JP2009217389A - 水力発電所向け制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作動力源に電動機を適用した水力発電所に適合し、センサ又はその伝送路に異常が発生した場合でもその運用を経済的且つ安全に行うことにある。
【解決手段】水車発電機のガイドベーンの開度を検出するセンサと、このセンサにより検出されたガイドベーン開度が伝送信号２ａとして入力され、モータをガイドベーンの操作動力源として調整制御する補機制御装置とを備え、プラント全体を統括して監視・制御・保護する水力発電所向け制御装置において、補機制御装置は、センサからの伝送信号２ａとプラント側からのプロセスデータ５ｃおよびモータの運転信号を入力して演算によりモータ自体の今後の運転状態を予測した運転パターンを作成する学習機能Ｓ２と、センサからの伝送信号２ａをもとにセンサが正常か否かを判定する判断機能Ｓ５と、この判断機能によりセンサが異常と判断されると学習機能Ｓ２により予め作成された運転パターンに従ってモータを調整制御させる異常処理機能Ｓ４とを内蔵した補助手段を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、操作動力源に電動機を採用した水力発電所の運転に好適な水力発電所向け制御装置に関する。

水力発電所の運用上、油の補給、空気の補給、発熱部の冷却、所内余剰水の排水等、その状況に応じて必要な設備機器等を運転させる必要がある。このような設備機器は、水車発電機、遮断器、主要変圧器が主機と呼ばれるのに対して補機と呼ばれ、その責務は非常に重要である。一般に、これらの補機の制御には物理量を電気量に変換する検出装置（以下、センサと称す）が用いられている。

しかしながら、前述したセンサはノイズや周辺機器の影響を受け、センサ本体や信号伝送ルートに異常が生じ易く、補機の不要動作や主機の不要停止により、発電所の運用に支障を与えてしまう場合があった。

そこで、このような問題を解消するため、センサ本体やその信号伝送路に異常や故障が発生した場合でも、予め作成された運転パターンにしたがって、主機や補機を運転継続又は安全に停止できる運転方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００２−３６６２０１号公報

ところで、近年、水車補機を駆動する操作動力源は、従来主流になっていた油圧操作式に代り、電動機を適用した電動操作式を適用する例が多く見受けられる。しかし、上記特許文献１は、油圧操作式を対象とする操作動力源の物理量を電気量に変換してプラント全体を監視、制御、保護するものであり、電動操作式を対象とする操作動力源の場合には、そのまま適用することはできない。

また、補機には、回転部等摩擦により発熱する箇所を冷却する重要な装置があり、これらに使用されるセンサに異常が発生した場合、当該部位の焼損（事故が波及した場合は火災）に至る恐れがある。

さらに、発電所内には、主機に関係なく運転されている重要な装置がある。特に、所内の排水装置においては排水ピット内の水位が規定値以上となり、その状態を検出するためのセンサが故障した場合、設定水位よりも明らかに高い水位にある場合でも排水ポンプを起動することができない。また、水位上昇を抑制するための主機停止もできない。このため、所内排水ピットの水位は漏水の度合にもよるが徐々に上昇して行く。

この場合、センサの故障か、制御回路の異常かを判断して警報する術がなく、また、主機を停止する手段もない。すなわち、このような事態となれば大半の水力発電所は無人であるため、発電所が冠水する恐れがある。

これら、事故度合とそれらに係る損害額の大きな補機についても、上記特許文献１では未解決の問題であり、多大な損害から回避する必要がある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、操作動力源に電動機を適用した水力発電所に適合し、センサ又はその伝送路に異常が発生した場合でもその運用を経済的且つ安全に行うことができる水力発電所向け制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、次のような手段より水力発電所向け制御装置を構成するものである。

（１）本発明は、水車発電機の水車へ流入する水量を調節するガイドベーンを開閉操作する電動機を補機制御対象とする水力発電所の補機制御方式であって、前記ガイドベーンの開度を物理量として測定して電気量に変換するガイドベーン開度検出装置と、このガイドベーン開度検出装置により検出されたガイドベーン開度が伝送信号として入力され、前記電動機を前記ガイドベーンの操作動力源として調整制御する補機制御装置とを備え、プラント監視制御装置によりプラント全体を統括して監視・制御・保護する水力発電所向け制御装置において、前記補機制御装置は、前記ガイドベーン開度検出装置からの伝送信号と前記プラント監視制御装置からのプロセスデータおよび前記電動機の運転信号を入力して演算により前記電動機自体の今後の運転状態を予測した運転パターンを作成する学習機能と、前記ガイドベーン開度検出装置からの伝送信号をもとに前記ガイドベーン開度検出装置が正常か否かを判定する判断機能と、この判断機能により前記ガイドベーン開度検出装置が異常と判断されると前記学習機能により予め作成された運転パターンに従って前記電動機を調整制御させる異常処理機能とを内蔵した補助手段を備えたことを特徴とする。

