JP2007056688A - 水力発電装置およびその異常検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水力発電装置において、高精度に異常を検知可能にする。
【解決手段】水力発電装置１においては、流量検出装置４により導水管３の水の流量を検出するとともに、回転数検出装置６により水車５の回転数を検出する。異常検知装置８は、データ記憶部９と判断部１０とを有している。データ記憶部９には導水管３における流量と水車５の回転数との正常な関係が記憶されている。判断部１０は、流量検出装置４により検出された導水管３における水の流量を、データ記憶部９に記憶されたデータに照合してこのときの適正な水車５の回転数を導出し、回転数検知装置８により検出された水車５の回転数と、導出された適正な水車５の回転数とを比較する。そして、その差が所定の閾値以下の場合には、水力発電装置１が正常動作していると判断し、その差が所定の閾値を超えている場合には、水力発電装置１が異常動作していると判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、導水管と水車とを備えた水力発電装置およびその異常検知方法に関する。さらに詳述すると、本発明は異常検知方法の改良に関する。

水路から導水管により水を導入して水車を回転させることにより発電機を作動させる水力発電装置が知られている。そして、このような水力発電装置には、導水管や水車などに異物が混入したとき、水車に軸ずれが生じたとき、故障が発生したときなど、異常が発生したときに、その異常を検知しているものがある。例えば、特許文献１に記載の水車発電機（水力発電装置）では、複数のギャップセンサにより回転軸との距離を計測し、軸芯位置を求めて基準値と比較することにより、異常の有無を判定している。

特開平５−６０５４４号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に記載の水力発電装置は、主に、高回転、大容量の大型水車に適用されるため、低回転数、小容量の小型水車には適さない。また、異常検知用のギャップセンサが別途必要となるため、水車の構造が複雑になるばかりでなく、コストアップにもつながる。

本発明の目的は、主に調速器を必要としない低回転数、小容量の小型水力発電装置について、高精度に異常を検知することが可能な水力発電装置及びその異常検知方法を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の水力発電装置は、水路からの水を導入する導水管と、導水管における水の流量を検出する流量検出手段と、導水管により導入された流水で回転する水車と、水車の回転数を検出する回転数検出手段と、水車に連結された発電機と、導水管及び水車の少なくともいずれか一方の異常を検知する異常検知手段とを備えている。異常検知手段は、導水管における水の流量と水車の回転数との正常な関係が記憶されたデータ記憶手段と、流量検出手段で検出された導水管の流量、及び、回転数検出手段で検出された水車の回転数を、データ記憶手段に記憶されたデータに照合して正常動作であるか否かを判断する判断手段とを有している。

これによると、流量と回転数の関係を利用して異常を判断しているので、低回転数、小容量の小型水車の場合にも高精度に異常を検知することができる。また、水車に異常検知用のギャップセンサを別途設ける必要がないため、水車の構造が簡略化され、水車の製造コストを低減させることができる。なお、導水管における水の「流量」とは流量そのものを意味する他に、この流量から一義に導き出せる流速をも含む概念としている。

このとき、本発明の水力発電装置においては、流量検出手段が導水管の水の流量を計測する流量計であってもよい。これによると、水力発電装置に一般に装備される流量計を用いて導水管の流量を測定することができるので、装備の共用化を図ることができ、装置全体の構成が簡略化される。

又は、このとき、本発明の水力発電装置においては、流量検出手段は、導水管の水位を計測する水位計と水位計により計測された水位から導水管における水の流量を算出する流量算出手段とを含んでいてもよい。これによると、流量計を設置することができない場合でも水位計を設置することにより流量を算出することができる。

また、本発明の水力発電装置においては、異常検知手段により正常動作でないと判断されたときに異常であることを外部に知らせる異常時処理手段をさらに備えていてもよい。これによると、水力発電装置の異常を外部で知ることができる。

