JP2023082588A - Foreign matter removal system for hydraulic power plant, hydraulic power plant, and foreign matter removal method for hydraulic power plant - Google Patents

Foreign matter removal system for hydraulic power plant, hydraulic power plant, and foreign matter removal method for hydraulic power plant Download PDF

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Bhandari Nirajan
義賢 在原
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Abstract

To remove foreign matter adhering to a stay vane simply and reliably.SOLUTION: A foreign matter removal system for a hydraulic power plant comprises a control device for controlling a hydraulic machine. The control device controls the hydraulic machine to perform a foreign matter removal operation for removing foreign matter adhering to a stay vane. The foreign matter removal operation includes: a guide vane closing operation of closing a guide vane of the hydraulic machine to a fully closed state; a restart operation of restarting the hydraulic machine after stopping the operation of the hydraulic machine; a guide vane opening operation of opening the guide vane of the hydraulic machine after electrically disconnecting a generator from a circuit; and a high-pressure fluid ejection operation of ejecting high-pressure fluid from an ejection device toward the stay vane.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施の形態は、水力発電設備用の異物除去システム、水力発電設備、および水力発電設備用の異物除去方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a foreign matter removal system for a hydroelectric power plant, a hydroelectric power plant, and a foreign matter removal method for a hydroelectric power plant.

例えばフランシス水車等の水力機械と、水力機械により駆動されて発電を行う発電機とを備える水力発電設備が知られている。このような水力発電設備において、上部水槽から水とともに流入する落ち葉や小枝等の異物が、水力機械のステーベーンに付着することがある。異物がステーベーンに付着し堆積すると、水の流れが阻害され、これにより流量が低下し、発電機の発電出力が低下する場合がある。このため、定期的に水力機械の内部から水を抜き出し、内部点検を行って、異物を除去していた。しかしながら、この場合、抜水や点検に時間を要するため、作業コストが発生するとともに、発電できない期間が生じることによる経済損失も発生していた。 Hydraulic power generation equipment is known that includes a hydraulic machine such as a Francis turbine and a generator that is driven by the hydraulic machine to generate power. In such a hydraulic power plant, foreign objects such as fallen leaves and twigs that flow in with water from the upper water tank may adhere to the stay vanes of the hydraulic machinery. When foreign matter adheres to and accumulates on the stay vanes, the flow of water is obstructed, which may reduce the flow rate and the power generation output of the generator. For this reason, the water is drained from the inside of the hydraulic machine periodically, the inside is inspected, and the foreign matter is removed. However, in this case, it takes time to drain water and perform inspections, which incurs work costs and causes economic losses due to periods in which power cannot be generated.

実開平2-28581号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 2-28581 実開平7-30373号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 7-30373 実開平6-80865号公報Japanese Utility Model Laid-Open No. 6-80865

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、ステーベーンに付着した異物を簡易かつ確実に除去することができる水力発電設備用の異物除去システム、水力発電設備、および水力発電設備用の異物除去方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such points, and a foreign matter removal system for hydroelectric power generation equipment that can easily and reliably remove foreign matter adhering to stay vanes, hydroelectric power generation equipment, and hydraulic power generation equipment It aims at providing the foreign material removal method for.

実施の形態による水力発電設備用の異物除去システムは、水力機械と水力機械により駆動されて発電を行う発電機とを備える水力発電設備における水力機械のステーベーンに付着した異物を除去する水力発電設備用の異物除去システムである。水力発電設備用の異物除去システムは、水力機械を制御する制御装置を備える。制御装置は、ステーベーンに付着した異物を除去する異物除去動作を行うように水力機械を制御する。異物除去動作は、水力機械のガイドベーンを全閉状態まで閉じるガイドベーン閉動作、水力機械の運転を停止した後、水力機械を起動する再起動動作、発電機を系統から電気的に切り離した後、水力機械のガイドベーンを開くガイドベーン開動作、または噴出装置からステーベーンに向けて高圧流体を噴出する高圧流体噴出動作を含む。 A foreign matter removal system for a hydraulic power plant according to an embodiment is for removing foreign matter adhering to stay vanes of the hydraulic power plant in the hydraulic power plant comprising a hydraulic machine and a generator driven by the hydraulic machine to generate power. foreign matter removal system. A foreign object removal system for a hydroelectric power plant comprises a controller for controlling a hydraulic machine. The control device controls the hydraulic machine to perform a foreign matter removing operation for removing foreign matter adhering to the stay vanes. The foreign object removal operation includes the guide vane closing operation to close the guide vanes of the hydraulic machinery to a fully closed state, the restart operation to start the hydraulic machinery after stopping the operation of the hydraulic machinery, and the operation to electrically disconnect the generator from the system. , a guide vane opening operation that opens the guide vanes of the hydraulic machine, or a high pressure fluid ejection operation that ejects high pressure fluid from an ejection device toward the stay vanes.

また、実施の形態による水力発電設備は、水力機械と、発電機と、上述した水力発電設備用の異物除去システムと、を備える。 Also, a hydroelectric power plant according to an embodiment includes a hydraulic machine, a generator, and the foreign matter removal system for the hydroelectric power plant described above.

また、実施の形態による水力発電設備用の異物除去方法は、水力機械と水力機械により駆動されて発電を行う発電機とを備える水力発電設備における水力機械のステーベーンに付着した異物を除去する水力発電設備用の異物除去方法である。水力発電設備用の異物除去方法は、ステーベーンに付着した異物を除去する異物除去動作を行う異物除去工程を備える。異物除去動作は、水力機械のガイドベーンを全閉状態まで閉じるガイドベーン閉動作、水力機械の運転を停止した後、水力機械を起動する再起動動作、発電機を系統から電気的に切り離した後、水力機械のガイドベーンを開くガイドベーン開動作、または噴出装置からステーベーンに向けて高圧流体を噴出する高圧流体噴出動作を含む。 Further, a foreign matter removing method for a hydraulic power plant according to an embodiment is a hydraulic power plant for removing foreign substances adhering to stay vanes of the hydraulic power plant in a hydraulic power plant comprising a hydraulic machine and a generator driven by the hydraulic machine to generate power. A foreign matter removal method for equipment. A foreign matter removing method for a hydroelectric power plant includes a foreign matter removing step of performing a foreign matter removing operation for removing foreign matter adhering to stay vanes. The foreign object removal operation includes the guide vane closing operation to close the guide vanes of the hydraulic machinery to a fully closed state, the restart operation to start the hydraulic machinery after stopping the operation of the hydraulic machinery, and the operation to electrically disconnect the generator from the system. , a guide vane opening operation that opens the guide vanes of the hydraulic machine, or a high pressure fluid ejection operation that ejects high pressure fluid from an ejection device toward the stay vanes.

本発明によれば、ステーベーンに付着した異物を簡易かつ確実に除去することができる。 According to the present invention, it is possible to easily and reliably remove foreign matter adhering to stay vanes.

図1は、第1の実施の形態による水力発電設備の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hydroelectric power plant according to a first embodiment. 図2は、図1のフランシス水車のステーベーンに異物が付着した状態を示す部分拡大断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view showing a state in which a foreign matter adheres to the stay vane of the Francis turbine of FIG. 図3は、第1の実施の形態による異物除去動作を説明するための部分拡大上面図である。FIG. 3 is a partially enlarged top view for explaining the foreign matter removing operation according to the first embodiment. 図4は、第2の実施の形態および第3の実施の形態による異物除去動作を説明するための部分拡大上面図である。FIG. 4 is a partially enlarged top view for explaining the foreign matter removing operation according to the second and third embodiments. 図5は、第3の実施の形態による異物除去動作を説明するための部分拡大断面図である。FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining the foreign matter removing operation according to the third embodiment. 図6は、第4の実施の形態による異物除去動作を説明するための部分拡大断面図である。FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining the foreign matter removing operation according to the fourth embodiment.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による水力発電設備用の異物除去システム、水力発電設備、および水力発電設備用の異物除去方法について説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A foreign matter removing system for hydraulic power generation equipment, a hydraulic power generation device, and a foreign matter removal method for hydraulic power generation equipment according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
まず、図1を用いて、第1の実施の形態による水力発電設備について説明する。なお、以下では、水車運転時の水の流れに従って説明する。図において、矢印は水の流れ方向(主流方向)を示している。
(First embodiment)
First, a hydroelectric power plant according to a first embodiment will be described with reference to FIG. In addition, below, it demonstrates according to the flow of the water at the time of water turbine operation. In the figure, arrows indicate the direction of water flow (main stream direction).

