JPS61129477A - タンデム型ポンプ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〕 本発明はタンデム型ポンプ水車をポンプ空転運転から揚
水運転へ移行させ、あるいは揚水運転からポンプ空転運
転へ移行させる際の電力動揺を大幅に低減し得る運転制
御方法に関する。

（発明の技術的背景〕 揚水発電所においてはタンデム型ポンプ水車が使用され
ることが多い。このタンデム型ポンプ水車は１台の発電
電動機の主軸に水車とポンプを直列的に連結したもので
、１個の羽根車で回転方向を変えることにより水車とポ
ンプの双方の機能を有する可逆ポンプ水車と比較すると
、水車およびポンプ専用の２個の羽根車を必要とすると
いう難点があるが、その反面、各羽根車を水車またはポ
ンプとしての最適設計ができるため、水力効率が向上す
る上、起動停止が容易であり、しかも起動停止中の発電
電動機の入出力変化が少ないため、電力系統に与える動
揺を低減させることができるという長所を有している。

第２図は一般的なタンデム型ポンプ水車の概略構成を示
すもので、発電電動機１の主軸２には水車ランナ３とポ
ンプインペラ４が同一軸線上に取付けられている。

水車ランナ３の外周には流量調節用の可動ガイドベーン
５が配列されてＪ′３つ、またその外側には水車ケーシ
ング６が配置されている。この水車ケーシング６は水圧
鉄管７を介して上池（図示せず）に連結されており、ま
た水車ランナ３の下方に配置した吸出し管８には下池（
図示Ｕず）が連結されている。

一方、ポンプ側にはポンプインペラ４の下方に設置した
吸込み管９を介して下池（図示せず）が連結され、また
、ポンプインペラ４の外側に配置したポンプケーソング
１０は入口弁１１および水圧鉄管１２を介して水車側の
水圧鉄管７に合流し、上池（図示せず）に連通している
。吸込み管９の上端近傍にはポンプ内の水面を押し下げ
るための圧縮空気の給気管１３が開口し、またポンプケ
ーシング１０内には圧縮空気を排出するための排気管１
４が開口している。１５は入口弁１１をバイパスしてポ
ンプケーシング１０内を充水する充水管を示す。

発電電動機１と電力系統１６とを結ぶ母ｌ！１７には発
１ｆｆｉｌ動Ｒ１の電力１ＩｉＩＩＩＯ用のガバナー１
８が接続されている。このガバナーは発電１ｉ１１１１
機１から電力系統１６へ供給され、あるいは電力系統１
６から発電電動機１へ供給される電力を常時検出し、こ
の検出値を予め設定されている目標電力１直と比較して
両者のｕｌＵが小さくなるよう１ナーボモータ１９に信
号を送り、ガイドベーン５の開度を調節する。

第３図は上述したタンデム型ポンプ水車におけるポンプ
の排気過程の一般的なシーケンスを示す。

ここで、光電電動ぼ１は電力系統に並入され、ポンプ（
、上水面押し下げ状態にて定洛回転速度で・空転してい
るものとする。

時刻ｔ。でポンプ起動指令が入カリ゛ると、排気管１４
に介挿された弁１４ａど充水管１５に介挿された弁１５
ａが開き、ポンプケーシング１０内の圧縮空気が排気さ
れるど共にケーシング１０内への充水が開始される。こ
れによりケーシング１０内のポンプケーシング圧力は曲
Ｉ！＋ｌａのように徐々に増加し、またポンプの軸入力
ら曲線すのように次第に増加する。ポンプケーシング圧
力ａと軸入力すは最初はゆっくりと変化するが、残って
いた圧縮空気が全部扱け、ポンプインペラ４とケーシン
グ１０が完全に充水される瞬間（時刻ｔ１この瞬間をポ
ンプのブライミング確立という。）にはポンプのケーシ
ング圧力ａと軸入力すは夫々ａ’　、ｂ’　に示すよう
に急激に増加する。

第３図中、曲ｌＩＣは水車出力を示し、また、曲線ｄは
系統からの入力電力、即ちポンプ軸人力すと水車出力Ｃ
との差を示す。

大口弁１１の開度は第３図の曲線ｅで示ずように、ブラ
イミング確立までは全開とされ、ポンプは締切り運転と
なるが、曲線ｆで示すように排気弁１４が閉じた後は、
大口弁１１は開口しポンプ運転に移行する。

