JP2011256751A - Guide vane state monitoring device of hydraulic power generation turbine, and turbine protection processing method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水力発電用水車に用いられるガイドベーンの状態を監視するガイドベーン状態監視装置と、この装置を用いた水車保護処理方法に関する。 The present invention relates to a guide vane state monitoring device that monitors the state of a guide vane used in a hydroelectric turbine, and a turbine protection processing method using this device.
中落差の水力発電に好適なフランシス水車は、導水管の下端に接続されて導水管からの流水を受ける渦巻状のケーシングと、流水のエネルギーを回転エネルギーに変換して主軸に回転力を伝達するランナと、前記ケーシングに供給される流水を効率よく加速してランナへ供給するように環状に配列された複数の可動式のガイドベーンと、該ガイドベーンを一斉に揺動させて水口開度を可変するガイドベーン開度調節機構と、ランナを通過して軸方向に流出する水の流速を漸減して放水口へ導くドラフト管とから構成されている。 A Francis turbine suitable for mid-head hydroelectric power generation is connected to the lower end of the water conduit and has a spiral casing that receives the water from the water conduit, and converts the energy of the water into rotational energy to transmit the rotational force to the main shaft. A runner, a plurality of movable guide vanes arranged in an annular shape so as to efficiently accelerate and supply flowing water supplied to the casing to the runner, and swing the guide vanes all at once to increase the opening of the water inlet It comprises a variable guide vane opening adjustment mechanism and a draft pipe that gradually reduces the flow velocity of water flowing in the axial direction through the runner and leads it to the water outlet.
ガイドベーン開度調節機構は、例えば、図9乃至11に示されるように、図示しない調速機からの指令によって駆動されるサーボモータ4の動きをコネクティングロッド5を介して円周方向の動きに変換するガイドリング3と、このガイドリング3に偏芯ピン7を介して一端が連結されたメガネリンク8と、このメガネリンク8の他端に弱点ピン9を介して連結されたガイドベーンアーム10とを備え、このガイドベーンアーム10は、ガイドベーン1の羽根部1bと一体となったガイドベーンスピンドル1aの上端面にボルト12によって固定されたガイド弁押え板11を介してガイドベーンスピンドル1aに固定されている。したがって、サーボモータ4の動きによりガイドリング3が矢印のように円周方向に回動することで、偏芯ピン7、メガネリンク8、弱点ピン9を介してガイドベーンアーム10がその軸心を中心にして揺動し、その揺動に伴ってガイドベーン1が一斉に揺動して水口を開閉するようになっている(特許文献1,2参照)。
For example, as shown in FIGS. 9 to 11, the guide vane opening adjusting mechanism converts the movement of the
それぞれのガイドベーン1は、ガイドリング3の内側に環状かつ等間隔に多数(18〜20枚ほど)配列され、全て均一の開度となるようにガイドベーンスピンドル1aに据え付けられており、上述したガイドベーン開度調節機構により開度を調節することで水量を調整したり、停止時にランナへの流水を遮断する役割を担っている。
Each of the
しかしながら、ガイドベーン開度調節機構は、上述のような機械的な動きを伴うので、長年の運転により、ガイドベーンスピンドル等の回動、摺動箇所が磨耗し、各ガイドベーンの開度特性にばらつきが生じたり、ガイドベーンスピンドル1aの傾斜等に起因するガイドベーンの全閉状態の不良(全閉とならないガイドベーンの発生)やガイドベーン相互間の間隙にばらつきが発生する等の不都合がある。 However, since the guide vane opening adjustment mechanism is accompanied by the mechanical movement as described above, the rotation and sliding parts of the guide vane spindle and the like are worn out over many years of operation, and the opening characteristics of each guide vane are changed. There are inconveniences such as fluctuations, guide vane fully closed due to inclination of the guide vane spindle 1a, etc. (occurrence of guide vanes not being fully closed) and gaps between the guide vanes. .
このような不都合に対処するために、従来においては、複数枚あるガイドベーン1のそれぞれについて、ガタツキや全閉状態不良、ガイドベーン相互間の間隙のバラツキ等を、人的に測定したり有水試験等によってデータ収集を行ってガイドベーンの状態を定期的に監視するようにしているが、このような人的作業においては、早期に異常を発見することができなかったり、見過ごしてしまう不都合がある。
In order to deal with such inconveniences, conventionally, for each of the plurality of
また、水車の運転中に、ガイドベーン相互間に異物が噛み込んだ状態で停止すると、ガイドベーン1の静止位置がずれてガイドベーンアーム10のメガネリンク8と連結している部分で応力負荷が大きくなり、弱点ピン9が折損してしまう不都合がある。本来、弱点ピン9での破損は、ガイドベーン等を保護する観点からは望ましいことであるが、弱点ピン9が破損すると、この部分を修復するために長時間に亘って水車を停止させなければならない不都合がある。
Further, if the foreign object is caught between the guide vanes during the operation of the water turbine, the stationary position of the
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、水力発電用水車のガイドベーンについての状態を的確に監視することができ、また、早期に異常を検知して対応することが可能な水力発電用水車のガイドベーン状態監視装置と、そのような装置を用いて、異常を検知した場合に、弱点ピンの破損をできるだけ抑えつつ、ガイドベーンを保護することが可能な水車保護処理方法を提供することを主たる課題としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of accurately monitoring the state of a guide vane of a hydroelectric turbine, and capable of detecting and responding to an abnormality at an early stage. Provided is a water turbine guide vane state monitoring device and a water turbine protection processing method capable of protecting guide vanes while suppressing damage to a weak pin as much as possible when an abnormality is detected using such a device. This is the main issue.
