JPS58210375A - フランシス形水車の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はフランシス形水車の運転制御方法に係り、発電
電動機を電力系統に同期並列させた調相運転状態から発
電運転状態へ移行させる際における運転制御方法に関す
る。

〔発明の技術的背景〕

フランシス形水車またはポンプ水車（以下両者を区別す
る場合を除き午に水車という）においては、発電機また
は発電電動機（以下両者を区別する場合を除き単に発電
機という）に直結されたランチを空転させることによっ
て調相運転を行ない電力需要に即応できるようにしてい
る。

第１図は水力発電所における主要機器べ概要を示したも
ので、発電機１０回転軸１ａＫは水車主軸２を介してう
／す３が固着されている。う／す３は、ランナ室４内に
回転可能に収容されており。

ランナ室４は上カバー４８　　と下カッ９−４ｂ　とカ
ニら構成され、ランチ室４の外側には、環状に自己夕＋
１したガイドベーン５を介してうず巻ケーシング６カ（
配設されている。

うず巻ケーシング６は入口弁７を備えた水圧鉄管８を介
して貯水池（図示せず）に接続されており、入口弁７に
はうず巻ケーシング６内を充水するためのバイノリ弁９
が並列に設けられている。

ランナ室４の下カバー４ｂの下端には、エルテＪ杉の吸
出管１０が連設されてお９、また上刃／々−４８には排
気弁１ｌｔｌ−備えた排気管１２が接続されている。

排気弁１１は主配電盤（図示せず）からのｆｌｉ制御指
令によって開閉し、ランナ室４内の圧縮空気をｖト出す
る。また、発電機１は並列用しゃ断器１３および主変圧
器１４ｔｌ−介して電力系統母線１５に接続されている
。

このような構成の揚水発電所において、調相運転を行な
う場合には、発電機１を電力系統母線１５に同期並列さ
せたｉｔ、入口弁７を全閉し１次いでガイドペー１５を
全閉した後、圧縮空気をランナ室４内に吹き込んで、そ
の水位を吸出管１０内の規定水位Ａまで押し下げる。こ
れによってランチ３は空中で回転し、その反抗トルクひ
いては発電機ｌに対する負トルクを低減させるようＫし
ている。

一方、調相運転から発電運転に移行させる場合には、第
２図に示すように、遠方側−瞥または主配電盤からの調
相運転（Ｃ）−発電運転（Ｇ）切替指令部が到来すると
、排気弁開２１によりランナ室４内の圧縮空気は排気管
１２から排気される。排気完了ｎが検出されると、排気
弁閉ｎ入口弁開２４となり、更にガイドベーン開５にて
ガイドベーン５が開き始める。

仁の場合、ガイドベーン５の開度が小さい間には水車は
負トルク領域漢を通過し、ガイドベーン５が十分に開い
た段階で止トルク領域２７に突入し、発電運転あに至る
。

第３図（１）乃至（６）は上記ステップにおける水車の
トルクＴ１回転速度Ｎ、ガイドベーン開度ａ、排気弁開
度１ランナ室水位およびランナ室圧力Ｐの変化の様子を
示している。

このように、従来の水車の運転制御方法では発電機を電
力系統に同期並列させ、定格回転速度Ｎ。

を保った状態のまま調和運転から発電運転に切替えるよ
うにしているため、水車は締切からガイドベーン開度が
所定値に達するまでの間、負トルク領域で運転されるこ
とになる。

次に負トルク領域運転の詳細を化４図および第５図を参
照して説明する。第４図は水車の回転速度をＮ、運転落
差をＨ，ランチに作用するトルクをＴとするときの単位
落差トルクＴ／Ｈと、単位落差回転速度Ｎ／ｊＷの関係
を、ガイドベーン開度ａ。−８７をノ臂うメータとして
示している。ここでガイドベーン開度ａ。は全閉状態を
示し。

