JP2987766B2 - 水車調速装置の配圧弁監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水力発電所に設
置される水車の回転速度を制御する水車調速装置（以下
調速装置と記す）に係り、特に圧油により駆動される油
圧サーボモータを備えた調速装置の配圧弁の動作不良を
監視する監視装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】水力発電所の負荷は常に一定ではなく、
種々の原因によって変化する。負荷の変動は電力系統周
波数の変動に結び付くため、水車の回転速度を負荷の変
化に応じて調整しなければならない。調速装置は、負荷
の変化に応じて自動的に水車水口開度を調整し、水車の
回転速度を常に一定に保持するための装置である。

【０００３】図３は、従来の油圧サーボモータを備えた
電気式調速装置の概略図である。図３に於て、１は電気
ガバナであり、図示しない水車の回転速度を規定する調
速指令信号Ｖ（極性を有する脈流）を出力する。全体を
符号２で示す装置はコンバータであり、その主要部は、
一般に多用されているスピーカと全く同一の構造を有す
る。即ち、円柱形の永久磁石２ａの一底面に、中心磁極
２ｂと外周磁極２ｃとが同心となる様に円筒形の深溝
（ギャップ）２ｄが穿設され、この深溝２ｄ内にその周
面に上記調速指令信号Ｖが印加されるコンバータコイル
２ｅが巻装された有底円筒形コイル枠２ｆを、中心磁極
２ｂと外周磁極２ｃとの何れにも接することなく嵌入
し、更にコイル枠２ｆの底の中心にロッド２ｇの一端を
取付けたものである。全体を符号３で示す装置は配圧弁
であり、そのピストン３ａは、上記のロッド２ｇに一体
的に連結され、上記のコンバータ２の作動により軸線方
向に駆動される。配圧弁３のケーシング３ｂには、図示
しない圧油タンクから圧油が供給される給油管３ｃと作
動後の圧油を排出する排油管３ｄとが設けられる。全体
を符号４で示す装置は油圧サーボモータであり、そのシ
リンダ４ａ内はピストン４ｂにより２室に区分される。
ピストン４ｂの軸心には、シリンダ４ａの両側壁の軸心
を貫通して外部に突出する操作ロッド４ｃが貫通固着さ
れ、操作ロッド４ｃの図示左方端は、図示しない水車の
水口開閉機構に連結される。ピストン４ｂにより区分さ
れたシリンダ４ａ内の２室には、夫々上記配圧弁３のピ
ストン３ａの図示上下位置に応じて切換えられ、給油管
３ｃに配圧弁３を介して連通する給油配管４ｄ，４ｅが
設けられる。

【０００４】次に、作動を説明する。負荷が変化する
と、電気ガバナ１から負荷変化に応ずる調速指令信号Ｖ
がコンバータ２のコンバータコイル２ｅに与えられ、コ
ンバータコイル２ｅには、調速指令信号Ｖに応ずる極性
の電流が流れる。コンバータコイル２ｅは前述の様に、
円筒形をなし、磁石２の中心磁極２ｂと外周磁極２ｃと
の間に形成された円筒形の深溝２ｄ内に、中心磁極２ｂ
と外周磁極２ｃとの何れにも接することなく嵌入されて
いるが、深溝２ｄ内には、中心磁極２ｂと外周磁極２ｃ
とにより放射状の強磁界が形成されている。従って、コ
ンバータコイル２ｅの電流は深溝２ｄ内の磁界と直交し
て流れるから、コイル２ｅ（コイル枠２ｆ）に電磁力が
発生し、この電磁力により配圧弁３のピストン３ａはロ
ッド２ｇを介して軸線方向（コンバータコイル２ｅに流
れる電流の極性応じて図示上方又は下方）に移動され
る。このピストン３ａの軸線方向移動により、給油管３
ｃから供給される圧油の供給方向が切換えられ、圧油が
油給配管４ｄ又は４ｅを通して油圧サーボモータ４に供
給される。斯くして油圧サーボモータ４はは動作し、そ
の操作ロッド４ｃを図示右方又は左方に移動させ、図示
しない水車の水口開閉機構を操作し、水車流水量の調整
により水車の回転速度を負荷変化前の値に調整する。油
圧サーボモータ４の動作による排油は、給油配管４ｅ又
は４ｄより配圧弁３を経て排油管３ｄより排出される。