（２）本発明は、水車発電機の発熱部に設けられた冷却器と冷却媒体が収容された容器との間を電動機により駆動される冷却用循環ポンプにより冷却媒体を循環させて前記発熱部を冷却する冷却循環系の前記電動機を補機制御対象とする水力発電所の補機制御方式であって、前記発熱部近傍の温度を物理量として測定して電気量に変換する温度検出装置と、この温度検出装置により検出された温度が伝送信号として入力され、前記電動機により前記冷却用循環ポンプを運転制御する補機制御装置とを備え、プラント監視制御装置によりプラント全体を統括して監視・制御・保護する水力発電所向け制御装置において、前記補機制御装置は、前記温度検出装置からの伝送信号と前記プラント監視制御装置からのプロセスデータおよび前記電動機の運転信号を入力して演算により前記電動機自体の今後の運転状態を予測した運転パターンを作成する学習機能と、前記温度検出装置からの伝送信号をもとに前記温度検出装置が正常か否かを判定する判断機能と、この判断機能により前記温度検出装置が異常と判断されると前記学習機能により予め作成された運転パターンに従って前記電動機により前記冷却用循環ポンプを運転制御させる異常処理機能とを内蔵した補助手段を備えたことを特徴とする。

（３）本発明は、水力発電所内の余剰水を蓄える水槽に溜まった余剰水を発電所外に排出する排水ポンプを駆動する電動機を補機制御対象とする水力発電所の補機制御方式であって、前記水槽内の余剰水の水位を物理量として測定して電気量に変換する水位検出装置と、この水位検出装置により検出された水位が伝送信号として入力され、前記電動機により前記排水ポンプを運転制御する補機制御装置とを備え、プラント監視制御装置によりプラント全体を統括して監視・制御・保護する水力発電所向け制御装置において、前記補機制御装置は、前記水位検出装置からの伝送信号と前記プラント監視制御装置からのプロセスデータおよび前記電動機の運転信号を入力して演算により前記電動機自体の今後の運転状態を予測した運転パターンを作成する学習機能と、前記水位検出装置からの伝送信号をもとに前記水位検出装置が正常か否かを判定する判断機能と、この判断機能により前記水位検出装置が異常と判断されると前記学習機能により予め作成された運転パターンに従って前記電動機により前記排水ポンプを運転制御させる異常処理機能とを内蔵した補助手段を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、操作動力源に電動機を適用した水力発電所に適合し、センサ又はその伝送路に異常が発生した場合でもその運用を経済的且つ安全に行うことができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明による水力発電所向け制御装置の第１の実施形態を示す構成図である。

図１において、２１は水車２２により発電機２３を駆動する水車発電機で、この水車発電機２１には水車２２へ流入する水の量を調節するガイドベーン２４が備えられている。この水車２２のガイドベーン２４は、サーボモータ１によりサーボシリンダ２５を介して開閉操作される。

本実施形態では、このガイドベーン２４を開閉操作するサーボモータ１を一つの補機制御対象としてサーボシリンダ２５の動作量からガイドベーン２４の開度を検出するガイドベーン開度検出装置（制御対象の物理量を電気量として出力するセンサで、以下単にセンサと呼ぶ）２を設け、このセンサ２により検出されたガイドベーン開度を伝送信号２ａとして補機制御装置３内に設けられた補助装置４に入力し、詳細を後述する運転パターンに従ってモータ運転信号４ｃを出力して電動サーボモータ１を制御するものである。

一方、補機制御装置３内の補助装置４には、常時プラント監視制御装置５より出力されるプラント側の水位データ５ａ、水車発電機２１の出力５ｂ、プロセスデータ５ｃとセンサ２により検出されるガイドベーン開度の伝送信号２ａがそれぞれ入力され、これらのデータを基に運転パターンを作成する。

また、この補助装置４は、判断機能の処理によりセンサ２の異常（伝送路の異常も含む）が判断されると、運転パターンに従いモータ運転信号４ｃを出力する。その他、補助装置４は、主機の保護停止要素やセンサの異常を検出し、必要に応じてプラント監視制御装置５に保護停止指令４ａやセンサ異常警報４ｂを出力する。

