JPH08232828A - ペルトン水車の調速機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発電機を速やかに電力系統に並入することが
できるようにしたペルトン水車の調速機制御装置を提供
すること。 【構成】 ペルトン水車のデフレクタの開度を制御する
デフレクタ開度制御器１０とデフレクタの開度制御に追
従してニードルの開度を制御するニードル開度制御器２
０とを備えたペルトン水車の調速機制御装置において、
ニードル開度制御器２０に予定のニードル起動開度を設
定したニードル起動開度設定器３０を付加し、ペルトン
水車により回転駆動される発電機が電力系統に並入され
るまでの起動速度制御の期間においては、ニードルの開
度をニードル起動開度設定器３０の出力により制御して
設定起動開度に保持し、デフレクタの開度制御のみによ
りペルトン水車の回転速度を調整することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水力発電所に設置され
るペルトン水車の回転速度を制御する調速機制御装置の
改良に関し、特に、上記ペルトン水車により回転駆動さ
れる発電機が電力系統に並入されるまでの間は、ペルト
ン水車のニードル開度を予め定められた一定の起動開度
に保持し、ペルトン水車の回転速度はペルトン水車のデ
フレクタの開度制御により調整することによって、発電
機を速やかに電力系統に並入することができるようにし
たペルトン水車の調速機制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水車に導入される流水の落差は大きい
が、流量の少ない地点に建設される水力発電所には、通
常、衝動水車として知られるペルトン水車が設置され
る。

【０００３】ペルトン水車は、その回転主軸が一体的に
嵌合されるディスクに複数のバケットを取付けると共
に、これらのバケットの周囲に等間隔に複数のノズルを
配置しこれらのノズルから噴射するジェットを上記の複
数のバケットに衝突させて、上記の回転主軸を回転させ
る構造を採っている。

【０００４】上記の構造から、ペルトン水車の回転速度
制御は、ノズルから噴射して複数のバケットに衝突させ
るジェット流量の調整によって行われる。そして、ノズ
ルから噴射させるジェット流量の調整はノズル内に設け
たニードルを前・後進させるニードルの開度制御によっ
て行われる。

【０００５】しかしながら、ペルトン水車により回転駆
動され電力系統に並入されて、この電力系統に電力を供
給する発電機の負荷遮断或いはニードルの可能な開度制
御速度等に起因するペルトン水車の速度制御上の問題か
ら、ノズルの先端にその開度制御によりバケットに衝突
させるジェット流量の調整を行うデフレクタが設けられ
る。このデフレクタの開度調整によって、ノズルから噴
射させるジェット流量には無関係に、ノズルから噴射さ
せたジェット流量の一部を、バケットに衝突させるジェ
ット流量の調整が行われる。

【０００６】すなわち、デフレクタの全閉時には、バケ
ットに衝突させるジェット流量は０となり、デフレクタ
の全開時には、ノズルから噴射させたジェット流量の全
量がバケットに衝突し、デフレクタの開度制御により、
任意のジェット流量をバケットに衝突させることができ
る。

【０００７】上記のように、ペルトン水車の速度調整制
御は、ニードルの開度制御と、デフレクタの開度制御と
の２段の制御によって行われる。

【０００８】図３は、従来のペルトン水車の調速機制御
装置のブロック図である。図３において、１は図示しな
いペルトン水車の回転速度を検出して速度信号を出力す
る速度検出器である。

【０００９】１点鎖線で囲み全体を符号１０で示す装置
は、デフレクタの開度制御器として作動するデジタル調
速機制御ユニットである。１０ａ、１０ｃおよび１０ｆ
は、それぞれ減算器であり、１０ｂは加算器である。１
０ｄ１（５２ａ）は図示しないペルトン水車により回転
駆動される発電機をその主接点の閉路により、図示しな
い電力系統に並入させる発電機しゃ断器の常開補助接点
（主接点の閉路により閉路する接点）である。

【００１０】１０ｅは後述するデフレクタサーボモータ
を制御するために、入力される動作信号に、各々の定数
による比例動作（Ｐ）＋積分動作（Ｉ）＋微分動作
（Ｄ）を演算して操作信号を出力する演算器（以下ＰＩ
Ｄ演算器と記す）である。