上記課題を達成するために、本発明に係る水力発電用水車のガイドベーン状態監視装置は、駆動装置の往復運動をガイドリング、リンク、及び弱点ピンを介してガイドベーンと一体に回動するガイドベーンアームに伝達するガイドベーン開度調節機構を備え、隣り合うガイドベーンアーム又はこれに追従する部材の所定位置間のそれぞれにセンサ治具を架設し、このセンサ治具に前記所定位置間の距離変化に感応してインピーダンス変化を生ぜしめる検知センサを設け、選択された少なくとも2つの検知センサを直列接続してなる第1の直列回路と、この第1の直列回路を構成する検知センサ以外の中から選択された少なくとも2つの検知センサを直列接続してなる第2の直列回路とを並列に接続すると共に、前記第1及び第2の直列回路の中間点相互間を出力端子とするブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の出力に基づき前記ガイドベーンの異常を検出することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a guide vane state monitoring device for a hydroelectric turbine according to the present invention is a guide that reciprocates a drive device integrally with a guide vane via a guide ring, a link, and a weak pin. A guide vane opening adjustment mechanism that transmits to the vane arm is provided, and a sensor jig is installed between each predetermined position of the adjacent guide vane arm or a member that follows the guide vane arm, and the distance between the predetermined positions on the sensor jig A detection sensor that generates an impedance change in response to a change is provided, and a first series circuit in which at least two selected detection sensors are connected in series and a detection sensor other than the detection sensors constituting the first series circuit. A second series circuit formed by connecting at least two detection sensors selected from the above in series, and the first and second series circuits. Between the midpoint mutually constitute a bridge circuit and an output terminal is characterized by detecting an abnormality of the guide vanes on the basis of the output of the bridge circuit.
したがって、隣り合うガイドベーンアーム又はこれに追従する部材の所定位置間に設けられた検知センサに対して、第1の直列回路と第2の直列回路とから構成されたブリッジ回路の出力をモニタリングすることで、隣り合うガイドベーンアーム又はこれに追従する部材の所定位置相互間の経時的な距離変化や、間隙のばらつき、開度特性のばらつきやガタの発生、ガイド軸の傾斜等に起因するガイドベーンの全閉状態の不良を検知することが可能となる。 Therefore, the output of the bridge circuit composed of the first series circuit and the second series circuit is monitored with respect to the detection sensor provided between the predetermined positions of the adjacent guide vane arms or the members following the guide vane arm. Thus, guides caused by changes in the distance between predetermined positions of adjacent guide vane arms or members following the guide vanes, gap variations, variations in opening characteristics and backlash, guide shaft inclination, etc. It becomes possible to detect a defect in the fully closed state of the vane.
ここで、ガイドベーンのガイドベーンスピンドルに前記ガイドベーンアームを固定するガイドベーン押え板が取り付けられる構成においては、前記センサ治具を、前記ガイドベーン押さ板に取り付けられた第1のセンサ治具と、隣り合うガイドベーン押え板に取り付けられた前記第1のセンサ治具間に架設された第2のセンサ治具とから構成し、前記検知センサを、前記第2のセンサ治具に設けるようにするとよい。
このような構成とすれば、ガイドベーン押え板を変更することで対応することが可能となるので、既設の水車のガイドベーンに対してもセンサ治具の後付けが可能となり、大掛かりな設備の変更が不要となる。
Here, in the configuration in which the guide vane presser plate for fixing the guide vane arm is attached to the guide vane spindle of the guide vane, the sensor jig is the first sensor jig attached to the guide vane presser plate. A second sensor jig installed between the first sensor jigs attached to the adjacent guide vane presser plates, and the detection sensor is provided on the second sensor jig. Good.
With such a configuration, it is possible to respond by changing the guide vane retainer plate, so it becomes possible to retrofit the sensor jig to the guide vane of the existing water turbine, making a major equipment change Is no longer necessary.
また、前記ガイドリングの動力伝達部位が2箇所ある場合において、前記第1の直列回路を構成する複数の検知センサと、前記第2の直列回路を構成する複数の検知センサとは、前記ガイドリングの中心に対して点対称の位置に配置されている検知センサであることが好ましい。
このような構成とすることで、ガイドリングの動力伝達部位から近いガイドベーン同士(動力伝達が早いガイドベーン同士)で、又は、ガイドリングの動力伝達部位から遠いガイドベーン同士(動力伝達が遅いガイドベーン同士)でブリッジ回路を構成できるので、動作環境の類似したもの同士で状態監視を行うことが可能となり、状態監視をより正確に行うことが可能となる。
Further, when there are two power transmission parts of the guide ring, the plurality of detection sensors constituting the first series circuit and the plurality of detection sensors constituting the second series circuit are the guide ring. The detection sensor is preferably arranged at a point-symmetrical position with respect to the center of the sensor.