図1に示すように、水力発電設備1は、上部水槽2と、水圧鉄管3と、フランシス水車10(水力機械の一例)と、発電機5と、ドラフトチューブ6と、下部水槽7と、異物除去システム20と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the hydroelectric power generation facility 1 includes an upper water tank 2, a penstock 3, a Francis turbine 10 (an example of a hydraulic machine), a generator 5, a draft tube 6, a lower water tank 7, and foreign matter. a removal system 20;

上部水槽2について説明する。上部水槽2は、重力方向においてフランシス水車10の上方に設けられている。上部水槽2は、フランシス水車10に供給される水を貯留するように構成されていている。上部水槽2内には、落ち葉や小枝等の異物Fも含まれている場合がある。なお、水力発電設備1が上部水槽2を備えていない場合もある。この場合、河川等から取水された水が上部水槽2を介さずフランシス水車10に供給される。 The upper water tank 2 will be explained. The upper water tank 2 is provided above the Francis turbine 10 in the direction of gravity. The upper water tank 2 is configured to store water supplied to the Francis turbine 10 . Foreign matter F such as fallen leaves and twigs may also be contained in the upper water tank 2 . Note that the hydroelectric power generation facility 1 may not have the upper water tank 2 in some cases. In this case, water taken from a river or the like is supplied to the Francis turbine 10 without passing through the upper water tank 2 .

水圧鉄管3について説明する。水圧鉄管3は、上部水槽2の下流側に設けられている。水圧鉄管3は、上部水槽2とフランシス水車10のケーシング12とを連通している。水圧鉄管3は、上部水槽2からフランシス水車10に供給される水が流れるように構成されている。 The penstock 3 will be explained. The penstock 3 is provided downstream of the upper water tank 2 . The penstock 3 communicates the upper water tank 2 with the casing 12 of the Francis turbine 10 . The penstock 3 is configured so that water supplied from the upper water tank 2 to the Francis turbine 10 flows.

フランシス水車10について説明する。フランシス水車10は、入口弁11と、ケーシング12と、複数のステーベーン13と、複数のガイドベーン14と、ランナ15と、を備えている。 The Francis turbine 10 will be explained. The Francis turbine 10 includes an inlet valve 11 , a casing 12 , a plurality of stay vanes 13 , a plurality of guide vanes 14 and a runner 15 .

入口弁11は、水圧鉄管3の下流側に設けられている。入口弁11は、開閉することにより、ケーシング12へ水を流入させたり、ケーシング12への水の流入を遮断したりするように構成されている。フランシス水車10の停止時には、入口弁11は閉じられている。フランシス水車10の運転時には、入口弁11は開かれている。 The inlet valve 11 is provided downstream of the penstock 3 . The inlet valve 11 is configured to open and close to allow water to flow into the casing 12 and to block water from flowing into the casing 12 . When the Francis turbine 10 is stopped, the inlet valve 11 is closed. During operation of the Francis turbine 10, the inlet valve 11 is open.

ケーシング12は、入口弁11の下流側に設けられている。ケーシング12は、渦巻き状に形成されている。ケーシング12は、上部水槽2から水圧鉄管3を通って水が流入するように構成されている。 The casing 12 is provided downstream of the inlet valve 11 . The casing 12 is spirally formed. The casing 12 is configured such that water flows from the upper water tank 2 through the penstock 3 .

ステーベーン13は、ケーシング12の下流側に設けられている。ステーベーン13は、ケーシング12から流入した水をガイドベーン14に導くように構成されている。ステーベーン13は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ステーベーン13の間には、水が流れる流路が形成されている。 The stay vane 13 is provided downstream of the casing 12 . The stay vanes 13 are configured to guide water flowing from the casing 12 to the guide vanes 14 . The stay vanes 13 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. Channels through which water flows are formed between the stay vanes 13 .

ガイドベーン14は、ステーベーン13の下流側に設けられている。ガイドベーン14は、ステーベーン13から流入した水をランナ15に導くように構成されている。ガイドベーン14は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ガイドベーン14の間には、水が流れる流路が形成されている。ガイドベーン14は、回動可能に構成されている。ガイドベーン14は、回動して開度を変えることにより、ランナ15に導く水の流量を調整することができる。これにより、発電機5の発電量を調整することができる。ガイドベーン14は、ガイドベーン駆動装置14aにより駆動される。すなわち、ガイドベーン14の開度は、ガイドベーン駆動装置14aにより駆動されて変更される。 The guide vanes 14 are provided downstream of the stay vanes 13 . Guide vanes 14 are configured to guide water flowing from stay vanes 13 to runners 15 . The guide vanes 14 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction. Channels through which water flows are formed between the guide vanes 14 . The guide vanes 14 are configured to be rotatable. The guide vanes 14 can adjust the flow rate of the water led to the runners 15 by rotating and changing the opening. Thereby, the power generation amount of the generator 5 can be adjusted. The guide vanes 14 are driven by a guide vane driving device 14a. That is, the opening degree of the guide vanes 14 is changed by being driven by the guide vane driving device 14a.

ランナ15は、ガイドベーン14の下流側に設けられている。ランナ15は、ケーシング12に対して回転軸線を中心に回転可能に構成されている。ランナ15は、ガイドベーン14から流入する水によって回転駆動される。ランナ15は、複数のランナ羽根を有している。各ランナ羽根が流入する水から圧力を受けて、ランナ15が回転駆動される。これにより、ランナ15に流入する水のエネルギーが回転エネルギーへと変換される。 The runner 15 is provided downstream of the guide vanes 14 . The runner 15 is configured to be rotatable about the rotation axis with respect to the casing 12 . Runner 15 is rotationally driven by water flowing from guide vanes 14 . Runner 15 has a plurality of runner blades. The runner 15 is driven to rotate by receiving pressure from the inflowing water to each runner blade. Thereby, the energy of the water flowing into the runner 15 is converted into rotational energy.

発電機5について説明する。発電機5は、主軸4を介してランナ15に連結されている。発電機5は、フランシス水車10により駆動されて発電を行うように構成されている。より具体的には、発電機5は、ランナ15の回転エネルギーが伝達されて発電を行う。 The generator 5 will be explained. The generator 5 is connected to the runner 15 via the main shaft 4 . The generator 5 is configured to be driven by the Francis turbine 10 to generate power. More specifically, the generator 5 generates power by being transmitted with the rotational energy of the runner 15 .

ドラフトチューブ6について説明する。ドラフトチューブ6は、ランナ15の下流側に設けられている。ドラフトチューブ6は、フランシス水車10と下部水槽7とを連通している。ドラフトチューブ6は、フランシス水車10から放出された水を下部水槽7へ導くように構成されている。 The draft tube 6 will be explained. The draft tube 6 is provided downstream of the runner 15 . A draft tube 6 communicates the Francis turbine 10 and the lower water tank 7 . The draft tube 6 is configured to guide water discharged from the Francis turbine 10 to the lower water tank 7 .

下部水槽7について説明する。下部水槽7は、ドラフトチューブ6の下流側に設けられている。下部水槽7は、重力方向においてフランシス水車10の下方に設けられている。下部水槽7は、フランシス水車10からドラフトチューブ6を通って放出された水を貯留するように構成されている。なお、水力発電設備1が下部水槽7を備えていない場合もある。この場合、フランシス水車10からの水は、ドラフトチューブ6を通って、不図示の放水路へ放出される。 The lower water tank 7 will be explained. The lower water tank 7 is provided downstream of the draft tube 6 . The lower water tank 7 is provided below the Francis turbine 10 in the direction of gravity. The lower water tank 7 is configured to store water discharged from the Francis turbine 10 through the draft tube 6 . Note that the hydroelectric power generation facility 1 may not have the lower water tank 7 in some cases. In this case, water from the Francis turbine 10 passes through the draft tube 6 and is discharged to a discharge channel (not shown).

次に、本実施の形態による異物除去システム20について説明する。異物除去システム20は、フランシス水車10のステーベーン13に付着した異物を除去するように構成されている。異物除去システム20は、制御装置50を備えている。図1に示すように、異物除去システム20は、算出装置30と、測定装置40と、制御装置50と、を備えていてもよい。 Next, the foreign matter removing system 20 according to this embodiment will be described. The foreign matter removal system 20 is configured to remove foreign matter adhering to the stay vanes 13 of the Francis turbine 10 . The foreign matter removal system 20 includes a control device 50 . As shown in FIG. 1, the foreign matter removal system 20 may include a calculation device 30, a measurement device 40, and a control device 50. FIG.

算出装置30について説明する。算出装置30は、フランシス水車10の運転時(水車運転時)の発電機5の目標出力値を算出するように構成されている。算出装置30は、上部水位検出器31と、下部水位検出器32と、圧力検出器33と、開度検出器34と、演算部35と、を有している。 The calculation device 30 will be described. The calculation device 30 is configured to calculate a target output value of the generator 5 during operation of the Francis turbine 10 (during operation of the turbine). The calculation device 30 has an upper water level detector 31 , a lower water level detector 32 , a pressure detector 33 , an opening degree detector 34 , and a calculator 35 .

上部水位検出器31は、上部水槽2に設けられている。上部水位検出器31は、上部水槽2の水位を検出するように構成されている。上部水位検出器31は、例えば、フロート式の水位計や投込圧力式の水位計であってもよい。上部水位検出器31により検出された上部水槽2の水位は、演算部35に送信される。 The upper water level detector 31 is provided in the upper water tank 2 . The upper water level detector 31 is configured to detect the water level of the upper water tank 2 . The upper water level detector 31 may be, for example, a float type water level gauge or a plunge pressure type water level gauge. The water level of the upper water tank 2 detected by the upper water level detector 31 is transmitted to the calculation section 35 .