【００１１】１１はデフレクタサーボアンプ、１２は、
図示しないデフレクタに機械的に連結されデフレクタの
開度を制御するデフレクタサーボモータであり、１３
は、デフレクタサーボモータ１２の動作ストロークから
デフレクタの開度を検出してデフレクタ開度リターン信
号ｄｏを出力するデフレクタ開度検出器である。

【００１２】同じく１点鎖線で囲み全体を符号２０で示
す装置は、ニードル開度制御器として作動するプログラ
マブルコントローラである。

【００１３】２０ａは、上記のデフレクタ開度検出器１
３の出力であるデフレクタの開度を示すデフレクタ開度
リターン信号ｄｏを入力され、ニードルの開度制御をデ
フレクタの開度制御に追従して行う場合に、この入力信
号ｄｏをｄｏに対応するニードルの最適開度に変換して
出力するニードル開度変換器であり、２０ｂは減算器で
ある。

【００１４】２１はニードルサーボアンプ、２２は、図
示しないニードルに機械的に連結されニードルの開度を
制御するニードルサーボモータ、２３は、ニードルサー
ボモータ２２の動作ストロークからニードルの開度を検
出して出力するニードル開度検出器である。２４は、こ
のニードル開度検出器２３の出力を入力され、これをニ
ードル開度リターン信号ｎｏに変換して出力する変換器
である。

【００１５】次に、上記構成の従来のペルトン水車の調
速機制御装置の作動を説明する。デジタル調速機制御ユ
ニット１０においては、その減算器１０ａには、その一
方の入力として周波数調整値６５Ｆ（デフレクタの目標
速度信号）が加えられ、他方の入力としてペルトン水車
が回転を開始すると速度検出器１から出力されるペルト
ン水車の速度信号が加えられるが、この時、未だペルト
ン水車は回転していないから、周波数調整値６５Ｆは減
算器１０ａを通過して加算器１０ｂの一方の入力として
加える。

【００１６】また減算器１０ｃには、その一方の入力と
して負荷調整値６５Ｐが加えられ、他方の入力としてデ
フレクタが開き始めるとデフレクタ開度検出器１３から
出力されるデフレクタ開度リターン信号ｄｏが加えら
れ、両入力を比較して両者の差信号を出力し、この差信
号は図示しない発電機しゃ断器が投入され発電機が電力
系統に並入されていること［即ち発電機しゃ断器の常開
補助接点１０ｄ１の閉路］を条件として、加算器１０ｂ
の他方の入力として加えられる。

【００１７】しかし、この時点においては未だ発電機し
ゃ断器は投入されていないから、負荷調整値６５Ｐは加
算器１０ｂにその他方の入力として加えられず、デフレ
クタの開度制御に関与することはなく、デフレクタの開
度制御は周波数調整値６５Ｆにのみ依存することにな
る。

【００１８】したがって、加算器１０ｂの一方の入力と
して加えられた減算器１０ａを通過した周波数調整値６
５Ｆは、加算器１０ｂをも通過してＰＩＤ演算器１０ｅ
に動作信号として加えられる。ＰＩＤ演算器１０ｅは、
入力された上記の周波数調整値６５Ｆに、各々の定数に
よる比例動作＋積分動作＋微分動作の演算を行い操作信
号を出力し、この操作信号は減算器１０ｆの一方の入力
として加えられる。

【００１９】減算器１０ｆには、その他方の入力として
デフレクタ開度リターン信号ｄｏが加えられるが、この
時、デフレクタは全閉位置にあるから、デフレクタ開度
リターン信号ｄｏは０であり減算器１０ｆには加えられ
ず、上記の操作信号は減算器１０ｆを通過してデフレク
タサーボアンプ１１に加えられる。

【００２０】デフレクタサーボアンプ１１は、加えられ
た上記の操作信号を増幅し、この増幅信号はデフレクタ
サーボモータ１２に加えられ、デフレクタサーボモータ
１２を操作して、これに機械的に連結された図示しない
デフレクタの開度制御を行いデフレクタの開制御が開始
されてデフレクタは開き始める。