本発明の異常検知方法は、水路からの水を導入する導水管と、導水管における水の流量を検出する流量検出手段と、導水管により導入された流水で回転する水車と、水車の回転数を検出する回転数検出手段と、水車に連結された発電機とを有する水力発電装置において導水管及び水車の少なくともいずれか一方の異常を検出するための異常検知方法であって、導水管における水の流量と水車の回転数との正常な関係のデータに対して、流量検出手段で検出された導水管の流量、及び、回転数検出手段で検出された水車の回転数を照合して正常動作であるか否かを判断する。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明における実施の形態に係る水力発電装置の概略構成図である。図１に示すように、水力発電装置１は、水路２からの水を導入する導水管３と、導水管３における水の流量を検出する流量検出装置４と、導水管３により導入された流水で回転する水車５と、水車５の回転数を検出する回転数検出装置６と、水車５に連結された発電機７と、導水管３及び水車５の少なくともいずれか一方の異常を検知する異常検知装置８とを有する。そして、水力発電装置１は、導水管３により水路２から水を導入し、導水管３から導入された水により水車５が回転し、水車５の回転によって発電機７が作動する。

流量検出装置４は導水管３における水の流量を計測する流量計であり、流量モニタ用として水力発電装置１に一般に装備されているものを利用しており、導水管３の途中に設けられている。流量計の種類としては、電磁式、超音波式、羽根車式など適宜選択して採用することができる。

異常検知装置８は、導水管３又は水車５への異物の混入、水車５の軸ずれなどの異常が発生したときに異常が発生したことを検知する装置であり、導水管３における流量と水車５の回転数との正常な関係が記憶されたデータ記憶部９と、流量検出装置４で検出された流量、及び、回転数検出手段６で検出された回転数をデータ記憶部９に記憶されたデータに照合して正常動作であるか否かを判断する判断部１０とを備えている。

データ記憶部９では、導水管３における水の流量と水車５の回転数との正常な関係についてテーブルとして各データを記憶している。流量と回転数との正常な関係は、例えば図２の直線Ｌ１に示すようにほぼ比例関係になる。判断部１０では、流量検出装置４により入力された実際の導水管３における水の流量を、データ記憶部９に記憶されたデータに照合して、このときの適正な水車５の回転数を得る。そして、実際の水車５の回転数が適正な回転数からどの程度離れているかを検出して、閾値を超えていれば異常動作であると判断する。

また、水力発電装置１は、異常検知装置８により正常動作でないと判断されたときに異常であることを外部に知らせる異常時処理装置１１を備えている。異常時処理装置１１としては、例えば警報を示す表示器、ログ記録装置、異常復帰装置、遠隔地へのデータ伝送装置などである。また、異常検知装置８および異常時処理装置１１は同一の筐体に設けられていてもよく、別個の筐体に設けられていてもよい。

水力発電装置１の作動時には、流量検出装置４および回転数検出装置６が作動して計測値を異常検知装置８の判断部１０に送信する。判断部１０では、例えば図２に示すように入力された実際の導水管３における水の流量Ａをデータ記憶部９に記憶されたデータに照合してこのときの適正な水車５の回転数Ａ’を得る。そして、実際の水車５の回転数Ｂと適正な水車５の回転数Ａ’との差が所定の閾値を越えていなければ（例えば、図２において２本の直線Ｌ２、Ｌ３よりも内側であれば）正常動作であると判断し、その差が閾値を超えていれば（例えば、図２において２本のＬ２、Ｌ３よりも外側であれば）異常動作であると判断する。

判断部１０により正常動作と判断されればそのまま作動が続行される。一方、導水管３又は水車５への異物の混入、水車５の軸ずれなどの異常が発生し、判断部１０により異常動作であると判断された場合には、異常時処理装置１１が作動して適宜処理を行う。

以上、説明した実施の形態によると、導水管３における水の流量と水車５の回転数の関係を利用して異常を判断しているので、水車５が低回転数、小容量の小型水車の場合にも精度よく異常を検知することができる。また、水車５に異常検知用のセンサなどを別途設ける必要がないため、水車５の構造が簡略化され、水車５の製造コストを低減させることができる。

