JP3869168B2 - Driving method of pump turbine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ水車の運転方法に係り、特に、揚水運転の高揚程時または発電運転の低落差時、キャビテーション発生を低く抑えて運転を行うポンプ水車の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近の水力発電プラントは、上池と下池とを備え、昼間、上池の貯水を利用して発電運転を行い、夜間、下池の貯水を上池に戻す揚水発電運転を行うことが多い。この場合、揚水発電運転を行う水力機械は、多量の貯水量を処理する能力の高いフランシス型水車ランナを使用している。
【0003】
このフランシス型水車ランナは、図9および図10に示すように、円板状のランナクラウン1とランナバンド2との間に、6〜7枚のランナベーン3を一体に成形加工するとともに、ランナベーン3の入口角度を小さくし、ランナベーン3の形状を渦巻状に成形してその長さを長くする構造になっており、主としてポンプ運転の減速流に良好に対処させる一方、発電運転時の増速流にも水力性能を低下させないようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図9および図10に示したフランシス型水車ランナには、水力性能が他のタイプのランナに較べて比較的高いものの、それでも幾つかの問題点があり、その一つに揚水運転時および発電運転時のキャビテーション問題がある。
【0005】
従来、フランシス型水車ランナは、図11に示すように、発電運転の低落差時、流入水Wが水車入口側から流入角α1でランナベーン3に流入するのに対し、ランナベーン3の取付角度がβ1であり、流入角α1との取付角β1との間にβ1>α1の角度ずれが発生していると、ランナベーン3の圧力面HP側にキャビテーションCAVが発生し易くなっている。
【0006】
また、発電運転の低出力運転時、流入水Wの流入量が少なくなっていることも手伝ってランナベーン3に流入した流入水Wは、ランナ回転中に発生する遠心力の影響を受け、ランナバンド側に押圧され、ここで二次流れが生じ、しかもランナベーン3の出口側に旋回流の発生に伴う二次流れ渦が生じ、ポンプ水車効率の低下や水圧脈動の増加を招いていた。
【0007】
また、フランシス型水車ランナは、図12に示すように、揚水運転の高揚程時、流入水Wが水車出口側から流入角α2でランナベーン3に流入するのに対し、ランナベーン3の取付角度がβ2であり、流入角α2と取付角β2との間にβ2>α2の角度ずれが発生していると、ランナベーン3の負圧面LP側にキャビテーションCAVが発生し易くなっている。この場合、フランシス型水車ランナは、ランナベーン3の圧力面HPと負圧面LPとのそれぞれに表われる圧力分布を調査したところ、図13の破線で示す圧力分布になっており、ランナベーン3の出口側がキャビテーション発生領域CAVZに入っていた。
【0008】
このように、従来のフランシス型水車ランナは、発電運転の低落差時または揚水運転の高揚程時、ランナベーン3でキャビテーションCAVが発生しており、何らかの新たな改善策が求められていた。
【0009】
ところで、キャビテーションCAVが発生する要因の一つにランナベーン3が受け持つ1枚あたりの負荷が高いことにあると考えて、フランシス型ランナは、図14に示すように、ランナクラウン1およびランナバンド2との間に一体成形され、翼コードの長い渦巻状のランナベーン3aと隣のランナベーン3bとの間に比較的翼コードの短い別のランナベーン3cを配置した、いわゆるスプリッタ形ランナベーン4やあるいは図15に示すようにランナベーン3aと隣のランナベーン3bとのピッチを短くするために、翼コードの長い、渦巻状の別のランナベーン3dを配置した、いわゆる多翼形ランナベーン5が例えば特開昭57−126566号公報、実開昭59−11170号公報、実開昭61−184876号公報等の数多くの公報に公表されている。
【0010】
これら数多くの公報に公表されているスプリッタ形ランナベーン4や多翼形ランナベーン5の諸特性を調査したうち、例えば図16に示すように、圧力面HPおよび負圧面LPのそれぞれに表われる圧力分布は、破線で示す従来のランナベーンの圧力分布に較べて圧力幅が狭くなっており、キャビテーション発生領域CAVZに入っていないことがわかった。
【0011】
また、スプリッタ形ランナベーン4や多翼形ランナベーン5を用いて、いわゆる実物ポンプ・水車のP−H特性(水車出力Pと落差Hとの関係)を模型試験で調べてみると、図17の破線で示す従来のランナベーンを用いたキャビテーション発生限界線に較べて実線で示すキャビテーション発生限界線まで運転幅を拡げられることがわかった。なお、図17中、Htmaxは最高落差を、Htnorは基準落差を、Htminは最低落差をそれぞれ示している。
【0012】
また、H−Q特性(ポンプ揚程Hと流量Q特性との関係)は、ランナベーン3の取付角度β1、ランナベーン3の外径D1、ランナベーン3の枚数とで特性付けられるから、通常、ランナベーン3の取付角度β1、ランナベーン3の外径D1を従来型のランナベーンと同一にすれば、ランナベーンの枚数が増加した分だけ揚程が増加する。
【0013】
しかし、比較的H−Q特性の優れている従来のポンプ水車ランナと同程度の特性を得ようとする場合、ランナベーン3の取付角度β1を小さくしているが、この場合、従来のポンプ水車ランナと比較して、キャビテーション性能が向上するので、発電運転の低落差時、低出力領域での運転幅を拡げられることもわかった。