図２は補機制御装置３内の補助装置４の機能を示すブロック図である。

この補助装置４は、センサ２により検出されたガイドベーン開度の伝送信号２ａ、水位データ５ａ、水車発電機２１の出力５ｂ、プラント監視制御装置からプロセスデータ５ｃを入力すると、判断処理機能によりセンサ異常警報４ｂ、モータ運転信号４ｃ、保護停止指令４ａを出力するインターフェースを持っている。以下、その詳細について述べる。

データチェック部Ｓ１は、センサ２からの伝送信号２ａを予め設定された上、下限レベルを超えているか否かにより異常の有無を判定する。

学習機能Ｓ２は、前述した各入力データとモータ運転信号を加味し、内蔵する演算プログラムにより運転パターンを作成するための各種演算を実行し、その演算結果を運転パターンの情報として演算処理結果記憶部Ｓ３に記憶する。

判断機能Ｓ５は、演算処理結果記憶部Ｓ３に運転パターンとして記憶されているデータとデータチェック部Ｓ１により正常であると判定されたセンサからの伝送信号２ａとを比較し、その結果が監視範囲を逸脱していれば異常と判定して異常処理制御部Ｓ４にその旨を伝達する。

異常処理制御部Ｓ４は、データチェック部Ｓ１によりセンサからの伝送信号が異常と判断されるか、又は判断機能Ｓ５により異常と判断されると演算処理結果記憶部Ｓ３を記憶停止すると共に、演算処理結果記憶部Ｓ３から取り込んだ運転パターンの情報をもとにセンサ異常警報４ｂ、モータ運転信号４ｃ、主機保護停止指令４ａとして必要な信号を出力する。

この場合、異常処理制御部Ｓ４は、判断機能Ｓ５によりセンサが異常と判定されると、学習機能Ｓ２に入力された水車発電機の出力と水位データとを演算処理結果記憶部Ｓ３より取込んで、操作端（ガイドベーン）の動作位置を算出し、モータ運転信号４ｃを出力して運転を継続させる。また、異常処理制御部Ｓ４は、判断機能Ｓ５によりセンサが異常と判定されると、動作位置異常の警報をロックしてセンサの異常を運転員に報知するセンサ異常警報４ｂを出力する。

比較部Ｓ６は、予め保護停止閾値として設定された値とデータチェック部Ｓ１からの正常な伝送信号とを比較し、条件成立であればその信号と判断機能Ｓ５より入力されるセンサからの伝送信号が正常である旨の判定信号との論理積を論理積回路Ｓ７によりとり、主機保護停止指令４ａとして出力する。

また、異常処理制御部Ｓ４からの操作信号も前記論理積回路Ｓ７からの論理積信号が入力される論理和回路８より保護停止指令４ａとして出力する。

図３はセンサからの伝送信号とプラント制御装置からの水位データ、水車発電機の出力、プロセスデータ及びモータの運転信号から、前記データを学習機能にて主機の運転モードに対する補機の運転特性として記憶させ、この運転特性から今後補機の運転すべき状態を表す運転パターンを作成した例を示す図である。

図３に示すように、センサ２からの伝送信号２ａ及びプラント制御装置５からの水位データ５ａ、水車発電機２１の出力５ｂ、プロセスデータ５ｃとモータ運転信号を入力し、伝送信号２ａの測定された物理量はＹ１軸とＸ軸の相関関係で記憶させ、モータの運転信号はＹ２軸とＸ軸の相関関係で記憶させる。また、プラント監視制御装置５側の水位データ５ａ、水車発電機の出力５ｂ、プロセスデータ５ｃを組合せてＸ軸へ前記相関関係の運転ポイントとして使用する。これらを補機の運転特性としてグラフ化する。

上記グラフ化した運転特性からＸ１の運転ポイントに対するサーボモータの運転信号、測定した物理量の最大値と最小値を算出し、今後補機の運転すべきデータとして運転パターン化する。同様にＸ２，Ｘ３，…，Ｘｎの運転ポイントの範囲を運転パターン化する。

このように本実施形態によれば、センサ２に故障（伝送路の異常も含む）が発生した場合でも、学習機能Ｓ２により作成された運転パターンから、主機（水車発電機）の運転ポイントＸ１，Ｘ２，Ｘ３，…，Ｘｎに応じて補機（本例ではサーボモータ）の運転を実行できるので、主機起動前であれば起動を可能とし、主機運転中であれば不用に停止させることなく、運転を継続させることができる。

