JP2822184B2 - Pelton turbine control unit - Google Patents

Pelton turbine control unit

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JP2822184B2
JP2822184B2 JP62301558A JP30155887A JP2822184B2 JP 2822184 B2 JP2822184 B2 JP 2822184B2 JP 62301558 A JP62301558 A JP 62301558A JP 30155887 A JP30155887 A JP 30155887A JP 2822184 B2 JP2822184 B2 JP 2822184B2
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Japan
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water
deflector
needle
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turbine
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毅 笹浪
泰章 帯谷
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東芝エンジニアリング株式会社
東京エンジニアリングサービス株式会社
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    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B1/00Engines of impulse type, i.e. turbines with jets of high-velocity liquid impinging on blades or like rotors, e.g. Pelton wheels; Parts or details peculiar thereto
    • F03B1/04Nozzles; Nozzle-carrying members
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro 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制御装置
に係り、特に余水吐き及びこれに連らなる余水路を省略
した中小規模の水力発電所に好適なペルトン水車の制御
装置に関する。 〔従来の技術〕 第4図に従来一般のペルトン水車およびその制御装置
の構成例を示し、以下にその概要を説明する。 まず、水の流れは次の通りである。第4図において、
上水槽(図示せず)から導水された圧力水は曲り管1に
導かれてノズル2に供給される。この圧力水はノズル2
により高速のジェット水流となってランナ3の外周に設
けられたバケットに噴出される。そのジェット水流のも
つ衝撃力の作用によりランナ3が回転し、これに連結さ
れた発電機(図示せず)を回して仕事を終える。噴出し
た水は放水路に排出される。上記ジェット水流の流量を
調節してランナ3の回転速度を調節するのがデフレクタ
6である。 以上の構成において、従来のペルトン水車の速度制御
はデフレクタ6の開度調節を主とし、これに追従してノ
ズル2のニードルの開度調節を行うようになっているの
が普通である。したがって、制御系はデフレクタ制御系
とニードル制御系の二つに大別される。 デフレクタ制御系において、スピードガバナ9からの
電気信号がコンバータ10により機械出力に変換され、そ
の機械出力はスプール11aを通じて配圧弁11を駆動す
る。配圧弁11からの圧油は管路22a,22bを通じてデフレ
クタサーボモータ7のピストン7aを駆動し、その駆動力
はロッド8およびアーム6aを介してデフレクタ6を回動
させる。このようにして、スピードガバナ9からの調速
信号によりデフレクタ6の開度調節が行われ、その開度
に応じたノズル2からのジェット水流が偏流されて所望
の速度でランナ3が回転する。符号12はデフレクタ6の
開度をフィードバック制御するためのリターン装置であ
り、その検出信号がスピードガバナ9に入力される。 次に、ニードル制御系において、デフレクタ6の操作
量はアーム6aおよびリンク機構を介して追尾カム13に伝
達され、その追尾カム13の回動に追従してニードル配圧
弁14のロッド14aを進退駆動する。この進退駆動によっ
て圧油が管路21a,21bを通じてニードルサーボモータ5
