JP2816360B2 - ペルトン水車の起動制御方法および装置 - Google Patents
ペルトン水車の起動制御方法および装置Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は水力発電所におけるペルトン水車の起動方法
に係り、特に中小規模の水力発電所に好適なペルトン水
車の起動制御方法および起動制御装置に関する。 〔従来の技術〕 近年では、中小規模の水力発電所の建設時に余水路を
省略することがある。これは建設費の低減のためであ
る。 余水路は余水が生じたとき上水そうの水位上昇を避け
るべくその余水を安全に河川に放出するためのものであ
る。したがって、このような機能をもつ余水路を省略す
るためには、導水路の水位を許容値以下になるように抑
制し、隧道に不用な圧力がかからないようにしなければ
ならない。そのためには何らかの方法により余水分に相
当する水を放出できるよう対策を講ずる必要がある。 余水路を省略した場合に上水槽側の水を放流しうる工
作物は水車である。この場合、何らかの原因により水車
が負荷運転不能となったとしてもやはり水車側から放流
しなければならない。 以上の諸事情を考慮した場合に、余水路省略に際して
使用しうる水車としてはペルトン水車が最も適したもの
である。なぜなら、ペルトン水車はノズルからバケット
に向けて噴出されるジェット水流をその中間に介在させ
たデフレクタにより偏流させて水車とは無関係に放水路
の方向に放流する、いわゆるデフレクタ放流が可能な構
造となっているからである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 余水路を備えた発電所のペルトン水車の起動はニード
ルおよびデフレクタを全閉状態から所望の起動開度まで
開くことにより行っており、この起動開度は一度設定す
れば、後は変化させる必要はない。 しかし、余水路を省略した発電所では、当該余水に見
合う水を放出する必要があるため、上水槽に流入する水
量に応じてノズルのニードル開度が変化し、しかもその
変化は広範囲である。したがって、上記従来の如くデフ
レクタを一定の開度とする方法では円滑にペルトン水車
を起動することができない問題がある。 本発明の目的は、ニードル開度が広範囲に変化する場
合でも円滑に起動させることができるペルトン水車の起
動制御方法および起動制御装置を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、本発明は、ペルトン水
車のバケットとこのバケットに向けてジェット水流を噴
出させるノズルとの間に開閉可能に設けられたデフレク
タを全閉とした状態で前記ノズルからジェット水流を噴
出させ、次いで前記デフレクタを開いてジェット水流を
前記バケットに作用させることによりペルトン水車を起
動させ、前記起動時におけるデフレクタの開度は、前記
ノズルの噴出水量調節用のニードル弁の開度が小さい程
大きくなるように連動制御されていることを特徴とす
る。 また、本発明は、外周に複数のバケットを有して回転
するランナと、開度調節可能なニードルを有して前記バ
ケットに上水槽からの導水をジェット水流に変えて噴出
するノズルと、前記バケットとノズルとの間に設けられ
て前記ジェット水流を偏流させる開度調節可能なデフレ
クタとを備え、電力系統に接続される発電機を駆動する
ペルトン水車の起動制御装置において、上水槽の水位信
号を入力されニードルを駆動するニードルサーボモータ
に開度制御信号を出力するニードル制御器と、ニードル
開度を表す操作信号と発電機の電力系統への並列信号を
入力されデフレクタ開度制御信号を出力するデフレクタ
開度設定器と、水車の速度設定信号および速度信号を入
力され速度制御信号を出力する速度制御器と、この速度
制御信号と前記デフレクタ開度制御信号と水車の停止信
号を出力されこれらの信号のうちいずれか低値の信号を
優先して出力する低値優先回路と、この低値優先回路か
らの信号によってデフレクタを駆動するデフレクタサー
ボモータとを備え、前記デフレクタ開度設定器は、ニー
ドル開度が小さい程デフレクタ開度が大きくなるように
制御されていることを特徴とする。 また、本発明は、外周に複数のバケットを有して回転
するランナと、開度調節可能なニードルを有して前記バ
ケットに上水槽からの導水をジェット水流に変えて噴出
するノズルと、前記バケットとノズルとの間に設けられ
て前記ジェット水流を偏流させる開度調節可能なデフレ
クタとを備え、電力系統に接続される発電機を駆動する
ペルトン水車の起動制御装置において、上水槽の水位信
号を入力されニードルを駆動するニードルサーボモータ
に開度制御信号を出力するニードル制御器と、起動リレ