【0014】
このように、スプリッタ形ランナベーン4や多翼形ランナベーン5は、キャビテーション発生防止限界を拡大できる優れた性能を持っているにも拘らず、スプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだポンプ水車と、従来のランナベーンを組み込んだポンプ水車とを組み合せた実用的な運転は未だ見当らない。
【0015】
本発明は、このような点に着目してなされたもので、スプリッタ形ランナベーンまたは多翼形ランナベーンを組み込んだポンプ水車を用いてキャビテーション発生防止限界を拡げ、従来に較べて運転幅を拡げて安定運転を行うことのできるポンプ水車の運転方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るポンプ水車の運転方法は、請求項1に記載したように、上池と下池との間を結ぶ水路に複数台のポンプ水車を並列配置し、これら複数台のポンプ水車のうち、少なくとも一つ以上のポンプ水車にスプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込み、発電運転の低落差時および揚水運転の高揚程時のうち、いずれか一方の運転の際、上記スプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込んだポンプ水車を優先的に運転することを特徴とするものである。
【0017】
また、本発明に係るポンプ水車の運転方法は、上記目的を達成するために、請求項2に記載したように、スプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込んだポンプ水車は、揚水運転時、実水位差が予め定められた揚水最低水位差を上廻ったとき運転することを特徴とするものである。
【0018】
また、本発明に係るポンプ水車の運転方法は、上記目的を達成するために、請求項3に記載したように、スプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込んだポンプ水車は、発電運転時、実水位差が予め定められた発電基準水位差よりも下廻っているとき運転することを特徴とするものである。
【0019】
また、本発明に係るポンプ水車の運転方法は、上記目的を達成するために、請求項4に記載したように、上池と下池との間を結ぶ水路に複数台のポンプ水車を並列配置し、これら複数台のポンプ水車のうち、少なくとも一つ以上のポンプ水車にスプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込み、発電運転の部分負荷時、上記スプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込んだポンプ水車に部分負荷運転を行わせ、残りのポンプ水車に定格運転を行わせ、全体として系統からの負荷調整指令を満す運転を行うことを特徴とするものである。
【0020】
また、本発明に係るポンプ水車の運転方法は、上記目的を達成するために、請求項5に記載したように、上池と下池との間を結ぶ水路に複数台のポンプ水車を並列配置し、これら複数台のポンプ水車のうち、少なくとも一つ以上のポンプ水車にスプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込み、スプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込んだポンプ水車は、可変速機を組み込み、発電運転の低落差時、揚水運転の高揚程時、あるいは発電運転の部分負荷時のうち、いずれか一方の運転の際、優先的に運転することを特徴とするものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポンプ水車の運転方法の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【0022】
図1は、本発明に係るポンプ水車の運転方法の第1実施形態を説明するための概略ポンプ水車配置図である。
【0023】
一般に、水力発電プラントは上池7と下池8とを結ぶ水路20の中間位置に複数台のポンプ水車A,B,Cを並列配置し、昼間、上池7からの貯水を下池8に流す際、複数台のポンプ水車A,B,Cを駆動して発電運転を行い、余剰電力のある夜間に下池8からの貯水を上池7にポンピングアップする際、複数台のポンプ水車A,B,Cを駆動して揚水運転を行い、エネルギ資源の再利用化を図っている。
【0024】
また、複数台のポンプ水車A,B,Cのうち、例えば第1のポンプ水車Aはランナベーンとして図14で示した翼コードの長いランナベーン3a,3bと翼コードの短いランナベーン3cとを組み合せたスプリッタ形ランナベーン4または図15で示した翼コードの長いランナベーン3a,3b,3dを数多く配置した多翼形ランナベーン5を組み込むとともに、残りの第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cは従来型のランナベーン6を組み込む構成になっている。
【0025】
このように配置されたポンプ水車は、図2に示すように、運転制御部9の演算信号に基づいて揚水(ポンプ)運転または発電(水車)運転が行われる。
【0026】
運転制御部9は、揚程・落差演算部11とポンプ水車運転選別部12とを備え、図1で示した上池7から水位信号Hst1と下池8からの水位信号Hst2とを受信器10が受信すると、その受信信号に基づいて揚程・落差演算部11で揚水程または落差の実水位差ΔHを演算する。このとき、系統から運転指令があると、運転制御部9は、ポンプ水車運転選別部12で実水位差ΔHに基づいて演算し、第1のポンプ水車Aを運転させるかまたは第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cを運転させるかを選別するようになっている。