また、サーボモータ１も運転パターンによる運転となるので、不要な運転を防止し、機器の破損等を防止できる。

なお、運転パターンは試運転時等に１回のみ作成することを基本とするが、定期点検や機器の更新にて運転パターンを変更しても良い。

以上述べた本発明の第１の実施形態によれば、センサ２やその信号伝送路の異常や故障等により、補機（本例ではサーボモータ）又は主機（水車発電機）の運転が不可能になった場合でも、予め作成された運転パターンにより自動運転制御が可能となり、主機や補機を運転継続又は安全に停止できる。また、警報を発することで保守員は不適合が発生していることを容易に認識でき、速やかに対応処置をとることができる。

なお、上記実施形態において、判断機能Ｓ５によりセンサ異常と判断された場合、異常処理制御部Ｓ４よりその警報情報を演算処理結果記憶部Ｓ３に記録するようにしても良い。

また、上記実施形態において、判断機能Ｓ５は１個のセンサにより検出されたガイドベーン開度の伝送信号から異常の有無を判定するようにしたが、複数個のセンサによりガイドベーン開度を検出し、各検出点からの伝送信号から異常の有無を判定するようにしても良い。

（第２の実施形態）
図４は本発明による水力発電所向け制御装置の第２の実施形態を示す構成図である。

図４において、２１は水車２２により発電機２３を駆動する水車発電機で、この水車発電機２１には水車２２と発電機２３との回転結合部（軸受部）等の発熱部に冷却器８が設けられている。この冷却器８には、サーボモータにより起動される冷却用循環ポンプ７の運転により水や油などの冷却剤が収容された容器６より冷却剤が配管７ａを通して供給され、発熱部を冷却した後、図示しない戻り配管を通して再び容器６に戻る冷却剤循環系が形成されている。

本実施形態では、この発熱部を冷却する冷却器８に対応させて温度検出装置（制御対象の物理量を電気量として出力するセンサで、以下単に温度センサと呼ぶ）９を設け、この温度センサ９により検出された温度を伝送信号９ａとして補機制御装置３内に設けられた補助装置４に入力し、詳細を後述する運転パターンに従って起動指令４ｄを出力して電源供給用主制御リレー１０ｘを働かせ、操作電源１０ａによりサーボモータ７を起動して冷却用循環ポンプ７Ｐを運転制御するものである。

一方、補機制御装置３内の補助装置４には、常時プラント監視制御装置５より出力されるプラント側のプロセスデータ５ｃと温度センサ９からの伝送信号９ａがそれぞれ入力され、これらのデータを基に運転パターンを作成する。

また、この補助装置４は、判断機能の処理により温度センサ９の異常（伝送路の異常も含む）を判断し、運転パターンに従い補機起動指令４ｄを出力する。その他、補助装置４は、主機の保護停止要素や温度センサの異常を検出し、必要に応じてプラント監視制御装置５に保護停止指令４ａやセンサ異常警報４ｂを出力する。

図５は補機制御装置３内の補助装置４の機能を示すブロック図である。

この補助装置４は、温度センサ９からの伝送信号９ａ、プラント側のプロセスデータ５ｃを入力し、判断処理機能によりセンサ異常警報４ｂ又は補機起動指令４ｄ又は保護停止指令４ａを出力するインターフェースを持っている。以下、その詳細について述べる。

データチェック部Ｓ１は、温度センサ９からの伝送信号９ａを予め設定された上、下限レベルを超えているか否かにより異常の有無を判定する。

学習機能Ｓ２は、前述した各入力データとサーボモータ運転信号を加味し、内蔵する演算プログラムにより運転パターンを作成するための各種演算を実行し、その演算結果を運転パターンの情報として演算処理結果記憶部Ｓ３に記憶する。

判断機能Ｓ５は、演算処理結果記憶部Ｓ３に運転パターンとして記憶されているデータとデータチェック部Ｓ１により正常であると判定された温度センサからの伝送信号９ａとを比較し、その結果が監視範囲を逸脱していれば異常と判定して異常処理制御部Ｓ４にその旨を伝達する。

異常処理制御部Ｓ４は、データチェック部Ｓ１により温度センサからの伝送信号９ａが異常と判断されるか、又は判断機能Ｓ５により異常と判断されると演算処理結果記憶部Ｓ３を記憶停止すると共に、演算処理結果記憶部Ｓ３から取り込んだ運転パターンの情報をもとにセンサ異常警報４ｂ、モータ起動指令４ｄ、主機保護停止指令４ａとして必要な信号を出力する。