【０００５】ところで、配圧弁３は精密機械部品であ
り、ケーシング３ｂとピストン３ａとの間に塵埃等が混
入すると静止摩擦が増大し、ピストン３ａは、調整指令
信号Ｖに十分に応動しきれず極めて鈍い動作となり、制
御応答性が悪化するという問題がある。この様な配圧弁
３の動作が不良になる現象は「スティック現象」と呼ば
れ、水車の調速制御に重大な影響を与えるため、防止対
策を講じる必要がある。

【０００６】その防止対策の１つとして、配圧弁３のピ
ストン３ａを常時微小振動させて置き、ピストン３ａの
動きを常に円滑に保持する方法がある。図４は、上記対
策のための重畳回路による微小振動の重畳を説明するた
めのブロック図であり、図３の相当部分には同一符号を
付している。即ち、電気ガバナ１の出力する調速指令信
号Ｖを基本波とし、その高調波とも言うべき商用周波数
程度の微小振動信号ｖを発振器６から発振させる。この
微小振動信号ｖを調速指令信号Ｖに重畳回路（必要に応
じて増幅回路を含む）７にて重畳し、合成信号Ｖｖを出
力させる。斯くして得られた合成信号Ｖｖを、電気ガバ
ナ１の合成調速指令信号Ｖｖとしてコンバータコイル２
ｅに与える。コンバータコイル２ｅは、与えられた合成
調速指令信号Ｖｖに応ずる電磁力を発生するから、配圧
弁３のピストン３ａは常時微小振動を繰返すことにな
り、「スティック現象」のかなり有効な対策となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した様に、配圧弁
３のピストン３ａを常時微小振動させることにより「ス
ティック現象」の発生防止を図っているが、本来「ステ
ィック現象」の発生原因については未だ十分解明されて
おらず不明の点が多く、上述の防止対策ではなお不十分
である。例えば、配圧弁をオーバーホールした後などに
は、制御油（圧油）中に沈殿していた塵埃等が油中に浮
遊して目づまりを起こし、制御不能となる場合がある。
特に、最近では無人水力発電所が増えており、この様な
無人水力発電所に於て、上述の様な制御不能事故が発生
すると、その対策が大幅に遅れることになる。そこで、
配圧弁の動作不良を、その配圧弁の通常動作を妨げない
状態の下で早急に検出する必要がある。本発明は、配圧
弁の動作不良を早期に検出し得る様にした水車調速装置
の配圧弁監視装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、電気ガバナから出力される調速指令信号と発
振器から出力される微小振動信号とを入力され前記調速
指令信号に微小振動信号を重畳して合成調速指令信号を
出力する重畳回路と、前記合成調速指令信号を機械的運
動に変換するコンバータと、このコンバータによって駆
動される配圧弁と、この配圧弁によって供給される圧油
により駆動され水車水口の開閉制御を行うサーボモータ
とを有する水車調速装置において、前記合成調速指令信
号に含まれる微小振動成分を電流変成作用によって検出
して微小振動検出信号を出力する微小振動検出器と、前
記微小振動検出信号と前記微小振動信号の２信号の中の
少なくとも微小振動検出信号を入力され前記配圧弁の異
常を検出して警報信号を出力する異常検出器とを備えた
構成とする。

【０００９】このような構成において、電気ガバナから
出力される調速指令信号に発振器から出力される微小振
動信号を重畳した合成調速指令信号をコンバータコイル
に加え、配圧弁のピストンに常時微小振動を与えてお
き、この合成調速指令信号からコンバータコイルの微小
振動検出信号を検出し、この信号を異常検出器に入力す
る。配圧弁に動作不良が発生すると、健全時に比べ、微
小振動検出信号のレベルは低下し波形は歪む。異常検出
器はこれを検知し、配圧弁の動作不良と判定し警報信号
を出力する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。図１は、本発明の一実施の形態を示す概略図で
あり、図３，図４の相当部分には同一符号を付している
ので、それらの詳細な説明は省略する。図１に於て、１
は電気ガバナ、２はコンバータ、３は配圧弁、４は油圧
サーボモータであり、図３と同じである。又、６は発振
器、７は重畳回路であり、図４と同じである。図１に於
て、図３と図４とを合成した従来の水車調速装置と異な
る部分は、全体を一点鎖線で囲み符号９で示す配圧弁監
視装置（以下監視装置と記す）を付加した点である。