【００２１】デフレクタが開き始めると、デフレクタ開
度検出器１３はデフレクタ開度リターン信号ｄｏを出力
し、減算器１０ｆにその他方の入力として加えられる。
減算器１０ｆは、ＰＩＤ演算器１０ｅの操作信号出力と
このデフレクタ開度リターン信号ｄｏとの差信号を出力
し、以降におけるデフレクタの開度制御はこの差信号を
操作信号とするフィードバック制御により行われる。

【００２２】一方、プログラマブルコントローラ２０に
おいては、デフレクタが開き始めるとデフレクタ開度検
出器１３から出力されたデフレクタ開度リターン信号ｄ
ｏがニードル開度変換器２０ａに加えられる。ニードル
開度変換器２０ａは、加えられたデフレクタ開度リター
ン信号ｄｏをｄｏに対応するニードルの最適開度信号に
変換して出力し、この出力は減算器２０ｂの一方の入力
として加えられる。

【００２３】この時点では未だニードルは全閉位置にあ
り、ニードル開度検出器２３の出力は０であるから、ニ
ードル開度変換器２０ａの上記ニードルの最適開度信号
は減算器２０ｂを通過し、ニードルサーボアンプ２１に
その操作信号として加えられる。

【００２４】ニードルサーボアンプ２１は、加えられた
上記の操作信号を増幅し、この増幅信号はニードルサー
ボモータ２２に加えられ、ニードルサーボモータ２２を
操作して、これに機械的に連結された図示しないニード
ルの開度制御を行いニードルの開制御が開始されてニー
ドルは開き始める。

【００２５】ニードルが開き始めると、ニードル開度検
出器２３の出力を変換器２４を介して変換されたニード
ル開度リターン信号ｎｏが出力され、減算器２０ｂにそ
の他方の入力として加えられる。減算器２０ｂは、その
一方の入力であるニードル開度変換器２０ａの出力であ
るニードル最適開度信号と上記のニードル開度リターン
信号ｎｏとの差信号を出力し、この差信号はニードルサ
ーボアンプ２１に操作信号として加えられ、以降におけ
るニードルの開度制御はこの差信号を操作信号とするフ
ィードバック制御により行われる。

【００２６】また、ニードルの開度制御によりニードル
が開き始めると、ノズルよりジェットが噴射され、ペル
トン水車は起動して回転を開始し、ニードルの開度の増
大に伴ってその回転速度は上昇する。

【００２７】ペルトン水車が回転を開始すると、速度検
出器１はペルトン水車の回転速度に応ずる速度信号を出
力し、この速度信号は減算器１０ａにその他方の入力と
して加えられ、減算器１０ａはその一方の入力である周
波数調整値６５Ｆと上記の速度信号との差信号を出力す
る。したがって、ペルトン水車の回転開始以降において
は、ＰＩＤ演算器１０ｅには上記の差信号が動作信号と
して加えられ、デフレクタの開度制御はこの差信号によ
り行われることになる。

【００２８】このようにして、ニードルの開度制御が周
波数調整値６５Ｆにより制御されるデフレクタの開度制
御に追従して行われ、デフレクタが周波数調整値６５Ｆ
に応ずる開度まで開かれると、ペルトン水車（発電機）
の回転速度は、その定格回転速度（同期速度）まで上昇
する。そこで、発電機の出力電圧を電力系統の電圧に一
致させ、さらに発電機と電力系統との同期が図示しない
同期検定器により検出されて発電機しゃ断器が投入され
ると、発電機は電力系統に同期並入される。

【００２９】発電機しゃ断器が投入されて、その常開補
助接点１０ｄ１（５２ａ）が閉路すると、減算器１０ｃ
に加えられていたその一方の入力である負荷調整値６５
Ｐと他方の入力であるデフレクタ開度リターン信号ｎｏ
との差信号は、閉路した常開補助接点１０ｄ１を介して
加算器１０ｂに加えられる。したがって、デフレクタお
よびこれに追従制御されるニードルは更に開方向に制御
され、発電機は負荷調整値６５Ｐに応ずる負荷を負担す
るように制御される。

