JPH09177655A - 水車発電機の調速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大きなはずみ車効果を有する水車発電機を設備
しなくても、ダム水位の広い範囲にわたって速度変動率
と水圧上昇値を小さく抑え、水圧鉄管での圧力上昇を抑
制することのできる調速装置を提供する。 【解決手段】ダムの水位から水車ガイドベーンの適切な
閉鎖時間を算出する演算部と、この閉鎖時間でガイドベ
ーンが閉鎖されるようにガイドベーン閉鎖速度を制御す
る制御部とを備えた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダム式水力発電所
において水車のガイドベーンを開閉制御する水車発電機
の調速装置に関する。

【従来の技術】水車発電機が負荷遮断され急停止すると
きは水車ガイドベーンを閉鎖するが、この時の水圧上昇
値ΔＨおよび速度変動率ΔＮは、発電機のはずみ車効果
ＧＤ^２、水車ガイドベーン閉鎖時間Ｔ_Ｃ、および水圧鉄
管定数Ｆによって決定され、次の関係がある。 ΔＨ∝Ｆ／Ｔ_Ｃ ΔＮ∝Ｔ_Ｃ／ＧＤ^２。 すなわち、閉鎖時間Ｔ_Ｃを短くすれば、水圧上昇値ΔＨ
は大きくなり、速度変動率ΔＮは低く抑えられる。閉鎖
時間を長くすればこの逆になる。ダム式発電所における
運転範囲は、図３に示すとおり広範囲の水位とするのが
一般的であり、落差変動が激しい。これにたいする鉄管
の許容最大水圧値は、最高水位における水圧値をベース
にして、前記関係式によって決定されることとなる。ダ
ム式発電所は、基準水位Ｈ_ｎｏｒ以上は洪水時における
水位調整範囲であり、この稀な運転水位を基準にする
と、大きな許容水圧の鉄管を設備することとなる。許容
水圧をできるだけ低く抑えるためには、前式より、閉鎖
時間Ｔ_Ｃを長くすることで対応できるが、閉鎖時間Ｔ_Ｃ
を長くすると速度変動率ΔＮが大きくなる。しかし、発
電所の電気系統の周波数上昇値の制約、水車発電機の機
械的強度の制約から、速度変動率ΔＮをできるだけ小さ
く抑えたい場合もある。その場合、はずみ車効果ＧＤ^２
を大きくすることが、発電機の経済性や製作限界から必
ずしも最適とはならない。

【発明が解決しようとする課題】本発明は、大きなはず
み車効果を有する水車発電機を設備しなくても、ダム水
位の広い範囲にわたって速度変動率と水圧上昇値を小さ
く抑え、水圧鉄管での圧力上昇を抑制することのできる
調速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】本発明の水車発電機の調
速装置は、ダムの水位から水車ガイドベーンの適切な閉
鎖時間を算出する演算部と、この閉鎖時間でガイドベー
ンが閉鎖されるようにガイドベーン閉鎖速度を制御する
制御部とを備えた構成とする。このように構成した本発
明の水車発電機の調速装置は、ダムの水位に応じてガイ
ドベーンの閉鎖速度を制御し、高水位の時は閉鎖速度を
小さくする。これによって水圧鉄管での圧力上昇を抑制
する。

【発明の実施形態】一般的にダム式発電所は図３に示す
運転範囲であり、通常、基準水位Ｈ_ｎｏｒにおいて最大
流量Ｑ_ｍａｘ流し最大出力とれるように設計される。し
たがって、基準水位以上においては、認可された最大出
力以上出さないよう出力制限をかけて運用される。本発
明の実施形態は図２に示す構成機器で成り立つ。ダム１
には水圧鉄管２が接続され、水圧鉄管２の末端に水車３
が設けられる。水車３にはガイドベーンサーボモータ４
が付設され、これは調速装置５によって制御される。調
速装置５には水位計６からダム水位信号Ｈが入力され
る。調速装置５による調速制御は図１のように行われ
る。まず、前述の水圧上昇値ΔＨ、速度変動率ΔＮ、は
ずみ車効果ＧＤ^２、およびガイドベーン閉鎖時間Ｔ
_Ｃは、基準水位Ｈ_ｎｏｒをベースに計画設計される。水
位信号Ｈが基準水位Ｈ_ｎｏｒ以下のときは、基準水位Ｈ
_ｎｏｒをベースにして算出した閉鎖時間Ｔ_Ｃになるよう
にサーボモータ４を制御してガイドベーンを閉鎖すれ
ば、所定のΔＨ、ΔＮに入る。つぎに、水位Ｈが基準水
位Ｈ_ｎｏｒを超えた運転においては、水位信号Ｈからそ
の場合に許容される水圧上昇値ΔＨを算出し、このΔＨ
とガイドベーンレターン信号ＧＶから、許容される速度
変動率ΔＮになる閉鎖時間Ｔ_Ｃを算出し、閉鎖時間がこ
のＴ_Ｃになるような速度でガイドベーンを閉鎖する。こ
のように本実施形態の調速装置は、基準水位Ｈ_ｎｏｒを
超えた運転においては、基準水位Ｈ_ｎｏｒ以下の運転に
おけるよりも実質的に長い閉鎖時間Ｔ_Ｃをとることにな
り、最高水位においても鉄管の許容水圧値を超えないよ
うに機能する。すなはち、水位が基準を超えた運転にお
いてはその条件での最適な閉鎖時間Ｔ_Ｃを算出し、水圧
上昇値ΔＨおよび速度変動率ΔＮを常に所定値内に納め
ることを実現する。なお本発明の適用は、ガイドベーン
サーボモータの油圧式、電動式を問わない。すなわち、
油圧式の場合は配圧弁の操作圧を微調整できる自動弁を
装備し、電動式の場合は算出した閉鎖時間によりモータ
回転数を調整すればよい。

【発明の効果】本発明の調速装置は、大きなはずみ車効
果を有する水車発電機を設備しなくても、ダム水位の広
い範囲にわたって速度変動率と水圧上昇値を小さく抑
え、水圧鉄管での圧力上昇を抑制することができるの
で、水圧鉄管、発電機等を、基準水位をベースとした最
適設計の機器とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水車発電機の調速装置の動作を示すフ
ローチャート

【図２】本発明を適用した機器構成を示す図

【図３】ダム式水力発電所の水位と流量の関係を示す線
図

【符号の説明】

１…ダム、 ２…水圧鉄管、 ３…水車、 ４…ガイド
ベーンサーボモータ、５…調速装置、 ６…水位計、Ｌ
…ガイドベーン全開時のＨ−Ｑ曲線、Ｍ…最大出力制限
をかけたときのＨ−Ｑ曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダムに貯留された水を水車に導いて発電を
   行う水車発電機の調速装置において、ダムの水位から水
   車ガイドベーンの適切な閉鎖時間を算出する演算部と、
   この閉鎖時間でガイドベーンが閉鎖されるようにガイド
   ベーン閉鎖速度を制御する制御部とを備えたことを特徴
   とする水車発電機の調速装置。