この場合、異常処理制御部Ｓ４は、判断機能Ｓ５により温度センサが異常と判定されると、学習機能Ｓ２に入力されたプラント監視制御装置からのプロセスデータを演算処理結果記憶部Ｓ３より取込んで水車発電機本体の発熱部の温度から冷却剤の流量を算出し、サーボモータ起動指令４ｄを出力して運転を継続させる。また、異常処理制御部Ｓ４は、判断機能Ｓ５により温度センサが異常と判定されると、動作位置異常の警報をロックして、温度センサの異常を運転員に報知するセンサ異常警報４ｂを出力する。

比較部Ｓ６は、予め保護停止閾値として設定された値とデータチェック部Ｓ１からの正常な伝送信号とを比較し、条件成立であればその信号と判断機能Ｓ５より入力される水位センサが正常である旨の信号との論理積を論理積回路Ｓ７によりとり、主機保護停止指令４ａとして出力する。

また、異常処理制御部Ｓ４からの操作信号も前記論理積回路Ｓ７からの論理積信号が入力される論理和回路Ｓ８より保護停止指令４ａとして出力する。

図６は温度センサ９からの伝送信号９ａとプラント監視制御装置５からのプロセスデータ及び冷却用循環ポンプを駆動する補機（サーボモータにより駆動される冷却用循環ポンプを駆動するサーボモータ）自体の運転信号から、前記データを学習機能にて主機の運転モードに対する補機の運転特性として記憶させ、この運転特性から今後サーボモータの運転すべき状態を表す運転パターンを作成した例を示す図である。

図６に示すように、温度センサ９からの伝送信号９ａ及びプラント制御装置５からのプロセスデータ５ｃと補機の運転信号を入力し、伝送信号９ａの測定された物理量はＹ１軸とＸ軸の相関関係で記憶させ、補機の運転信号が入力されているか否かをＹ２軸とＸ軸の相関関係で記憶させる。これらを補機の運転特性としてグラフ化する。

上記グラフ化した運転特性からＡとＢ間の運転モード（例えばＡ：主機起動指令、Ｂ：入口弁開指令）に対する補機の運転回数と間隔及び１回あたりの運転時間、測定した物理量の最大値と最小値を算出し、今後補機の運転すべきデータとして運転パターン化する。同様にＢからＣ間、ＣからＤ間、ＤからＥ間、その他（例えば主機停止中）のモードを運転パターン化する。

このように本実施形態によれば、温度センサ９に故障（伝送路の異常も含む）が発生した場合でも、学習機能Ｓ２により作成された運転パターンから、主機（水車発電機）の運転モードに応じた補機（本例では冷却用循環ポンプを駆動するサーボモータ）の運転を実行できるので、主機起動前であれば起動を可能とし、主機運転中であれば不用に停止させることなく、運転を継続させることができる。

また、補機（サーボモータ）も運転パターンによる運転となるので、不要な連続運転を防止できる。

なお、運転パターンは試運転時等に１回のみ作成することを基本とするが、定期点検や機器の更新にて運転パターンを変更しても良い。

以上述べた本発明の第２の実施形態によれば、温度センサ９やその信号伝送路の異常や故障等により、補機（本例では冷却用循環ポンプを駆動するサーボモータ）又は主機（水車発電機）の運転継続ができない場合でも、予め作成された運転パターンにより自動運転制御が可能となり、主機や補機を運転継続又は安全に停止できる。また、警報を発することで保守員は不適合が発生していることを容易に認識でき、速やかに対応処置をとることができる。

なお、上記実施形態において、判断機能Ｓ５により温度センサ異常と判断された場合、異常処理制御部Ｓ４よりその警報情報を演算処理結果記憶部Ｓ３に記録するようにしても良い。

また、上記実施形態において、判断機能Ｓ５は１個の温度センサにより検出された発熱部の温度の伝送信号から異常の有無を判定するようにしたが、複数個の温度センサにより発熱部の温度を検出し、各検出点からの伝送信号から異常の有無を判定するようにしても良い。

（第３の実施形態）
図７は本発明による水力発電所向け制御装置の第３の実施形態を示す構成図である。

図７において、１１は発電所最下部に設置された排水ピットで、この排水ピットに溜まる所内の余剰水はサーボモータ１２の駆動により排水ポンプ１５を運転して発電所外に排出される。