【００３０】上記のように、従来のペルトン水車の調速
機制御装置においては、ペルトン水車の起動時或いはこ
の水車により回転駆動される発電機の電力系統への並入
後における負荷時に関係なく、デフレクタの開度制御に
追従してニードルの開度制御を行う制御方式が採られて
いる。そして、この制御方式の採用により、ペルトン水
車を回転させるための最適のジェット流量をニードルか
ら噴射させバケットに衝突させて、効率の良い制御が行
われていた。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のペルトン水車の調速機制御装置においては、ニー
ドルの開度制御をデフレクタの開度制御に追従して行う
２段の制御が行われていたため、ニードルから噴射させ
バケットに衝突させるジェット流量（使用水量）につい
ては、効率の良い制御が可能であるが、発電機を電力系
統に並入する前のペルトン水車の回転速度を速やかに一
定に調整することができず、水車の回転速度をその定格
回転速度（一定）に保持することは困難であった。

【００３２】その結果として、発電機を電力系統に並入
するのに長時間を要することになったり、最悪の場合に
は、系統への並入が困難になる等の点で問題であった。

【００３３】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、発電機を速やかに電力系統に並入
することができるようにしたペルトン水車の調速機制御
装置を提供することにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、水力発電所に設置されるペルトン水車の
バケットへ、ノズルより噴射されて衝突するジェット流
量をデフレクタの開度制御により調整するデフレクタ開
度制御器と、前記デフレクタの開度制御に追従して前記
ペルトン水車のバケットへ向けて前記ノズルより噴射す
る元のジェット流量を前記ノズル内を前・後進するニー
ドルの開度制御により調整するニードル開度制御器とを
備えた前記ペルトン水車の調速機制御装置において、少
なくとも前記ペルトン水車により回転駆動される発電機
が電力系統に並入されるまでの起動速度制御の期間にお
いては、前記ニードルの開度を、予定のニードル起動開
度が設定されたニードル起動開度設定器の出力信号によ
り制御して前記設定起動開度に保持し、前記デフレクタ
の開度制御のみにより前記ペルトン水車の回転速度を調
整することを特徴とする。

【００３５】

【作用】デフレクタの開度制御に追従してその開度制御
が行われるニードルの開度を、発電機が電力系統に並入
されるまでの起動速度制御の期間だけ予定の一定起動開
度に保持してノズルから一定流量のジェットを噴射さ
せ、この一定流量のジェットをデフレクタの開度制御に
よる水切り制御のみにて調整しバケットに衝突させ、ペ
ルトン水車の回転速度をその同期速度に調整することに
より、発電機を速やかに電力系統に並入することが可能
となる。

【００３６】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明を説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示すブロック図であ
る。

【００３７】また、図２は、ニードル開度変換器２０ａ
の変換特性の一例を示す曲線図であり、横軸にはデフレ
クタの開度を、縦軸にはニードルの開度をとり、曲線Ｃ
はデフレクタの開度制御に追従してニードルの開度制御
を行う場合におけるデフレクタ開度に対応するニードル
の最適開度を示す変換特性曲線である。

【００３８】以下、本発明の構成を説明するが、図１に
示すブロック図においては、図３の同一部分には同一符
号を付したので、それらの詳細な説明は省略する。

【００３９】図１において、１は速度検出器であり、一
転鎖線で囲み全体に符号１０を付した装置は、デフレク
タの開度制御器として作動するデジタル調速機制御ユニ
ットで、図３に示した従来の装置と同様に、減算器１０
ａ、１０ｃ、１０ｆ、加算器１０ｂ、発電機しゃ断器の
常開補助接点１０ｄ１（５２ａ）およびＰＩＤ演算器１
０ｅから構成される。

【００４０】１１はデフレクタサーボアンプ、１２はデ
フレクタサーボモータ、１３はデフレクタ開度検出器で
ある。

【００４１】一点鎖線で囲み全体に符号４０を付した装
置は、ニードルの開度制御器として作動するプログラマ
ブルコントローラで、ニードル開度変換器２０ａ、減算
器２０ｂおよび本発明用装置として付加した２点鎖線で
囲んだ部分から構成される。