下部水位検出器32は、下部水槽7に設けられている。下部水位検出器32は、下部水槽7の水位を検出するように構成されている。下部水位検出器32は、例えば、フロート式の水位計や投込圧力式の水位計であってもよい。下部水位検出器32により検出された下部水槽7の水位は、演算部35に送信される。 A lower water level detector 32 is provided in the lower water tank 7 . The lower water level detector 32 is configured to detect the water level of the lower water tank 7 . The lower water level detector 32 may be, for example, a float type water level gauge or a plunge pressure type water level gauge. The water level of the lower water tank 7 detected by the lower water level detector 32 is transmitted to the calculation section 35 .

圧力検出器33は、水圧鉄管3に設けられている。圧力検出器33は、水圧鉄管3内の圧力(水圧)を検出するように構成されている。圧力検出器33は、例えば、ダイヤフラム式の圧力計であってもよい。圧力検出器33により検出された水圧鉄管3内の圧力は、演算部35に送信される。 The pressure detector 33 is provided on the penstock 3 . The pressure detector 33 is configured to detect the pressure (water pressure) inside the penstock 3 . The pressure detector 33 may be, for example, a diaphragm pressure gauge. The pressure inside the penstock 3 detected by the pressure detector 33 is transmitted to the calculation unit 35 .

開度検出器34は、ガイドベーン駆動装置14aに連結されている。開度検出器34は、ガイドベーン14の開度を検出するように構成されている。開度検出器34は、例えば、ガイドベーン駆動装置14aの駆動量を監視することによって、ガイドベーン14の開度を検出してもよい。開度検出器34により検出されたガイドベーン14の開度は、演算部35に送信される。 The opening detector 34 is connected to the guide vane drive 14a. The opening detector 34 is configured to detect the opening of the guide vanes 14 . The opening degree detector 34 may detect the opening degree of the guide vane 14 by monitoring the drive amount of the guide vane driving device 14a, for example. The opening of the guide vanes 14 detected by the opening detector 34 is transmitted to the calculation unit 35 .

演算部35は、上部水位検出器31により検出された上部水槽2の水位と、下部水位検出器32により検出された下部水槽7の水位と、圧力検出器33により検出された水圧鉄管3内の圧力と、開度検出器34により検出されたガイドベーン14の開度とに基づいて、発電機5の目標出力値を算出するように構成されている。より具体的には、演算部35は、上部水槽2の水位と、下部水槽7の水位と、水圧鉄管3内の圧力とに基づいて、有効落差(m)を算出することができる。また、演算部35は、有効落差(m)と、ガイドベーン14の開度とに基づいて、流量(m/s)を算出することができる。そして、演算部35は、有効落差(m)と、流量(m/s)と、重力加速度g(m/s)と、水車発電機効率とに基づいて、発電機5の目標出力値(kW)を算出することができる。演算部35により算出された発電機5の目標出力値は、制御装置50に送信される。 The calculation unit 35 calculates the water level of the upper water tank 2 detected by the upper water level detector 31, the water level of the lower water tank 7 detected by the lower water level detector 32, and the water level in the penstock 3 detected by the pressure detector 33. A target output value of the generator 5 is calculated based on the pressure and the opening of the guide vanes 14 detected by the opening detector 34 . More specifically, the calculation unit 35 can calculate the effective head (m) based on the water level of the upper water tank 2 , the water level of the lower water tank 7 , and the pressure inside the penstock 3 . Further, the calculation unit 35 can calculate the flow rate (m 3 /s) based on the effective head (m) and the opening degree of the guide vanes 14 . Then, the calculation unit 35 calculates the target output value of the generator 5 based on the effective head (m), the flow rate (m 3 /s), the gravitational acceleration g (m/s 2 ), and the turbine generator efficiency (kW) can be calculated. The target output value of the generator 5 calculated by the calculator 35 is transmitted to the control device 50 .

測定装置40について説明する。測定装置40は、フランシス水車10の運転時(水車運転時)の発電機5の実出力値を測定するように構成されている。測定装置40は、例えば、発電機5の電圧値および電流値を測定して電力を算出する電力測定器であってもよい。測定装置40により測定された発電機5の実出力値は、制御装置50に送信される。 The measuring device 40 will be explained. The measuring device 40 is configured to measure the actual output value of the generator 5 during operation of the Francis turbine 10 (during operation of the turbine). The measuring device 40 may be, for example, a power measuring device that measures the voltage value and current value of the generator 5 to calculate power. The actual output value of the generator 5 measured by the measuring device 40 is transmitted to the control device 50 .

制御装置50について説明する。制御装置50は、フランシス水車10を制御するように構成されている。本実施の形態においては、制御装置50は、フランシス水車10のガイドベーン14を制御する。より具体的には、制御装置50は、ガイドベーン14を駆動するガイドベーン駆動装置14aを制御する。 The control device 50 will be explained. The controller 50 is configured to control the Francis turbine 10 . In this embodiment, the control device 50 controls the guide vanes 14 of the Francis turbine 10 . More specifically, the control device 50 controls the guide vane driving device 14 a that drives the guide vanes 14 .

制御装置50は、ステーベーン13に付着した異物を除去する異物除去動作を行うようにフランシス水車10を制御する。本実施の形態においては、制御装置50は、目標出力値と実出力値との差が閾値を超えた場合に、異物除去動作を行う。ここで、閾値は、予め定められた値であってもよい。閾値は、例えば、目標出力値の80%以上95%以下の値に設定されてもよい。 The control device 50 controls the Francis turbine 10 to perform a foreign matter removing operation for removing foreign matter adhering to the stay vanes 13 . In the present embodiment, control device 50 performs the foreign matter removing operation when the difference between the target output value and the actual output value exceeds a threshold value. Here, the threshold may be a predetermined value. The threshold value may be set to a value that is 80% or more and 95% or less of the target output value, for example.

本実施の形態においては、異物除去動作は、ガイドベーン14を全閉状態(開度0%)まで閉じるガイドベーン閉動作を含んでいる。すなわち、制御装置50は、目標出力値と実出力値との差が閾値を超えた場合、ガイドベーン14を全閉状態まで閉じるガイドベーン閉動作を行うようにガイドベーン14を制御する。このガイドベーン閉動作において、ガイドベーン14は、フランシス水車10の通常停止時にガイドベーン14を閉じる速度よりも速い速度で閉じられてもよい。例えば、ガイドベーン14は、非常停止時や急停止時と同等の閉鎖速度で閉じられてもよい。 In the present embodiment, the foreign matter removing operation includes a guide vane closing operation for closing the guide vanes 14 to the fully closed state (0% opening). That is, when the difference between the target output value and the actual output value exceeds the threshold value, the control device 50 controls the guide vanes 14 to perform the guide vane closing operation to close the guide vanes 14 to the fully closed state. In this guide vane closing operation, the guide vanes 14 may be closed at a faster speed than the guide vanes 14 are closed when the Francis turbine 10 is normally stopped. For example, the guide vanes 14 may be closed at a closing speed equivalent to that during an emergency stop or sudden stop.

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、上述した異物除去システム20を用いて、水力発電設備1におけるフランシス水車10のステーベーン13に付着した異物Fを除去する異物除去方法について説明する。 Next, the operation of this embodiment having such a configuration will be described. Here, a foreign matter removing method for removing foreign matter F adhering to the stay vane 13 of the Francis turbine 10 in the hydroelectric power plant 1 using the foreign matter removing system 20 described above will be described.

水力発電設備1において、上部水槽2から水とともに落ち葉や小枝等の異物Fがフランシス水車10に流入することがある。異物Fが小さい場合、それらの異物Fは、ステーベーン13およびガイドベーン14を通ってフランシス水車10を通過し、ドラフトチューブ6へ流出する。しかしながら、異物Fが大きい場合、図2に示すように、それらの異物Fは、ステーベーン13に付着することがある。図2に示すように、異物Fは、ステーベーン13の上流側端部に付着し堆積しやすい。とりわけ、フランシス水車10を長期に渡り低負荷かつ一定負荷で運転した場合、すなわち、フランシス水車10を少ない流量でかつ流量の変動が少ない条件で長期に渡り運転した場合、ステーベーン13に異物Fが付着し堆積しやすくなる。異物Fがステーベーン13に付着し堆積すると、水の流れが阻害され、これにより流量が低下し、発電機5の発電出力が低下し得る。 In the hydroelectric power plant 1 , foreign matter F such as fallen leaves and twigs may flow into the Francis turbine 10 together with water from the upper water tank 2 . If the foreign matter F is small, the foreign matter F passes through the Francis turbine 10 through the stay vanes 13 and the guide vanes 14 and flows out to the draft tube 6 . However, if the foreign matter F is large, the foreign matter F may adhere to the stay vane 13 as shown in FIG. As shown in FIG. 2 , the foreign matter F tends to adhere and accumulate on the upstream end of the stay vane 13 . In particular, when the Francis turbine 10 is operated with a low load and a constant load for a long period of time, that is, when the Francis turbine 10 is operated with a small flow rate and a small flow rate fluctuation for a long period of time, the foreign matter F adheres to the stay vane 13. It becomes easy to deposit. If the foreign matter F adheres to and accumulates on the stay vanes 13, the flow of water is obstructed, which may reduce the flow rate and the power generation output of the generator 5. As shown in FIG.

