JP2003343413A - 水力発電設備 - Google Patents
水力発電設備Info
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Abstract
は水車及び放流弁を適正に制御して安定した運転制御を
可能とする。 【解決手段】 水力発電設備においは、水車17を水車
駆動制御部22によりガイドベーン開度を変更して流水
量を調整する一方、放流弁19を放流弁駆動制御部24
により放流弁開度を変更して流水量を調整するように
し、各駆動制御部22,24にガイドベーン開度及び放
流弁開度が常時入力するようにし、水車17の内部事故
等の異常発生時には、水車17のガイドベーンを閉止し
て駆動を停止する一方、放流弁19の開度を異常発生時
における水車17のガイドベーン開度(流水量)に対応
する開度とする。
Description
路に設けられた水車に対して、水流路からのバイパス路
に設けられた放流弁を制御する水力発電設備に関する。
ら導水路を介して貯水槽が設けられ、この貯水槽に連結
された水流路に発電用の水車が設けられている。そし
て、この貯水槽には水流路と並列に余水路が設けられ、
水車の故障停止時に貯水槽の水を余水路から流すこと
で、貯水槽からの流水量を一定に維持し、貯水槽から水
が溢れることを防止している。
ことは土木建設コストが増加することから、余水路の代
わりに水流路から分岐したバイパス路を設けてここに放
流弁を設け、水車の故障時には、この放流弁を開放して
バイパス路から水を流すことで、貯水槽からの流水量を
一定に維持するようにしている。このような水力発電設
備としては、例えば、特開昭53−51346号公報や
特開昭54−160936号公報に開示されたものがあ
る。
電設備にあっては、水車の流水量を減少する一方、放流
弁を開放してバイパス路からの流水量を増加させ、水車
(水流路)の流水量と放流弁(バイパス路)の流水量と
を合わせた流水量、つまり、貯水槽からの流水量を一定
に維持している。ところが、このように水車の流水量と
放流弁の流水量とを合わせた貯水槽からの流水量を一定
に維持するためには、水車と放流弁との流水量をそれぞ
れ計測して両者の開度を制御しなければならず、水車と
放流弁の開度制御が複雑となり、水車の故障時などに早
急に水車を停止することができないという問題がある。
また、水車(水流路)の流水量は貯水槽の水位や要求発
電量等に応じて変動するものであり、水車の流水量を減
少しながら放流弁の流水量を増加して合わせた流水量を
一定に維持することは困難である。
あって、水車の異常発生時には水車及び放流弁を適正に
制御して安定した運転制御を可能とした水力発電設備を
提供することを目的とする。
めの請求項1の発明の水力発電設備は、貯水槽と、基端
部が該貯水槽に連結された水流路と、該水流路に設けら
れた水車と、基端部が前記水車よりも上流側の水流路に
連結されたバイパス路と、該バイパス路に設けられた放
流弁と、前記貯水槽の水位を検出する水位検出器と、該
水位検出器が検出した前記貯水槽の水位に基づいて前記
水車を駆動制御する水車駆動制御手段と、前記水位検出
器が検出した前記貯水槽の水位が所定水位以上となった
ときに該水位に基づいて前記放流弁を駆動制御する放流
弁駆動制御手段とを具え、前記水車の異常発生時には、
前記水車駆動制御手段が前記水車の駆動を停止する一
方、前記放流弁駆動制御手段は異常発生時における前記
水車の流水量と同じ流水量となるまで前記放流弁を開放
することを特徴とするものである。
は、前記放流弁駆動制御手段には前記水車の流水量とし
てのガイドベーン開度が常時入力されており、該放流弁
駆動制御手段は、前記水車の異常発生時に、前記放流弁
の流水量が異常発生時における前記水車の流水量と同量
となるまで前記放流弁の開度を増加させることを特徴と
している。
は、前記放流弁の流水量が異常発生時における前記水車
の流水量と同じ流水量となると共に、前記水車の駆動が
完全に停止した後に、前記放流弁駆動制御手段は前記貯
水槽の水位に基づいて前記放流弁を駆動制御することを
特徴としている。
施の形態を詳細に説明する。
設備を表す概略、図2及び図3に貯水槽の水位に対する
ガイドベーン及び放流弁の開度を表すグラフ、図4に水
力発電設備の運転モードに応じた水車及び放流弁の制御
内容を表す表、図5に水力発電設備における水車及び放
流弁の制御ブロックを示す。
に示すように、河川やダム11から導水路12を介して