【００４２】ニードル開度変換器２０ａは、デフレクタ
開度リターン信号ｄｏを入力され、図２にその一例とし
て示す変換特性曲線Ｃにしたがう入力信号ｄｏに対応す
るニードルの最適開度を出力する。

【００４３】２点鎖線内の３０は、図示しないペルトン
水車の起動時におけるニードルの開度を設定するニード
ル起動開度設定器である。

【００４４】３１は、上記のニードル起動開度設定器３
０に設定されたニードルの設定起動開度を入力され、こ
のニードル設定起動開度を図２に示した変換特性曲線Ｃ
と同一の特性をもって変換し、ニードル設定起動開度に
対応するデフレクタ開度ｄｓを出力するデフレクタ開度
変換器である。

【００４５】３２は、このデフレクタ開度変換器３１の
出力であるデフレクタ開度ｄｓとデフレクタ開度リター
ン信号ｄｏとを入力され ｄｏ≧ｄｓ ［下記の
（ｂ）と同一条件］になると接点出力を生ずる減算器で
ある。

【００４６】３３は、セット位置Ｓとリセット位置Ｒの
２つの位置に切換え制御される切換継電器例えばキープ
リレーで、Ｓｓは、キープリレー３３のセット位置Ｓで
閉路する接点、Ｒｓは、キープリレー３３のリセット位
置Ｒで閉路する接点である。キープリレー３３は、ペル
トン水車の起動時においては、図示しない発電機しゃ断
器の開路［その常開補助接点１０ｄ２の開路］を条件と
して、リセット位置Ｒに制御されて、図示のようにその
接点Ｒｓは閉路し、接点Ｓｓは開路している。そして、
キープリレー３３がセット位置に切換え制御される条件
は、 （ａ） 発電機しゃ断器［その常開補助接点１０ｄ２］
の閉路 （ｂ） （デフレクタ開度）ｄｏ≧ｄｓ（ニードルの設
定起動開度に対応するデフレクタの開度）の２つの条件
が同時に満足された時である。

【００４７】３４は、発電機しゃ断器の常開補助接点１
０ｄ２の閉路信号と減算器３２の出力とが入力され、上
記の（ａ）と（ｂ）の２つの条件が同時に満足されたこ
とを検出して出力を生じ、この出力によりキープリレー
３３をセット位置に切換え制御するアンド回路である。

【００４８】２１はニードルサーボアンプ、２２はニー
ドルサーボモータ、２３はニードル開度検出器、２４は
変換器である。

【００４９】次に、上記構成の本発明の作動を説明する
が、本発明装置が従来装置と異なる部分は、図１におけ
るプログラマブルコントローラ４０内に２点鎖線で囲ん
だ部分を有する点のみであるので、以下この付加装置を
中心に本発明装置の作動を図１、図２を用いて詳細に説
明する。

【００５０】制御の開始に際しては、当然のことなが
ら、図示しない発電機しゃ断器は未だ投入されることな
く開路しているから、図示のように、その常開補助接点
１０ｄ１、１０ｄ２は共に開路している。

【００５１】ペルトン水車の起動に先立ち、デジタル調
速機制御ユニット１０の減算器１０ａには、ペルトン水
車の回転数を定格回転数に制御するための周波数調整値
６５Ｆがデフレクタの目標開度信号として加えられ、減
算器１０ｃには、上記ペルトン水車に回転駆動される発
電機の負荷を制御するための負荷調整値６５Ｐが加えら
れている。

【００５２】一方プログラマブルコントローラ４０にお
いては、上記のように発電機しゃ断器の常開補助接点１
０ｄ２は開路しているから、キープリレー３３はリセッ
ト位置Ｒに制御されて、図示のように、その接点Ｒｓは
閉路し、接点Ｓｓは開路している。したがって、デフレ
クタ開度リターン信号ｄｏは、デフレクタが開き始める
とニードル開度変換器２０ａに加えられるが、その出力
は接点Ｓｓの開路により阻止されているから、デフレク
タの開度制御に追従してニードルの開度制御が行われる
ことはなく、両者は互いに独立して単独に開度制御され
ることになる。