本実施の形態による異物除去方法は、上述した異物除去システム20を用いて、このようなステーベーン13に付着した異物Fを除去する。 The foreign matter removing method according to the present embodiment removes such foreign matter F adhering to the stay vane 13 using the foreign matter removing system 20 described above.

本実施の形態による異物除去方法は、ステーベーン13に付着した異物Fを除去する異物除去動作を行う異物除去工程を備えている。異物除去方法は、算出工程と、測定工程と、異物除去工程と、を備えていてもよく、異物除去工程は、算出工程および測定工程の後に行われてもよい。以下、各工程について説明する。 The foreign matter removing method according to the present embodiment includes a foreign matter removing step of performing a foreign matter removing operation for removing foreign matter F adhering to stay vanes 13 . The foreign matter removal method may include a calculation step, a measurement step, and a foreign matter removal step, and the foreign matter removal step may be performed after the calculation step and the measurement step. Each step will be described below.

まず、算出工程が行われる。算出工程においては、上述した算出装置30により、フランシス水車10の運転時の発電機5の目標出力値が算出される。算出工程は、上部水位検出器31により上部水槽2の水位を検出する工程と、下部水位検出器32により下部水槽7の水位を検出する工程と、圧力検出器33により水圧鉄管3内の圧力を検出する工程と、開度検出器34によりガイドベーン14の開度を検出する工程と、を含んでいる。また、算出工程は、上部水位検出器31により検出された上部水槽2の水位と、下部水位検出器32により検出された下部水槽7の水位と、圧力検出器33により検出された水圧鉄管3内の圧力と、開度検出器34により検出されたガイドベーン14の開度とに基づいて、発電機5の目標出力値を算出する工程を含んでいる。より具体的には、演算部35により、上部水槽2の水位と、下部水槽7の水位と、水圧鉄管3内の圧力とに基づいて、有効落差(m)が算出される。また、演算部35により、有効落差(m)と、ガイドベーン14の開度とに基づいて、流量(m/s)が算出される。そして、演算部35により、有効落差(m)と、流量(m/s)と、重力加速度g(m/s)と、水車発電機効率とに基づいて、発電機5の目標出力値(kW)が算出される。算出された発電機5の目標出力値は、制御装置50に送信される。 First, a calculation step is performed. In the calculation process, the target output value of the generator 5 during operation of the Francis turbine 10 is calculated by the calculation device 30 described above. The calculation process includes a process of detecting the water level of the upper water tank 2 with the upper water level detector 31, a process of detecting the water level of the lower water tank 7 with the lower water level detector 32, and a process of detecting the pressure in the penstock 3 with the pressure detector 33. and detecting the opening degree of the guide vane 14 with the opening detector 34 . In addition, the calculation process includes the water level of the upper water tank 2 detected by the upper water level detector 31, the water level of the lower water tank 7 detected by the lower water level detector 32, and the water level inside the penstock 3 detected by the pressure detector 33. and the opening of the guide vanes 14 detected by the opening detector 34, the target output value of the generator 5 is calculated. More specifically, the calculation unit 35 calculates the effective head (m) based on the water level of the upper water tank 2 , the water level of the lower water tank 7 , and the pressure inside the penstock 3 . Further, the calculation unit 35 calculates the flow rate (m 3 /s) based on the effective head (m) and the opening degree of the guide vanes 14 . Then, the calculation unit 35 calculates the target output value of the generator 5 based on the effective head (m), the flow rate (m 3 /s), the gravitational acceleration g (m/s 2 ), and the turbine generator efficiency (kW) is calculated. The calculated target output value of the generator 5 is transmitted to the control device 50 .

次に、測定工程が行われる。測定工程においては、上述した測定装置40により、フランシス水車10の運転時の発電機5の実出力値が測定される。より具体的には、測定装置40により、発電機5の電圧値および電流値が測定されて実出力値(kW)が算出される。測定された発電機5の実出力値は、制御装置50に送信される。 Next, a measurement process is performed. In the measuring step, the measuring device 40 described above measures the actual output value of the generator 5 during operation of the Francis turbine 10 . More specifically, the measuring device 40 measures the voltage value and current value of the generator 5 to calculate the actual output value (kW). The measured actual output value of the generator 5 is transmitted to the control device 50 .

そして、異物除去工程が行われる。異物除去工程においては、上述した制御装置50により、ステーベーン13に付着した異物を除去する異物除去動作が行われる。本実施の形態においては、目標出力値と実出力値との差が閾値を超えた場合に、異物除去動作が行われる。より具体的には、目標出力値と実出力値との差が算出され、この差が予め定められた閾値を超えた場合に、異物除去動作が行われる。 Then, a foreign matter removing step is performed. In the foreign matter removing process, a foreign matter removing operation for removing foreign matter adhering to the stay vanes 13 is performed by the control device 50 described above. In this embodiment, when the difference between the target output value and the actual output value exceeds the threshold value, the foreign matter removing operation is performed. More specifically, the difference between the target output value and the actual output value is calculated, and when this difference exceeds a predetermined threshold value, the foreign matter removing operation is performed.

本実施の形態においては、異物除去動作は、ガイドベーン14を全閉状態まで閉じるガイドベーン閉動作を含んでいる。すなわち、目標出力値と実出力値との差が閾値を超えた場合、制御装置50によりガイドベーン14が制御されて、ガイドベーン14を全閉状態まで閉じるガイドベーン閉動作が行われる。このガイドベーン閉動作において、ガイドベーン14は、フランシス水車10の通常停止時にガイドベーン14を閉じる速度よりも速い速度で閉じられる。例えば、ガイドベーン14は、非常停止時や急停止時と同等の閉鎖速度で閉じられる。 In this embodiment, the foreign matter removing operation includes a guide vane closing operation for closing the guide vanes 14 to the fully closed state. That is, when the difference between the target output value and the actual output value exceeds the threshold, the guide vanes 14 are controlled by the controller 50 to perform a guide vane closing operation to close the guide vanes 14 to the fully closed state. In this guide vane closing operation, the guide vanes 14 are closed at a faster speed than the guide vanes 14 are closed when the Francis turbine 10 is normally stopped. For example, the guide vanes 14 are closed at a closing speed equivalent to that during an emergency stop or sudden stop.

図3は、ステーベーン13およびガイドベーン14をランナ15の回転軸線に沿う方向で見たときの部分拡大上面図であって、ガイドベーン14が完全に閉じられた状態(全閉状態)を示す図である。図において、実線矢印は流入する水の流れまたは波動水の伝搬を示し、破線矢印はガイドベーン14に跳ね返された水の流れまたは波動水の伝搬を示している。 FIG. 3 is a partially enlarged top view when the stay vanes 13 and the guide vanes 14 are viewed in a direction along the rotation axis of the runner 15, showing a completely closed state (fully closed state) of the guide vanes 14. is. In the figure, the solid line arrows indicate the flow of incoming water or the propagation of wave water, and the broken line arrows indicate the flow of water bounced off the guide vanes 14 or the propagation of wave water.

図3の実線矢印に示すように、ガイドベーン14を全閉状態まで閉じることにより、流量を減少させて、ステーベーン13への水の流入角度を変化させることができる。また、図3の破線矢印に示すように、閉じられたガイドベーン14による流水の跳ね返りや波動水の伝播により、乱流を発生させることができる。このように、ガイドベーン14を全閉状態まで閉じることにより、通常運転時とは異なる角度から異物Fに流水または波動水を当てることができる。このため、ステーベーン13に付着した異物Fを確実に除去することが可能となる。 By closing the guide vanes 14 to the fully closed state, as indicated by the solid line arrows in FIG. Further, as indicated by the dashed arrows in FIG. 3, turbulence can be generated by the rebounding of flowing water by the closed guide vanes 14 and the propagation of undulating water. By closing the guide vanes 14 to the fully closed state in this manner, the foreign matter F can be hit with flowing water or wave water from an angle different from that during normal operation. Therefore, it is possible to reliably remove the foreign matter F adhering to the stay vane 13 .

このようにして、本実施の形態による異物除去方法によって、水力発電設備1におけるフランシス水車10のステーベーン13に付着した異物Fを除去することができる。 Thus, the foreign matter F adhering to the stay vane 13 of the Francis turbine 10 in the hydroelectric power plant 1 can be removed by the foreign matter removing method according to the present embodiment.