ー接点と速度リレー接点を介して起動電源を接続され発
電機の電力系統への並列信号とリセット用停止信号とを
入力され起動信号量を積分してデフレクタ開度制御信号
を出力するデフレクタ開度設定器と、水車の速度設定信
号および速度信号を入力され速度制御信号を出力する速
度制御器と、この速度制御信号と前記デフレクタ開度制
御信号と水車の停止信号を入力されこれらの信号のうち
いずれか低値の信号を優先して出力する低値優先回路
と、この低値優先回路からの信号によってデフレクタを
駆動するデフレクタサーボモータとを備え、前記デフレ
クタ開度設定器は、ニードル開度が小さい程デフレクタ
開度が大きくなるように制御されていることを特徴とす
る。 〔作用〕 上記構成によれば、まずデフレクタを全閉位置におい
た場合にはノズルからのジェット水流をペルトン水車の
バケットに作用させることなく放水路に放流することが
できるので、余水路の機能を発揮することが可能とな
る。そして、ペルトン水車の起動に必要なトルクはデフ
レクタを適正な開度に開くことにより得ることができ
る。このことは起動後においても同様であり、水車負荷
の変更時にニードル開度が変化してもデフレクタの制御
により、水車負荷変化および流入量の増大に伴う余水を
放水路側に逃がすことが可能となる。 〔実施例〕 次に本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。 まず、一般的にペルトン水車の構造の概略を説明して
おく。第２図にペルトン水車の概要を示す。第２図に示
すように、ランナ１の外周には複数のバケット２が設け
られている。このバケット２に向けてジェット水流を噴
出するのがノズル３であり、その先端に円錐形のニード
ル弁４が進退可能に設けられる。このニードル弁４を前
後に進退させることにより流出口の断面積が変化して噴
出量を調節する。ニードル弁４の開度調節はロッド4aを
介して連結されたサーボモータ９により行われ、サーボ
モータ９は後述する制御回路により制御される。バケッ
ト２とノズル３との間にはジェット水流を偏流するため
のデフレクタ５が設けられている。このデフレクタ５は
軸６を回動中心として開閉（回動）可能に設けられてお
り、操作アーム７を介してデフレクタサーボモータ８に
連結されている。デフレクタサーボモータ８はガバナ
（図示せず）により制御される。 次に、本発明の制御方法を実施するためには、ノズル
のニードル開度、デフレクタ開度およびそれらの開度に
おいてバケット２に作用する起動トルクの相関関係を明
らかにしておく必要がある。 第３図にニードル開度をパラメータ（A,B,C,D）とし
てデフレクタ開度と起動トルクとの関係を表わすトルク
カーブを示す。第３図において、ノズル数は１個とし、
Ａはニードル開度が全開、以下B,C,Dの順でニードル開
度を絞った場合を示している。ノズル数が１個のとき必
要な起動トルクの設定目標値をｔとすると、各トルクカ
ーブとの交点a,b,cが各ニードル開度A,B,Cでの起動時に
おけるデフレクタ開度として求められる。ノズル数を増
加させた場合、発生トルクはノズルの数に比例して増加
するので、例えばノズル数を２個とした場合には各ノズ
ル当りの起動トルクはt/2であり、その点と各トルクカ
ーブとの交点ａ′,b′,c′,d′が２ノズル運転時のデフ
レクタ起動時開度として求められる。 第４図に第３図の関係を考慮して目標起動トルクを得
るためのニードル開度とデフレクタ開度との関係を示
す。第４図において、Ｅはノズル数１個の場合Ｆは２個
の場合をそれぞれ示しており、このカーブは第３図の目
標起動トルクa,b,cおよびａ′,b′,c′,d′をプロット
することにより求めることができる。このようにして求
められた第４図の関係に基づいて各ニードル開度に対応
するデフレクタ開度に制御することにより、デフレクタ
放流を行いつつ所望の起動トルクを発生させることがで
きかつ、水車の負荷運転が可能となる。 次に、第１図に本発明に係る制御を実行するための制
御ブロックを示し、動作説明とともに構成を説明する。
第１図から明らかなように、この制御系は大別してニー
ドル制御系100〜104とそれに追従するデフレクタ制御系
200〜204との２つの系から構成されている。 いま、発電所に対して起動指令が与えられ、上水槽に
水が導入され、所定水位になると、まずニードルの制御
が行われる。すなわち、上水槽の水位は水位検出器（図
示せず）により検出され、その水位信号S1がニードル制
御器100に入力される。 ニードル制御器100は水位信号S1に基づいてNo.1ニー
ドルおよびNo.2ニードルの一方もしくはその両者の開度