【００１１】監視装置９は、重畳回路７の出力（合成調
速指令信号）Ｖｖをコンバータコイル２ｅに接続する導
線Ｌが貫通し，合成調速指令信号Ｖｖから微小振動検出
信号ｖ´を出力する微小振動検出器９ａと、この微小振
動検出信号ｖ´と発振器６の出力である微小振動信号ｖ
とが入力され、両入力を比較しコンバータ２が異常か否
かを判定し、コンバータ２が異常の場合に警報信号ＡＬ
を出力する異常検出器９ｂと、この警報信号ＡＬを入力
され警報を出力する警報器９ｃとから構成される。尚、
微小振動検出器９ａは、通常の計器用変流器であり、上
記実施例に於ては貫通形を使用したが、巻線形でも良
く、合成調速指令信号Ｖｖによりコンバータコイル２ｅ
に流れる商用周波数の微小振動信号のみを検出して出力
する。又異常検出器９ｂは、コンパレータ或いは比較演
算増幅器で構成される。

【００１２】次に、上記構成の本実施の形態に係る装置
の作動を図１，図２を用いて説明する。図２は、本装置
の作動を説明するための線図で、図２（ａ）は、微小振
動信号ｖの波形図であり、図２（ｂ），図２（ｃ）は、
それぞれ、微小振動検出信号ｖ′の波形図「（ｂ）は正
常時，（ｃ）は異常時」であり、図２（ｄ）は、警報信
号ＡＬの波形図である。電気ガバナ１から調速指令信号
Ｖが出力され重畳回路７にくわえられ、これに重畳回路
７にて発振器６からの微小振動信号ｖが重畳されて、合
成調速指令信号Ｖｖ（微小振動信号ｖのみを示す）が出
力される「図２（ａ）」。この合成調速指令信号Ｖｖ
は、微小振動検出器９ａを貫通してコンバータコイル２
ｅに加えられ、コンバータコイル２ｅには合成調速指令
信号Ｖｖに応ずる極性の電流が通電する。又、合成調速
指令信号Ｖｖに重畳した発振器６からの微小振動信号ｖ
と微小振動検出器９ａの電流変成作用によって合成調速
指令信号Ｖｖから得られる微小振動検出信号ｖ′（正常
時）「図２（ｂ）」とが異常検出器９ｂに加えられる。
コンバータコイル２ｅは、合成調速指令信号Ｖｖに応ず
る電流を電磁力に変換し、発振器６からの微小振動信号
ｖの微小振動周期に応じた微小振動を、ロッド２ｇを介
して配圧弁３のピストン３ａに与え、ピストン３ａを常
時微小振動させる。しかし、この振動量は微小であり振
動周期は短いので、微小振動信号ｖのみでは油圧サーボ
モータ４は動作せず安定な位置を保持している。