本実施形態では、排水ピット１１に溜まった余剰水の水位を検出する水位検出装置（制御対象の物理量を電気量として出力するセンサで、以下単に水位センサと呼ぶ）１３を設け、この水位センサ１３により検出された水位を伝送信号１３ａとして補機制御装置３内に設けられた補助装置４に入力し、詳細を後述する運転パターンに従って補機起動指令４ｅを、サーボモータ１２に電源を供給する補機電源供給用開閉器１４に与えて排水ポンプ１５を運転制御するものである。

一方、補機制御装置３内の補助装置４には、常時プラント制御装置５より出力されるプラント側のプロセスデータ５ｃと水位センサ１３からの伝送信号１３ａがそれぞれ入力され、これらのデータを基に運転パターンを作成する。

また、この補助装置４は、判断機能の処理により水位センサ１３の異常（伝送路の異常も含む）の有無を判断し、運転パターンに従い補機起動指令４ｅを出力する。その他、補助装置４は、主機の保護停止要素や水位センサの異常を検出し、必要に応じてプラント監視制御装置５に保護停止指令４ａやセンサ異常警報４ｂを出力する。

図８は補機制御装置３内の補助装置４の機能を示すブロック図である。

この補助装置４は、水位センサ１３からの伝送信号１３ａ、プラント監視制御装置からプロセスデータ５ｃを入力し、判断処理機能によりセンサ異常警報４ｂ又は補機起動指令４ｅ又は主機保護停止指令４ａを出力するインターフェースを持っている。以下、その詳細について述べる。

データチェック部Ｓ１は、水位センサ１３からの伝送信号１３ａを予め設定された上、下限レベルを超えているか否かにより異常の有無を判定する。

学習機能Ｓ２は、前述した各入力データとサーボモータ運転信号を加味し、内蔵する演算プログラムにより運転パターンを作成するための各種演算を実行し、その演算結果を運転パターンの情報として演算処理結果記憶部Ｓ３に記憶する。

判断機能Ｓ５は、演算処理結果記憶部Ｓ３に運転パターンとして記憶されているデータと常時入力されてくるプラント側のプロセスデータ５ｃ及びデータチェック部Ｓ１により正常であると判定された水位センサからの伝送信号１３ａとを比較し、その結果が監視範囲を逸脱していれば異常と判定して異常処理制御部Ｓ４にその旨を伝達する。

異常処理制御部Ｓ４は、データチェック部Ｓ１により水位センサからの伝送信号１３ａが異常と判断されるか、又は判断機能Ｓ５により異常と判断されると演算処理結果記憶部Ｓ３を記憶停止すると共に、演算処理結果記憶部Ｓ３から取り込んだ運転パターンによりセンサ異常警報４ｂ、補機起動指令４ｅ、主機保護停止指令４ａとして必要な信号を出力する。

この場合、異常処理制御部Ｓ４は、判断機能Ｓ５により水位センサが異常と判定されると、学習機能Ｓ２に入力された水車発電機の出力を演算処理結果記憶部Ｓ３より取込んで前記水槽の水位を算出し、モータ運転信号４ｅを出力して運転を継続させる。また、異常処理制御部Ｓ４は、判断機能Ｓ５によりセンサが異常と判定されると、水位異常の警報をロックして水位センサの異常を運転員に報知するセンサ異常警報４ｂを出力する。

比較部Ｓ６は、予め保護停止閾値として設定された値とデータチェック部Ｓ１からの正常な伝送信号とを比較し、条件成立であればその信号と判断機能Ｓ５より入力される水位センサが正常である旨の信号との論理積を論理積回路Ｓ７によりとり、主機保護停止指令４ａとして出力する。

また、異常処理制御部Ｓ４からの操作信号も前記論理積回路Ｓ７からの論理積信号が入力される論理和回路Ｓ８より保護停止指令４ａとして出力する。

図９は水位センサ１３からの伝送信号１３ａとプラント制御装置５からのプロセスデータ及びサーボモータ自体の運転信号から、前記データを学習機能にて主機の運転モードに対するモータの運転特性として記憶させ、この運転特性から今後モータの運転すべき状態を表す運転パターンを作成した例を示す図である。

図９に示すように、水位センサ１３からの伝送信号１３ａ及びプラント制御装置５からのプロセスデータ５ｃとモータ自体の運転信号を入力し、伝送信号１３ａの測定された物理量はＹ１軸とＸ軸の相関関係で記憶させ、補機の運転信号が入力されているか否かをＹ２軸とＸ軸の相関関係で記憶させる。これらを補機の運転特性としてグラフ化する。