を調節すべく、各ニードルサーボモータ103,104（第２
図の符号９に相当）に開度制御信号を出力する。ニード
ルサーボモータ103,104は一方もしくは両者を駆動する
か否かは水位信号S1（放流水量）又はニードル数選択信
号S1′による。このようにして、水位信号S1に対応して
各ニードルに対する操作信号S2,S3が与えられる。この
操作信号S2,S3はニードル開度を表わすものに他なら
ず、デフレクタ制御系のデフレクタ制御設定器201に入
力される。 デフレクタ開度設定器201は水位信号S1に基づくニー
ドル開度に対応してデフレクタ開度を設定するものであ
り、内部には先に示した第４図の相関関係が記憶されて
いる。そしてこのデフレクタ開度設定器201はニードル
サーボモータ103,104の駆動数（１個又は２個）に応じ
て第４図のカーブＥ（１個の場合）又はＦ（２個の場
合）を選択し、当該カーブによりニードル開度に応じた
デフレクタ開度制御信号S9を低値優先回路202に出力す
る。 低値優先回路202は停止信号S7、速度制御信号S8、デ
フレクタ開度制御信号S9の各信号のうち、いずれか低値
の信号を優先して出力するためのものである。低値優先
とする必然性は、水車運転の起動が停止状態から通常の
負荷運転までの過度的な状態を経て行なわれるものであ
り、その場合のデフレクタ開度は低値から高値に移行す
るものだからである。したがって現段階では起動指令が
すでに発せられているから停止信号S7はすでに解除さ
れ、速度制御信号S8とデフレクタ開度制御信号S9のう
ち、デフレクタ開度制御信号S9が優先されている。この
低値優先回路202を介して出力されるデフレクタ開度制
御信号S9は比較器203を経てデフレクタサーボモータ
（第２図の８に相当）204に与えられ、デフレクタ開度
の制御が行われる。S10はその開度操作信号である。 なお、101,102はニードル制御器100の信号の大きさに
ニードル開度を比例させるためにニードル開度信号S2,S
3を負帰還させて修正するための比較器であり、局部フ
ィードバックループが形成されている。デフレクタ開度
についても同様でありデフレクタ開度信号（操作信号）
S10をフィードバックしている。 このようにして、起動時では水位信号S1に応じてニー
ドル開度が決定され、その開度で決まる量のジェット水
流がノズル３から噴出される。この段階ではデフレクタ
５の開度は全閉状態にあり、したがって水流は全て偏流
されてバケット２には作用せず、余水吐きとしての放流
作用、すなわちデフレクタ放流を行うのみである。やが
て、ニードル開度信号S2,S3が開度設定器201に与えら
れ、このニードル開度信号S2,S3に対応してそれに見合
う起動トルクを発生するためのデフレクタ開度が第４図
の関係から求められ、ジェット水流は徐々にバケット２
に向けられ、ランナ１が回転を開始する。 次に、ランナ１の回転速度が上昇し、速度制御器200
からの速度制御信号S8がデフレクタ開度設定器201から
のデフレクタ開度制御信号S9より減少すると、それ以降
のデフレクタ５の開度制御は低値優先回路202により速
度制御器200に委ねられることになる。速度制御器200に
入力される信号は予め定められた目標速度に対応する速
度設定信号S4と速度の上げ下げを指示する速度信号S5で
ある。 かくしてランナ１の回転速度が目標値に達すると当該
ペルトン水車に連結された発電機（図示せず）を電力系
統に並列投入し、需要に供せられる。その並列投与のた
めに並列信号S6が開度設定器201に入力され、これによ
りデフレクタ５の開度は全開となり、ペルトン水車は負
荷運転に入る。 次に、第５図に他の実施例を示す。この実施例は第１
図の制御回路と同等の機能をより簡単な構成で実現する
ようにしたものであり、第１図を重複する要素は同一の
符号を附してその詳細な説明を省略する。 第１図の制御回路と比較して異なる構成部分は、デフ
レクタに対するニードル開度の信号が断たれているほか
デフレクタ開度設定器303に停止信号S11が入力されてい
る点、起動リレー接点302および速度リレー設定301を介
して起動電源300が接続されている点であり、デフレク
タ開度設定器303は起動信号量を積分する機能を持たせ
た点である。停止信号S11はデフレクタ開度設定器303の
出力を初期値にリセットする信号である。 次に動作を説明する。起動操作前においては、起動設
定302は開、速度リレー接点301は閉である。このとき、
ニードル４の開度が水車の起動可能な値以上にあって停
止信号S7が解除されているものとし、起動接点302が閉
じるとデフレクタ開度設定器303から開信号が出力さ
れ、デフレクタは開信号の量に比例して開く。次いで、