By adopting such a configuration, guide vanes close to the power transmission part of the guide ring (guide vanes with fast power transmission) or guide vanes far from the power transmission part of the guide ring (guide with slow power transmission). Since the bridge circuit can be configured with the vanes), it is possible to monitor the states with similar operating environments, and it is possible to perform the state monitoring more accurately.
また、上記課題を達成するために、本発明に係る水車保護処理方法は、上述した水車ガイドベーンの状態監視装置のブリッジ回路からの出力に基づき異常が検知された場合に、前記ガイドベーンを無負荷開度付近まで一旦開とし、その後、前記ブリッジ回路からの出力に基づき異常状態が解消されたか否かを判定し、異常状態が解消されたと判定された場合に、前記ガイドベーンを全閉にして水車を停止させ、異常状態が継続していると判定された場合に、前記ガイドベーンを前記無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the water turbine protection processing method according to the present invention eliminates the guide vane when an abnormality is detected based on the output from the bridge circuit of the above-described water turbine guide vane state monitoring device. Open once to near the load opening, and then determine whether or not the abnormal condition has been resolved based on the output from the bridge circuit.If it is determined that the abnormal condition has been resolved, the guide vane is fully closed. The turbine is stopped, and when it is determined that the abnormal state continues, the turbine is stopped with the guide vane opened to the vicinity of the no-load opening.
このような構成においては、ブリッジ回路からの出力に基づき異常状態が検知された場合に、ガイドベーンが無負荷開度付近まで一旦開とされるので、例えば、ガイドベーン間に挟まっている異物を下流に流して異常状態が解消することを期待できる。そして、一旦開とした後に、ホイーストンブリッジ回路から出力される検出信号に基づき異常状態が解消されたと判定された場合には、ガイドベーンを全閉にして水車を停止させ、異常状態が未だ継続していると判定された場合には、ガイドベーンを無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させることで、弱点ピンの折損を防ぐことが可能となる。この場合,水車への水の流入を遮断する能力を持つ入口弁またはゲート等の設備を付属しているものとする。 In such a configuration, when an abnormal state is detected based on the output from the bridge circuit, the guide vane is once opened to the vicinity of the no-load opening degree. It can be expected that the abnormal state is resolved by flowing downstream. If it is determined that the abnormal state has been resolved based on the detection signal output from the Wheatstone bridge circuit after being opened once, the guide vane is fully closed and the water turbine is stopped, and the abnormal state still continues. If it is determined that the guide pin is open to the vicinity of the no-load opening degree, the water turbine is stopped to prevent breakage of the weak pin. In this case, equipment such as an inlet valve or a gate with the ability to block the inflow of water to the turbine is attached.
尚、以上の水車保護処理は、水車運転中に前記ブリッジ回路からの信号に基づき異常が検出された場合のみならず、手動による水車の強制停止指令が出された場合にも行うようにすることで、強制停止指令時において異物がガイドベーン間に挟まった場合においても、これを除去することが期待でき、また、除去できない場合でもガイドベーンや弱点ピンが破損する不都合を回避することが可能となる。 The above water turbine protection process is performed not only when an abnormality is detected based on the signal from the bridge circuit during water turbine operation, but also when a manual water turbine forced stop command is issued. Therefore, even when a foreign object is caught between guide vanes at the time of a forced stop command, it can be expected to remove this, and even if it cannot be removed, it is possible to avoid the inconvenience that the guide vane and the weak pin are damaged. Become.
以上述べたように、本発明に係る水力発電用水車のガイドベーン状態監視装置によれば、隣り合うガイドベーンアーム又はこれに追従する部材の所定位置間のそれぞれに架設されたセンサ治具に距離変化に感応してインピーダンス変化を生ぜしめる検知センサを設け、選択された少なくとも2つの検知センサを直列接続してなる第1の直列回路と、この第1の直列回路を構成する検知センサ以外の中から選択された少なくとも2つの検知センサを直列接続してなる第2の直列回路とを並列に接続すると共に、これら直列回路の中間点相互間を出力端子とするブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の出力に基づきガイドベーンの異常を検出するようにしたので、ブリッジ回路の出力をモニタリングすることで、水力発電用水車のガイドベーンについての状態を的確に監視することができ、また、早期に異常を検知して対応することが可能となる。 As described above, according to the guide vane state monitoring device for a hydroelectric turbine according to the present invention, the distance between the adjacent guide vane arms or the sensor jigs installed between the predetermined positions of the members following the guide vane arms. A detection sensor that generates an impedance change in response to a change is provided, and a first series circuit in which at least two selected detection sensors are connected in series and a detection sensor other than the detection sensors constituting the first series circuit. A bridge circuit having an output terminal between the intermediate points of the series circuit and a second series circuit formed by connecting at least two detection sensors selected from the above in series. Because the guide vane abnormality is detected based on the output of the State can be accurately monitored for, also, it is possible to cope with the abnormality is detected at an early stage.