以上の過程はタンデム型ポンプ水車でも可逆式ポンプ水
車でもほぼ同一であるが、タンデム型ポンプ水車の場合
にはポンプの排気過程において、第３図の曲線ｑで示す
ように、ガイドベーン５を一部開口させ、水車も同時に
運転することができるので、ポンプ軸人力すと水車出力
Ｃをバランスさせ、電力系統１６から発電電動機１に供
給される電力をほぼ零に保つことができる。

即ち、時刻ｔ。まで水車を無負荷状態で侍はさせておき
、時刻ｔ。以降ポンプの排気と共にガイドベーン５の開
度ｑを徐々に大きくして行くと、水車出力は曲線Ｃのよ
うに次第に増加勺る。ここで、ガイドベーン５の開度９
は、ガバナー１８によって、ポンプ軸人力すと水車出力
Ｃがほぼバランスづるように自動制御されるので、電力
系統１６から発電電動機１への入力電力はブライミング
確立の直前までは、はぼ零に保たれる訳である。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、水力プラントの場合には、上述の自動制
御過程においても、長尺の水圧鉄管７内の水の慣性の影
響や、ガイドベーンサーボモータ１９の応答速度の限界
などのため、ガバナ−１８単体の応答を速くしても、ポ
ンプのプライミング確立時の急激な釉入力の変化に追従
することが困難であり、その結果、発電電！ｉｌ１機１
への入力電力は第３図の時刻ｔ１付近において、曲線ｄ
′に示すように大きく変動することになる。

こうした電力変動は系統に電力動揺を与え、タンデム型
ポンプ水車のメリットを大いに損なうことなる。

なお、上述と同様の現象は揚水運転中のポンプを、圧縮
空気による水面押し下げによって空転運転に移行させる
給気過程においても発生ずる。

（発明の目的） 本発明は背景技術における上述の如き不都合を除去すべ
くなされたもので、ポンプの給排気過程における発電電
動機の入力電力の変動、特にポンプのプライミング確立
時における急激な電力動揺を低減し得るタンデム型ポン
プ水車の運転制御方法を提供することを目的とするもの
である。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明のタンデム型ポンプ水
車の運転制御方法は、タンデム型ポンプ水車において、
発電電動機を電力系統に並入したままポンプをを空転運
転または揚水運転状態から揚水運転または空転運転状態
へ移行させる場合、前記電力系統から発電電動機に供給
される電力を検出し、この電力値と目標値との差が低減
するよう演算器から操作信号を出力させると共に、ポン
プの、ブライミング確立に先行して信号発生器から制御
信号を出力させ、前記操作信号と制御信号を加算してガ
バナー出力信号としてガイドベーン制御用のサーボモー
タに入力することを特徴とする。

〔発明の実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明において使用される制御装置の一実施例
を示すもので、第２図におけるガバナー１８に相当する
部分の構成例を示す。

第４図において、発電電動ａｉの入力電力Ａとその目標
値Ｂは減算器２０において減算され、それらの差は演算
器２１に入力される。演算器２１はその入力信号（Ａ−
８）を零とするために必要なガイドベーン操作信号×１
を演算して出力する。

一方、タイマー２２はポンプ起動信号が入力すると、時
間１　−１ｏの間に信号発生器２３に向けて信号を出力
する。信号発生器２３はタイマー２２からの出力信号を
入力すると、制御信号×２を出力する。

上述の信号×１と×２は加算器２４において加算され、
最終的なガバナー出力信号Ｙとして、第２図のサーボモ
ーター９に向けて出力される。

次に、第２図におけるガバナー１８として第４図に示し
た制御装置を使用してタンデム型ポンプ水車を運転する
場合の作動を第１図を参照しなから説明する。

ポンプの排気過程において排気開始（時刻ｔ。）から、
そのブライミング確立（時刻１．）までの時間１　−１
ｏは一般にほぼ一定であり、また、プライミング確立時
に生ずるポンプ軸人力すの急激な変化部分ｂ′もほぼ一
定である。

本発明においては、上述のポンプ軸入力の変化に対応す
るガイドベーン操作Ｍを予め信号発生器２３に記憶させ
ておき、タイマー２２によりポンプの起動指令ｔ。後の
所定時間経過後、信号発生器２３の記憶値×２を出力さ
せる。この場合、水路系７における水の慣性やサーボモ
ーター９の遅れなどを考慮してタイマー２２の動作タイ
ミングを設定しておけば、第１図に示すように、ポンプ
のブライミング確立時のポンプ軸人力すの急激な変化ｂ
′に遅れることなく、ポンプ軸入力に見合う水車出力Ｃ
を発生させることができる。