水車が起動され、設定回転速度になると、速度リレー接
点301が開き、起動電源300の供給をしゃ断する。これに
よりデフレクタ５の開動作は停止するが、水車は速度上
昇を続行し、比較的短時間で規定速度に達する。規定速
度に達すると、前述同様に電力系統への並列投入のため
の負荷運転に移行する。なおデフレクタ５の起動開度は
速度リレー301の動作設定値やデフレクタ開度設定器303
内の動作速度設定値を変更することにより任意に変更可
能である。 以上の第５図の実施例による比較的簡単な構成で本発
明の目的を達成しうる。 〔発明の効果〕 以上に述べたように、本発明によれば、余水路を省略
した水力発電所において、デフレクタ放流を行いながら
ニードル開度に応じてデフレクタを最適な起動開度に制
御して円滑に水車の起動を行うことができ、次いで負荷
運転にまで円滑に移行して電力系統への並列投入動作を
行うことができる。
に係り、特に中小規模の水力発電所に好適なペルトン水
車の起動制御方法および起動制御装置に関する。 〔従来の技術〕 近年では、中小規模の水力発電所の建設時に余水路を
省略することがある。これは建設費の低減のためであ
る。 余水路は余水が生じたとき上水そうの水位上昇を避け
るべくその余水を安全に河川に放出するためのものであ
る。したがって、このような機能をもつ余水路を省略す
るためには、導水路の水位を許容値以下になるように抑
制し、隧道に不用な圧力がかからないようにしなければ
ならない。そのためには何らかの方法により余水分に相
当する水を放出できるよう対策を講ずる必要がある。 余水路を省略した場合に上水槽側の水を放流しうる工
作物は水車である。この場合、何らかの原因により水車
が負荷運転不能となったとしてもやはり水車側から放流
しなければならない。 以上の諸事情を考慮した場合に、余水路省略に際して
使用しうる水車としてはペルトン水車が最も適したもの
である。なぜなら、ペルトン水車はノズルからバケット
に向けて噴出されるジェット水流をその中間に介在させ
たデフレクタにより偏流させて水車とは無関係に放水路
の方向に放流する、いわゆるデフレクタ放流が可能な構
造となっているからである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 余水路を備えた発電所のペルトン水車の起動はニード
ルおよびデフレクタを全閉状態から所望の起動開度まで
開くことにより行っており、この起動開度は一度設定す
れば、後は変化させる必要はない。 しかし、余水路を省略した発電所では、当該余水に見
合う水を放出する必要があるため、上水槽に流入する水
量に応じてノズルのニードル開度が変化し、しかもその
変化は広範囲である。したがって、上記従来の如くデフ
レクタを一定の開度とする方法では円滑にペルトン水車
を起動することができない問題がある。 本発明の目的は、ニードル開度が広範囲に変化する場
合でも円滑に起動させることができるペルトン水車の起
動制御方法および起動制御装置を提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するために、本発明は、ペルトン水
車のバケットとこのバケットに向けてジェット水流を噴
出させるノズルとの間に開閉可能に設けられたデフレク
タを全閉とした状態で前記ノズルからジェット水流を噴
出させ、次いで前記デフレクタを開いてジェット水流を
前記バケットに作用させることによりペルトン水車を起
動させ、前記起動時におけるデフレクタの開度は、前記
ノズルの噴出水量調節用のニードル弁の開度が小さい程
大きくなるように連動制御されていることを特徴とす
る。 また、本発明は、外周に複数のバケットを有して回転
するランナと、開度調節可能なニードルを有して前記バ
ケットに上水槽からの導水をジェット水流に変えて噴出
するノズルと、前記バケットとノズルとの間に設けられ
て前記ジェット水流を偏流させる開度調節可能なデフレ
クタとを備え、電力系統に接続される発電機を駆動する
ペルトン水車の起動制御装置において、上水槽の水位信
号を入力されニードルを駆動するニードルサーボモータ
に開度制御信号を出力するニードル制御器と、ニードル
開度を表す操作信号と発電機の電力系統への並列信号を
入力されデフレクタ開度制御信号を出力するデフレクタ
開度設定器と、水車の速度設定信号および速度信号を入
力され速度制御信号を出力する速度制御器と、この速度
制御信号と前記デフレクタ開度制御信号と水車の停止信
号を出力されこれらの信号のうちいずれか低値の信号を
優先して出力する低値優先回路と、この低値優先回路か
らの信号によってデフレクタを駆動するデフレクタサー
ボモータとを備え、前記デフレクタ開度設定器は、ニー