【００１３】この時、配圧弁３が健全であれば、ロッド
２ｇは合成調速指令信号Ｖｖで与えられる微小振動を常
時行っており、健全時の合成調速指令信号Ｖｖの微小振
動成分は、発振器６の微小振動信号ｖ「図２（ａ）」と
同じ波形となっている。従って、合成調速指令信号Ｖｖ
から微小振動検出器９ａによって検出された微小振動検
出信号ｖ´（正常時）「図２（ｂ）」と一致する値であ
り、異常検出器９ｂからは警報信号ＡＬは出力されず、
警報器９ｃも警報を出力しない。これに対して、何等か
の原因により配圧弁３のピストン３ａの動作に異常「ス
ティック現象」が図２（ｃ）の時点“Ｔ”で発生する
と、ロッド２ｇはピストン３ａの動作不良に拘束され
て、微小振動が抑制（又は停止）されることになる。そ
の結果、合成調速指令信号Ｖｖに応ずる電流の微小振動
成分は、そのレベルは低下し且つ波形も歪む。これを微
小振動検出器９ａにより、低レベルの同一歪波形として
検出し、微小振動検出信号ｖ´（異常時）「図２
（ｃ）」を出力し、この出力は異常検出器９ｂに加えら
れる。異常検出器９ｂは、この微小振動検出信号ｖ´
「図２（ｃ）」と微小振動信号ｖ「図２（ａ）」との比
較を行うが、この場合「微小振動検出信号ｖ´＜微小振
動信号ｖ」となるから、異常検出器９ｂは“１”レベル
の警報信号ＡＬ「図２（ｄ）」を出力する。この警報信
号ＡＬは、警報器９ｃに加えられ、警報器９ｃは警報を
発し、中央制御室に送られる。この警報は、例えば無人
水力発電所の場合、テレメータコントロール等のシステ
ムを介して伝送され、運転員は、配圧弁３の動作不良を
早期に知ることが出来る。なお、異常検出器９ｂは、上
述の態様に限定されず、例えば、微小振動検出器９ａの
出力電圧である微小振動検出信号ｖ´自体のレベル低下
を検出する様にしても良い。

【００１４】上記実施の形態のように、常時与えられて
いる微小振動を検出の対象とすることは、早期の異常検
出が可能であり、この点で有利である。又、機械装置部
には何等変更を加えることなく本装置を付加することが
出来るので、新規に設置する装置のみならず、既設の装
置に対しても、少ない改造費で設備することが可能とな
る利点がある。更に上記実施の形態は、異常発生時に
は、警報信号により警報器から警報を与える様にした
が、警報信号により警報をを与えることなく、警報信号
を用いて、瞬時にコンバータコイルに意図的に大駆動力
の信号を与えて、塵埃やスティック現象から脱出させる
様なフィードバックループを付加しても良い。この様な
自動修正フィードバックループを形成することにより、
水車発電機を停止することなく、運転の継続を可能とし
得る利点も得られる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の水車調速装
置の配圧弁監視装置は、水車調速装置のコンバータコイ
ルに加える合成調速指令信号からコンバータコイルの微
小振動波形を監視することにより配圧弁の異常を検出す
る様にしたので、配圧弁の動作不良を早期に発見するこ
とが出来る。そして、合成調速指令信号からコンバータ
コイルの微小振動波形信号を検出するのは純粋に電気的
な電流変成作用によるので、性能低下や故障が少なく信
頼性の高い監視装置である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示す概略図。

【図２】本発明の作動を説明するための波形図。

【図３】従来の油圧サーボモータを備えた電気式調速装
置の概略図。

【図４】重畳回路による微小振動の重畳を説明するため
のブロック図。

【符号の説明】

１……電気ガバナ、 ２……コンバータ、 ２ａ…磁石、 ２ｅ…コンバータコイル、 ２ｇ…ロッド、 ３……配圧弁、 ３ａ…ピストン、 ４……油圧サーボモータ、 ４ａ…シリンダ、 ４ｂ…サーボピストン、 ６……発振器、 ７……重畳回路、 ９……配圧弁監視装置、 ９ａ…微小振動検出器、 ９ｂ…異常検出器、 ９ｃ…警報器、 Ｖ……調速指令信号、 ｖ……微小振動信号、 Ｖｖ…合成調速指令信号。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気ガバナから出力される調速指令信号と
   発振器から出力される微小振動信号とを入力され前記調
   速指令信号に微小振動信号を重畳して合成調速指令信号
   を出力する重畳回路と、前記合成調速指令信号を機械的
   運動に変換するコンバータと、このコンバータによって
   駆動される配圧弁と、この配圧弁によって供給される圧
   油により駆動され水車水口の開閉制御を行うサーボモー
   タとを有する水車調速装置において、前記合成調速指令
   信号に含まれる微小振動成分を電流変成作用によって検
   出して微小振動検出信号を出力する微小振動検出器と、
   前記微小振動検出信号と前記微小振動信号の２信号の中
   の少なくとも微小振動検出信号を入力され前記配圧弁の
   異常を検出して警報信号を出力する異常検出器とを備え
   たことを特徴とする水車調速装置の配圧弁監視装置。