路 １２から切換信号１２ａを受信していないから、その切換接点は図示の状態にあ り、起動時定数ｔ1 が起動時定数切換回路１３の出力１３ａとして積分器１５に 加えられる。積分器１５は、入力１３ａ（起動時定数ｔ1 ）にて積分を開始し、 その積分値１５ａは時定数ｔ１をもって徐々に増大し、負荷制限開度（ＫＬ）と して出力され、比較器１１と低値優先回路１６とに加えられる。

【００１４】 比較器１１には、予め、基準値として最高落差時の水車の起動開度Ｋｈが設定 されており、積分値１５ａが加えられると、この積分値１５ａと起動開度Ｋｈと が比較され、積分値１５ａが増大して起動開度Ｋｈに等しくなると、比較器１１ は１１ａを出力する。この出力１１ａは、アンド回路１２の一方の入力端子に加 えられるが、この時アンド回路１２のアンド条件は成立していないので、その切 換信号１２ａは出力されない。

【００１５】 一方、低値優先回路１６には、予め、基準値として最低落差時の水車の起動開 度Ｋｌが設定されており、積分値１５ａが加えられると、積分値１５ａが起動開 度Ｋｌより小の間は、低値優先回路１６は、低値である積分値１５ａを選択し、 これを１６ａ（負荷制限開度ＫＬ）として出力する。従って、負荷制限開度ＫＬ は、積分値１５ａと一致し、ガイドベ−ンは、小なる時定数ｔ１による積分値１ ５ａ（負荷制限開度ＫＬ）に追従して、図示の様に直線的に、高速で起動指令時 点Ｔ0 より開方向に制御される。

【００１６】 ガイドベ−ンが高速で開方向に制御されると、水車に導入される流水量は、ガ イドベ−ンの開度に応じて急速に増加し、水車はその起動時点Ｔ１にて回転を開 始し徐々に加速される。起動検出器１０には、水車の回転速度Ｓが加えられてい るから、起動検出器１０は水車の回転を検出し、起動検出信号１０ａを出力し、 この出力１０ａはアンド回路１２の他方の入力端子に加えられる。

【００１７】 既述の様に、比較器１１には、最高落差時の水車の起動開度Ｋｈが設定されて おり、積分値１５ａが起動開度Ｋｈに等しくなると、比較器１１の出力１１ａは アンド回路１２の一方の入力端子に加えられるから、この時点Ｔ２（起動開度時 点）にてアンド条件が成立し、アンド回路１２は出力１２ａを生ずる。この出力 １２ａは起動時定数切換回路１３に切換信号として加えられ、起動時定数切換回 路１３を図示下方に切換える。即ち、積分回路１５への入力は、時点Ｔ２（図示 Ｋｈ点）にて、小なる第１の時定数ｔ１から大なる第２の時定数ｔ２へ切換えら れ、以降積分器１５は時定数ｔ２をもって積分を継続するから、積分値１５ａの 増加率は減少する。従って低値優先回路１６の出力１６ａ（負荷制限開度ＫＬ） の勾配も、図示の様にＫｈ点より緩やかとなるので、ガイドベ−ンの開方向制御 も低速となり、低速の開方向制御が継続され、水車は更に加速される。

【００１８】 低値優先回路１６には、予め最低落差時の水車の起動開度Ｋｌが設定されてお り、既述の様に、最低落差時の水車の起動開度Ｋｌは比較器１１に設定されてい る最高落差時の水車の起動開度Ｋｈより大である。積分値１５ａが起動開度Ｋｌ より小である期間に於ては、低値優先回路１６は入力である積分値１５ａを選択 するから、積分値１５ａと低値優先回路１６の出力１６ａ（負荷制限開度ＫＬ） とは一致するが、積分値１５ａが起動開度Ｋｌより大となっても、低値優先回路 １６の出力１６ａ（負荷制限開度ＫＬ）は、起動開度Ｋｌより大とはなり得ず、 起動開度Ｋｌが最大出力となる。従って、ガイドベ−ンは、図示の様に、最低落 差時の水車の起動開度Ｋｌと一致するまで低速で開き、この間、水車の回転速度 Ｓはその定格回転速度ＲＳに近い値まで加速される。

【００１９】 水車の回転速度Ｓがその定格回転速度ＲＳに接近すると、ガバナの速度調整機 能により、水車回転速度Ｓがオ−バ−シュ−トしないように、ガイドベ−ンは急 速に無負荷開度ＫＮまで閉じられ、以降はガイドベ−ン開度ＫＧは、従来に比べ て図示の様に、無負荷開度ＫＮを中心に極めて僅かスイングして無負荷開度ＫＮ に安定する。同様に、水車回転速度Ｓも従来に比べて図示の様に、水車定格回転 速度ＲＳを中心に極めて僅かスイングして水車定格回転速度ＲＳに安定する。即 ち、水車起動時に於けるガイドベ−ンの制御、回転速度の制御は極めて円滑に且 つ安定した状態で行われる。

【００２０】

【考案の効果】

以上本考案に就いて詳細に説明したが、本考案によれば、水車の起動に際し、 負荷制限開度を固定せずに水車の回転速度上昇に応じた負荷制限開度とし、水車 ガイドベ−ンの起動開度を負荷制限開度に追従させる様にしたから、水車回転速 度の定格回転速度に対するオ−バ−シュ−トの割合が小さく、極めて安定した水 車起動を可能にした発電用水車の起動制御装置を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すブロック図。

【図２】図１の作動を説明するための水車起動時に於け
る起動制御タイムチャ−ト。

【図３】従来一般に適用されていた水車起動時に於ける
起動制御タイムチャ−ト。

【符号の説明】 １０………起動検出器、 １１………比較器、 １３………起動時定数切換回路、 １４………起動時定数設定器、 １５………積分器、 １６………低値優先回路、 ＫＬ………負荷制限開度、 ＫＧ………水車のガイドベ−ン開度、 Ｓ…………水車の回転速度、 ＫＳ………起動開度、 ＫＮ………無負荷開度、 ＲＳ………水車の定格回転速度、 Ｋｈ………最高落差時の水車起動開度、 Ｋｌ………最低落差時の水車起動開度。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電用水車と、この発電用水車に回転駆
   動される水車発電機と、前記発電用水車のガイドベ−ン
   を開閉制御するガイドベ−ン制御装置とから成る水力発
   電所に於て、前記ガイドベ−ン制御装置に内臓され前記
   ガイドベ−ンの開度制限を行う負荷制限装置の負荷制限
   開度の開速度を、前記発電用水車の起動状態に応じて可
   変することを特徴とする発電用水車の起動制御装置。