ドル開度が小さい程デフレクタ開度が大きくなるように
制御されていることを特徴とする。 また、本発明は、外周に複数のバケットを有して回転
するランナと、開度調節可能なニードルを有して前記バ
ケットに上水槽からの導水をジェット水流に変えて噴出
するノズルと、前記バケットとノズルとの間に設けられ
て前記ジェット水流を偏流させる開度調節可能なデフレ
クタとを備え、電力系統に接続される発電機を駆動する
ペルトン水車の起動制御装置において、上水槽の水位信
号を入力されニードルを駆動するニードルサーボモータ
に開度制御信号を出力するニードル制御器と、起動リレ
ー接点と速度リレー接点を介して起動電源を接続され発
電機の電力系統への並列信号とリセット用停止信号とを
入力され起動信号量を積分してデフレクタ開度制御信号
を出力するデフレクタ開度設定器と、水車の速度設定信
号および速度信号を入力され速度制御信号を出力する速
度制御器と、この速度制御信号と前記デフレクタ開度制
御信号と水車の停止信号を入力されこれらの信号のうち
いずれか低値の信号を優先して出力する低値優先回路
と、この低値優先回路からの信号によってデフレクタを
駆動するデフレクタサーボモータとを備え、前記デフレ
クタ開度設定器は、ニードル開度が小さい程デフレクタ
開度が大きくなるように制御されていることを特徴とす
る。 〔作用〕 上記構成によれば、まずデフレクタを全閉位置におい
た場合にはノズルからのジェット水流をペルトン水車の
バケットに作用させることなく放水路に放流することが
できるので、余水路の機能を発揮することが可能とな
る。そして、ペルトン水車の起動に必要なトルクはデフ
レクタを適正な開度に開くことにより得ることができ
る。このことは起動後においても同様であり、水車負荷
の変更時にニードル開度が変化してもデフレクタの制御
により、水車負荷変化および流入量の増大に伴う余水を
放水路側に逃がすことが可能となる。 〔実施例〕 次に本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。 まず、一般的にペルトン水車の構造の概略を説明して
おく。第２図にペルトン水車の概要を示す。第２図に示
すように、ランナ１の外周には複数のバケット２が設け
られている。このバケット２に向けてジェット水流を噴
出するのがノズル３であり、その先端に円錐形のニード
ル弁４が進退可能に設けられる。このニードル弁４を前
後に進退させることにより流出口の断面積が変化して噴
出量を調節する。ニードル弁４の開度調節はロッド4aを
介して連結されたサーボモータ９により行われ、サーボ
モータ９は後述する制御回路により制御される。バケッ
ト２とノズル３との間にはジェット水流を偏流するため
のデフレクタ５が設けられている。このデフレクタ５は
軸６を回動中心として開閉（回動）可能に設けられてお
り、操作アーム７を介してデフレクタサーボモータ８に
連結されている。デフレクタサーボモータ８はガバナ
（図示せず）により制御される。 次に、本発明の制御方法を実施するためには、ノズル
のニードル開度、デフレクタ開度およびそれらの開度に
おいてバケット２に作用する起動トルクの相関関係を明
らかにしておく必要がある。 第３図にニードル開度をパラメータ（A,B,C,D）とし
てデフレクタ開度と起動トルクとの関係を表わすトルク
カーブを示す。第３図において、ノズル数は１個とし、
Ａはニードル開度が全開、以下B,C,Dの順でニードル開
度を絞った場合を示している。ノズル数が１個のとき必
要な起動トルクの設定目標値をｔとすると、各トルクカ
ーブとの交点a,b,cが各ニードル開度A,B,Cでの起動時に
おけるデフレクタ開度として求められる。ノズル数を増
加させた場合、発生トルクはノズルの数に比例して増加
するので、例えばノズル数を２個とした場合には各ノズ
ル当りの起動トルクはt/2であり、その点と各トルクカ
ーブとの交点ａ′,b′,c′,d′が２ノズル運転時のデフ
レクタ起動時開度として求められる。 第４図に第３図の関係を考慮して目標起動トルクを得
るためのニードル開度とデフレクタ開度との関係を示
す。第４図において、Ｅはノズル数１個の場合Ｆは２個
の場合をそれぞれ示しており、このカーブは第３図の目
標起動トルクa,b,cおよびａ′,b′,c′,d′をプロット
することにより求めることができる。このようにして求
められた第４図の関係に基づいて各ニードル開度に対応
するデフレクタ開度に制御することにより、デフレクタ
放流を行いつつ所望の起動トルクを発生させることがで
きかつ、水車の負荷運転が可能となる。 次に、第１図に本発明に係る制御を実行するための制
御ブロックを示し、動作説明とともに構成を説明する。