なお、第１図中、曲線りは信号発生器２３の出力信号を
ホし、他の曲線ａ−ｇは第２図における曲線ａ〜Ｑに対
応している。

従って、時刻ｔ１でポンプ軸人力すがｂ′で示すように
急激に変化するのに先立って、時刻ｔ１′にて信号発生
器２３から出力を加惇器２４に送出し、これに基き加算
器２４からガイドベーン開信号Ｙを第５図の曲線ｈ′の
ように出力させれば、ガイドベーンは同図の曲１ａｑ’
　のように先行的に開口する。その結果、水車出力も先
行的に増大し、従って、発電電動Ｉｌｌの入力電力は曲
線ｄ′で示すように低い値に保たれ、−電力系統へ与え
る電力動揺は大幅に減少する。

なお、第４図におけるタイマー２２は第５図に示すよう
に、差圧比較器２５に置換してもよい。

この差圧比較器はポンプケーシング６内の水圧Ｃ（＝ａ
）と吸込み管９内の水圧りとの差圧を検出し、その値が
予め定めた動作水圧以上になったとき、信号発生器２３
に向けて出力信号を送出するものである。第１図に示し
たように軸入力すの急激な変化とポンプケーシング圧力
ａの変化は対応しているので、差圧比較器２５の動作水
圧を軸入力の急激な変化が発生する直前の値にセットし
ておけば、第４図の場合におけると同様に、遅れなしに
軸入力の急激な変化に追従することができる。

なお、以上の説明では、ポンプを空転運転状態から揚水
運転に移行する際の過程について述べたが、本発明はポ
ンプを揚水運転から空転運転に移行させる場合にも適用
でき、上記とほぼ同一の原理により発電電動機の入力電
力の変動を大幅に抑制することができる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、タンデム型ポンプ水車に
おけるポンプの空転運転から揚水運転への移行あるいは
揚水運転から空転運転への移行時の給排気過程で生ずる
急激なポンプ軸入力の変化に追従して発電電動機の入出
力の変動を抑制でき、１力系統に大きな動揺を与えるこ
とを回避できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるポンプ排気過程のシーケンスを
例示するグラフ、第２図はタンデム型ポンプ水車の概略
図、第３図は従来のポンプ排気過程のシーケンスを例示
するグラフ、第４図は本発明において使用される制御装
置の実施例を示すブロック図、第５図はその変形例を示
すブロック図である。 １・・・発電型１Ｆ７１１１！、、２・・・主軸、３・
・・水車ランナ、４・・・ポンプインペラ、５・・・ガ
イドベーン、６・・・水車ケーシング、７・・・水圧鉄
管、８・・・吸出し管、つ・・・吸込み管、１０・・・
ポンプケーシング、１１・・・入［］弁、１２・・・水
圧鉄管、１３・・・給気管、１４・・・ｔＡ気管、１５
・・・充水管、１６・・・電力系統、１７・・・１す線
、１８・・・ガバナー、１９・・・す゛−ボモータ、２
０・・・減算器、２１・・・演算器、２２・・・タイマ
ー、２３・・・信号発生器、２４・・・加算器、２５・
・・差圧比較器。 代理人弁理士　　猪　股　　　　　清 第１目 □間を１ ｊＰ）２凶 第３鵬 □間刻 躬４目 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タンデム型ポンプ水車において、発電電動機を電力
   系統に並入したままポンプを空転運転または揚水運転状
   態から揚水運転または空転運転状態へ移行させる場合、
   前記電力系統から発電電動機に供給される電力を検出し
   、この電力値と目標値との差が低減するよう演算器から
   操作信号を出力させると共に、ポンプのブライミング確
   立に先行して信号発生器から制御信号を出力させ、前記
   操作信号と制御信号を加算してガバナー出力信号として
   ガイドベーン制御用のサーボモータに入力することを特
   徴とするタンデム型ポンプ水車の運転制御方法。 ２、信号発生器にはポンプ軸入力の変化に対応するガイ
   ドベーンの操作量を記憶させておくことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のタンデム型ポンプ水車の運転
   制御方法。 ３、ポンプ起動信号が入力した際、所定の時間後に出力
   を生ずるタイマーを介して信号発生器を作動させること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
   タンデム型ポンプ水車の運転制御方法。 ４、ポンプケーシング内の水圧と吸込み管内の水圧の差
   圧が予め設定した動作水圧以上になったとき、信号発生
   器に向けて出力を送出する差圧比較器を用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のタン
   デム型ポンプ水車の運転制御方法。