のピストン5aに作用する。ピストン5aにはロッド4aが連
結され、ロッド4aの進退運動がノズル2の軸芯に挿通ら
えたニードル4を進退せしめ、これによってノズル2の
先端開口面積を変化させて、噴出流量を調整するように
なっている。なお、17はローラ16を追尾カム13に押圧す
るためのスプリング、18はロッド4aの位置をフィードバ
ックするためのリターン軸である。 以上のように、水車の速度上昇(または下降)時の速
度制御はデフレクタ6の開度調節によりノズル2からの
ジェット水流を偏向させることで行ない、一方ではこの
デフレクタ6の動きに追従連動させてニードル4の開度
を小さく(または大きく)することにより水車の回転速
度を規定値内に制御するものである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述したように、従来のペルトン水車の速度制御はデ
フレクタを主に行ない、これに追従させてニードルを制
御するものであった。この場合、発電所において負荷の
遮断が生じたとき、まずデフレクタ6を急閉鎖させてラ
ンナ3の速度上昇を制御し、つづいてニードル4をデフ
レクタ6との相対関係で決まる位置まで緩閉鎖させて負
荷変動に応じて自動制御することができる。 しかし、ここで問題となるのは、発電所の建設費を低
減させる等の理由で余水吐き及びこれに連らなる余水路
を省略する場合に、上記従来の制御装置ではニードルの
閉鎖により生じる余水を円滑に放流することができず、
導水路内の水の充満が生じるため当該導水路を圧力隧道
としなければならず、結局建設費の低減にあまり寄与し
ない点である。 そこで、本発明は余水路を省略した水力発電所におい
て、余水吐きを円滑に行なうとともに水車の速度を任意
に制御しうるペルトン水車の制御装置を提供することを
目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するために本発明のペルトン水車の制
御装置は、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射するノズ
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、動力系統に接続される発電機を駆動するペルトン
水車の制御装置において、上水槽の水位信号を入力され
ニードルの開度制御信号を出力する水位調整器と、水車
の速度信号を入力されデフレクタの開度制御信号を出力
するスピートガバナとを独立に備え、前記発電機の電力
系統並入時には、前記上水槽の水位が所定の制御値内に
あることを条件として、ニードルの動作を固定しデフレ
クタのみでランナに作用する水流を調整するようにした
ことを特徴とするものである。 〔作用〕 上記本発明の構成によれば、水位調整器はデフレクタ
の開度とは無関係に上水槽の水位に基づいてノズルのニ
ードル開度を制御して余水が生じた場合でも速やかにこ
れをノズルから放流する。一方、スピードガバナは水車
の回転速度に基づいてデフレクタの開度を調節するの
で、余水の増加に伴うノズルからの噴出流量の増加によ
って生じる回転速度の上昇が生じたとしてもニードル開
度とは直接の関わり合いをもつことなく水車を規定速度
に制御することができる。 このように、余水路を省略した水力発電所において円
滑に余水を放流しながら、水車の回転速度を適正に制御
することができる。 そして、発電機の電力系統並入時には、上水槽の水位
が所定の制限値内にあることを条件として、ニードルの
動作を固定しデフレクタのみでランナに作用する水流を
調整するので、安定した発電量の状態で回転速度の微調
整をおこなうこができ、系統周波数への揃速と並入操作
を容易かつ迅速に行うことができる。 〔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。 第1図に本発明の実施例を示す。なお、この第1図に
おいて、第4図(従来例)と重複する部分には同一の符
号を附してその詳細な説明を省略する。 本実施例と従来例で異なる点は、ニードル4の制御系
とデフレクタ6の制御とが互いに独立に構成されている
点である。すなわち、第1図と第4図を比較すればわか
るように、本実施例においては従来のような追尾カム13
およびローラ16からなる追従連動機構を有しておらず、
ロッド4aに取付けられたリターン軸18にフィードバック
用のリターン装置23がリンクされ、その出力信号が水位
調整器19に入力されるようになっている。水位調整器19
は、第2図において後述するように、上水槽27に設けら
れた水位発信器26の検出信号ΔHに基づいて水位変化分
を調整する制御信号をコンバータ20に出力する。コンバ
ータ20は水位調整器19からの制御信号を機械的出力に変