第１図から明らかなように、この制御系は大別してニー
ドル制御系100〜104とそれに追従するデフレクタ制御系
200〜204との２つの系から構成されている。 いま、発電所に対して起動指令が与えられ、上水槽に
水が導入され、所定水位になると、まずニードルの制御
が行われる。すなわち、上水槽の水位は水位検出器（図
示せず）により検出され、その水位信号S1がニードル制
御器100に入力される。 ニードル制御器100は水位信号S1に基づいてNo.1ニー
ドルおよびNo.2ニードルの一方もしくはその両者の開度
を調節すべく、各ニードルサーボモータ103,104（第２
図の符号９に相当）に開度制御信号を出力する。ニード
ルサーボモータ103,104は一方もしくは両者を駆動する
か否かは水位信号S1（放流水量）又はニードル数選択信
号S1′による。このようにして、水位信号S1に対応して
各ニードルに対する操作信号S2,S3が与えられる。この
操作信号S2,S3はニードル開度を表わすものに他なら
ず、デフレクタ制御系のデフレクタ制御設定器201に入
力される。 デフレクタ開度設定器201は水位信号S1に基づくニー
ドル開度に対応してデフレクタ開度を設定するものであ
り、内部には先に示した第４図の相関関係が記憶されて
いる。そしてこのデフレクタ開度設定器201はニードル
サーボモータ103,104の駆動数（１個又は２個）に応じ
て第４図のカーブＥ（１個の場合）又はＦ（２個の場
合）を選択し、当該カーブによりニードル開度に応じた
デフレクタ開度制御信号S9を低値優先回路202に出力す
る。 低値優先回路202は停止信号S7、速度制御信号S8、デ
フレクタ開度制御信号S9の各信号のうち、いずれか低値
の信号を優先して出力するためのものである。低値優先
とする必然性は、水車運転の起動が停止状態から通常の
負荷運転までの過度的な状態を経て行なわれるものであ
り、その場合のデフレクタ開度は低値から高値に移行す
るものだからである。したがって現段階では起動指令が
すでに発せられているから停止信号S7はすでに解除さ
れ、速度制御信号S8とデフレクタ開度制御信号S9のう
ち、デフレクタ開度制御信号S9が優先されている。この
低値優先回路202を介して出力されるデフレクタ開度制
御信号S9は比較器203を経てデフレクタサーボモータ
（第２図の８に相当）204に与えられ、デフレクタ開度
の制御が行われる。S10はその開度操作信号である。 なお、101,102はニードル制御器100の信号の大きさに
ニードル開度を比例させるためにニードル開度信号S2,S
3を負帰還させて修正するための比較器であり、局部フ
ィードバックループが形成されている。デフレクタ開度
についても同様でありデフレクタ開度信号（操作信号）
S10をフィードバックしている。 このようにして、起動時では水位信号S1に応じてニー
ドル開度が決定され、その開度で決まる量のジェット水
流がノズル３から噴出される。この段階ではデフレクタ
５の開度は全閉状態にあり、したがって水流は全て偏流
されてバケット２には作用せず、余水吐きとしての放流
作用、すなわちデフレクタ放流を行うのみである。やが
て、ニードル開度信号S2,S3が開度設定器201に与えら
れ、このニードル開度信号S2,S3に対応してそれに見合
う起動トルクを発生するためのデフレクタ開度が第４図
の関係から求められ、ジェット水流は徐々にバケット２
に向けられ、ランナ１が回転を開始する。 次に、ランナ１の回転速度が上昇し、速度制御器200
からの速度制御信号S8がデフレクタ開度設定器201から
のデフレクタ開度制御信号S9より減少すると、それ以降
のデフレクタ５の開度制御は低値優先回路202により速
度制御器200に委ねられることになる。速度制御器200に
入力される信号は予め定められた目標速度に対応する速
度設定信号S4と速度の上げ下げを指示する速度信号S5で
ある。 かくしてランナ１の回転速度が目標値に達すると当該
ペルトン水車に連結された発電機（図示せず）を電力系
統に並列投入し、需要に供せられる。その並列投与のた
めに並列信号S6が開度設定器201に入力され、これによ
りデフレクタ５の開度は全開となり、ペルトン水車は負
荷運転に入る。 次に、第５図に他の実施例を示す。この実施例は第１
図の制御回路と同等の機能をより簡単な構成で実現する
ようにしたものであり、第１図を重複する要素は同一の
符号を附してその詳細な説明を省略する。 第１図の制御回路と比較して異なる構成部分は、デフ
レクタに対するニードル開度の信号が断たれているほか
デフレクタ開度設定器303に停止信号S11が入力されてい
る点、起動リレー接点302および速度リレー設定301を介
して起動電源300が接続されている点であり、デフレク