また、センサ治具を、ガイドベーンアームを固定するガイドベーン押え板に取り付けられた第1のセンサ治具と、隣り合うガイドベーン押え板に取り付けられた第1のセンサ治具間に架設された第2のセンサ治具とから構成し、検知センサを第2のセンサ治具に設ける構成とすることで、ガイドベーン押え板を取り換えることで、既存のガイドベーンに対して後付けすることが可能となり、大掛かりな設備の変更が不要となる。 Further, the sensor jig is installed between the first sensor jig attached to the guide vane holding plate for fixing the guide vane arm and the first sensor jig attached to the adjacent guide vane holding plate. By constructing the second sensor jig and providing the detection sensor in the second sensor jig, it is possible to retrofit the existing guide vane by replacing the guide vane holding plate. This eliminates the need for major equipment changes.
また、第1の直列回路を構成する検知センサと、第2の直列回路を構成する検知センサとを、ガイドリングの中心に対して点対称の位置関係となるように選択すれば、動作環境の類似した検知センサ同士で状態監視を行うことが可能となり、状態監視をより正確に行うことが可能となる。 Further, if the detection sensor constituting the first series circuit and the detection sensor constituting the second series circuit are selected so as to have a point-symmetric positional relationship with respect to the center of the guide ring, It is possible to perform state monitoring between similar detection sensors, and it is possible to perform state monitoring more accurately.
さらに、ブリッジ回路からの出力に基づき異常が検知された場合に、ガイドベーンを無負荷開度付近まで一旦開とし、その後、ブリッジ回路からの出力に基づき異常状態が解消されたか否かを判定し、異常状態が解消されたと判定された場合に、ガイドベーンを全閉にして水車を停止させ、異常状態が継続していると判定された場合に、ガイドベーンを無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させるようにすれば、ガイドベーン間に挟まっている異物を下流に流して異常状態が解消することを期待でき、また、異常状態が継続していると判定された場合に、ガイドベーンを無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させるようにすることで、ガイドベーンや弱点ピンの破損を回避することが可能となる。 Furthermore, when an abnormality is detected based on the output from the bridge circuit, the guide vane is temporarily opened to near the no-load opening, and then it is determined whether the abnormal state has been resolved based on the output from the bridge circuit. When it is determined that the abnormal state has been resolved, the guide vane is fully closed to stop the turbine, and when it is determined that the abnormal state continues, the guide vane is opened to near the no-load opening. If the water turbine is stopped in the state, it can be expected that the foreign state sandwiched between the guide vanes will flow downstream and the abnormal state will be resolved, and if it is determined that the abnormal state continues, By stopping the water turbine while the guide vane is opened to the vicinity of the no-load opening degree, it becomes possible to avoid breakage of the guide vane and the weak point pin.
また、以上の水車保護処理を、水車運転中のみならず、手動によって水車の強制停止指令が出された場合にも行うようにすることで、強制停止指令時においても、ガイドベーン間に挟まった異物の除去を期待することができ、また、除去できない場合でもガイドベーンや弱点ピンが破損する不都合を回避することが可能となり、ガイドベーンやこれを駆動するガイドベーン開度調節機構を適切に保護することが可能となる。 In addition, the above turbine protection process is performed not only during turbine operation but also when a turbine forced stop command is issued manually, so that it is sandwiched between guide vanes even during the forced stop command. It is possible to expect the removal of foreign matter, and even if it cannot be removed, it is possible to avoid the inconvenience of damaging the guide vane and weak point pin, and appropriately protect the guide vane and the guide vane opening adjustment mechanism that drives it It becomes possible to do.
以下、本発明に係る水力発電用水車のガイドベーン状態監視装置の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a guide vane state monitoring device for a hydroelectric turbine according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1乃至4において、水車のランナ上流側において主軸13を中心としてその周囲に環状に配列されたガイドベーン1の水口開度を調節するためのガイドベーン開度調節機構2が示されている。