貯水槽13が設けられており、この導水路12には駆動
装置14によって開閉駆動可能な取水ゲート15が設け
られている。そして、貯水槽13には水流路16の基端
部が連結されており、この水流路16の下流側には発電
用の水車17が設けられている。また、この水流路16
には水車17をバイパスするバイパス路18が設けられ
ており、このバイパス路18に放流弁19が設けられて
いる。
サーボモータ21を有し、水車駆動制御部22によりこ
のガイドベーン駆動用サーボモータ21を駆動してガイ
ドベーン開度を変更し、流水量を調整することができ
る。一方、放流弁19は放流弁駆動用サーボモータ23
を有し、放流弁駆動制御部24により放流弁駆動用サー
ボモータ23を駆動して放流弁開度を変更し、流水量を
調整することができる。また、水車17には実際のガイ
ドベーン開度を検出するガイドベーン開度センサ25が
設けられ、水車駆動制御部22の制御部22aにフィー
ドバックし、制御部22aは駆動部22bに制御指令値
を出力し、駆動部22bがガイドベーン駆動用サーボモ
ータ21に制御信号を出力する。一方、放流弁19には
実際の放流弁開度を検出する放流弁開度センサ26が設
けられ、放流弁駆動制御部24の制御部24aにフィー
ドバックし、制御部24aは駆動部24bに制御指令値
を出力し、駆動部24bが放流弁駆動用サーボモータ2
3に制御信号を出力する。この場合、ガイドベーン開度
センサ25は実際のガイドベーン開度を放流弁駆動制御
部24の制御部24aにも出力し、放流弁開度センサ2
6は実際の放流弁開度を水車駆動制御部22の制御部2
2aにも出力している。
の水位検出器として、圧力式水位計27及びフロート式
水位計28が設けられており、各水位計27,28の出
力は変換器29,30を介して水車駆動制御部22の制
御部22aに貯水槽13の水位として入力し、更に放流
弁駆動制御部24の制御部24aに入力する。この場
合、貯水槽13の水位検出精度の安全性を確保するため
に、2つの水位計27,28を設け、高出力(高水位)
側の信号を適用している。
安全性を確保するために、水車17側の電源設備と放流
弁19側の電源設備とがそれぞれ独立して設けられてい
る。即ち、主電源部31には水車用バッテリ32と放流
弁用バッテリ33とが接続され、各バッテリ32,33
は水車駆動制御部22の駆動部22b及び放流弁駆動制
御部24の駆動部24bにそれぞれ接続されている。ま
た、各バッテリ32,33は共通電源部34を介して変
換器29,30及び取水ゲート15の駆動装置14にそ
れぞれ接続されている。なお、各バッテリ32,33は
放流弁駆動制御部24の制御部24aにも接続されてい
る。
は、河川やダム11から導水路12を通して貯水槽13
に流れ込む最大流水量は決まっており、その最大流水量
となるように駆動装置14により取水ゲート15を開閉
する。しかし、天候等によりダム11の貯水量が変わる
ことから、貯水槽13の水位や要求発電量等に応じて取
水ゲート15を開閉量を調整する。なお、水力発電設備
の内部事故や外部事故の発生時などの異常事態には、取
水ゲート15を強制閉止するようにしている。また、豪
雨などによる貯水槽13の水位の異常上昇時等には、取
水ゲート15を半開あるいは強制閉止するようにしてい
る。
制御部22及び放流弁駆動制御部24によって駆動制御
されるが、水車駆動制御部22及び放流弁駆動制御部2
4は、通常、貯水槽13の水位に応じて水車17及び放
流弁19を駆動制御する。即ち、放流弁19にその開度
が無段階調整可能な放流弁を適用した場合、図2に示す
ように、貯水槽13の水位が所定の最低水位LWL以下
のときは、水車17のガイドベーン及び放流弁19の開
度は0%とし、水車17による発電は行わない。そし
て、貯水槽13の水位が上昇してこの最低水位LWLを
越えて水車駆動開始水位WL1以上になると、水車17
のガイドベーンを開放し始め、標準水位NWLまでの間
でガイドベーン開度0〜100%を調整し、貯水槽13
の水位を所定水位に維持しながら水車17ではそのガイ
ドベーン開度に応じた発電を行う。
準水位NWLを越えて放流弁駆動開始水位WL2以上に
なると、放流弁19を開放し始め、最高水位HWLまで
の間で放流弁開度0〜100%を調整し、貯水槽13の
水位を所定水位に維持しながら水車17では100%の
発電を行う。そして、貯水槽13の水位が上昇して最大
水位HWLを越えて異常水位WL3以上になると、取水