上記グラフ化した運転特性からＡとＢ間の運転モード（例えばＡ：主機起動指令、Ｂ：入口弁開指令）に対する補機の運転回数と間隔及び１回あたりの運転時間、測定した物理量の最大値と最小値を算出し、今後補機の運転すべきデータとして運転パターン化する。同様にＢからＣ間、ＣからＤ間、ＤからＥ間、その他（例えば主機停止中）のモードを運転パターン化する。

このように本実施形態によれば、水位センサ１３に故障（伝送路の異常も含む）が発生した場合でも、学習機能Ｓ２により作成された運転パターンから、主機（水車発電機）の運転モードに応じた補機の（本例では排水ポンプ）の運転を実行できるので、主機起動前であれば起動を可能とし、主機運転中であれば不用に停止させることなく、運転を継続させることができる。

また、排水ポンプも運転パターンによる運転となるので、不要な連続運転を防止し、機器の破損等を防止できる。

なお、運転パターンは試運転時等に１回のみ作成することを基本とするが、定期点検や機器の更新にて運転パターンを変更しても良い。

以上述べた本発明の第３の実施形態によれば、水位センサ１３やその信号伝送路の異常や故障等により、補機（本例では排水ポンプ）又は主機（水車発電機）の停止ができない場合でも、予め作成された運転パターンにより自動運転制御が可能となり、主機や補機を運転継続又は安全に停止できる。また、警報を発することで保守員は不適合が発生していることを容易に認識でき、速やかに対応処置をとることができる。

本発明による水力発電所向け制御装置の第１の実施形態を示す構成図。 同実施形態における補助装置の機能を示すブロック図。 同実施形態において、学習機能による補機運転パターンの作成例を示す図。 本発明による水力発電所向け制御装置の第２の実施形態を示す構成図。 同実施形態における補助装置の機能を示すブロック図。 同実施形態において、学習機能による補機運転パターンの作成例を示す図。 本発明による水力発電所向け制御装置の第３の実施形態を示す構成図。 同実施形態における補助装置の機能を示すブロック図。 同実施形態において、学習機能による補機運転パターンの作成例を示す図。

符号の説明

１…サーボモータ、２…ガイドベーン開度検出装置（センサ）、２ａ…伝送信号、３…補機制御装置、４…補助装置、４ａ…保護停止指令、４ｂ…センサ異常警報、４ｃ…モータ運転信号、４ｄ，４ｅ…補機起動指令、５…プラント監視制御装置、５ａ…水位データ、５ｂ…水車発電機出力、５ｃ…プラント監視装置からのプロセスデータ、２１…水車発電機、２２…水車、２３…発電機、２４…ガイドベーン、２５…サーボシリンダ、６…容器、７…サーボモータ、７Ｐ…冷却用循環ポンプ、７ａ…冷却剤、８…冷却器、９…温度検出装置(温度センサ)、９ａ…伝送信号、１０ｘ…電源供給用制御リレー、１０ａ…操作電源、１１…排水ピット、１２…サーボモータ、１３…水位検出装置（水位センサ）１３ａ…伝送信号、１４…補機電源供給用開閉器、１５…排水ポンプ、Ｓ１…データチェック部、Ｓ２…学習機能、Ｓ３…演算処理結果記憶部、Ｓ４…異常処理制御部、Ｓ５…判断機能、Ｓ６…比較部、Ｓ７…論理積回路、Ｓ８…論理和回路

Claims (9)