ガイドベーン開度調節機構2は、それぞれのガイドベーン1の羽根部1bと一体をなすガイドベーンスピンドル1aを囲周するように配されたガイドリング3の回動力をリンク機構を介してガイドベーン1に伝達することで、ガイドベーン1の羽根部1bを開閉して水車内での流量を調整乃至遮断するようにしたもので、具体的には、サーボモータ4からの動きを伝達するコネクティングロッド5の先端部を操作リンクピン6を介してガイドリング3に連結し、ガイドリング3に固着された偏芯ピン7にメガネリンク8の一端部を連結し、メガネリンク8の他端部を弱点ピン9を介してガイドベーンアーム10に連結し、このガイドベーンアーム10を、ガイドベーンスピンドル1aの上端面にボルト12にて固定されたガイドベーン押え板11を介してガイドベーンスピンドル1aに固着させている。尚、この例においては、ガイドベーン1は、中心角20度の間隔で18枚設けられている。
1 to 4 show a guide vane opening
The guide vane opening
サーボモータ4は、図示しない調速機からの指令によってコネクティングロッド5を往復動させるようにしているもので、ガイドリング3の両側に設けられ、180度の間隔でコネクティングロッド5を介してガイドリング3に接続され、このガイドリング3のコネクティングロッド5が接続された相対する2箇所を動力伝達部位としている。尚、この例においては、コネクティングロッド5が同方向からガイドリング3に連結され、サーボモータ4の駆動により一方のコネクティングロッド5の進退の動きは他方のコネクティングロッド5の進退の動きと逆になっている。
The
尚、Oは、主軸13の中心であり、また、ガイドリング3の中心と一致している。また、14は、ガイドベーン1のガイドベーンスピンドル1aとガイドベーンアーム10とを位置決め及び回り止めのためのガイドベーンキーであり、15は、ガイドベーンキー14を嵌合させるキー溝に螺合されてガイドベーンキー14の抜けを防止するノックボルトであり、16は、ガイドベーン押え板11をガイドベーンアーム10に固定する固定ボルトである。
Note that O is the center of the
したがって、サーボモータ4の駆動によりコネクティングロッド5が往復動すると、その直線駆動力が操作リンクピン6を介してガイドリング3に伝達され、ガイドリング3が主軸13を中心として回動する。そして、このガイドリング3の円周方向の回動変位は、偏芯ピン7、メガネリンク8、弱点ピン9からなるリンク機構及びガイドベーンアーム10を介してガイドベーンスピンドル1aに伝達することで、ガイドベーン1の羽根部1bを一斉に揺動させて水口開度を可変させ、水車のランナ側へ流れる水流を制御(調整乃至遮断)できる構造となっている。
Therefore, when the connecting
ところで、ガイドベーン1毎に取り付けられるガイドベーン押え板11は、その延設部11aがガイドベーンアーム10の延設方向に対して位相をずらして取り付けられ、また、延設部11aがメガネリンク8と干渉しないように厚みが相対的に薄く形成されている。また、この延設部11aの先端部に第1のセンサ治具20を取り付けるための治具取付用ピン19がガイドベーンアーム10と対峙する側とは反対側(図中、上方)に突出形成されている。この例において、治具取付用ピン19は、その外周面に雄ネジが形成されてナット18が螺合されるようになっており、この治具取付用ピン19に第1のセンサ治具20が回動自在に取り付けられている。
By the way, the guide
第1のセンサ治具20は、図5にも示されるように、治具取付用ピン19が僅かなクリアランスを介して挿通する円筒部20aと、この円筒部20aの両側から突設された一対のロッド部20bとから構成され、隣り合う治具取付用ピン19に取り付けられた第1のセンサ治具20の互いに近接するロッド部20b同士は、その先端に螺合される間隙調整ボルト21を介して第2のセンサ治具22に連結されている。
As shown in FIG. 5, the
第2のセンサ治具22は、第1のセンサ治具20の対峙するロッド部20b間を中継するよう軸心をロッド部20bの軸心とほぼ一致させた円柱状に形成され、両端部に間隙調整ボルト21と螺合する雄ネジが形成され、また、中間部に両側からの軸方向に作用する力によって感応する検知センサが設けられている。この検知センサは、第2のセンサ治具の軸方向に作用する荷重を容量変化として検出するコンデンサで構成されるものであっても、抵抗値変化として検出する抵抗ゲージ等で構成されるものであっても、軸方向に作用する荷重の大きさによってインピーダンスが変化する圧電素子であってもよく、例えば、特開2009−36733で示される歪センサ、特開2007−304014のポジションセンサ、特開2008−70215のポジションセンサなどを利用することも可能である。そして、間隙調整ボルト21によって第1のセンサ治具20と第2のセンサ治具22との間隙を調整することで、検知センサに作用する力が所定の状態に初期設定されており、検知センサ23に両側から作用する力(引っ張り力又は圧縮力)が変化することで、インピーダンスが変化するようになっている。
The
したがって、隣り合うそれぞれのガイドベーン押え板11間には、センサ治具(第1及び第2のセンサ治具20,22)が架設されており、第2のセンサ治具22には、隣り合うガイドベーン押え板11の治具取付用ピン19間の距離変化に感応してインピーダンス変化を生ぜしめる検知センサ23が設けられており、この検知センサの出力値を直接計測することによっても、この検知センサが取り付けられるガイドベーン押え板と一体に回動するガイドベーンの挙動が測定できるようになっている。
Therefore, a sensor jig (first and second sensor jigs 20, 22) is installed between the adjacent guide
以上のように取り付けられた検知センサ23を用いて、図6で示されるような、ガイドベーン1の異常を検出する相互監視回路が形成されている。具体的には、隣り合うガイドベーン押え板11間に設けられた18個の検知センサ23の中から、選択された少なくとも2つの検知センサを直列接続して第1の直列回路を構成し、また、この第1の直列回路を構成する検知センサ以外の中から選択された少なくとも2つの検知センサを直列接続して第2の直列回路を構成し、これら第1の直列回路と第2の直列回路とを定電流を供給する定電流電源30に対して並列に接続し、第1の直列回路と第2の直列回路とのそれぞれの中間点相互間を出力端子として不平衡時に不平衡電圧を出力するホイーストンブリッジ回路を構成している。そして、このホイーストンブリッジ回路の出力端子には、不平衡電圧が印加する主リレーコイル31が設けられ、この主リレーコイル31により動作する主リレー接点32を従リレーコイル33と共に電源Vccして直列接続し、また、この従リレーコイル33により動作する従リレー接点34を電源Vcc続し、従リレー接点34の閉成により異常発生信号が発生するように構成されている。したがって、ブリッジ回路に不平衡電圧が発生すると、異常発生信号が出力されるようになっている。
A mutual monitoring circuit for detecting an abnormality of the
このような相互監視回路は、選択される検知センサを異ならせて構成されるブリッジ回路毎に独立に形成されており、図1で示す例においては、18個の検知センサを4つのブロックに分け、それぞれのブロック毎に異常検出の有無を判定するようにしている。 Such a mutual monitoring circuit is formed independently for each bridge circuit configured by selecting different detection sensors. In the example shown in FIG. 1, 18 detection sensors are divided into four blocks. The presence / absence of abnormality detection is determined for each block.
