JP2023082588A - Foreign matter removal system for hydraulic power plant, hydraulic power plant, and foreign matter removal method for hydraulic power plant - Google Patents
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Abstract
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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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(m3/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(m3/s)と、重力加速度g(m/s2)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
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
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
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
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
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
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
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
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
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(m3/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(m3/s)と、重力加速度g(m/s2)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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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(m3/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(m3/s)と、重力加速度g(m/s2)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
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
(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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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)
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.
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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