’Ｏ＜　ａ工＜ａ２・・・・・・＜　８７の順に開度が
増加するものとする。第４図から明らかなように、単位
落差トルクＴ／Ｈの特性曲線は無負荷（Ｔ＝Ｏ）の近傍
において、単位落差回転速ｔＮ／、／’−Ｈが小さくな
る方向へ急激に偏回し、負トルク領域へ落ち込む。

第５図は定格回転速度Ｎ。のもとで、ガイドベーン開度
ａが変化した場合における水車トルク■の変化の様子を
示している。この図からも明らかなように、従来の運転
制御方法においては、調相運転から発電運転に移行する
際、水車締切状態Ａ（ａ＝Ｏ）からガイド（−ン開度・
が増加する間に、過大な負トルク領域に浩込み、極低部
Ｂから無負荷状態Ｃ（Ｔ＝０）を経た４正トルクの水車
発電運転領域に移行することになる。

〔背景技術の問題点〕

背景技術においては、上述のように、調相運転から発電
運転に移行する際、水車は定格回転速度で水車締切状態
を通過するので、その間、過酷な水圧脈動を受けて大き
な振動や騒音を発生する。特に、水車が一ング水車の場
合には、揚水効率を高めるためにランチの翼形が、水流
に対するランナの回転遠心作用効果が大きくなるよう設
計されているため、水車締切運転時や小流量運転時にお
ける締切圧力は高くなっており、上述した水圧脈動は一
層激しいものとなる。

また、過大な負トルク領域を通過して正トルク領域へ至
る間、ランチには著しいトルク変動が生ずるので、これ
に直結された発電機にも大きな衝撃力が加わる上、発電
機が並列されている電力系統に動揺を与える等、機器や
電力系統に悪影響を及ぼすという不都合がある。

〔発明の目的〕

そこで本発明の目的は背景技術における上述のような不
都合を除去すべくなされたもので、水車を調相運転から
発電運転に移行させる際、過大な負荷トルクの変動を抑
制し、安定したｉ転制御を可能にする水車の運転制御方
法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の水車運転制御方法は、水車のガイドベーンを全
閉状態としランナ室内に導入した圧縮空気によって水位
を規定位置まで押し下げ、ランチを発電方向に空転させ
ることによって調相運転を行なっている発電機を、調相
運転から発電運転に移行させる際、それまで電力系統に
同期並列されていた水車を一旦、電力系統から解列し、
前記ランチ室内の圧縮空気が零または規定値以下となっ
た後、前記ガイドベーンを開き、通水して前記ランナを
加速し、その速度が定格回転速度に到達した後・前記発
電機を再度、電力系統へ同期並入するようにしたことを
特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

本発明の方法を適用する場合における発電所の主要機器
の構成は第１図に示すものと同じである。

電力系統の電圧同波数に同期して定格回転速度で調相運
転を行なっている発電機を、本発明の方法によって発電
運転に移行させるステップは第６図に例示する通りであ
る。

すなわち、Ｃ−Ｇ（調相運転−発電運転）切替指令刃が
到来すると、先ず、排気弁１１開３１．並列しゃ断器１
３解列３２．およびパイ・９ス弁９開おのプロセスが実
行される。これらの排気弁開３１とパイ・母ス弁開あに
より、吸出管１０内の水位＾は上昇を開始し、ｔた、ケ
ーシング６にはパイノ臂ス弁９を通して充水が開示され
る。また、並列しゃ断器１３が解列されると、３４にて
タイマＴＲがオンとなる。

このタイマＴＲは、並列しゃ断器１３の解列後、ランナ
室４内の圧縮空気量が水車や放水側水路あるいは外界等
に悪影響を与えない程度の量に減少するまでの時間を予
め設定した時限タイマ装置であり、このタイマがオンし
ている間は、排気弁１１ｔｉ開き続け、２ンナ室４内の
圧縮空気を排気管１２ヲ通して排出する。

バイパス弁９開おに続いて、入口弁７開にとなり、かつ
タイマＴＲが復帰（オフ）すると、排気弁１１閉３６．
ガイドベーン５開３７のプロセスが実行される。ガイド
ベーン５が開くと、ランナ室４内に導入される水流によ
ってランナ３は加速され。