具体的には、図1に示されるように、ガイドベーンの番号を1〜18と振った場合に、No.1のガイドベーンとNo.2のガイドベーンとの間に設けられる検知センサ23をSe01とし、No.2のガイドベーンとNo.3のガイドベーンとの間に設けられる検知センサ23をSe02とし、以後同様にして検知センサ23に番号を振り、No.18のガイドベーンとNo.1のガイドベーンとの間に設けられる検知センサ23をSe18とすると、ブロック1のホイーストンブリッジ回路は、Se01、Se09,Se10,Se18(第1の直列回路はSe01とSe18、第2の直列回路はSe9とSe10)の4つの検知センサで構成され、ブロック2のホイーストンブリッジ回路は、Se02、Se08,Se11,Se17(第1の直列回路はSe02とSe17、第2の直列回路はSe8とSe11)の4つの検知センサで構成され、ブロック3のホイーストンブリッジ回路は、Se03、Se07,Se12,Se16(第1の直列回路はSe03とSe16、第2の直列回路はSe7とSe12)の4つの検知センサで構成され、ブロック4のホイーストンブリッジ回路は、Se04、Se05,Se06,Se13,Se14,Se15(第1の直列回路はSe04とSe14とSe15、第2の直列回路はSe05とSe06とSe13)の6つの検知センサで構成されるようになっている。これら各ブロックの検知センサは、第1の直列回路を構成する複数の検知センサと、第2の直列回路を構成する複数の検知センサとが、ガイドリング3の中心Oに対して点対称となるように選択されている。
Specifically, as shown in FIG. 1, when the number of the guide vane is 1 to 18, the
即ち、ガイドリングの動力伝達部位からの距離が略等しく、動作環境が似ている検知センサ毎にブロックが構成されており、例えば、ブロック1においては、ガイドリング3の動力伝達部位(コネクティングロッド5が接続される部位)からの距離が遠く、動力伝達が遅いガードベーン間の検知センサ同士でブリッジ回路が構成され、ブロック4においては、ガイドリングの動力伝達部位からの距離が近く、動力伝達が早いガードベーン間の検知センサ同士でブリッジ回路が構成されている。
That is, a block is formed for each detection sensor having a substantially equal distance from the power transmission part of the guide ring and similar operating environment. For example, in the
したがって、以上の構成において、隣り合うガイドベーンアーム10に追従する部材であるガイドベーン押え板11の先端部間に設けられた検知センサ23の中から、動作環境が似ている検知センサを選択してブリッジ回路が構成されているので、それぞれのブリッジ回路の出力(相互監視回路からの異常発生信号の発生の有無)をモニタリングすることで、隣り合うガイドベーン1相互間の経時的な距離変化や、間隙のばらつき、開度特性のばらつきやガタの発生、ガイドベーンスピンドル1aの傾斜等に起因するガイドベーン1の全閉状態不良を検知することが可能となる。
そして、異常発生信号の発生を検知した場合には、ブリッジ回路の出力変化を個別にオシロスコープ等で計測することで、ガイドベーン1の遅れや引っ掛かりなどの仔細な情報を把握することが可能となる。
Therefore, in the above configuration, a detection sensor having a similar operating environment is selected from the
When the occurrence of an abnormality occurrence signal is detected, it is possible to grasp detailed information such as the delay or catch of the
また、ガイドベーン1のガイドベーンスピンドル1aに取り付けられるガイドベーン押え板11を改良し、このガイドベーン押え板11に第1のセンサ治具20を取り付け、隣り合うガイドベーン押え板11に設けられた第1のセンサ治具20間に第2のセンサ治具22を設け、この第2のセンサ治具22に距離変化に感応してインピーダンス変化を生ぜしめる検知センサ23を設けるようにしたので、既設の水車のガイドベーン1に対してガイドベーン押え板11を変更することで対応することが可能となり、センサ治具20,22や検知センサ23の後付けが可能となり、大掛かりな設備の変更が不要となる。
Further, the guide
また、上述の構成においては、第1の直列回路を構成する検知センサと、第2の直列回路を構成する検知センサとを、ガイドリング3の中心に対して点対称の位置となるように選択するようにしているので、動作環境の類似したもの同士でガイドベーン1の状態監視を行うことが可能となり、状態監視をより正確に行うことが可能となる。
In the above configuration, the detection sensor configuring the first series circuit and the detection sensor configuring the second series circuit are selected so as to be point-symmetric with respect to the center of the
図8において、上述したガイドベーン状態監視装置を用いた水車保護処理例がフローチャートとして示されている。ここで示される保護処理は、運転中に異常発生信号が出力された場合、及び、手動で水車停止が指令された場合に行われるもので、ガイドベーン1を駆動するサーボモータ4や、水車を電力系統と切り離す並列用遮断器、導水管の水車よりも上流側に設けられて導水管内への流水量を調節する入口弁、及びガイドベーンを起動、停止させる際に作動させる図示しない起動弁をコントロールユニットからの制御信号に基づき、図8で示すフローチャートに従って制御するもので、所定の制御プログラムを実行させることにより実行される。
In FIG. 8, the example of a watermill protection process using the guide vane state monitoring apparatus mentioned above is shown as a flowchart. The protection process shown here is performed when an abnormality occurrence signal is output during operation, and when a turbine stop command is manually issued, and the