換し、スプール軸14aを駆動する。そして、ニードル配
圧弁14を切換えて圧油を管路21a,21bを通じてニードル
サーボモータ5に送り、ニードル4の開度調節を行なう
ものである。 次に、制御動作を説明する。第2図に本実施例による
ニードル制御系とデフレクタ制御系のブロック図を示
し、第3図に各部動作波形示す。 まず、発電所が休止状態にあるとき、水位調整器19に
は停止信号0が入力されているので水位調整器19は制御
信号を出力せず、ニードル4は全閉状態であり、すなわ
ちニードル開度Fnは0である(第3図(d))。一方、
速度調整装置であるスピードガバナ9には開度設定値Fe
=0の信号が入力され、デフレクタ6も全閉状態、すな
わちデフレクタ開度Fdも0である(第3図(e))。 発電所起動指令Aが与えられ、取水ゲート開指令が発
せられると、取水ゲート(図示せず)が開き始める(第
3図(a))。取水した水が上水槽27に到着し、上水槽
27の水位が上昇して運転可能水位に達すると(第3図
(c))、水車起動指令Bが発せられる。上水槽27の水
位は水位発振器26により検出される。水位調整器19には
停止指令0に代わって運転指令Pが入力され、これによ
り水位調整器19が制御動作を開始する。 水位調整器19は水位発振器26からの検出信号に基づい
て、当該水位変動ΔHに応じたニードル開度制御信号を
出力する。この制御信号はコンバータ20、配圧弁14、ニ
ードルサーボモータ5を介してニードル4に与えられ
る。ニードル4は、水位変動ΔHに応じた開度に開かれ
(第3図(d))、対応する流量の圧力水がノズル2か
ら噴出される。一方、このときスピードガバナ9に入力
される開度設定値Feを起動開度としデフレクタ6の開度
を起動開度まで開く(第3図(e))。かくして水車が
起動され、水車の回転速度Nは規定速度に向けて上昇す
る(第3図(f))。 水車の回転速度Nがほぼ規定値に達すると(第3図
(e))、スピードガバナ9が速度制御を開始する。ス
ピードガバナ9は速度検出器からの検出信号により速度
変動ΔFを補正する制御信号を出力する。コンバータ10
はその制御信号を機械的出力に変換し、配圧弁11、デフ
レクタサーボモータ7を通じてデフレクタ6の開度を調
整する(第3図(e))。このデフレクタ6の開度で決
まるジェット水流分だけランナ3のバケットに偏流され
て作用せしめ、他の余水は放出路に放流する。この放流
はデフレクタ放流と呼ばれる。このようにして水車と回
転速度Nは規定値になるよう一定に制御される。 この間、ニードル4は上水槽27の水位の上昇につれて
開度を開くよう制御されるが、当該水車に連結された発
電機を電力系統に並列投入するために、上水槽27の水位
が制限値内にあることを条件としてニードル4の動きが
ロックされる(第3図(d)のL参照。)このロックは
水位調整器19へのロック信号Lにより行われる。このロ
ックは安定した発電量の状態で系統の周波数に揃速して
並列される。すなわち、ニードルのロックは、際者発電
機を系統周波数に揃速し系統に並入する過程で行なう。
並入操作時はランナに作用する水流を調整し水車発電機
の周波数(回転速度)と系統周波数との差分を1/4HZあ
るいは1/8HZ以内に制御する必要がある。一方、ニード
ル4は上水槽水位を一定に保つため、上水槽水位の上昇
低下に追随した流量制御を、又、デッレクタ6はランナ
3に作用する水流の制御になっているが、系統並列時の
ような激しい周波数制御を要求される運転に於っては、
前述のようなニードル制御ではニードル開度(水水槽水
位の変動に伴なう開度変化)の変化に伴いランナ3に作
用する水流が変化し、系統周波数への揃速及び並入操作
に時間を要するようになる。そのため、系統並入操作時
はニードル4からの水流を一定にしておいて、デフレク
タ6のみでランナに作用する水流を調整して揃速及び並
入操作を容易にかつ迅速に行なうため、ニードルをロッ
クする。 電力系統への並列投入が完了すると、ニードル4に対
するロック信号Lは解除され、再び水位調整運転に入
る。同時にデフレクタ6は全開の開度に操作され(第3
図(e))、圧力水の流量に応じた送電運転が行われ
る。 次に、負荷の急変時の動作を説明する。通常運転時に
電力系統に生じた事故等により負荷が急減して水車の回
転速度Nが急上昇した場合(第3図(f)のE参照)、
スピードガバナ9はデフレクタ6を急閉し(第3図
(e))、回転速度Nの上昇を抑制する。つづいて、そ
のときのデフレクタ開度で規定速度を安定に維持して運
転を継続する。事故が回復して送電可能状態に復旧する
と、再並列Gとし、デフレクタ6を開いて再び送電に移
行する。この、ニードル4には流入流量に応じて水位調
整のための制御が続行される。なお、回転速度Nはラン
ナ3の主軸32に設けられた回転速度検出器33により検出