このように本実施の形態によれば、異物除去動作は、ガイドベーン14を全閉状態まで閉じるガイドベーン閉動作を含んでいる。ガイドベーン14を全閉状態まで閉じることにより、流量を減少させて、ステーベーン13への水の流入角度を変化させることができる。また、閉鎖途中のガイドベーン14または閉じられたガイドベーン14による流水の跳ね返りや波動水の伝播により、乱流を発生させることができる。このように、ガイドベーン14を全閉状態まで閉じることにより、通常運転時とは異なる角度から異物Fに流水または波動水を当てることができる。このため、ステーベーン13に付着した異物Fを確実に除去することができる。 Thus, according to the present embodiment, the foreign matter removing operation includes the guide vane closing operation of closing the guide vanes 14 to the fully closed state. By closing the guide vanes 14 to the fully closed state, it is possible to reduce the flow rate and change the inflow angle of the water into the stay vanes 13 . In addition, turbulence can be generated by the bouncing of running water and the propagation of wave water by the guide vanes 14 that are in the process of being closed or by the closed guide vanes 14 . By closing the guide vanes 14 to the fully closed state in this manner, the foreign matter F can be hit with flowing water or wave water from an angle different from that during normal operation. Therefore, the foreign matter F attached to the stay vane 13 can be reliably removed.

また、本実施の形態によれば、フランシス水車10の抜水や内部点検を行うことなく、ステーベーン13に付着した異物Fを除去することができる。このため、抜水や点検に伴う作業コストを抑制することができるとともに、発電できない期間が生じることによる経済損失の発生も抑制することができる。このように本実施の形態によれば、ステーベーン13に付着した異物Fを簡易かつ確実に除去することができる。 Further, according to the present embodiment, the foreign matter F adhering to the stay vane 13 can be removed without draining water from the Francis turbine 10 or performing an internal inspection. For this reason, it is possible to suppress the work cost associated with draining water and inspection, and also suppress the occurrence of economic loss due to the occurrence of a period in which power generation is not possible. As described above, according to the present embodiment, foreign matter F adhering to stay vanes 13 can be easily and reliably removed.

また、本実施の形態によれば、ガイドベーン閉動作において、ガイドベーン14は、フランシス水車10の通常停止時にガイドベーン14を閉じる速度よりも速い速度で閉じられる。このように、ガイドベーン14を急速に閉じることにより、流量を急激に減少させて、ステーベーン13への水の流入角度を急激に変化させることができる。また、ガイドベーン14を急速に閉じることにより、より大きな乱流を発生させることができる。このため、ステーベーン13に付着した異物Fをより一層確実に除去することができる。 Further, according to the present embodiment, in the guide vane closing operation, the guide vanes 14 are closed at a speed higher than the speed at which the guide vanes 14 are closed when the Francis turbine 10 is normally stopped. By rapidly closing the guide vanes 14 in this manner, the flow rate can be rapidly reduced, and the angle at which water flows into the stay vanes 13 can be rapidly changed. Also, by rapidly closing the guide vanes 14, greater turbulence can be generated. Therefore, the foreign matter F adhering to the stay vanes 13 can be removed more reliably.

また、本実施の形態によれば、目標出力値と実出力値との差が閾値を超えた場合、ステーベーン13に付着した異物Fを除去する異物除去動作が行われる。このことにより、ステーベーン13に異物Fが付着したことによってフランシス水車10の流量が低下し、発電機5の発電出力が低下したと思われるタイミングで、ステーベーン13に付着した異物Fを除去する異物除去動作を行うことができる。これにより、フランシス水車10の抜水や内部点検を行うことなく、異物除去動作を行うタイミングを測ることができる。このため、ステーベーン13に付着した異物Fをより一層簡易に除去することができる。 Further, according to the present embodiment, when the difference between the target output value and the actual output value exceeds the threshold value, the foreign matter removing operation for removing the foreign matter F adhering to the stay vanes 13 is performed. As a result, foreign matter F adhering to the stay vanes 13 is removed at the timing when the flow rate of the Francis turbine 10 is reduced and the power generation output of the generator 5 is thought to be reduced. Action can be performed. As a result, the timing of performing the foreign matter removal operation can be determined without draining the water from the Francis turbine 10 or performing an internal inspection. Therefore, the foreign matter F adhering to the stay vanes 13 can be removed more easily.

なお、上述した実施の形態においては、算出装置30が、上部水位検出器31により検出された上部水槽2の水位と、下部水位検出器32により検出された下部水槽7の水位と、圧力検出器33により検出された水圧鉄管3内の圧力と、開度検出器34により検出されたガイドベーン14の開度とに基づいて、発電機5の目標出力値を算出する例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、発電機5の目標出力値を算出する方法は任意である。例えば、算出装置30が、フランシス水車10の流量を検出する流量検出器を有していてもよい。そして、算出装置30が、上部水位検出器31により検出された上部水槽2の水位と、下部水位検出器32により検出された下部水槽7の水位と、圧力検出器33により検出された水圧鉄管3内の圧力と、流量検出器により検出された流量とに基づいて、発電機5の目標出力値を算出してもよい。より具体的には、演算部35により、上部水槽2の水位と、下部水槽7の水位と、水圧鉄管3内の圧力とに基づいて、有効落差(m)が算出される。また、流量検出器により、流量(m/s)が検出される。そして、演算部35により、有効落差(m)と、流量(m/s)と、重力加速度g(m/s)と、水車発電機効率とに基づいて、発電機5の目標出力値(kW)が算出されてもよい。 In the above-described embodiment, the calculation device 30 includes the water level of the upper water tank 2 detected by the upper water level detector 31, the water level of the lower water tank 7 detected by the lower water level detector 32, and the pressure detector. An example of calculating the target output value of the generator 5 based on the pressure in the penstock 3 detected by 33 and the opening of the guide vanes 14 detected by the opening detector 34 has been described. However, it is not limited to this, and the method of calculating the target output value of the generator 5 is arbitrary. For example, the calculation device 30 may have a flow rate detector that detects the flow rate of the Francis turbine 10 . Then, the calculation device 30 calculates the water level of the upper water tank 2 detected by the upper water level detector 31, the water level of the lower water tank 7 detected by the lower water level detector 32, and the penstock 3 detected by the pressure detector 33. The target output value of the generator 5 may be calculated based on the internal pressure and the flow rate detected by the flow rate detector. More specifically, the calculation unit 35 calculates the effective head (m) based on the water level of the upper water tank 2 , the water level of the lower water tank 7 , and the pressure inside the penstock 3 . Also, the flow rate (m 3 /s) is detected by the flow rate detector. Then, the calculation unit 35 calculates the target output value of the generator 5 based on the effective head (m), the flow rate (m 3 /s), the gravitational acceleration g (m/s 2 ), and the turbine generator efficiency (kW) may be calculated.

また、上述した実施の形態においては、目標出力値と実出力値との差が閾値を超えた場合に異物除去動作が行われる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、異物除去動作が行われるタイミングは任意である。例えば、前回の異物除去動作が行われた時刻から所定時間が経過したときに自動的に異物除去動作が行われるようにしてもよい。また例えば、ステーベーン13を目視可能なようにケーシング12に窓を設け、作業者がステーベーン13に異物Fが付着していることを確認したときに異物除去動作を行うようにしてもよい。この場合、異物除去システム20は、算出装置30と測定装置40とを備えていなくてもよく、異物除去方法は、算出工程と測定工程とを備えていなくてもよい。このような場合であっても、上述した異物除去動作を行うことにより、ステーベーン13に付着した異物Fを簡易かつ確実に除去することができる。 Further, in the above-described embodiment, an example has been described in which the foreign matter removing operation is performed when the difference between the target output value and the actual output value exceeds the threshold value. However, it is not limited to this, and the timing at which the foreign matter removing operation is performed is arbitrary. For example, the foreign matter removing operation may be automatically performed when a predetermined time has elapsed since the last foreign matter removing operation was performed. Further, for example, a window may be provided in the casing 12 so that the stay vanes 13 can be visually observed, and the foreign matter removing operation may be performed when the operator confirms that the foreign matter F is adhered to the stay vanes 13 . In this case, the foreign matter removing system 20 may not include the calculating device 30 and the measuring device 40, and the foreign matter removing method may not include the calculating process and the measuring process. Even in such a case, the foreign matter F adhering to the stay vanes 13 can be easily and reliably removed by performing the foreign matter removing operation described above.

(第2の実施の形態)
次に、図4を用いて、第2の実施の形態による水力発電設備用の異物除去システム、水力発電設備、および水力発電設備用の異物除去方法について説明する。
(Second embodiment)
Next, with reference to FIG. 4, a foreign matter removing system for a hydroelectric power plant, a hydraulic power plant, and a foreign matter removing method for the hydroelectric power plant according to a second embodiment will be described.