コントロールユニットは、水車が運転中である場合に、図7で示すブリッジ回路それぞれについて形成された図6で示される相互監視回路から異常発生信号の出力の有無をモニタリングしており(ステップS1)、異常発生信号が出力されたと判定された場合には、水車停止指令を出力し(ステップS2)、ステップS4以降の水車停止処理を実行する。また、人為的に水車を停止させるために水車停止指令が意図的に出力された場合(ステップS3)においても、以下のステップS4以降の水車停止処理が行われる。 When the water turbine is in operation, the control unit monitors whether or not an abnormality occurrence signal is output from the mutual monitoring circuit shown in FIG. 6 formed for each of the bridge circuits shown in FIG. 7 (step S1). If it is determined that the abnormality occurrence signal has been output, a turbine stop command is output (step S2), and the turbine stop process after step S4 is executed. Even when a turbine stop command is intentionally output in order to stop the turbine manually (step S3), the following turbine stop processing is performed.
コントロールユニットは、水車停止指令を受けると、サーボモータ4を駆動させてガイドベーン(GV)を無負荷開度よりも小さい開度に設定する(ステップS4)。その後、水車を電力系統と切り離すために並列用遮断器を切り(ステップS5)、ガイドベーン1を閉じる閉指令を出力する(ステップS6)。
When receiving the water turbine stop command, the control unit drives the
その後、各相互監視回路からの異常発生信号の出力の有無を判断し(ステップS7)、異常発生信号が出力されていないと判定された場合には、正常時に行う通常の停止制御を行うために、ガイドベーン1を全閉状態とし(ステップS8)、その後、起動弁を閉じて水車を停止する(ステップS9,S10)。
Thereafter, it is determined whether or not an abnormality occurrence signal is output from each mutual monitoring circuit (step S7), and when it is determined that the abnormality occurrence signal is not output, in order to perform normal stop control that is performed normally. The
これに対して、異常発生信号が出力されていると判定された場合(水車運転中に異常発生信号が出力された場合、又は、人為的な水車停止指令後に各相互監視回路から異常発生信号が出力された場合)には、入口弁を全閉にして導水管への流水を遮断し(ステップS11)、その後、一旦ガイドベーン1を開とする開指令を出力し(ステップS12)、ガイドベーンを無負荷開度に設定する(ステップS13)。
On the other hand, when it is determined that an abnormality occurrence signal is output (when an abnormality occurrence signal is output during turbine operation, or after an artificial water turbine stop command, an abnormality occurrence signal is output from each mutual monitoring circuit. If it is output), the inlet valve is fully closed to shut off the flow of water to the water conduit (step S11), and then an opening command for opening the
そして、このようなガイドベーンの開動作により相互監視回路から異常発生信号の出力が解消したか否かを判定し(ステップS14)、解消したと判定された場合には、ガイドベーンを閉にする閉指令を出力し(ステップS15)、ガイドベーン1を全閉状態とし(ステップS16)、その後、起動弁を閉じて水車を停止させる(ステップS9,S10)。
Then, it is determined whether or not the output of the abnormality occurrence signal from the mutual monitoring circuit has been eliminated by such an opening operation of the guide vane (step S14), and if it is determined that it has been eliminated, the guide vane is closed. A closing command is output (step S15), the
また、ステップS14において、相互監視回路からの異常発生信号の出力が依然としてある(異常発生信号の出力が解消されていない)と判定された場合には、ガイドベーンを無負荷開度に設定したまま、水車を停止させる(ステップS10)。 If it is determined in step S14 that the abnormality occurrence signal is still output from the mutual monitoring circuit (the abnormality occurrence signal output has not been eliminated), the guide vane remains set to the no-load opening. Then, the water wheel is stopped (step S10).