【００５３】また、プログラマブルコントローラ４０の
ニードル起動開度設定器３０には、上記のペルトン水車
により回転駆動される発電機が、上記の発電機しゃ断器
の投入による電力系統への並入前におけるニードルの目
標開度信号として、図２に示すように、予め定めた適宜
のニードル起動開度例えば２５％が設定される。したが
って、デフレクタ開度変換器３１は、入力されたこのニ
ードル設定起動開度に対応するデフレクタの開度ｄｓを
出力し、この開度ｄｓは減算器３２にその一方の入力と
して加えられる。

【００５４】なお上記のニードルの設定起動開度は、図
２に示すように、ニードルの無負荷開度［無負荷時の発
電機（ペルトン水車）を定格回転数で回転させる開度］
より若干大きい開度に設定される。

【００５５】そしてこの状態の下で、ペルトン水車に起
動指令が与えられると、デジタル調速機制御ユニット１
０においては、ペルトン水車は未だ起動（回転）してい
ないから、速度検出器１の出力は０であり減算器１０ａ
には周波数調整値６５Ｆのみが加えられているので、こ
の周波数調整値６５Ｆは減算器１０ａを通過して加算器
１０ｂに加えられる。

【００５６】発電機しゃ断器も開路しており、同様に、
加算器１０ｂへの入力は周波数調整値６５Ｆのみである
から、周波数調整値６５Ｆは加算器１０ｂを通過し、動
作信号としてＰＩＤ演算器１０ｅに加えられる。

【００５７】ＰＩＤ演算器１０ｅは、入力された上記の
周波数調整値６５Ｆに、各々の定数による比例動作＋積
分動作＋微分動作の演算を行い操作信号を出力し、この
操作信号は減算器１０ｆにその一方の入力として加えら
れる。

【００５８】この時、デフレクタは全閉状態にあり、デ
フレクタ開度リターン信号ｄｏは０であるから、上記の
操作信号は減算器１０ｆを通過しデフレクタサーボアン
プ１１に加えられる。デフレクタサーボアンプ１１は、
加えられた操作信号を増幅しこの増幅操作信号はデフレ
クタサーボモータ１２に加えられてデフレクタサーボモ
ータ１２は駆動され、このデフレクタサーボモータ１２
に機械的に連結された図示しないデフレクタの開操作を
開始する。

【００５９】デフレクタの開操作が開始されてデフレク
タが開き始めると、デフレクタ開度検出器１３はこれを
検出して、デフレクタの開度に応ずるデフレクタ開度リ
ターン信号ｄｏを出力する。このデフレクタ開度リター
ン信号ｄｏは、減算器１０ｆにその他方の入力（フィー
ドバック信号）として、減算器１０ｃと、減算器３２に
その他方の入力として、またニードル開度変換器２０ａ
には入力として加えられる。

【００６０】斯くして、デフレクタは、フィードバック
制御により、周波数調整値６５Ｆににより開制御され開
度は次第に大きくなる。

【００６１】一方、プログラマブルコントローラ４０に
おいては、既述のように、ニードル起動開度設定器３０
には、図２に示す予め定められたニードルの起動開度例
えば２５％が設定されている。

【００６２】また、発電機しゃ断器は未だ閉路されてお
らず、その常開補助接点１０ｄ２は開路しているから、
キープリレー３１はリセット位置Ｒに制御され、図示の
ように、接点Ｓｓは開路し接点Ｒｓは閉路している。

【００６３】したがって、減算器２０ｂにはその一方の
入力（目標開度信号）として、接点Ｒｓを介してニード
ル起動開度設定器３０に設定されたニードル設定起動開
度２５％が加えられるが、この時ニードルは未だ全閉状
態にあるから、ニードル開度リターン信号ｎｏは０であ
り、その他方の入力（フィードバック信号）は０であ
る。そのため、ニードルサーボアンプ２１には、減算器
２０ｂを通過したニードル設定起動開度が入力され、こ
こで増幅されて、操作信号としてニードルサーボモータ
２２に加えられる。この操作信号によりニードルサーボ
モータ２２は駆動され、このニードルサーボモータ２２
に機械的に連結された図示しないニードルの開操作を開
始し、ニードルは開き始める。