図4に示す第2の実施の形態においては、異物除去動作は、水力機械の運転を停止した後、水力機械を起動する再起動動作を含む点が主に異なり、他の構成は、図1~図3に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図4において、図1~図3に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In the second embodiment shown in FIG. 4, the main difference is that the foreign object removal operation includes a restart operation of starting the hydraulic machine after stopping the operation of the hydraulic machine. ∼ is substantially the same as the first embodiment shown in FIG. In FIG. 4, the same parts as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are assigned the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施の形態においては、異物除去動作は、フランシス水車10の運転を停止した後、フランシス水車10を起動する再起動動作を含んでいる。すなわち、制御装置50は、目標出力値と実出力値との差が閾値を超えた場合、フランシス水車10の運転を停止した後、フランシス水車10を起動する再起動動作を行うように、フランシス水車10を制御する。フランシス水車10の運転停止時には、ガイドベーン14が全閉状態まで閉じられるとともに、入口弁11が閉じられる。フランシス水車10の起動時には、入口弁11が開かれるとともに、ガイドベーン14が起動開度まで開かれる。そして、ランナ15の回転速度が定格回転数に到達すると、発電機5が系統に電気的に接続され、ガイドベーン14が運転時開度まで開かれて、発電機5による発電が行われる。この再起動動作において、ガイドベーン14は、通常起動時の起動開度よりも大きい起動開度で開かれてもよい。例えば、ガイドベーン14は、最大開度の20%以上の起動開度で開かれてもよい。なお、通常起動時の起動開度は、例えば、最大開度の5%以上20%以下の開度であってもよい。 In the present embodiment, the foreign object removal operation includes a restart operation of starting the Francis turbine 10 after stopping the operation of the Francis turbine 10 . That is, when the difference between the target output value and the actual output value exceeds the threshold value, the control device 50 stops the operation of the Francis turbine 10 and then restarts the Francis turbine 10. control 10. When the operation of the Francis turbine 10 is stopped, the guide vanes 14 are closed to the fully closed state, and the inlet valve 11 is closed. When the Francis turbine 10 is started, the inlet valve 11 is opened and the guide vanes 14 are opened to the starting opening. Then, when the rotation speed of the runner 15 reaches the rated rotation speed, the generator 5 is electrically connected to the system, the guide vanes 14 are opened to the operating opening, and the generator 5 generates power. In this restart operation, the guide vanes 14 may be opened with a startup opening larger than the startup opening during normal startup. For example, the guide vanes 14 may be opened with an activation opening of 20% or more of the maximum opening. It should be noted that the startup opening during normal startup may be, for example, 5% or more and 20% or less of the maximum opening.

図4は、ステーベーン13およびガイドベーン14をランナ15の回転軸線に沿う方向で見たときの部分拡大上面図であって、ガイドベーン14が開かれた状態を示す図である。図において、矢印は流入する水の流れを示している。 FIG. 4 is a partially enlarged top view of the stay vanes 13 and the guide vanes 14 as seen in the direction along the rotation axis of the runner 15, showing the state in which the guide vanes 14 are opened. In the figure, the arrows indicate the incoming water flow.

図4の矢印に示すように、再起動動作においてガイドベーン14が開かれることにより、流量を増大させて、ステーベーン13への水の流入角度を変化させることができる。このため、再起動動作により、通常運転時とは異なる角度から異物Fに流水を当てることができる。 As indicated by the arrows in FIG. 4 , the guide vanes 14 are opened in the restarting operation to increase the flow rate and change the angle of water flow into the stay vanes 13 . Therefore, by the restart operation, the foreign matter F can be hit with running water from an angle different from that during normal operation.

このように本実施の形態によれば、異物除去動作は、フランシス水車10の運転を停止した後、フランシス水車10を起動する再起動動作を含んでいる。この再起動動作においてガイドベーン14が開かれることにより、流量を増大させて、ステーベーン13への水の流入角度を変化させることができる。このことにより、通常運転時とは異なる角度から異物Fに流水を当てることができる。このため、ステーベーン13に付着した異物Fを確実に除去することができる。 As described above, according to the present embodiment, the foreign object removal operation includes the restart operation of starting the Francis turbine 10 after stopping the operation of the Francis turbine 10 . By opening the guide vanes 14 in this restart operation, it is possible to increase the flow rate and change the inflow angle of the water to the stay vanes 13 . As a result, the foreign matter F can be hit with running water from an angle different from that during normal operation. Therefore, the foreign matter F attached to the stay vane 13 can be reliably removed.

また、本実施の形態によれば、再起動動作において、ガイドベーン14は、通常起動時の起動開度よりも大きい起動開度で開かれる。このことにより、ステーベーン13への水の流入角度をより大きく変化させることができるとともに、より大きな流量変化を発生させることができる。このため、ステーベーン13に付着した異物Fをより一層確実に除去することができる。 Further, according to the present embodiment, in the restarting operation, the guide vanes 14 are opened with a startup opening that is larger than the startup opening during normal startup. As a result, the inflow angle of water into the stay vanes 13 can be changed more greatly, and a greater change in flow rate can be generated. Therefore, the foreign matter F adhering to the stay vanes 13 can be removed more reliably.

(第3の実施の形態)
次に、図4および図5を用いて、第3の実施の形態による水力発電設備用の異物除去システム、水力発電設備、および水力発電設備用の異物除去方法について説明する。
(Third Embodiment)
Next, with reference to FIGS. 4 and 5, a foreign matter removing system for a hydraulic power plant, a hydraulic power plant, and a foreign matter removing method for a hydraulic power plant according to a third embodiment will be described.

図4および図5に示す第3の実施の形態においては、異物除去動作は、発電機を系統から電気的に切り離した後、水力機械のガイドベーンを開くガイドベーン開動作を含む点が主に異なり、他の構成は、図1~図3に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図4および図5において、図1~図3に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 In the third embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the foreign object removal operation mainly includes a guide vane opening operation that opens the guide vanes of the hydraulic machine after electrically disconnecting the generator from the system. However, the rest of the configuration is substantially the same as the first embodiment shown in FIGS. 1-3. 4 and 5, the same parts as in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are assigned the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施の形態においては、異物除去動作は、発電機5を系統から電気的に切り離した後、フランシス水車10のガイドベーン14を開くガイドベーン開動作を含んでいる。すなわち、制御装置50は、目標出力値と実出力値との差が閾値を超えた場合、発電機5を系統から電気的に切り離した後、ガイドベーン14を開くガイドベーン開動作を行うように、フランシス水車10を制御する。このガイドベーン開動作において、ガイドベーン14は、最大出力開度以上の開度まで開かれてもよい。例えば、ガイドベーン14は、全開状態(開度100%)まで開かれてもよい。 In the present embodiment, the foreign matter removing operation includes a guide vane opening operation for opening the guide vanes 14 of the Francis turbine 10 after electrically disconnecting the generator 5 from the system. That is, when the difference between the target output value and the actual output value exceeds the threshold, the control device 50 electrically disconnects the generator 5 from the system, and then performs the guide vane opening operation to open the guide vanes 14. , controls the Francis turbine 10 . In this guide vane opening operation, the guide vanes 14 may be opened to an opening greater than or equal to the maximum output opening. For example, the guide vanes 14 may be opened to a fully open state (100% opening).

図4は、ステーベーン13およびガイドベーン14をランナ15の回転軸線に沿う方向で見たときの部分拡大上面図であって、ガイドベーン14が開かれた状態を示す図である。図5は、ステーベーン13、ガイドベーン14およびランナ15の部分拡大断面図である。図において、実線矢印は流入する水の流れまたは波動水の伝搬を示し、破線矢印は遠心力による逆流方向の波動水の伝搬を示している。 FIG. 4 is a partially enlarged top view of the stay vanes 13 and the guide vanes 14 as seen in the direction along the rotation axis of the runner 15, showing the state in which the guide vanes 14 are opened. FIG. 5 is a partially enlarged sectional view of stay vanes 13, guide vanes 14 and runners 15. FIG. In the figure, the solid line arrows indicate the flow of inflowing water or propagation of wave water, and the broken line arrows indicate the propagation of wave water in the counterflow direction due to centrifugal force.

図4の実線矢印に示すように、発電機5を系統から電気的に切り離した状態で、ガイドベーン14を開くことにより、ランナ15の回転速度を急激に上昇させるとともに、流量を急激に増大させて、ステーベーン13への水の流入角度と流量を急速に変化させることができる。このことにより、通常運転時とは異なる角度から、かつ通常運転時よりも速い速度で異物Fに流水を当てることができる。また、図5の破線矢印に示すように、ランナ15の回転速度を上昇させる際、ランナ15の遠心力による波動水の伝播により、乱流を発生させることができる。これらの作用により、ステーベーン13に付着した異物Fを確実に除去することが可能となる。 As indicated by the solid line arrow in FIG. 4, by opening the guide vanes 14 while the generator 5 is electrically disconnected from the system, the rotational speed of the runner 15 is rapidly increased and the flow rate is rapidly increased. As a result, the inflow angle and flow rate of water to the stay vanes 13 can be rapidly changed. As a result, the running water can be applied to the foreign matter F from a different angle than during normal operation and at a higher speed than during normal operation. Further, as indicated by the dashed arrow in FIG. 5, when the rotational speed of the runner 15 is increased, the centrifugal force of the runner 15 propagates wave water, which can generate turbulence. These actions make it possible to reliably remove the foreign matter F adhering to the stay vane 13 .