タ開度設定器303は起動信号量を積分する機能を持たせ
た点である。停止信号S11はデフレクタ開度設定器303の
出力を初期値にリセットする信号である。 次に動作を説明する。起動操作前においては、起動設
定302は開、速度リレー接点301は閉である。このとき、
ニードル４の開度が水車の起動可能な値以上にあって停
止信号S7が解除されているものとし、起動接点302が閉
じるとデフレクタ開度設定器303から開信号が出力さ
れ、デフレクタは開信号の量に比例して開く。次いで、
水車が起動され、設定回転速度になると、速度リレー接
点301が開き、起動電源300の供給をしゃ断する。これに
よりデフレクタ５の開動作は停止するが、水車は速度上
昇を続行し、比較的短時間で規定速度に達する。規定速
度に達すると、前述同様に電力系統への並列投入のため
の負荷運転に移行する。なおデフレクタ５の起動開度は
速度リレー301の動作設定値やデフレクタ開度設定器303
内の動作速度設定値を変更することにより任意に変更可
能である。 以上の第５図の実施例による比較的簡単な構成で本発
明の目的を達成しうる。 〔発明の効果〕 以上に述べたように、本発明によれば、余水路を省略
した水力発電所において、デフレクタ放流を行いながら
ニードル開度に応じてデフレクタを最適な起動開度に制
御して円滑に水車の起動を行うことができ、次いで負荷
運転にまで円滑に移行して電力系統への並列投入動作を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る実施例を示す制御ブロック図、第
２図はペルトン水車の一般的構造を示す概要図、第３図
はニードル開度をパラメータとしたデフレクタ開度と起
動トルクの関係を示す特性図、第４図は目標起動トルク
を得るためのニードル開度とデフレクタ開度との相関を
示す特性図、第５図は他の実施例を示す制御ブロック図
である。 １……ランナ、２……バケット、３……ノズル、４……
ニードル、５……デフレクタ、６……デフレクタの軸、
７……操作アーム、８……デフレクタサーボモータ、９
……ニードルサーボモータ、Ａ〜Ｄ……トルクカーブ、
E,F……起動開度カーブ、300……起動電源、301……速
度リレー接点、302……起動接点。
２図はペルトン水車の一般的構造を示す概要図、第３図
はニードル開度をパラメータとしたデフレクタ開度と起
動トルクの関係を示す特性図、第４図は目標起動トルク
を得るためのニードル開度とデフレクタ開度との相関を
示す特性図、第５図は他の実施例を示す制御ブロック図
である。 １……ランナ、２……バケット、３……ノズル、４……
ニードル、５……デフレクタ、６……デフレクタの軸、
７……操作アーム、８……デフレクタサーボモータ、９
……ニードルサーボモータ、Ａ〜Ｄ……トルクカーブ、
E,F……起動開度カーブ、300……起動電源、301……速
度リレー接点、302……起動接点。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭63−113183（ＪＰ，Ａ)
特公 平１−33667（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
F03B 15/04
F03B 15/20
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．ペルトン水車のバケットとこのバケットに向けてジ
ェット水流を噴出させるノズルとの間に開閉可能に設け
られたデフレクタを全閉とした状態で前記ノズルからジ
ェット水流を噴出させ、次いで前記デフレクタを開いて
ジェット水流を前記バケットに作用させることによりペ
ルトン水車を起動させ、前記起動時におけるデフレクタ
の開度は、前記ノズルの噴出水量調節用のニードル弁の
開度が小さい程大きくなるように連動制御されているこ
とを特徴とするペルトン水車の起動制御方法。 ２．外周に複数のバケットを有して回転するランナと、
開度調節可能なニードルを有して前記バケットに上水槽
からの導水をジェット水流に変えて噴出するノズルと、
前記バケットとノズルとの間に設けられて前記ジェット
水流を偏流させる開度調節可能なデフレクタとを備え、
電力系統に接続される発電機を駆動するペルトン水車の
起動制御装置において、上水槽の水位信号を入力されニ
ードルを駆動するニードルサーボモータに開度制御信号
を出力するニードル制御器と、ニードル開度を表す操作
信号と発電機の電力系統への並列信号を入力されデフレ
クタ開度制御信号を出力するデフレクタ開度設定器と、
水車の速度設定信号および速度信号を入力され速度制御
信号を出力する速度制御器と、この速度制御信号と前記