される。 一方、発電所内の内部事故等により急停止指令Mが出
されると、開度設定値Feを0とすることによりデフレク
タ6を急閉鎖し(第3図(e))、水車を停止に移行さ
せる。それと同時に取水ゲートに閉鎖指令を出して閉鎖
する(第3図(a))。しかし、取水ゲートの急閉鎖は
河川水位の急上昇を招来する危険があるため、緩閉鎖と
する。緩閉鎖とすると、その時間分だけ上水槽27に依然
として水が流入しつづけることになる。そこで、デフレ
クタ6を全閉としてランナ側への圧力水は全て放水路側
へ偏流させた状態でニードル4を開けつづけてノズル2
からの放水を続行する。上水槽27の水位が停止水位に達
した段階で水位調整器19に停止指令0を入力してニード
ル4を全閉とする(第3図(d))。 以上に述べたように、余水路を省略した水力発電所に
あって、上水槽27の水位を常に規定水位以下になるよう
ニードル4の制御によりノズル2から余水を放流しつ
つ、水車の回転速度を所望の値に制御することができ
る。 なお、第2図において、ニードル4とデフレクタ6の
出力を低値優先28でランナ3に与えられているのは、次
の通りである。すなわち、ランナ3に作用する水流は水
車発電機が系統に並入するまではデフレクタ6により、
又、系統に並入後はデフレクタ6は全開位置に保持さ
れ、水流はニードル4によって調整される。水車発電機
の起動から並入までは上水槽27に流れ込む流量より少な
い流量で良いため、ニードル4から噴射される水流の一
部がランナ3に作用し、残りはデフレクタ6により遮水
される。並列後はデフレクタ6は全開位置に保持され、
ランナ3に作用する水流はニードル4によってのみ調整
されている。すなわち、これをデフレクタ6、ニードル
4の開度面で見れば、常にニードル4、デフレクタ6の
いずれか小さい方の開度に見合った水流がランナ3に使
用しており、常に低値優先となるからである。 なおまた、第2図における回転体時定数は、速度設定
値(又は系統周波数)と回転体周波数との偏差(△F)
はランナ3に作用する水流の大小によって増減する発電
機出力29と負荷30との差分及び回転体が保有する慣性
(回転体の時定数)によって時間遅れをもって現われる
ことを示す。 また、水車の調速運転はデフレクタ6により行ない、
ニードル4の操作とは切離して制御されるので、ニード
ル4の開閉操作に伴う水圧の変動を生じることがなく、
短時間で水車の回転速度を安定化することができ、した
がって制御応答性の良好な単独運転を可能とし、かつ短
時間で電力系統への並列投入を可能とする。 加えて、上水槽27への流入水流(又は水位)に応じた
ニードル開度に制御するため、デフレクタ6を開放する
ことで短時間で負荷運転に移行できる。 〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明によれば、上水槽水位に応
じてニードル開度を制御する水位調整器と、ランナの回
転速度に応じてデフレクタ開度を制御するスピードガバ
ナとをそれぞれ独立に設けたことにより、余水路を省略
した水力発電所において上水槽に生じる余水吐きをペル
トン水車の速度制御性を損うことなく、円滑かつ確実に
行うことができ、初期の目的を達成することができる。 そして、発電機の電力系統並入時には、上水槽の水位
が制限値内にあることを条件として、ニードルの動作を
固定しデフレクタのみでランナに作用する水流を調整す
るので、系統周波数への揃速と並入操作を容易かつ迅速
に行うことができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for a Pelton turbine in a hydroelectric power plant, and particularly to a small- to medium-sized hydroelectric power plant in which a spillway and a spillway connected thereto are omitted. The present invention relates to a control device for a Pelton turbine suitable for the present invention. [Prior Art] FIG. 4 shows an example of the configuration of a conventional general Pelton turbine and its control device, and the outline thereof will be described below. First, the flow of water is as follows. In FIG.