したがって、以上のような停止動作処理によれば、相互監視回路から異常発生信号が出力された場合(ブリッジ回路から出力される検出信号に基づき異常が検知されて異常発生信号が出力された場合)に、ガイドベーン1を無負荷開度付近まで一旦開とし、その後、相互監視回路から出力される異常発生信号(ホイーストンブリッジ回路から出力される検出信号に基づき異常状態)が解消されたか否かを判定し、異常状態が解消されたと判定された場合に、ガイドベーン1を全閉にして水車を停止させ、異常状態が継続していると判定された場合に、ガイドベーン1を無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させるようにしているので、異常状態が検知された場合には、ガイドベーンを無負荷開度付近まで一旦開とすることで、例えば、ガイドベーン間に挟まっている異物を下流側に流して異常状態の原因を取り除くことが期待できる。また、異常状態が解消されずに継続していると判定された場合には、ガイドベーン1を無負荷開度付近まで開いた状態で水車が停止するので、ガイドベーン1や弱点ピン9の折損を防ぐことが可能となる。
Therefore, according to the stop operation processing as described above, when an abnormality occurrence signal is output from the mutual monitoring circuit (when an abnormality occurrence signal is output based on the detection signal output from the bridge circuit). In addition, whether or not the
さらに、以上の構成においては、水車運転中のみならず、手動による水車の強制停止指令が出された場合にも同様の停止動作処理が行われるので、強制停止指令時において異物がガイドベーン間に挟まった場合においても、これを除去することを期待でき、また、除去できない場合でもガイドベーン1や弱点ピン9が破損する不都合を回避することが可能となる。
Further, in the above configuration, the same stop operation processing is performed not only during the water turbine operation but also when a manual water turbine forced stop command is issued. Even if it is caught, it can be expected to remove this, and even if it cannot be removed, it is possible to avoid the inconvenience that the
尚、上述の構成においては、ガイドベーン押え板11に第1のセンサ治具20を取り付けた例を示したが、ガイドベーンアーム10を改良し、このガイドベーンアーム10に直接第1のセンサ治具20を取り付けるようにしてもよい。また、各ブリッジ回路を構成する検知センサ23の組み合わせも、上述の場合に限定されるものではなく、任意に組み合わせて相互監視回路を構成するようにしてもよい。
In the above-described configuration, the example in which the
1 ガイドベーン
1a ガイドベーンスピンドル
2 ガイドベーン開度調節機構
3 ガイドリング
8 メガネリンク
9 弱点ピン
10 ガイドベーンアーム
11 カイドベーン押え板
20 第1のセンサ治具
22 第2のセンサ治具
23 検知センサ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
隣り合うガイドベーンアーム又はこれに追従する部材の所定位置間のそれぞれにセンサ治具を架設し、このセンサ治具に前記所定位置間の距離変化に感応してインピーダンス変化を生ぜしめる検知センサを設け、
選択された少なくとも2つの検知センサを直列接続してなる第1の直列回路と、この第1の直列回路を構成する検知センサ以外の中から選択された少なくとも2つの検知センサを直列接続してなる第2の直列回路とを並列に接続すると共に、前記第1及び第2の直列回路の中間点相互間を出力端子とするブリッジ回路を構成し、
このブリッジ回路の出力に基づき前記ガイドベーンの異常を検出することを特徴とする水車ガイドベーンの状態監視装置。 Guide vane state monitoring device for a hydroelectric power turbine equipped with a guide vane opening adjustment mechanism for transmitting a reciprocating motion of a drive device to a guide vane arm that rotates integrally with the guide vane via a guide ring, a link, and a weak point pin In
Sensor jigs are installed between the predetermined positions of the adjacent guide vane arms or the members following the guide vane arms, and a detection sensor is provided on the sensor jig to generate an impedance change in response to a change in the distance between the predetermined positions. ,
A first series circuit in which at least two selected detection sensors are connected in series, and at least two detection sensors selected from those other than the detection sensors constituting the first series circuit are connected in series. A bridge circuit having an output terminal between the intermediate points of the first and second series circuits is configured with a second series circuit connected in parallel.
An apparatus for monitoring the state of a water turbine guide vane, wherein an abnormality of the guide vane is detected based on an output of the bridge circuit.
前記ブリッジ回路からの出力に基づき異常が検知された場合に、前記ガイドベーンを無負荷開度付近まで一旦開とし、
その後、前記ブリッジ回路からの出力に基づき異常状態が解消されたか否かを判定し、
異常状態が解消されたと判定された場合に、前記ガイドベーンを全閉にして水車を停止させ、異常状態が継続していると判定された場合に、前記ガイドベーンを前記無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させることを特徴とする水車保護処理方法。 In the waterwheel protection processing method using the waterwheel guide vane state monitoring device according to any one of claims 1 to 3,
When an abnormality is detected based on the output from the bridge circuit, the guide vane is once opened to near the no-load opening,
Then, it is determined whether the abnormal state has been resolved based on the output from the bridge circuit,
When it is determined that the abnormal state has been resolved, the guide vane is fully closed to stop the water turbine, and when it is determined that the abnormal state continues, the guide vane is moved to near the no-load opening. A watermill protection processing method characterized by stopping a watermill in an open state.
The water turbine protection processing method is performed when an abnormality is detected based on a signal from the bridge circuit during a water turbine operation or when a manual water turbine stop command is issued. Item 4. The abnormality detection protection processing method according to Item 4.
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