JP2001207944A

JP2001207944A - 発電機用水車の調速機

Info

Publication number: JP2001207944A
Application number: JP2000014706A
Authority: JP
Inventors: Yasutsune Soga; 泰経曽我; Yasunori Sannomiya; 靖典三宮; Takekame Koori; 武亀郡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2000-01-24
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】応答性に優れ、構成が簡素化された発電機用
水車の調速機を提供することを提供すること。【解決手段】ガバナ機械部２０Ｂは、制御器３１、差
動ピストン部３２、主配圧弁３３及び油圧サーボモータ
３４を有している。制御器３１は信号増幅器２５から入
力された電気信号を機械的な変位に変換し、この変位を
差動ピストン部３２のパイロット弁３２ａに入力する。
差動ピストン部３２は、パイロット弁３２ａに入力され
た変位を増幅して、主配圧弁３３のパイロット弁３３ａ
に入力する。主配圧弁３３の弁体３３ｂは、主配圧弁３
３のパイロット弁３３ａの変位に応じて変位し、この弁
体３３ｂの変位の位置に応じて、油圧サーボモータ３４
の開側油室３４ａに圧油を供給すると共に油圧サーボモ
ータ３４の閉側油室３４ｂから圧油を排出する状態と、
開側油室３４ａから圧油を排出すると共に閉側油室３４
ｂに圧油を供給する状態とが切替えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電機を駆動する
水車の調速制御を行う発電機用水車の調速機に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の発電機用水車の調速機として、
たとえば「新版電気工学ハンドブック（発行所：財団法
人電気学会），ｐ．９５８，図５２」に開示されたよう
なものが知られている。「新版電気工学ハンドブック
（発行所：財団法人電気学会），ｐ．９５８，図５２」
に開示された調速機は、ガバナ電気部から出力された電
気信号を機械的な変位に変換する制御器としての制御コ
イルを有し、この制御コイルにより変換された機械的な
変位によりパイロットバルブを動かし、補助サーボモー
タに供給する圧油の流量を制御している。補助サーボモ
ータの変位は、更にレバー等を介して主配圧弁に入力さ
れて、主配圧弁を動かし、ガイドベーンを開閉する油圧
サーボモータに供給する圧油の流量を制御している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような発電機用水
車の調速機においては、制御器と主配圧弁との間に、補
助サーボモータ、リンク等が設けられているため、制御
器により変換された機械的な変位が、結果として主配圧
弁に到達するまでに時間的な遅れが生じ、応答性が悪化
するという問題を有している。また、補助サーボモー
タ、リンク等の存在により、調速機の構成が複雑になる
という問題も有している。

【０００４】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、応答性に優れ、構成が簡素化された発電機用水車の
調速機を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
による発電機用水車の調速機は、ガバナ電気部から出力
された電気信号を機械的な変位に変換する制御器と、制
御器にて変換された機械的な変位を増幅する差動ピスト
ン部と、差動ピストン部にて増幅された機械的な変位が
直接入力され、水車のガイドベーンを開閉する油圧サー
ボモータに供給する圧油の流量を制御する主配圧弁と、
油圧サーボモータの変位を検出し、検出した油圧サーボ
モータの変位を電気信号としてガバナ電気部に出力する
変位検出部と、を備えることを特徴としている。

【０００６】上述の請求項１に記載の発電機用水車の調
速機によれば、差動ピストン部にて増幅された機械的な
変位が、水車のガイドベーンを開閉する油圧サーボモー
タに供給する圧油の流量を制御する主配圧弁に直接入力
されるので、上述した従来の技術が有していたような補
助サーボモータ等が不要となり、制御器により変換され
た機械的な変位が主配圧弁に到達するまでの時間的な遅
れが極めて小さくなり応答性を向上することができると
共に、調速機自体の構成を簡素化することができる。ま
た、油圧サーボモータの変位が変位検出部により検出さ
れて電気信号としてガバナ電気部に入力されるので、油
圧サーボモータの時間遅れが調速機の制御ループ内に取
り込まれることになり、調速機の制御性を向上すること
ができる。