The pressurized water guided from a water tank (not shown) is guided to a curved pipe 1 and supplied to a nozzle 2. This water pressure is
As a result, a high-speed jet water stream is jetted to a bucket provided on the outer periphery of the runner 3. The runner 3 rotates by the action of the impact force of the jet water flow, and a generator (not shown) connected to the runner 3 is turned to finish the work. The gushing water is discharged to the tailrace. The deflector 6 adjusts the rotation speed of the runner 3 by adjusting the flow rate of the jet water flow. In the above configuration, the speed control of the conventional Pelton turbine mainly adjusts the opening degree of the deflector 6, and generally adjusts the opening degree of the needle of the nozzle 2 following the adjustment. Therefore, the control system is roughly divided into a deflector control system and a needle control system. In the deflector control system, an electric signal from the speed governor 9 is converted into a mechanical output by the converter 10, and the mechanical output drives the pressure distribution valve 11 through the spool 11a. The pressure oil from the pressure distribution valve 11 drives the piston 7a of the deflector servomotor 7 through the pipelines 22a and 22b, and the driving force rotates the deflector 6 via the rod 8 and the arm 6a. In this manner, the opening degree of the deflector 6 is adjusted by the speed control signal from the speed governor 9, the jet water flow from the nozzle 2 corresponding to the opening degree is deflected, and the runner 3 rotates at a desired speed. Reference numeral 12 denotes a return device for performing feedback control of the opening of the deflector 6, and a detection signal thereof is input to the speed governor 9. Next, in the needle control system, the operation amount of the deflector 6 is transmitted to the tracking cam 13 via the arm 6a and the link mechanism, and the rod 14a of the needle pressure distribution valve 14 is driven forward and backward by following the rotation of the tracking cam 13. I do. By this forward / backward drive, the pressure oil is supplied to the needle servomotor 5 through the pipes 21a and 21b.
Acts on the piston 5a. A rod 4a is connected to the piston 5a, and the reciprocating motion of the rod 4a causes the needle 4 inserted through the axis of the nozzle 2 to reciprocate, thereby changing the opening area of the tip of the nozzle 2 and adjusting the ejection flow rate. It has become. Reference numeral 17 denotes a spring for pressing the roller 16 against the tracking cam 13, and reference numeral 18 denotes a return shaft for feeding back the position of the rod 4a. As described above, the speed control at the time of increasing (or decreasing) the speed of the water turbine is performed by deflecting the jet water flow from the nozzle 2 by adjusting the opening degree of the deflector 6, and on the other hand, following the movement of the deflector 6. By reducing (or increasing) the opening of the needle 4, the rotation speed of the water turbine is controlled within a specified value. [Problems to be Solved by the Invention] As described above, the speed control of the conventional Pelton turbine mainly performs the deflector, and controls the needle following the deflector. In this case, when the load is cut off at the power plant, first, the deflector 6 is suddenly closed to control the speed rise of the runner 3, and then the needle 4 is slowly closed to a position determined by the relative relationship with the deflector 6. Automatic control can be performed according to the load fluctuation. However, the problem here is that when the spillway and the spillway connected to the spillway are omitted in order to reduce the construction cost of the power plant, the above-described conventional control device is caused by closing the needle. The spill water cannot be discharged smoothly,
Since the water in the headrace is filled with water, the headrace must be a pressure tunnel, which does not contribute much to reducing the construction cost. Therefore, an object of the present invention is to provide a control device for a Pelton turbine that can smoothly control spillage and arbitrarily control the speed of a water turbine in a hydroelectric power plant in which a spillway is omitted. [Means for Solving the Problems] To achieve the above object, a control device for a Pelton turbine of the present invention has a runner rotating with a plurality of buckets on the outer periphery and a needle capable of adjusting the opening degree. A nozzle that changes the water guide from the water tank to the jet water stream to the bucket and jets the jet water; anda deflector that is provided between the bucket and the nozzle and that can adjust the opening degree to deviate the jet water flow. In a control device for a Pelton turbine driving a connected generator, a water level adjuster for inputting a water level signal of a water tank and outputting a needle opening control signal, and a deflector opening control signal for inputting a speed signal of a turbine and inputting a speed signal of the turbine. And a speed governor that outputs the same.When the generator is connected to the power system, the operation of the needle is controlled on condition that the water level of the water tank is within a predetermined control value. It is characterized in that the water flow acting on the runner is fixed only by the deflector and fixed. [Operation] According to the configuration of the present invention, the water level adjuster controls the needle opening of the nozzle based on the water level of the water tank irrespective of the opening of the deflector, so that even when spillage occurs, the water level adjuster can quickly