ゲート15を強制的に閉止して貯水槽13の水位を所定
水位に維持する。
17のガイドベーン開度及び放流弁19の開度を調整す
ることで、貯水槽13の水位を所定水位に維持しなが
ら、水車17の駆動により発電を行う。但し、この貯水
槽13の水位に応じた水車17及び放流弁19の駆動制
御は基本的なものであり、後述するが、発電設備への要
求発電量に応じて適宜変更される。
る放流弁を適用した場合には、図3に示すように、貯水
槽13の水位が標準水位NWLを越えて、放流弁駆動開
始水位WL2−1以上になると放流弁19の開度を50
%とし、放流弁全開水位WL2−2以上になると放流弁
19の開度を100%とし、貯水槽13の水位を所定水
位に維持しながら水車17で発電を行う。
転モードに応じた水車17、放流弁19、取水ゲート1
5等の駆動制御について、図4の運転モード表及び図5
のブロック線図を用いて説明する。なお、図4の運転モ
ード表にて、○は制御信号の入力、×は制御信号の入力
なしという意味である。
通常運転モードの始動時、負荷増減時、普通停止時で
は、水車17は貯水槽13の水位及び要求発電量に応じ
た制御モードであり、放流弁19は貯水槽13の水位に
応じた制御モードで運転される。即ち、図5に示すよう
に、水車駆動制御部22にて、予め設定された水車設定
回転速度n0 と図示しないセンサにより検出された実際
の水車回転速度nとの偏差Δnが演算器41にて算出さ
れる一方、水力発電設備の要求発電量に応じて設定され
た負荷設定値が補正演算器42でその作動遅れ分が補正
され、速度垂下率を乗じたものを両者が加算器43で加
算されて指令値設定部44に入力される。この指令値設
定部44では要求発電量に必要な水車17の基準ガイド
ベーン開度GS を求めて指令値演算器45に出力する。
一方、水車開度演算器46では、貯水槽13の水位Hに
基づいて予め設定されたマップ(図2のグラフ)から水
車17の適正ガイドベーン開度G0 を求め、補正演算器
47でその作動遅れ分が補正されて指令値演算器45に
出力する。
ーン開度GS と適正ガイドベーン開度G0 とフィードバ
ック制御値とに基づいて制御指令値G1 を求め、速度リ
ミッタ48を通ってガイドベーン作動速度が設定され、
補正演算器49でその作動遅れ分が補正され、ガイドベ
ーン駆動用サーボモータ21に制御信号Gが出力され
る。駆動用サーボモータ21は制御信号Gに応じて駆動
し、水車17のガイドベーン開度を調整する。
開度演算器51では、貯水槽13の水位Hに基づいて予
め設定されたマップ(図2のグラフ)から放流弁19の
適正放流弁開度V0 を求め、スイッチ52を介して演算
器53で適正放流弁開度V0とフィードバック制御値と
に基づいて制御指令値V1 を求め、速度リミッタ54を
通って放流弁作動速度が決まり、補正演算器55でその
作動遅れ分が補正され、放流弁駆動用サーボモータ23
に制御信号Vが出力される。駆動用サーボモータ23は
制御信号Vに応じて駆動し、放流弁19の開度を調整す
る。
で事故が発生した内部事故運転停止モードでは、水車1
7は貯水槽13の水位及び要求発電量に応じた制御モー
ドからガイドベーンを強制的に閉止するモードに切り換
わると共に、放流弁19は貯水槽13の水位に応じた制
御モードから放流弁19を強制的に開放するモードに切
り換わり、水車17の完全停止後に水位制御モードで運
転される。また、同時に、取水ゲート15も閉じる。
22にて、指令値設定部44に非常停止信号Aが入力さ
れると、この指令値設定部44では要求発電量に関係な
くガイドベーン全閉信号GE を指令値演算器45に出力
し、この指令値演算器45では、適正ガイドベーン開度
G0 等に拘らずガイドベーン全閉信号GE を出力し、速
度リミッタ48及び補正演算器49を介してガイドベー
ン駆動用サーボモータ21にガイドベーン全閉信号GE
を制御信号Gとして出力する。駆動用サーボモータ21
は制御信号G(ガイドベーン全閉信号GE )に応じて駆
動し、ガイドベーンを閉じて水車17を直ちに停止す
る。
止信号Aがスイッチ56に入力するとタイマ57が作動
して通電し、非常停止信号Aがスイッチ52に入力す
る。すると、放流弁開度演算器51からの放流弁19の
適正放流弁開度V0 の入力が停止する。一方、スイッチ
58で保持された適正ガイドベーン開度G0 が演算器5
9を介して放流弁同期開度演算器60に入力し、予め設
定されたG−Vシンクロマップに基づいて適正ガイドベ