【００６４】ニードルが開き始めると、そのノズルより
ジェットが噴射され、この時、上記の様にしてデフレク
タは開操作されているから、噴射されたジェットにより
ペルトン水車は起動して回転を開始する。

【００６５】ニードルの開操作が開始されてニードルが
開いて行くと、ペルトン水車も次第に加速されて増速
し、ニードル開度検出器２３はニードル開度を検出し、
その出力は変換器２４に加えられて変換され、変換器２
４はニードルの開度に応ずるニードル開度リターン信号
ｎｏを出力する。このニードル開度リターン信号ｎｏは
減算器２０ｂにその他方の入力（フィードバック信号）
として加えられる。

【００６６】斯くして、ニードルは、フィードバック制
御により、その設定起動開度に向けて開制御され開度は
次第に大きくなり、やがて設定起動開度値２５％に達す
るとニードルの開制御は停止する。したがってニードル
の開度により調整されてノズルから噴射するジェット流
量も一定値に保持され安定する。

【００６７】上記のようにしてニードルが設定起動開度
値に向けて開制御されている期間においても、デフレク
タの開制御は継続される。そしてペルトン水車の起動後
においては、その回転速度は速度検出器１により検出さ
れ、検出された速度信号は減算器１０ａに加えられる。
したがって、減算器１０ａは、既に入力されている周波
数調整値６５Ｆとこの速度信号との差信号を出力し、ペ
ルトン水車の起動後におけるデフレクタの開制御は、こ
の差信号を動作信号として継続される。

【００６８】ニードルが設定起動開度値に向けて開制御
され、既述のように、ニードルの開度が設定起動開度の
２５％に達するとノズルから噴射するジェット流量も一
定値となり安定するので、ペルトン水車の速度制御は、
デフレクタの開度制御にのみ依存することになり、安定
したペルトン水車の起動速度制御が可能となる。

【００６９】このようにして、デフレクタの開度がその
目標開度信号である周波数調整値６５Ｆに応ずる開度
［図２に示す点Ｐ］に達すると、ペルトン水車（発電
機）の回転速度は、その定格回転速度まで速やかに上昇
して一定回転速度を保つことができるようになる。

【００７０】この時点で、発電機の出力電圧を電力系統
の電圧に一致させ、さらに発電機と電力系統との同期が
図示しない同期検定器により検出されて発電機しゃ断器
が投入されると、発電機は電力系統に同期並入される。

【００７１】発電機しゃ断器が投入されて、その常開補
助接点１０ｄ１が閉路すると、減算器１０ｃに加えられ
ていたその一方の入力である負荷調整値６５Ｐと他方の
入力であるデフレクタ開度リターン信号ｎｏとの差信号
は、加算器１０ｂに入力され、加算器１０ｂにより動作
信号として減算器１０ａの差信号出力に加算される。し
たがってデフレクタは更に開方向に制御されて開度は大
きくなり、発電機は負荷調整値６５Ｐに応ずる電力を発
生し、この電力は電力系統に供給されて発電機は負荷を
負担するように制御される。

【００７２】この時点において、発電機しゃ断器の常開
補助接点１０ｄ２も閉路するから、キープリレー３３に
加えられていたリセット信号は消滅し、既述のキープリ
レー３３がセット位置に切換え制御されるための（ａ）
条件は満足され、常開補助接点１０ｄ２の閉路信号は、
アンド回路３４に第１の入力として加えられる。

【００７３】ここで、負荷調整値６５Ｐを増加させて行
くと、デフレクタは更に開方向に制御されて開度は更に
大きくなり、やがてその開度は、既述のキープリレー３
３がセット位置に切換え制御されるための下記（ｂ）の
条件を満たす値［図２に示す点Ｏｄ］まで開く。すなわ
ち、（ｂ） （デフレクタ開度）ｄｏ≧ｄｓ（ニードル
の設定起動開度に対応するデフレクタの開度）となる。

【００７４】すると、減算器３２は出力を生じ、この出
力はアンド回路３４に第２の入力として加えられるか
ら、アンド条件が成立してアンド回路３４は出力を生
じ、この出力はキープリレー３３にセット信号として加
えられ、キープリレー３３はセット位置に切換えられ、
その接点Ｒｓは開路し、接点Ｓｓが閉路する。