perform this operation. From the nozzle. On the other hand, since the speed governor adjusts the opening of the deflector based on the rotation speed of the turbine, even if the rotation speed increases due to the increase in the flow rate of the jet from the nozzle due to the increase of the residual water, the needle opening is not The turbine can be controlled to the specified speed without any direct involvement. In this way, it is possible to appropriately control the rotation speed of the water turbine while smoothly discharging the sewage in the hydroelectric power plant in which the spillway is omitted. When the generator is connected to the power system, the operation of the needle is fixed and the flow of water acting on the runner is adjusted only by the deflector, provided that the water level in the water tank is within a predetermined limit value. The rotation speed can be finely adjusted in the state of the amount, and the aligning speed and the parallel operation to the system frequency can be easily and quickly performed. Embodiment Next, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In FIG. 1, parts that are the same as in FIG. 4 (conventional example) are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted. The difference between this embodiment and the conventional example is that the control system of the needle 4 and the control of the deflector 6 are configured independently of each other. That is, as can be seen by comparing FIG. 1 and FIG.
Does not have a follow-up interlocking mechanism consisting of
A return device 23 for feedback is linked to a return shaft 18 attached to the rod 4a, and an output signal thereof is input to a water level adjuster 19. Water level regulator 19
Outputs a control signal to the converter 20 for adjusting the water level change based on the detection signal ΔH of the water level transmitter 26 provided in the water tank 27 as described later in FIG. Converter 20 converts a control signal from water level adjuster 19 into a mechanical output, and drives spool shaft 14a. Then, the needle pressure distribution valve 14 is switched to send pressure oil to the needle servomotor 5 through the pipelines 21a and 21b, and the opening of the needle 4 is adjusted. Next, the control operation will be described. FIG. 2 shows a block diagram of a needle control system and a deflector control system according to the present embodiment, and FIG. 3 shows operation waveforms of respective parts. First, when the power plant is in a stop state, the stop signal 0 is input to the water level adjuster 19, so that the water level adjuster 19 does not output a control signal, and the needle 4 is fully closed, that is, the needle is open. The degree Fn is 0 (FIG. 3 (d)). on the other hand,
The speed governor 9 as a speed adjusting device has an opening set value Fe
= 0, the deflector 6 is also in the fully closed state, that is, the deflector opening Fd is also 0 (FIG. 3 (e)). When the power plant start command A is given and the intake gate opening command is issued, the intake gate (not shown) starts to open (FIG. 3 (a)). The withdrawn water arrives at the water tank 27,
When the water level 27 rises and reaches the operable water level (FIG. 3 (c)), a turbine start command B is issued. The water level in the water tank 27 is detected by a water level oscillator 26. The operation command P is input to the water level adjuster 19 in place of the stop instruction 0, whereby the water level adjuster 19 starts the control operation. The water level adjuster 19 outputs a needle opening control signal corresponding to the water level fluctuation ΔH based on the detection signal from the water level oscillator 26. This control signal is given to the needle 4 via the converter 20, the pressure distribution valve 14, and the needle servomotor 5. The needle 4 is opened to an opening corresponding to the water level fluctuation ΔH (FIG. 3 (d)), and a corresponding flow of pressure water is jetted from the nozzle 2. On the other hand, at this time, the opening set value Fe input to the speed governor 9 is set as the starting opening, and the opening of the deflector 6 is opened to the starting opening (FIG. 3 (e)). Thus, the turbine is started, and the rotation speed N of the turbine increases toward the specified speed (FIG. 3 (f)). When the rotation speed N of the water turbine substantially reaches the specified value (FIG. 3E), the speed governor 9 starts speed control. The speed governor 9 outputs a control signal for correcting the speed fluctuation ΔF based on a detection signal from the speed detector. Converter 10
Converts the control signal into a mechanical output and adjusts the opening of the deflector 6 through the pressure distribution valve 11 and the deflector servomotor 7 (FIG. 3 (e)). The jet water flow determined by the opening degree of the deflector 6 is deflected to the bucket of the runner 3 to act, and the other surplus water is discharged to the discharge path. This discharge is called deflector discharge. In this way, the turbine and the rotation speed N are controlled to be constant so as to be the specified values. During this time, the needle 4 is controlled so as to open as the water level of the water tank 27 rises. However, the water level of the water tank 27 is within the limit value in order to insert the generator connected to the turbine into the power system in parallel. Is locked (see L in FIG. 3D). This locking is performed by a lock signal L to the water level adjuster 19. This lock is arranged in parallel with the frequency of the system with a stable power generation amount. That is, the locking of the needle is performed in the process of aligning the speed of the spontaneous generator to the system frequency and paralleling the system.