【0027】
また、ポンプ水車運転選別部12は、図3に示すプログラムが組み込まれており、系統からの運転指令があると、発電・揚水運転ステップST1で揚水運転および発電運転のいずれかが選択され、例えば揚水運転か選択されると、揚水運転判定ステップST2で予め定められた揚水最低水位差H0p(上池最低水位Hst1minと下池最低水位Hst2minとの水位差)に、上述の揚程・落差演算部11で演算した実水位差ΔHを突き合せ、その実水位差ΔHが上廻ると、図1で示したスプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のポンプ水車Aに揚水運転を行わせる。なお、揚水運転判定ステップST2で予め定められた最低水位差H0pが実水位差ΔHを上廻っているとき、ポンプ水車運転選別部10は、図1で示した従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cに揚水運転を行わせる。
【0028】
他方、ポンプ水車運転選別部12は、運転指令に対し、発電・揚水運転ステップST1で発電運転が選択されると、発電運転判定ステップST3で予め定められた発電基準水位差H0t(上池の水位と下池の水位との基準落差Htnorに水圧鉄管系の損失H1を加算した水位差)に、上述の実水位差ΔHを突き合せ、その実水位差ΔHが発電基準水位差Hptよりも下廻っているとき、図1で示したスプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のポンプ水車Aに発電運転を行わせる。
【0029】
また、ポンプ水車運転選別部12は、発電運転判定ステップST3で実水位差ΔHが予め定められた発電基準水位差H0tよりも上廻っているとき、図1で示した従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cに発電運転を行わせる。
【0030】
このように、本実施形態では、揚水運転の高揚程時、キャビテーションCAVの発生を低く抑えるスプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のポンプ水車Aで運転させ、予め定められた最低水位差H0pが実水位差ΔHを上廻ったとき、従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cで運転させるので、ポンプ水車ランナに安定運転を行わせることができ、信頼度の高い揚水運転を実現することができる。
【0031】
また、本実施形態では、発電運転の低落差時、キャビテーションCAVの発生を低く抑えるスプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のポンプ水車Aで運転させ、予め定められた発電基準水位H0tよりも実水位差ΔHが上廻ったとき、従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cで運転させるので、ポンプ水車ランナに安定運転を行わせることができ、信頼度の高い発電運転を実現することができる。
【0032】
ところで、運転時間に対するキャビテーション壊食量を調べたところ、図4に示すように、破線で示す従来の発電壊食量の分布線に対し、本実施形態では実線で示すキャビテーション壊食量の分布線になっており、ポンプ水車のランナのキャビテーション壊食量における削り代限界の運転時間が従来に較べて約1.7倍延長できることがわかった。
【0033】
また、運転時間の延長に伴って、ポンプ水車ランナの寿命も、図5に示すように、従来に較べて約2.2倍延長できることが認められた。
【0034】
なお、本実施形態は、スプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のポンプ水車Aと従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cとを組み合せた例として説明したが、この例に限ることなく、例えばスプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ可変速ポンプ水車と従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のランナベーン水車Bおよび第3のポンプ水車Cとを組み合せてもよい。
【0035】
最近、巻線形誘導発電機をサイクロコンバータで制御し、ポンプ水車ランナの回転速度を広範囲に亘って任意に変化させ、その回転数を落差・揚程に応じて変えて高い効率で運転できる可変速機を組み込んだ可変速ポンプ水車が注目されている。
【0036】
本実施形態は、このような点に着目したもので、スプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ可変速ポンプ水車に、従来型のランナベーン6を込み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cを組み合せ水力性能を向上させたものである。
【0037】