【０００７】また、制御器、差動ピストン部、及び、主
配圧弁は、制御器にて変換された機械的な変位の方向、
差動ピストン部にて増幅された機械的な変位の方向、及
び、主配圧弁の変位の方向が同軸上に揃うように、一体
に形成されていることが好ましい。このように制御器、
差動ピストン部及び主配圧弁とを一体に形成することに
より、制御器、差動ピストン部及び主配圧弁が一軸上に
設けられ、調速機の構成が更に簡素化できると共に、制
御器、差動ピストン部及び主配圧弁の保守性を向上する
ことができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【０００９】図１は、本発明による発電機用水車の調速
機の実施形態を示した概略構成図である。水力発電所１
は、上下ダム２，３、水車５、発電機６、導水路７、水
圧管８などから構成される。上ダム２から導水路７を通
って導かれた水は水圧管８により一気に下降し、入り口
弁９を通って水車５に入る。水圧管８から送られる高圧
の水は、ケーシングを通ってガイドベーン１１に導か
れ、ランナ１２を回転駆動する。ランナ１２は発電機６
に接続されており、ランナ１２の回転が発電機６に伝わ
ることにより、発電が行われる。ランナ１２を回転駆動
してエネルギを失った水は、吸出し管１３により減速さ
れ、放水路１４を通って下ダム３に放流される。発電機
６には、信号発電機（図示せず）を介して、周波数検出
器１６が接続されており、この周波数検出器１６はラン
ナ１２（水車５）の回転速度を検出している。周波数検
出器１６にて検出されたランナ１２の回転速度は、電気
信号に変換されて調速機２０に送られる。

【００１０】発電機６を駆動する水車５の調速制御は、
ガイドベーン１１の開度を調節して、水車５に流入する
水量を変化させることにより行われている。ガイドベー
ン１１の開度は、設定された回転数（周波数）あるいは
負荷のもとで水車５が作動するように調速機２０により
自動的に制御される。この調速機２０は、図１に示され
るように、ガバナ電気部２０Ａとガバナ機械部２０Ｂと
により構成されている。

【００１１】ガバナ電気部２０Ａは、主として負荷設定
器（６５Ｐ）２１、周波数設定器（６５Ｆ）２２、垂下
率設定器２３、ＰＩＤ演算器２４及び信号増幅器２５に
より構成されている。負荷設定器２１は、結合器２６を
介して垂下率設定器２３に接続される。垂下率設定器２
３は、結合器２７を介してＰＩＤ演算器２４に接続され
る。周波数設定器２２は、結合器２７を介してＰＩＤ演
算器２４に接続される。ＰＩＤ演算器２４は、比例動作
を行う比例器、微分動作を行う微分器及び積分動作を行
う積分器を有しており、結合器２８に接続される。結合
器２８は信号増幅器２５に接続されており、この信号増
幅器２５は、ガバナ機械部２０Ｂに接続される。また、
結合器２７には周波数検出器１６が接続される。

【００１２】ガバナ機械部２０Ｂは、水車５のガイドベ
ーン１１の開度を調整するためのものであり、制御器３
１、差動ピストン部３２、主配圧弁３３及び油圧サーボ
モータ３４を有している。制御器３１は制御コイル３１
ａ及びバネ３１ｂ等を有しており、信号増幅器２５から
入力された電気信号を機械的な変位に変換し、この変位
を差動ピストン部３２のパイロット弁３２ａに入力す
る。差動ピストン部３２は、制御器３１にて変換された
機械的な変位を増幅するためのもので、この差動ピスト
ン部３２には、圧油装置（図示せず）から送られてくる
圧油が供給されており、この圧油を用いてパイロット弁
３２ａに入力された変位を増幅して、主配圧弁３３に入
力する。