At the time of parallel operation, it is necessary to adjust the water flow acting on the runner and control the difference between the frequency (rotation speed) of the turbine generator and the system frequency within 1 / 4HZ or 1 / 8HZ. On the other hand, in order to keep the water level of the water tank constant, the needle 4 controls the flow rate in accordance with the rise and fall of the water level of the water tank, and the director 6 controls the water flow acting on the runner 3. In operation requiring such intense frequency control,
In the above-described needle control, the water flow acting on the runner 3 changes in accordance with a change in the needle opening (a change in the opening due to a change in the water level of the water tank). Is required. For this reason, the water flow from the needle 4 is kept constant during the system parallel operation, and the water flow acting on the runner is adjusted only by the deflector 6 to easily and quickly perform the uniforming speed and the parallel operation. Lock. When the parallel charging to the power system is completed, the lock signal L for the needle 4 is released, and the water level adjustment operation is started again. At the same time, the deflector 6 is operated to the fully opened position (third opening).
(E), the power transmission operation according to the flow rate of the pressure water is performed. Next, the operation when the load suddenly changes will be described. When the load suddenly decreases due to an accident or the like occurring in the electric power system during normal operation and the rotation speed N of the water turbine rapidly increases (see E in FIG. 3 (f)),
The speed governor 9 rapidly closes the deflector 6 (FIG. 3 (e)), and suppresses an increase in the rotation speed N. Subsequently, the operation is continued while maintaining the specified speed stably at the deflector opening at that time. When the accident is recovered and the power transmission is restored, the state is set to re-parallel G, the deflector 6 is opened, and the power transmission is resumed. Control for adjusting the water level of the needle 4 is continued in accordance with the inflow flow rate. The rotation speed N is detected by a rotation speed detector 33 provided on the main shaft 32 of the runner 3. On the other hand, when a sudden stop command M is issued due to an internal accident or the like in the power plant, the deflector 6 is suddenly closed by setting the opening degree set value Fe to 0 (FIG. 3 (e)), and the turbine is shifted to stop. . At the same time, a closing command is issued to the intake gate to close the intake gate (FIG. 3 (a)). However, abrupt closure of the intake gate may cause a sudden rise in river water level, so the gate should be closed slowly. If it is slowly closed, the water will continue to flow into the water tank 27 for that time. Then, the needle 4 is kept open while the deflector 6 is fully closed and the pressure water to the runner side is all deflected to the water discharge channel side.
Continue to discharge water from. When the water level in the water tank 27 reaches the stop water level, a stop command 0 is input to the water level adjuster 19 to fully close the needle 4 (FIG. 3 (d)). As described above, in a hydroelectric power plant in which the spillway is omitted, the spill water is discharged from the nozzle 2 by controlling the needle 4 so that the water level of the water tank 27 is always equal to or lower than the specified water level. The speed can be controlled to a desired value. In FIG. 2, the outputs of the needle 4 and the deflector 6 are given to the runner 3 with the low value priority 28 as follows. That is, the water flow acting on the runner 3 is deflected by the deflector 6 until the turbine enters the system.