このように本実施の形態によれば、異物除去動作は、発電機5をフランシス水車10から切り離した後、フランシス水車10のガイドベーン14を開くガイドベーン開動作を含んでいる。このことにより、通常運転時とは異なる角度から、かつ通常運転時よりも速い速度で異物Fに流水を当てることができる。また、ランナ15の回転速度を上昇させる際、ランナ15の遠心力による波動水の伝播により、乱流を発生させることができる。このため、ステーベーン13に付着した異物Fを確実に除去することができる。 Thus, according to the present embodiment, the foreign matter removing operation includes the guide vane opening operation of opening the guide vanes 14 of the Francis turbine 10 after the generator 5 is separated from the Francis turbine 10 . As a result, the running water can be applied to the foreign matter F from a different angle than during normal operation and at a higher speed than during normal operation. Further, when the rotational speed of the runner 15 is increased, turbulence can be generated by the propagation of wave water due to the centrifugal force of the runner 15 . Therefore, the foreign matter F attached to the stay vane 13 can be reliably removed.

また、本実施の形態によれば、ガイドベーン開動作において、ガイドベーン14は、最大出力開度以上の開度まで開かれる。このことにより、ステーベーン13への水の流入角度をより大きく変化させることができるとともに、ランナ15の回転速度をより一層上昇させることができる。また、ランナ15の遠心力が増大するため、より大きな乱流を発生させることができる。このため、ステーベーン13に付着した異物Fをより一層確実に除去することができる。 Further, according to the present embodiment, in the guide vane opening operation, the guide vanes 14 are opened to an opening degree equal to or greater than the maximum output opening degree. As a result, the inflow angle of water into the stay vanes 13 can be changed more greatly, and the rotational speed of the runner 15 can be further increased. Moreover, since the centrifugal force of the runner 15 is increased, a greater turbulent flow can be generated. Therefore, the foreign matter F adhering to the stay vanes 13 can be removed more reliably.

(第4の実施の形態)
次に、図6を用いて、第4の実施の形態による水力発電設備用の異物除去システム、水力発電設備、および水力発電設備用の異物除去方法について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, with reference to FIG. 6, a foreign matter removing system for a hydraulic power plant, a hydraulic power plant, and a foreign matter removing method for the hydraulic power plant according to a fourth embodiment will be described.

図6に示す第4の実施の形態においては、異物除去動作は、噴出装置からステーベーンに向けて高圧流体を噴出する高圧流体噴出動作を含む点が主に異なり、他の構成は、図1~図3に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図6において、図1~図3に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。 The fourth embodiment shown in FIG. 6 is mainly different in that the foreign matter removing operation includes a high-pressure fluid ejection operation for ejecting high-pressure fluid from the ejection device toward the stay vanes. It is substantially the same as the first embodiment shown in FIG. In FIG. 6, the same parts as in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are assigned the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施の形態においては、図6に示すように、フランシス水車10は、ステーベーン13に向けて高圧流体を噴出可能な噴出装置60を有している。噴出装置60は、内部に高圧流体が流れる管状部分61と、管状部分61を流れた高圧流体が噴出される噴出口62と、を有している。噴出口62は、管状部分61の先端に設けられ、フランシス水車10の内部に開口している。噴出口62は、ステーベーン13の側を向いている。図6に示すように、噴出口62は、異物Fが付着し堆積しやすいステーベーン13の上流側端部に向けられていてもよい。噴出口62には、開閉可能な蓋が設けられていてもよい。通常時には蓋は閉じられ、高圧流体の噴出時に蓋が開かれるようになっていてもよい。各ステーベーン13に対応するように、複数の噴出装置60が設けられていてもよい。この場合、各噴出装置60の噴出口62が、対応するステーベーン13の上流側端部に向けられていてもよい。噴出装置60は、制御装置50により制御されてもよい。すなわち、噴出装置60による高圧流体の噴出は、制御装置50により制御されてもよい。高圧流体は、例えば、高圧水や高圧空気であってもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6 , the Francis turbine 10 has an ejection device 60 capable of ejecting high-pressure fluid toward the stay vanes 13 . The ejection device 60 has a tubular portion 61 through which high-pressure fluid flows, and an ejection port 62 through which the high-pressure fluid that has flowed through the tubular portion 61 is ejected. The jet port 62 is provided at the tip of the tubular portion 61 and opens inside the Francis turbine 10 . The ejection port 62 faces the stay vane 13 side. As shown in FIG. 6, the ejection port 62 may be directed toward the upstream end of the stay vane 13 where the foreign matter F tends to adhere and accumulate. The spout 62 may be provided with a lid that can be opened and closed. The lid may be normally closed and opened when the high-pressure fluid is ejected. A plurality of ejection devices 60 may be provided so as to correspond to each stay vane 13 . In this case, the ejection port 62 of each ejection device 60 may be directed toward the upstream end of the corresponding stay vane 13 . The ejection device 60 may be controlled by the control device 50 . That is, ejection of the high-pressure fluid by the ejection device 60 may be controlled by the control device 50 . The high pressure fluid may be, for example, high pressure water or high pressure air.

本実施の形態においては、異物除去動作は、噴出装置60からステーベーン13に向けて高圧流体を噴出する高圧流体噴出動作を含んでいる。すなわち、制御装置50は、目標出力値と実出力値との差が閾値を超えた場合、噴出装置60からステーベーン13に向けて高圧流体を噴出する高圧流体噴出動作を行うように噴出装置60を制御する。 In the present embodiment, the foreign matter removing operation includes a high-pressure fluid ejection operation of ejecting high-pressure fluid from ejection device 60 toward stay vane 13 . That is, when the difference between the target output value and the actual output value exceeds the threshold value, the control device 50 causes the ejection device 60 to perform the high-pressure fluid ejection operation of ejecting the high-pressure fluid toward the stay vanes 13. Control.

噴出装置60からステーベーン13に向けて高圧流体を噴出することにより、ステーベーン13に付着した異物Fに高圧流体を当てることができる。このため、ステーベーン13に付着した異物Fを確実に除去することが可能となる。 By ejecting the high-pressure fluid from the ejection device 60 toward the stay vanes 13 , the foreign matter F adhering to the stay vanes 13 can be hit with the high-pressure fluid. Therefore, it is possible to reliably remove the foreign matter F adhering to the stay vane 13 .

この高圧流体噴出動作は、フランシス水車10の運転中に行われてもよいが、フランシス水車10の停止中に行われてもよい。すなわち、制御装置50は、フランシス水車10の運転を停止した後、フランシス水車10の停止中に高圧流体噴出動作を行ってもよい。フランシス水車10の停止中に高圧流体噴出動作を行うことにより、運転への影響を最小限に抑えることができる。 This high-pressure fluid ejection operation may be performed while the Francis turbine 10 is in operation, or may be performed while the Francis turbine 10 is stopped. That is, after stopping the operation of the Francis turbine 10, the control device 50 may perform the high-pressure fluid ejection operation while the Francis turbine 10 is stopped. By performing the high-pressure fluid ejection operation while the Francis turbine 10 is stopped, the influence on the operation can be minimized.

このように本実施の形態によれば、異物除去動作は、噴出装置60からステーベーン13に向けて高圧流体を噴出する高圧流体噴出動作を含んでいる。このことにより、ステーベーン13に異物Fが付着した場合に、当該異物Fに高圧流体を当てることができる。このため、ステーベーン13に付着した異物Fを確実に除去することができる。 As described above, according to the present embodiment, the foreign matter removing operation includes a high-pressure fluid ejection operation of ejecting high-pressure fluid from ejection device 60 toward stay vane 13 . As a result, when the foreign matter F adheres to the stay vane 13, the foreign matter F can be hit with the high-pressure fluid. Therefore, the foreign matter F attached to the stay vane 13 can be reliably removed.

以上述べた実施の形態によれば、簡易かつ確実にステーベーンに付着した異物を除去することができる。 According to the embodiment described above, it is possible to easily and reliably remove foreign matter adhering to the stay vanes.

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

なお、上述した各実施の形態では、水力機械の一例としてフランシス水車を例にとって説明したが、このことに限られることはなく、フランシス水車以外の水力機械にも、本発明を適用することができる。 In each of the above-described embodiments, the Francis turbine has been described as an example of a hydraulic machine, but the present invention is not limited to this and can be applied to hydraulic machines other than the Francis turbine. .