【００１３】主配圧弁３３は、圧油装置から送られてく
る圧油を調整して油圧サーボモータ３４に供給、あるい
は油圧サーボモータ３４から排出するためのもので、差
動ピストン部３２にて増幅された機械的な変位が直接入
力されるパイロット弁３３ａと、油圧サーボモータ３４
への圧油の供給あるいは油圧サーボモータ３４からの圧
油の排出を制御する弁体３３ｂとを有している。主配圧
弁３３のパイロット弁３３ａには、圧油装置から送られ
てくる圧油が供給されており、この圧油を用いることに
より、主配圧弁３３のパイロット弁３３ａの変位に応じ
て、主配圧弁３３の弁体３３ｂを変位させている。ま
た、制御器３１、差動ピストン部３２、及び、主配圧弁
３３は、制御器３１にて変換された機械的な変位の方
向、差動ピストン部３２にて増幅された機械的な変位の
方向（差動ピストン部３２のパイロット弁３２ａの変位
の方向）、及び、主配圧弁３３（パイロット弁３３ａ及
び弁体３３ｂ）の変位の方向が同軸上に揃うように、一
体に形成されている。

【００１４】主配圧弁３３には、圧油装置からの圧油供
給通路３５と、開側排油通路３６と、閉側排油通路３７
とが接続されている。主配圧弁３３では、上述したよう
に主配圧弁３３のパイロット弁３３ａの変位に応じて、
弁体３３ｂの状態が、油圧サーボモータ３４の開側油室
３４ａに圧油を供給すると共に油圧サーボモータ３４の
閉側油室３４ｂから圧油を排出する状態と、油圧サーボ
モータ３４の開側油室３４ａから圧油を排出すると共に
油圧サーボモータ３４の閉側油室３４ｂに圧油を供給す
る状態とに切替えられる。油圧サーボモータ３４は、リ
ンク機構３８を介してガイドベーン１１に接続されてお
り、開側油室３４ａに圧油が供給されると共に閉側油室
３４ｂから圧油が排出されることによりガイドベーン１
１を開作動させ、閉側油室３４ｂに圧油が供給されると
共に開側油室３４ａから圧油が排出されることによりガ
イドベーン１１を閉作動させる。

【００１５】油圧サーボモータ３４には、油圧サーボモ
ータ３４の変位を検出し、検出した油圧サーボモータ３
４の変位を電気信号としてガバナ電気部２０Ａに出力す
る変位検出部としての位置検出器（ＬＶＤＴ）４１が設
けられている。この位置検出器４１は、結合器２６及び
結合器２８に接続されており、位置検出器４１から出力
される電気信号は、結合器２６及び結合器２８に入力さ
れる。

【００１６】上述したガバナ電気部２０Ａにおいては、
負荷設定器２１からの出力信号は、結合器２６に減算入
力される。結合器２６には、位置検出器４１からの出力
信号も加算入力されており、負荷設定器２１からの出力
信号と位置検出器４１からの出力信号とが結合されて垂
下率設定器２３に出力される。垂下率設定器２３からの
出力信号は、結合器２７に減算入力される。

【００１７】周波数設定器２２からの出力信号は、結合
器２７に加算入力される。結合器２７には、周波数検出
器１６からの出力信号も減算入力されており、垂下率設
定器２３からの出力信号、周波数設定器２２からの出力
信号及び周波数検出器１６からの出力信号とが結合され
て、ＰＩＤ演算器２４に出力される。結合器２７からの
出力信号は、ＰＩＤ演算器２４の比例器、微分器及び積
分器の夫々に入力される。比例器、微分器及び積分器か
らの各出力信号は、結合器（図示せず）に加算入力され
た後に、結合器２８に出力される。結合器２８には、位
置検出器４１からの出力信号も減算入力されており、Ｐ
ＩＤ演算器２４からの出力信号と位置検出器４１からの
出力信号とが結合されて、信号増幅器２５に出力され
る。信号増幅器２５からの出力信号は、電気信号として
ガバナ機械部２０Ｂ（制御器３１）に入力される。