After being inserted into the system, the deflector 6 is held at the fully open position, and the water flow is adjusted by the needle 4. Since a flow rate smaller than the flow rate flowing into the water tank 27 may be sufficient from the start of the turbine generator to the parallel insertion, a part of the water flow injected from the needle 4 acts on the runner 3 and the rest is blocked by the deflector 6. After the paralleling, the deflector 6 is held at the fully open position,
The water flow acting on the runner 3 is regulated only by the needle 4. In other words, when this is viewed from the opening degree of the deflector 6 and the needle 4, the water flow corresponding to the smaller opening of the needle 4 and the deflector 6 is always used for the runner 3, and the lower value always has priority. Because. In addition, the rotating body time constant in FIG. 2 is a deviation (△ F) between the speed setting value (or system frequency) and the rotating body frequency.
Indicates that the time appears due to the difference between the generator output 29 and the load 30, which increases or decreases according to the magnitude of the water flow acting on the runner 3, and the inertia (time constant of the rotating body) held by the rotating body. In addition, the speed control operation of the water turbine is performed by the deflector 6,
Since the operation is controlled separately from the operation of the needle 4, there is no fluctuation in water pressure caused by the opening and closing operation of the needle 4,
It is possible to stabilize the rotation speed of the water turbine in a short time, thereby enabling independent operation with good control responsiveness, and enabling parallel input to the power system in a short time. In addition, since the needle opening degree is controlled in accordance with the flow (or water level) of the water flowing into the water tank 27, the load operation can be shifted in a short time by opening the deflector 6. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a water level adjuster that controls a needle opening degree according to a water tank water level, and a speed governor that controls a deflector opening degree according to a rotation speed of a runner. Independently installed spillway, spillage generated in the water tank in a hydroelectric power plant with no spillway can be performed smoothly and reliably without impairing the speed controllability of the Pelton turbine. Can be achieved. When the generator is connected to the electric power system, the operation of the needle is fixed and the water flow acting on the runner is adjusted only by the deflector, provided that the water level in the water tank is within the limit value. Speed and parallel operation can be performed easily and quickly.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の実施例を示すペルトン水車およびその
制御系の構成図、第2図は本発明の実施例の詳細を示す
ブロック図、第3図は各部の動作波形を示すタイムチャ
ート、第4図は従来の制御系の構成図である。 2……ノズル、3……ランナ、4……ニードル、5……
ニードルサーボモータ、6……デフレクタ、7……デフ
レクタサーボモータ、9……スピードガバナ、11……配
圧弁、14……配圧弁、27……上水槽。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a Pelton turbine and its control system showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing details of the embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a time chart showing operation waveforms, and FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional control system. 2 ... Nozzle, 3 ... Runner, 4 ... Needle, 5 ...
Needle servo motor, 6 ... deflector, 7 ... deflector servo motor, 9 ... speed governor, 11 ... pressure distribution valve, 14 ... pressure distribution valve, 27 ... water tank.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F03B 15/20Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F03B 15/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.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シェット
水流を偏流させる開度調節可能なデフレクタとを備え、
電力系統に持続される発電機を駆動するペルトン水車の
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の開度制御信号を
出力する水位調整器と、水車の速度信号を入力されデフ
レクタの開度制御信号を出力するスピードガバナとを独
立に備え、 前記発電機の電力系統並入時には、前記上水槽の水位が
所定の制限値内にあることを条件として、ニードルの動
作を固定しデフレクタのみでランナに作用する水流を調
整するようにしたことを特徴とするペルトン水車の制御
装置。
(57) [Claims] A runner rotating with a plurality of buckets on its outer periphery,
A nozzle that has a needle whose opening can be adjusted and that jets water from the water tank into the bucket by changing the water into a jet stream,
An opening-adjustable deflector provided between the bucket and the nozzle and configured to deviate the shet water flow,
In a Pelton turbine control device that drives a generator maintained in an electric power system, a water level adjuster that receives a water level signal of a water tank and outputs a needle opening control signal and a deflector that receives a speed signal of a water turbine and inputs a speed signal of the turbine. A speed governor that outputs a degree control signal is provided independently.When the generator is connected to the power system, the operation of the needle is fixed and only the deflector is provided, provided that the water level of the water tank is within a predetermined limit value. A control device for a Pelton turbine, wherein a water flow acting on a runner is adjusted by the above method.
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