1:水力発電設備、2:上部水槽、3:水圧鉄管、5:発電機、7:下部水槽、10:フランシス水車、13:ステーベーン、14:ガイドベーン、20:異物除去システム、30:算出装置、31:上部水位検出器、32:下部水位検出器、33:圧力検出器、34:開度検出器、40:測定装置、50:制御装置、60:噴出装置、F:異物 1: Hydroelectric power generation equipment, 2: Upper water tank, 3: Penstock, 5: Generator, 7: Lower water tank, 10: Francis turbine, 13: Stay vane, 14: Guide vane, 20: Foreign matter removal system, 30: Calculation device , 31: Upper water level detector, 32: Lower water level detector, 33: Pressure detector, 34: Opening detector, 40: Measuring device, 50: Control device, 60: Ejection device, F: Foreign matter

Claims (12)

水力機械と前記水力機械により駆動されて発電を行う発電機とを備える水力発電設備における前記水力機械のステーベーンに付着した異物を除去する水力発電設備用の異物除去システムであって、
前記水力機械を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記ステーベーンに付着した異物を除去する異物除去動作を行うように前記水力機械を制御し、
前記異物除去動作は、
前記水力機械のガイドベーンを全閉状態まで閉じるガイドベーン閉動作、
前記水力機械の運転を停止した後、前記水力機械を起動する再起動動作、
前記発電機を系統から電気的に切り離した後、前記水力機械のガイドベーンを開くガイドベーン開動作、または
噴出装置から前記ステーベーンに向けて高圧流体を噴出する高圧流体噴出動作
を含む、水力発電設備用の異物除去システム。
A foreign matter removal system for a hydraulic power plant, which removes foreign substances adhering to stay vanes of the hydraulic power plant in a hydraulic power plant comprising a hydraulic machine and a generator that generates power by being driven by the hydraulic machine,
A control device for controlling the hydraulic machine,
The control device controls the hydraulic machine to perform a foreign matter removing operation for removing foreign matter adhering to the stay vanes,
The foreign matter removing operation includes:
guide vane closing operation for closing the guide vanes of the hydraulic machine to a fully closed state;
restart operation for starting the hydraulic machine after stopping the operation of the hydraulic machine;
A hydroelectric power plant comprising a guide vane opening operation that opens guide vanes of the hydraulic machine after electrically disconnecting the generator from the grid, or a high pressure fluid ejection operation that ejects high pressure fluid from an ejection device toward the stay vanes. Contaminant removal system for
前記異物除去動作は、前記水力機械のガイドベーンを全閉状態まで閉じるガイドベーン閉動作を含む、請求項1に記載の水力発電設備用の異物除去システム。 2. The foreign matter removing system for hydroelectric power generation equipment according to claim 1, wherein said foreign matter removing operation includes a guide vane closing operation for closing guide vanes of said hydraulic machine to a fully closed state. 前記ガイドベーン閉動作において、前記ガイドベーンを、前記水力機械の通常停止時に前記ガイドベーンを閉じる速度よりも速い速度で閉じる、請求項2に記載の水力発電設備用の異物除去システム。 3. A foreign object removal system for a hydroelectric power plant according to claim 2, wherein in said guide vane closing operation, said guide vanes are closed at a speed higher than the speed at which said guide vanes are closed when said hydraulic machine is normally stopped. 前記異物除去動作は、前記水力機械の運転を停止した後、前記水力機械を起動する再起動動作を含む、請求項1に記載の水力発電設備用の異物除去システム。 2. The foreign matter removing system for hydroelectric power generation equipment according to claim 1, wherein said foreign object removing operation includes a restart operation of starting said hydraulic machine after stopping operation of said hydraulic machine. 前記再起動動作において、前記水力機械のガイドベーンを、通常起動時の起動開度よりも大きい起動開度で開く、請求項4に記載の水力発電設備用の異物除去システム。 5 . The foreign matter removing system for hydroelectric power generation equipment according to claim 4 , wherein in the restarting operation, the guide vanes of the hydraulic machine are opened to a startup opening larger than a startup opening during normal startup. 前記異物除去動作は、前記発電機を系統から電気的に切り離した後、前記水力機械のガイドベーンを開くガイドベーン開動作を含む、請求項1に記載の水力発電設備用の異物除去システム。 2. The foreign matter removal system for hydroelectric power generation equipment according to claim 1, wherein said foreign matter removal operation includes a guide vane opening operation for opening guide vanes of said hydraulic machine after electrically disconnecting said generator from a system. 前記ガイドベーン開動作において、前記ガイドベーンを、最大出力開度以上の開度まで開く、請求項6に記載の水力発電設備用の異物除去システム。 7. The foreign matter removing system for hydroelectric power generation equipment according to claim 6, wherein in said guide vane opening operation, said guide vane is opened to an opening degree equal to or greater than a maximum output opening degree. 前記異物除去動作は、噴出装置から前記ステーベーンに向けて高圧流体を噴出する高圧流体噴出動作を含む、請求項1に記載の水力発電設備用の異物除去システム。 2. The foreign matter removing system for hydroelectric power generation equipment according to claim 1, wherein said foreign matter removing operation includes a high-pressure fluid ejection operation of ejecting high-pressure fluid from an ejection device toward said stay vanes. 前記水力機械の運転時の前記発電機の目標出力値を算出する算出装置と、
前記水力機械の運転時の前記発電機の実出力値を測定する測定装置と、を更に備え、
前記制御装置は、前記目標出力値と前記実出力値との差が閾値を超えた場合、前記異物除去動作を行うように前記水力機械を制御する、請求項1~8のいずれか一項に記載の水力発電設備用の異物除去システム。
a calculation device for calculating a target output value of the generator during operation of the hydraulic machine;
a measuring device that measures the actual output value of the generator during operation of the hydraulic machine,
The control device according to any one of claims 1 to 8, wherein when a difference between the target output value and the actual output value exceeds a threshold, the hydraulic machine is controlled to perform the foreign matter removing operation. A foreign matter removal system for a hydroelectric power plant as described.
前記水力発電設備は、前記水力機械に供給される水を貯留する上部水槽と、前記水力機械から放出された水を貯留する下部水槽と、前記上部水槽から前記水力機械に供給される水が流れる水圧鉄管と、を備え、
前記算出装置は、前記上部水槽の水位を検出する上部水位検出器と、前記下部水槽の水位を検出する下部水位検出器と、前記水圧鉄管内の圧力を検出する圧力検出器と、前記水力機械のガイドベーンの開度を検出する開度検出器と、を有し、
前記算出装置は、前記上部水位検出器により検出された前記上部水槽の水位と、前記下部水位検出器により検出された前記下部水槽の水位と、前記圧力検出器により検出された前記水圧鉄管内の圧力と、前記開度検出器により検出された前記ガイドベーンの開度とに基づいて、前記目標出力値を算出する、請求項9に記載の水力発電設備用の異物除去システム。
The hydraulic power generation facility includes an upper water tank that stores water to be supplied to the hydraulic machine, a lower water tank that stores water discharged from the hydraulic machine, and water supplied to the hydraulic machine from the upper water tank. a penstock, and
The calculation device includes an upper water level detector that detects the water level of the upper water tank, a lower water level detector that detects the water level of the lower water tank, a pressure detector that detects the pressure in the penstock, and the hydraulic machine. and an opening detector that detects the opening of the guide vane of
The calculation device includes the water level in the upper water tank detected by the upper water level detector, the water level in the lower water tank detected by the lower water level detector, and the water level in the penstock detected by the pressure detector. 10. The foreign matter removing system for hydroelectric power generation equipment according to claim 9, wherein said target output value is calculated based on the pressure and the opening degree of said guide vane detected by said opening degree detector.
前記水力機械と、
前記発電機と、
請求項1~10のいずれか一項に記載の水力発電設備用の異物除去システムと、を備える、水力発電設備。
the hydraulic machine;
the generator;
A hydroelectric power plant comprising a foreign matter removal system for a hydroelectric power plant according to any one of claims 1 to 10.
水力機械と前記水力機械により駆動されて発電を行う発電機とを備える水力発電設備における前記水力機械のステーベーンに付着した異物を除去する水力発電設備用の異物除去方法であって、
前記ステーベーンに付着した異物を除去する異物除去動作を行う異物除去工程を備え、
前記異物除去動作は、
前記水力機械のガイドベーンを全閉状態まで閉じるガイドベーン閉動作、
前記水力機械の運転を停止した後、前記水力機械を起動する再起動動作、
前記発電機を系統から電気的に切り離した後、前記水力機械のガイドベーンを開くガイドベーン開動作、または
噴出装置から前記ステーベーンに向けて高圧流体を噴出する高圧流体噴出動作
を含む、水力発電設備用の異物除去方法。
A foreign matter removal method for a hydraulic power plant, which removes foreign substances adhering to stay vanes of the hydraulic power plant in a hydraulic power plant comprising a hydraulic power machine and a generator that generates power by being driven by the hydraulic power machine,
a foreign matter removing step for removing foreign matter adhering to the stay vane,
The foreign matter removing operation includes:
guide vane closing operation for closing the guide vanes of the hydraulic machine to a fully closed state;
restart operation for starting the hydraulic machine after stopping the operation of the hydraulic machine;
A hydroelectric power plant comprising a guide vane opening operation that opens guide vanes of the hydraulic machine after electrically disconnecting the generator from the grid, or a high pressure fluid ejection operation that ejects high pressure fluid from an ejection device toward the stay vanes. foreign matter removal method for
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