ーン開度G0 に応じた適正放流弁開度V0 が求められて
スイッチ52に入力し、演算器53、速度リミッタ5
4、補正演算器55を介して放流弁駆動用サーボモータ
23に制御信号Vが出力される。駆動用サーボモータ2
3は制御信号Vに応じて駆動し、放流弁19の開度を適
正ガイドベーン開度G0 に応じた開度に調整する。
度が内部事故発生時の適正ガイドベーン開度G0 (制御
信号G)になると共に、水車17のガイドベーン開度が
0、つまり、水車が停止すると、タイマ57が停止して
断線し、放流弁開度演算器51からの放流弁19の適正
放流弁開度V0 がスイッチ52に入力し、貯水槽13の
水位に基づく水位制御に移行する。また、放流弁19の
開放制御及び水車17の停止制御に伴って取水ゲート1
5を閉じる。なお、放流弁駆動制御部24に非常停止信
号Aが入力しても放流弁19が何らかの影響により開放
しないときには、取水ゲート15を閉止を待って水車1
7を停止する。
外部で事故が発生した外部事故モードでは、水車17は
貯水槽13の水位に応じた制御モードからガイドベーン
を閉止するモードに切り換わると共に、放流弁19は貯
水槽13の水位に応じた制御モードから放流弁19を強
制的に開放するモードに切り換わって運転される。
と、実際の水車回転速度nが異常上昇するため、水車駆
動制御部22では水車設定回転速度n0 とこの水車回転
速度nとの偏差Δnが大きくなり、指令値設定部44で
外部事故と判断する。一方、放流弁駆動制御部24に
て、負荷遮断検出器61が水車回転速度nが異常上昇を
検出すると、リミッタ62を介して非常停止信号Aがス
イッチ56に入力する。すると前述の内部事故と同様
に、予め設定されたG−Vシンクロマップに基づいて適
正ガイドベーン開度G0 に応じた適正放流弁開度V0 を
求め、放流弁駆動用サーボモータ23に制御信号Vを出
力して放流弁19の開度を適正ガイドベーン開度G0 に
応じた開度に調整する。
貯水槽13の水位に応じて開度を制御する水位制御モー
ドに切り換わり、外部事故の修復を待って水車17が待
機状態となるが、一定時間経過しても送電系統が復旧し
ない場合は、送電線等の永久事故と判断して取水ゲート
15を閉止する。
17を駆動する場合、放流弁19の実際の開度(制御信
号V)は放流弁開度センサ26が検出して水車駆動制御
部22の制御部22aに入力しているので、放流弁19
を閉止すると共に、水車駆動制御部22はガイドベーン
の開度を放流弁19の放水量に応じた適正なガイドベー
ン開度G0 に開放する。
における水車駆動制御部22側の電源(水車用バッテリ
32)が故障して電力が供給されなくなると、水車17
は水位制御モードから重錘によりガイドベーンを強制的
に閉止する一方、放流弁19は水位制御モードから強制
的に開放するモードに切り換わり、水車17の完全停止
後に水位制御モードで運転される。また、同時に取水ゲ
ート15も閉じる。
22に水車電源断信号が入力すると、図示しない電磁弁
が消勢され、切り離されていた重錘がガイドベーン駆動
用サーボモータ21と連結してガイドベーンを緩やかに
閉止する。一方、放流弁駆動制御部24のスイッチ56
に水車電源断信号が入力すると、前述の内部事故と同様
に、予め設定されたG−Vシンクロマップに基づいて適
正ガイドベーン開度G 0 に応じた適正放流弁開度V0 を
求め、放流弁駆動用サーボモータ23に制御信号Vを出
力して放流弁19の開度を適正ガイドベーン開度G0 に
応じた開度に調整する。その後、所定時間経過すると放
流弁19は貯水槽13の水位に応じて開度を制御する水
位制御モードに切り換わり、取水ゲート15も閉じられ
ると放流弁19も閉止する。
おける放流弁駆動制御部24側の電源(放流弁用バッテ
リ33)が故障して電力が供給されなくなると、水車1
7は水位制御モードで閉止する一方、放流弁19は水位
制御モードから重錘により強制的に開放する。また、同
時に取水ゲート15も閉じる。
22に放流弁電源断信号が入力すると、スイッチ63の
接点が切り換わり、放流弁補助制御部50により重錘が
放流弁19と連結して緩やかに開放する。一方、水車1
7は貯水槽13の水位に応じて開度を制御する水位制御
モードで、取水ゲート15の閉止により閉止する。
7を手動停止する場合には、放流弁19は水位制御モー
ドのまま運転される。
どによる貯水槽13の水位が異常上昇した場合、水車1
7は貯水槽13の水位及び要求発電量に応じた制御モー
ドで、放流弁19は貯水槽13の水位に応じた制御モー