1. 水車発電機の水車へ流入する水量を調節するガイドベーンを開閉操作する電動機を補機制御対象とする水力発電所の補機制御方式であって、前記ガイドベーンの開度を物理量として測定して電気量に変換するガイドベーン開度検出装置と、このガイドベーン開度検出装置により検出されたガイドベーン開度が伝送信号として入力され、前記電動機を前記ガイドベーンの操作動力源として調整制御する補機制御装置とを備え、プラント監視制御装置によりプラント全体を統括して監視・制御・保護する水力発電所向け制御装置において、
   前記補機制御装置は、前記ガイドベーン開度検出装置からの伝送信号と前記プラント監視制御装置からのプロセスデータおよび前記電動機の運転信号を入力して演算により前記電動機自体の今後の運転状態を予測した運転パターンを作成する学習機能と、前記ガイドベーン開度検出装置からの伝送信号をもとに前記ガイドベーン開度検出装置が正常か否かを判定する判断機能と、この判断機能により前記ガイドベーン開度検出装置が異常と判断されると前記学習機能により予め作成された運転パターンに従って前記電動機を調整制御させる異常処理機能とを内蔵した補助手段を備えたことを特徴とする水力発電所向け制御装置。
2. 請求項１記載の水力発電所向け制御装置において、前記異常処理機能は、前記判断機能により前記ガイドベーン開度検出装置が異常と判断されると、前記学習機能に入力された水車発電機の出力と水位データからガイドベーン開度の動作位置を算出して、前記電動機を運転継続させることを特徴とする水力発電所向け制御装置。
3. 請求項１記載の水力発電所向け制御装置において、前記異常処理機能は、前記判断機能により前記ガイドベーン開度検出装置が異常と判断されると、ガイドベーン開度の動作位置異常の警報をロックして、前記ガイドベーン開度検出装置の異常を運転員に報知することを特徴とする水力発電所向け制御装置。
4. 水車発電機の発熱部に設けられた冷却器と冷却媒体が収容された容器との間を電動機により駆動される冷却用循環ポンプにより冷却媒体を循環させて前記発熱部を冷却する冷却循環系の前記電動機を補機制御対象とする水力発電所の補機制御方式であって、前記発熱部近傍の温度を物理量として測定して電気量に変換する温度検出装置と、この温度検出装置により検出された温度が伝送信号として入力され、前記電動機により前記冷却用循環ポンプを運転制御する補機制御装置とを備え、プラント監視制御装置によりプラント全体を統括して監視・制御・保護する水力発電所向け制御装置において、
   前記補機制御装置は、前記温度検出装置からの伝送信号と前記プラント監視制御装置からのプロセスデータおよび前記電動機の運転信号を入力して演算により前記電動機自体の今後の運転状態を予測した運転パターンを作成する学習機能と、前記温度検出装置からの伝送信号をもとに前記温度検出装置が正常か否かを判定する判断機能と、この判断機能により前記温度検出装置が異常と判断されると前記学習機能により予め作成された運転パターンに従って前記電動機により前記冷却用循環ポンプを運転制御させる異常処理機能とを内蔵した補助手段を備えたことを特徴とする水力発電所向け制御装置。
5. 請求項４記載の水力発電所向け制御装置において、前記異常処理機能は、前記判断機能により前記温度検出装置が異常と判断されると、前記学習機能に入力された水車発電機のプロセスデータをもとに求められる水車発電機本体の発熱部の温度から冷却媒体の流量を算出して、前記電動機を運転継続させることを特徴とする水力発電所向け制御装置。
6. 請求項４記載の水力発電所向け制御装置において、前記異常処理機能は、前記判断機能により前記温度検出装置が異常と判断されると、前記発熱部の温度異常の警報をロックして、前記温度検出装置の異常を運転員に報知することを特徴とする水力発電所向け制御装置。
7. 水力発電所内の余剰水を蓄える水槽に溜まった余剰水を発電所外に排出する排水ポンプを駆動する電動機を補機制御対象とする水力発電所の補機制御方式であって、前記水槽内の余剰水の水位を物理量として測定して電気量に変換する水位検出装置と、この水位検出装置により検出された水位が伝送信号として入力され、前記電動機により前記排水ポンプを運転制御する補機制御装置とを備え、プラント監視制御装置によりプラント全体を統括して監視・制御・保護する水力発電所向け制御装置において、
   前記補機制御装置は、前記水位検出装置からの伝送信号と前記プラント監視制御装置からのプロセスデータおよび前記電動機の運転信号を入力して演算により前記電動機自体の今後の運転状態を予測した運転パターンを作成する学習機能と、前記水位検出装置からの伝送信号をもとに前記水位検出装置が正常か否かを判定する判断機能と、この判断機能により前記水位検出装置が異常と判断されると前記学習機能により予め作成された運転パターンに従って前記電動機により前記排水ポンプを運転制御させる異常処理機能とを内蔵した補助手段を備えたことを特徴とする水力発電所向け制御装置。
8. 請求項７記載の水力発電所向け制御装置において、前記異常処理機能は、前記判断機能により前記水位検出装置が異常と判断されると、前記学習機能に入力された水車発電機の出力により前記水槽の水位を算出して、前記電動機を運転継続させることを特徴とする水力発電所向け制御装置。
9. 請求項７記載の水力発電所向け制御装置において、前記異常処理機能は、前記判断機能により前記温度検出装置が異常と判断されると、水位異常の警報をロックして、前記水位検出装置の異常を運転員に報知することを特徴とする水力発電所向け制御装置。

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