【００１８】次に、調速機２０の動作を説明する。水車
５が起動してから、発電機６が電力系統に並列するまで
は、周波数設定器２２で設定された設定値に等しくなる
ようにＰＩＤ演算器２４にて演算が行われ、演算結果が
出力信号として、結合器２８を介して信号増幅器２５に
出力される。また、発電機６が電力系統と並列したとき
は、負荷設定器２１の設定値に等しくなるようにＰＩＤ
演算器２４にて演算が行われ、同じく演算結果が出力信
号として結合器２８を介して信号増幅器２５に出力され
る。結合器２８からは、ＰＩＤ演算器２４からの出力信
号と位置検出器４１からの出力信号との偏差を表す信号
が出力信号として出力され、信号増幅器２５では、この
結合器２８からの出力信号が増幅される。信号増幅器２
５からは、結合器２８からの出力信号が増幅された信号
が、電気信号として制御器３１に出力される。

【００１９】制御器３１では、信号増幅器２５から出力
された電気信号が機械的な変位に変換され、変換された
機械的な変位が差動ピストン部３２のパイロット弁３２
ａに入力される。差動ピストン部３２では、差動ピスト
ン部３２のパイロット弁３２ａに伝えられた機械的な変
位が増幅され、増幅された機械的な変位が主配圧弁３３
のパイロット弁３３ａに入力される。主配圧弁３３で
は、主配圧弁３３のパイロット弁３３ａの変位に応じて
弁体３３ｂが変位することにより、圧油装置から送られ
てくる圧油が調整されて油圧サーボモータ３４に供給、
あるいは油圧サーボモータ３４から排出される。

【００２０】ガイドベーン１１の開作動は、主配圧弁３
３の弁体３３ｂが図１において上方に移動することによ
り、圧油供給通路３５からの圧油が油圧サーボモータ３
４の開側油室３４ａに供給され、油圧サーボモータが図
１において右方向に変位することにより行われる。この
とき、閉側油室内３４ｂの圧油は、主配圧弁３３及び開
側排油通路３６を通して排出される。また、ガイドベー
ン１１の閉作動は、主配圧弁３３の弁体３３ｂが図１に
おいて下方に移動することにより、圧油供給通路３５か
らの圧油が油圧サーボモータ３４の閉側油室３４ｂに供
給され、油圧サーボモータ３４が図１において左方向に
変位することにより行われる。このとき、開側油室内３
４ａの圧油は、主配圧弁３３及び閉側排油通路３７を通
して排出される。

【００２１】以上のように、本実施形態の発電機用水車
の調速機２０によれば、調速機２０が、ガバナ電気部２
０Ａ（信号増幅器２５）から出力された電気信号を機械
的な変位に変換する制御器３１と、制御器３１にて変換
された機械的な変位を増幅する差動ピストン部３２と、
差動ピストン部３２にて増幅された機械的な変位が直接
入力され、水車５のガイドベーン１１を開閉する油圧サ
ーボモータ３４に供給する圧油の流量を制御する主配圧
弁３３とを備えているので、主配圧弁３３に、差動ピス
トン部３２にて増幅された機械的な変位が直接入力され
ることになる。したがって、調速機２０において上述し
た従来の技術が有していた補助サーボモータ等が不要と
なり、制御器３１により変換された機械的な変位が主配
圧弁３３（弁体３３ｂ）に到達するまでの時間的な遅れ
が極めて小さくなり、調速機２０の応答性を向上するこ
とができると共に、調速機２０、特にガバナ機械部２０
Ｂの構成を簡素化することができる。

【００２２】また、調速機２０が、油圧サーボモータ３
４の変位を検出し、検出した油圧サーボモータ３４の変
位を電気信号としてガバナ電気部２０Ａに出力する位置
検出器４１を備えているので、油圧サーボモータ３４に
おける時間遅れが調速機２０の制御ループ内に取り込ま
れることになり、調速機２０の制御性を向上することが
できる。

【００２３】また、制御器３１、差動ピストン部３２、
及び、主配圧弁３３は、制御器３１にて変換された機械
的な変位の方向、差動ピストン部３２にて増幅された機
械的な変位の方向（差動ピストン部３２のパイロット弁
３２ａの変位の方向）、及び、主配圧弁３３（パイロッ
ト弁３３ａ及び弁体３３ｂ）の変位の方向が同軸上に揃
うように、一体に形成されているので、制御器３１、差
動ピストン部３２及び主配圧弁３３が一軸上に設けられ
ることになり、調速機２０、特にガバナ機械部２０Ｂの
構成が更に簡素化できると共に、制御器３１、差動ピス
トン部３２及び主配圧弁３３の保守性を向上することが
できる。