デフレクタ開度制御信号と水車の停止信号を出力されこ
れらの信号のうちいずれか低値の信号を優先して出力す
る低値優先回路と、この低値優先回路からの信号によっ
てデフレクタを駆動するデフレクタサーボモータとを備
え、前記デフレクタ開度設定器は、ニードル開度が小さ
い程デフレクタ開度が大きくなるように制御されている
ことを特徴とするペルトン水車の起動制御装置。 ３．外周に複数のバケットを有して回転するランナと、
開度調節可能なニードルを有して前記バケットに上水槽
からの導水をジェット水流に変えて噴出するノズルと、
前記バケットとノズルとの間に設けられて前記ジェット
水流を偏流させる開度調節可能なデフレクタとを備え、
電力系統に接続される発電機を駆動するペルトン水車の
起動制御装置において、上水槽の水位信号を入力されニ
ードルを駆動するニードルサーボモータに開度制御信号
を出力するニードル制御器と、起動リレー接点と速度リ
レー接点を介して起動電源を接続され発電機の電力系統
への並列信号とリセット用停止信号とを入力され起動信
号量を積分してデフレクタ開度制御信号を出力するデフ
レクタ開度設定器と、水車の速度設定信号および速度信
号を入力され速度制御信号を出力する速度制御器と、こ
の速度制御信号と前記デフレクタ開度制御信号と水車の
停止信号を入力されこれらの信号のうちいずれか低値の
信号を優先して出力する低値優先回路と、この低値優先
回路からの信号によってデフレクタを駆動するデフレク
タサーボモータとを備え、前記デフレクタ開度設定器
は、ニードル開度が小さい程デフレクタ開度が大きくな
るように制御されていることを特徴とするペルトン水車
の起動制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62224168A JP2816360B2 (ja) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | ペルトン水車の起動制御方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62224168A JP2816360B2 (ja) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | ペルトン水車の起動制御方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6469777A JPS6469777A (en) | 1989-03-15 |
| JP2816360B2 true JP2816360B2 (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=16809597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62224168A Expired - Lifetime JP2816360B2 (ja) | 1987-09-09 | 1987-09-09 | ペルトン水車の起動制御方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2816360B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06257552A (ja) * | 1990-12-18 | 1994-09-13 | Fuji Electric Co Ltd | デフレクタ放流用電気式調速装置 |
| JP4653774B2 (ja) * | 2007-03-27 | 2011-03-16 | 株式会社東芝 | ペルトン水車の土砂摩耗防止方法 |
| CN107100788A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-08-29 | 武汉武水电气技术有限责任公司 | 水轮机喷咀或导叶开度控制系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63113183A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | ペルトン水車運転制御装置 |
-
1987
- 1987-09-09 JP JP62224168A patent/JP2816360B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6469777A (en) | 1989-03-15 |
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