それまで減少方向にあった発電機１の回転速度Ｎは上昇
に転する。ガイドベーン５が所定開度まで開き、発電機
１の回転速度が定格回転速度Ｎ。のほぼ９０％に相当す
る速度Ｎ工（第７図（３）参照）に達すると５通常の水
車始動の場合と同様に、ガバナを介してガイドベーン開
度ａと回転速度Ｎの応動制御に移行し、自動同期装置動
作あによって発電機を電力系統に同期させた後、並列し
ゃ断器１３投入３９を行ない１発電運転４０への移行を
完了する。

第７図１１１乃至（６）は上述した各プロセスの主要部
のタイムチャートを示している。

上述の如く、本発明においては発電機を調相運転から発
電運転へ移行させる際、これを一旦電力系統から解列し
、ランチの回転速度を減速させるようにしたので、ラン
ナの遠心作用水圧が低い状態での水車締切運転が可能と
なり、水圧脈動は大巾に軽減される。従って、異常振動
や騒音の発生が低減し、また、電力系統に及ぼす悪影響
を回避することができる。

なお、本発明においては、大口弁７の開動作あを、Ｃ−
Ｇ切替指令刃が出されると同時に行なうようにすれば、
調相運転から発電運転への移行を迅速に行なうことがで
きる３ また、タイマＴＲの設定限時を、ランナ室４内の圧縮空
気の完全排気に要する時間よりも短くしておき、大口弁
７の開を条件としてガイドベーンを開くよう圧すれば調
相運転から発電運転への移行時間を短縮できる。

もつとも本発明においては、上記タイマの使用は必ずし
も必要ではなく、水位検出器等を用いて排気途中のラン
チ室内の水面レベルを測定し、間接的にランチ室内の圧
縮空気残量を検出してガイドベーンを開動作へ移行させ
るようＫしてもよい。

〔発明の効果〕

上述のように１本発明によれば１発電機を調相運転から
発電運転へ移行させる際、異常振動や騒音の発生を抑制
でき、また電力系統に悪影響を及ぼすこともないので、
安全性および信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水力発電所における主要機器の概要を示す説明
図、第２図は従来方法によって調相運転から発電運転へ
切替える場合のフローチャート、第３図はそのタイムチ
ャート、第４図と第５図は従来方法における負トルク領
域運転を説明するグラフ、第６図は本発明方法の実施例
を示す７０−チャート、第７図はそのタイムチャートで
ある。 】・・・発電機、２・・・水車主軸、３・・・ランナ。 ４・・・ランナ室、５・・・がイドベーン６・・・うず
巻ケーシング、７・・・大口弁。 ８・・・水圧鉄管、９・・・パイ・母ス弁、ｌｏ・・・
吸出管。 １１・・・排気弁、　１２・・・排気管、　１３・・・
しゃ断器。 １４・・・主変圧器、　１５・・・電力系統母線。 出動人代理人　　猪　　股　　　清 奈ユ図 第２図 第３図 第４図 峯５図 第６回 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水車のガイドベーンを全閉状態とし、ランチ室内に
   導入した圧縮空気によって水位を規定位置まで押し下げ
   、ランナを発電方向に空転させることによって調和運転
   を行なっている発電機を調相運転から発電運転に移行さ
   せる際、それまで電力系統に同期並列されていた水車を
   一旦電力系統から解列し、前記ランナ室内の圧縮空気が
   零または規定値以下となった後、前記ガイドベーンを開
   き、通水して前記ランチを加速し、その速度が定格回転
   速度に到達した後、前記発電機を再度電力系統へ同期並
   入するようにしたことを特徴とするフランシス形水車の
   運転制御方法。 ２、発電機と電力系統の間を接続する並列用しや断器の
   解列後、ガイドベーンが開となるまでの時間をタイマで
   設定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の運転制御方法。 ３、ランチ室内の水面レベルを測定し、それが所定のレ
   ベルに達した際、がイドベーンを開くようにしたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の運転制御方法
   。