【００２４】なお、本実施形態においては、油圧サーボ
モータ３４に対して複数の位置検出器を並列に設け、夫
々の位置検出器からの電気信号をガバナ電気部２０Ａに
入力するように構成してもよく、このように複数の位置
検出器を並列に設けることにより、油圧サーボモータ３
４の変位の検出する際の信頼性を向上することができ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、請求項１
に記載の発電機用水車の調速機によれば、水車のガイド
ベーンを開閉する油圧サーボモータに供給する圧油の流
量を制御する主配圧弁に、差動ピストン部にて増幅され
た機械的な変位が直接入力されるので、上述した従来の
技術が有していた補助サーボモータ等が不要となり、制
御器により変換された機械的な変位が主配圧弁に到達す
るまでの時間的な遅れが極めて小さくなり応答性を向上
することができると共に、調速機自体の構成を簡素化す
ることができる。また、油圧サーボモータの変位が変位
検出部により検出されて電気信号としてガバナ電気部に
入力されるので、油圧サーボモータの時間遅れが調速機
の制御ループ内に取り込まれることになり、調速機の制
御性を向上することができる。この結果、応答性に優
れ、構成が簡素化された発電機用水車の調速機を実現す
ることができる。

【００２６】また、制御器、差動ピストン部及び主配圧
弁とを、制御器にて変換された機械的な変位の方向、差
動ピストン部にて増幅された機械的な変位の方向、及
び、主配圧弁の変位の方向が同軸上に揃うように、一体
に形成することにより、制御器、差動ピストン部及び主
配圧弁が一軸上に設けられ、調速機の構成が更に簡素化
できると共に、制御器、差動ピストン部及び主配圧弁の
保守性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による発電機用水車の調速機の実施形態
を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１…水力発電所、５…水車、６…発電機、１１…ガイド
ベーン、１６…周波数検出器、２０…調速機、２０Ａ…
ガバナ電気部、２０Ｂ…ガバナ機械部、２１…負荷設定
器、２２…周波数設定器、２３…垂下率設定器、２４…
ＰＩＤ演算器、２５…信号増幅器、３１…制御器、３１
ａ…制御コイル、３２…差動ピストン部、３２ａ…パイ
ロット弁、３３…主配圧弁、３３ａ…パイロット弁、３
３ｂ…弁体、３４ａ…開側油室、３４ｂ…閉側油室、３
４…油圧サーボモータ、３５…圧油供給通路、３６…開
側排油通路、３７…閉側排油通路、４１…位置検出器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三宮靖典東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者郡武亀兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目８番25号大成エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 3H073 AA08 AA26 BB13 BB21 CC13 CC26 CD02 CD13 CD15 CD18 CE06 CE09 CE26 FF01 FF03 5H313 AA28 BB04 CC02 EE03 FF04 GG02 HH01 JJ01 KK08 LL01 MM01 MM02 5H590 AA21 CA11 CE01 EB22 FC03 HA09 HA26 JA12 JA13 JA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガバナ電気部から出力された電気信号を
機械的な変位に変換する制御器と、前記制御器にて変換された前記機械的な変位を増幅する
差動ピストン部と、前記差動ピストン部にて増幅された機械的な変位が直接
入力され、水車のガイドベーンを開閉する油圧サーボモ
ータに供給する圧油の流量を制御する主配圧弁と、前記油圧サーボモータの変位を検出し、検出した前記油
圧サーボモータの前記変位を電気信号として前記ガバナ
電気部に出力する変位検出部と、を備えることを特徴と
する発電機用水車の調速機。
【請求項２】前記制御器、前記差動ピストン部、及
び、前記主配圧弁は、前記制御器にて変換された前記機
械的な変位の方向、前記差動ピストン部にて増幅された
前記機械的な変位の方向、及び、前記主配圧弁の変位の
方向が同軸上に揃うように、一体に形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の発電機用水車の調速機。