模型試験による発電運転の際のP−H(水車出力−落差)特性カーブによれば、図6に示すように、従来型のランナベーン6を組み込んだ第1,第2および第3のポンプ水車A,B,Cが最大出力Ptに対し50%PtになるとキャビテーションCAVが発生するのに対し、スプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のポンプ水車Aに、従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cを組み合せた場合、最大出力Ptに対し37%Ptになると発電CAVが発生することがわかった。したがって、スプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のポンプ水車Aでは、従来に較べて約13%の運転幅を拡げられることがわかった。
【0038】
また、実物ポンプ・水車のP−Hカーブによれば、従来型のランナベーン6を組み込んだ第1,第2および第3のポンプ水車A,B,Cが発電運転の際に発生するキャビテーションCAVと、スプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ可変速ポンプ水車に、従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cを組み合せたポンプ水車が発電運転の際に発生するキャビテーションCAVとを比較したところ、可変速ポンプ水車のポンプが約20%の運転幅を拡げられることがわかった。
【0039】
また、模型試験による揚水運転の際のP−H(ポンプ入力−揚程)特性カーブによれば、図7に示すように、従来型のランナベーン6を組み込んだ第1,第2および第3のポンプ水車A,B,Cが発生する流入水逆流現象と、スプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ可変速ポンプ水車に、従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cを組み合せたポンプ水車が発生する流入逆流現象とを比較したところ、可変速ポンプ水車のポンプが約3%の運転幅を拡げられることがわたった。
【0040】
図8は、本発明に係るポンプ水車の運転方法の第2実施形態を説明するための概略ポンプ水車の概略運転ブロック図である。
【0041】
本実施形態は、スプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のポンプ水車Aを、従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cよりも優先して発電運転負荷調整を行わせるものである。
【0042】
一般に、系統からの指令が発電運転であり、系統からの要求出力量Pjが第1のポンプ水車A、第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cの最大出力の合計である場合、運転部は全ポンプ水車に対して100%出力運転指令を出して運転させる。
【0043】
しかし、100%出力運転中に系統から負荷調整指令が出された場合、第1のポンプ水車A、第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cのうち、幾つかは運転停止指令を受け、残りは例えば50%出力の部分負荷運転の負荷調整を行うことが多い。
【0044】
この場合、従来型のランナベーン6を組み込んだ全てのポンプ水車A,B,Cは、部分負荷運転時の機器信頼度の観点から、このような部分負荷運転での運転頻度を考慮して、ある程度、水圧脈動を低く抑える運転を行ってはいるものの、それでも限界があり、全ての運転範囲で水圧脈動を低く抑えることが難しい。
【0045】
本実施形態は、このような点に考慮したもので、図8に示すように、系統から負荷調整指令、例えば要求出力量Pjがある場合、運転指令部13から演算部14に要求出力量Pjか与えられる。このとき、演算部14には、水位検出器15で検出された上池の水位Hst1と下池の水位Hst2との落差ΔHが与えられている。
【0046】
演算部14は、要求出力量Pjと落差ΔHとに基づき、負荷の分散割合を演算し、その演算信号に基づいて従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cに定格運転を行わせ、残りのスプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のポンプ水車Aに部分負荷運転を行わせ、全体としての要求出力量Pjに見合う運転を各ポンプ水車A,B,Cに行わせている。具体的には、演算部14は、第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cのそれぞれのガイドベーン(図示せず)に開度信号X2を与える一方、第1のポンプ水車Aのガイドベーンに、開度信号X1を与えてX2>X1になるようにし、第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cの出力P2と第1のポンプ水車Aの出力P1とをフィードバックさせ、ガイドベーンの開度を各ポンプ水車A,B,Cの予め定められた出力に見合うように修正している。
【0047】
このように、本実施形態では、定格発電運転から部分負荷発電運転に移行する際、従来型のランナベーン6を組み込んだ第2のポンプ水車Bおよび第3のポンプ水車Cに水車効率の高い定格運転を行わせ、スプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のポンプ水車Aに部分負荷発電運転を行わせ、全体として系統からの要求出力量Pjを満たす運転を行うので、キャビテーションCAVの発生の低い安定した運転を各ポンプ水車A,B,Cに行わせることができる。なお、スプリッタ形ランナベーン4または多翼形ランナベーン5を組み込んだ第1のランナポンプ水車Aは、可変速ポンプ水車にしてもよい。