【００７５】接点Ｒｓの開路により、ニードル起動開度
設定器３０は制御から切離され、ニードル開度変換器２
０ａにより変換されたデフレクタ開度リターン信号ｄｏ
に対応するニードル最適開度が、接点Ｓｓを介して減算
器２０ｂの一方の入力として加えられる。したがって、
キープリレー３３のセット位置への切換え以降における
ニードルの開度制御は、デフレクタ開度リターン信号ｄ
ｏに対応するニードルの最適開度を目標開度信号とする
フィドバック制御に切換えられ、切換え以後において
は、図２に示す変換特性曲線Ｃに従うデフレクタの開度
制御に追従するニードルの開度制御に移行する。そし
て、従来と同様にペルトン水車の効率の良い運転が継続
される。なお、図２に示す点Ｋは、ニードルの開度制御
がデフレクタの開度制御に追従するニードル・デフレク
タ追従切換点（開度）である。

【００７６】また、上記のような切換制御を行う理由
は、発電機の電力系統への並入と同時にニードルの開度
制御をデフレクタの開度制御に追従させると、ニードル
の開度は、並入時のデフレクタの開度に対応するニード
ル開度に制御されるので、ニードルから噴射するジェッ
トが絞られて発電機がモータリング状態になることを防
止するためである。

【００７７】

【発明の効果】以上、本発明について詳細に説明した
が、本発明によれば、ペルトン水車の起動速度制御をデ
フレクタの開度制御に追従するニードルの開度制御によ
り行うことに起因するペルトン水車の起動回転速度の不
安定さを、ペルトン水車により回転駆動される発電機が
電力系統に並入されるまでの起動速度制御の期間だけニ
ードルの開度を予定の一定起動開度に保持し、デフレク
タの開度制御による水切り制御のみにてペルトン水車の
回転速度を調整することにより改善したから、発電機を
速やかに電力系統に並入することのできるペルトン水車
の調速機制御装置を得られる利点がある。

【００７８】また、ニードルの開度は予定の一定起動開
度に制御し、デフレクタの開度はニードルの開度とは無
関係に独立して制御するようにしたから、各々の開度制
御器に対するニードル開度とデフレクタ開度の常数の調
整が不要となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】ニードル開度変換器の変換特性の一例を示す曲
線図である。

【図３】従来のペルトン水車の調速機制御装置のブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１ 速度検出器 １０ デジタル調速機制御ユニット １０ａ、１０ｃ、１０ｆ 減算器 １０ｂ 加算器 １０ｄ１、１０ｄ２ 発電機しゃ断器の常開補助接点 １０ｅ ＰＩＤ演算器 １１ デフレクタサーボアンプ １２ デフレクタサーボモータ １３ デフレクタ開度検出器 ２０、４０ プログラマブルコントローラ ２０ａ ニードル開度変換器 ２０ｂ、３２ 減算器 ２１ ニードルサーボアンプ ２２ ニードルサーボモータ ２３ ニードル開度検出器 ２４ 変換器 ３０ ニードル起動開度設定器 ３１ デフレクタ開度変換器 ３３ キープリレー ３４ アンド回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水力発電所に設置されるペルトン水車の
   バケットへ、ノズルより噴射されて衝突するジェット流
   量をデフレクタの開度制御により調整するデフレクタ開
   度制御器と、前記デフレクタの開度制御に追従して前記
   ペルトン水車のバケットへ向けて前記ノズルより噴射す
   る元のジェット流量を前記ノズル内を前・後進するニー
   ドルの開度制御により調整するニードル開度制御器とを
   備えた前記ペルトン水車の調速機制御装置において、少
   なくとも前記ペルトン水車により回転駆動される発電機
   が電力系統に並入されるまでの起動速度制御の期間にお
   いては、前記ニードルの開度を、予定のニードル起動開
   度が設定されたニードル起動開度設定器の出力信号によ
   り制御して前記設定起動開度に保持し、前記デフレクタ
   の開度制御のみにより前記ペルトン水車の回転速度を調
   整することを特徴とするペルトン水車の調速機制御装
   置。