また、流量検出装置４として、流量モニタ用の流量計を用いているので、装置全体の構成が簡略化される。

また、異常時処理装置１１が設けられているため、異常が発生したことを外部において知ることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能である。

例えば、本実施形態では流量検出装置４として流量計を設けたが、これには限られず、流量検出装置４が導水管３の水位を計測する水位計と水位から流量を算出する流量算出手段とにより構成されていてもよい。この場合、流量検出装置４においては水位計により計測された水位から流量算出部が流量を算出する。このため、導水管３に流量計を設置できない場合でも導水管３の水位から算出された流量に基づいて異常検知装置８を作動させることができる。このほか、流量検出装置４が、例えば、導水管３における水の流速を測定する流速計と、流速計により得られた導水管３における水の流速の値から導水管３における水の流量を算出する流量算出手段とにより構成されていてもよい。

また、本実施形態ではデータ記憶部９に流量と回転数の関係を記憶させているが、これには限られず導水管３における水の流量と導水管３の断面積から一義に算出される導水管３における水の流速と水車５の回転数との関係が記憶されていてもよい。

また、本実施形態では流量検出装置４が導水管３の途中に設けてられているが、これには限られず水車５よりも下流側に設けられていてもよい。

また、本実施形態では判断部１０において実際の流量Ａからデータ記憶部９のデータに基づいて適正な回転数Ａ’を得て、これに対して実際の回転数Ｂが適正な回転数Ａ’の正常範囲にあるか否かを判断しているが、これとは逆に、実際の回転数からデータ記憶部９のデータに基づいて適正な流量を得て、これに対して実際の流量が適正な流量の正常範囲にあるか否かを判断するように構成されていてもよい。

本発明の水力発電装置を示す概念図である。 流量と回転数の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 水力発電装置
３ 導水管
４ 流量検出装置
５ 水車
６ 回転数検出装置
８ 異常検知装置
９ データ記憶部
１０ 判断部
１１ 異常時処理装置

Claims (5)

1. 水路からの水を導入する導水管と、
   前記導水管における水の流量を検出する流量検出手段と、
   前記導水管により導入された流水で回転する水車と、
   前記水車の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記水車に連結された発電機と、
   前記導水管及び前記水車の少なくともいずれか一方の異常を検知する異常検知手段とを備え、
   前記異常検知手段は、
   前記導水管における水の流量と前記水車の回転数との正常な関係が記憶されたデータ記憶手段と、
   前記流量検出手段で検出された前記導水管における水の流量、及び、前記回転数検出手段で検出された前記水車の回転数を、前記データ記憶手段に記憶されたデータに照合して正常動作であるか否かを判断する判断手段とを有していることを特徴とする水力発電装置。
2. 前記流量検出手段は、前記導水管の水の流量を計測する流量計であることを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
3. 前記流量検出手段は、前記導水管の水位を計測する水位計と、前記水位計により計測された水位から前記導水管の水の流量を算出する流量算出手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の水力発電装置。
4. 前記異常検知手段により正常動作でないと判断されたときに異常であることを外部に知らせる異常時処理手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水力発電装置。
5. 水路からの水を導入する導水管と、前記導水管における水の流量を検出する流量検出手段と、前記導水管により導入された流水で回転する水車と、前記水車の回転数を検出する回転数検出手段と、前記水車に連結された発電機とを有する水力発電装置において前記導水管及び前記水車の少なくともいずれか一方の異常を検出するための異常検知方法であって、
   前記導水管における水の流量と前記水車の回転数との正常な関係のデータに対して、前記流量検出手段で検出された前記導水管における水の流量と前記回転数検出手段で検出された前記水車の回転数とを照合して正常動作であるか否かを判断することを特徴とする水力発電装置の異常検知方法。

Images