ドのまま運転し、取水ゲート15を閉止する。
っては、水車17を水車駆動制御部22によりガイドベ
ーン開度を変更して流水量を調整する一方、放流弁19
を放流弁駆動制御部24により放流弁開度を変更して流
水量を調整するようにし、各駆動制御部22,24には
ガイドベーン開度及び放流弁開度が常時入力されるよう
にし、水車17の内部事故等の異常発生時には、水車1
7のガイドベーンを閉止して水車17の駆動を停止する
一方、放流弁19の開度を異常発生時における水車17
のガイドベーン開度(流水量)に対応する開度とし、水
車17が完全に停止した後には貯水槽13の水位に基づ
いて放流弁開度を駆動制御するようにしている。
9の開度制御が容易となり、水車17のガイドベーン開
度に拘らず、貯水槽13の水位を制御しながら水車17
を早急に停止することで十分な安全性を確保できる。
内で事故が発生した内部事故運転停止モードにて、水車
17を強制停止する一方、放流弁19を事故発生時のガ
イドベーン開度に応じた放流弁開度に調整するようにし
ている。この場合、水車17と放流弁19が全開(開度
100%)のときにその流水量を同量として説明した
が、相違する場合には流水量が同量となるように水車1
7のガイドベーン開度と放流弁19の開度を調整すれば
よい。
ように請求項1の発明の水力発電設備によれば、貯水槽
の水位に基づいて水車を駆動制御可能とすると共に、貯
水槽の水位が所定水位以上となったときにこの水位に基
づいて放流弁を駆動制御可能とし、且つ、水車の異常発
生時には、水車の駆動を停止する一方、この異常発生時
における水車の流水量と同じ流水量となるまで放流弁を
開放するようにしたので、異常発生時の水車と放流弁の
開度制御が容易となり、水車の開度に拘らずこの水車を
早急に停止することで十分な安全性を確保することがで
き、その結果、水車の異常発生時に水車及び放流弁を適
正に制御して安定した運転制御を可能とすることができ
る。
水車の流水量としてのガイドベーン開度を常時把握し、
水車の異常発生時に放流弁の流水量が異常発生時におけ
る水車の流水量と同量となるまで放流弁の開度を増加さ
せるようにしたので、異常発生時に水車を容易に且つ早
急に停止することができる。
放流弁の流水量が異常発生時における水車の流水量と同
じ流水量となって水車が完全に停止した後に、貯水槽の
水位に基づいて放流弁を駆動制御するようにしたので、
水車が停止しても放流弁を適正に駆動制御することで貯
水槽の水位を所定水位に確実に維持することができる。
概略図である。
び開度を無段階調整可能な放流弁の開度を表すグラフで
ある。
び開度を段階調整可能な放流弁の開度を表すグラフであ
る。
流弁の制御内容を表す表である。
ロック図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 貯水槽と、基端部が該貯水槽に連結され
た水流路と、該水流路に設けられた水車と、基端部が前
記水車よりも上流側の水流路に連結されたバイパス路
と、該バイパス路に設けられた放流弁と、前記貯水槽の
水位を検出する水位検出器と、該水位検出器が検出した
前記貯水槽の水位に基づいて前記水車を駆動制御する水
車駆動制御手段と、前記水位検出器が検出した前記貯水
槽の水位が所定水位以上となったときに該水位に基づい
て前記放流弁を駆動制御する放流弁駆動制御手段とを具
え、前記水車の異常発生時には、前記水車駆動制御手段
が前記水車の駆動を停止する一方、前記放流弁駆動制御
手段は異常発生時における前記水車の流水量と同じ流水
量となるまで前記放流弁を開放することを特徴とする水
力発電設備。 - 【請求項2】 請求項1記載の水力発電設備において、
前記放流弁駆動制御手段には前記水車の流水量としての
ガイドベーン開度が常時入力されており、該放流弁駆動
制御手段は、前記水車の異常発生時に、前記放流弁の流
水量が異常発生時における前記水車の流水量と同量とな
るまで前記放流弁の開度を増加させることを特徴とする
水力発電設備。 - 【請求項3】 請求項1記載の水力発電設備において、
前記放流弁の流水量が異常発生時における前記水車の流
水量と同じ流水量となると共に、前記水車の駆動が完全
に停止した後に、前記放流弁駆動制御手段は前記貯水槽
の水位に基づいて前記放流弁を駆動制御することを特徴
とする水力発電設備。
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