【0048】
【発明の効果】
以上の説明のとおり、本発明に係るポンプ水車の運転方法は、上池と下池との中間位置に並列設置した複数台のポンプ水車のうち、少なくとも一つ以上にスプリッタ形ランナベーンまたは多翼形ランナベーンを組み込むとともに、残りに従来型のランナベーンを組み込み、発電運転の低落差時、揚水運転の高揚程時、あるいは発電負荷調整時、スプリッタ形ランナベーンまたは多翼形ランナベーンを組み込んだポンプ水車を優先的に運転させ、流入水が安定しているとき、従来型のランナベーンを組み込んだポンプ水車を運転させてキャビテーションの発生を低く抑えるので、運転幅を従来に較べて広く拡大することができ、水力性能の向上と相俟ってポンプ水車ランナの寿命を従来に較べて長く維持することができる。
【0049】
また、本発明に係るポンプ水車の運転方法は、発電運転の低落差時、揚水運転の高揚程時、発電負荷調整時、スプリッタ形ランナベーンまたは多翼形ランナベーンを組み込んだポンプ水車に可変速機を組み合せた可変速ポンプ水車を優先的に運転させるので、従来の較べてより一層の運転幅を拡大することができ、安定運転を高く維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るポンプ水車の運転方法の第1実施形態を説明するための概略ポンプ水車配置図。
【図2】本発明に係るポンプ水車の運転方法の第1実施形態を説明するための概略運転制御ブロック図。
【図3】本発明に係るポンプ水車の運転方法の第1実施形態を説明するポンプ水車運転選別部に組み込まれるフローチャート図。
【図4】従来と本発明とを対比させたキャビテーション壊食量分布線図。
【図5】従来と本発明とを対比させたポンプ水車ランナの寿命線図。
【図6】発電運転における従来と本発明とを対比させた運転領域を示す線図。
【図7】揚水運転における従来と本発明とを対比させた運転領域を示す線図。
【図8】本発明に係るポンプ水車の運転方法の第2実施形態を説明するための概略運転制御ブロック図。
【図9】従来のフランシス型ポンプ水車ランナを示す平面断面図。
【図10】図9の半分側断面図。
【図11】発電運転時、ランナベーンに発生するキャビテーションを説明する図。
【図12】揚水運転時、ランナベーンに発生するキャビテーションを説明する図。
【図13】揚水運転の高揚程時、ランナベーンに発生する圧力分布線図。
【図14】長いランナベーンと短いランナベーンとを組み合せたスプリッタ形ランナベーンを示す平面断面図。
【図15】長いランナベーンを短くして多数配置した多翼形ランナベーンを示す平面断面図。
【図16】従来型のランナベーンとスプリッタ形ランナベーンまたは多翼形ランナベーンとを対比させた部分線図。
【図17】水車運転時における従来型のランナベーンの運転幅とスプリッタ形ランナベーンまたは多翼形ランナベーンの運転幅を対比させた線図。
【符号の説明】
1 ランナクラウン
2 ランナバンド
3,3a,3b,3c,3d ランナベーン
4 スプリッタ形ランナベーン
5 多翼形ランナベーン
6 従来型のランナベーン
7 上池
8 下池
9 運転制御部
10 受信器
11 揚程・落差演算部
12 ポンプ水車運転選別部
13 運転指令部
14 演算部
15 水位検出器
20 水路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an operation method of a pump turbine, and more particularly, to an operation method of a pump turbine that operates while suppressing cavitation generation at a high head during pumping operation or at a low head during power generation operation.
[0002]
[Prior art]
Recent hydroelectric power plants have an upper pond and a lower pond. In many cases, a hydroelectric power generation operation is performed by using the water stored in the upper pond during the day and the water stored in the lower pond is returned to the upper pond at night. In this case, the hydraulic machine that performs the pumped-storage power generation operation uses a Francis-type turbine runner having a high ability to handle a large amount of stored water.
[0003]
As shown in FIGS. 9 and 10, this Francis-type turbine runner is integrally formed with 6 to 7
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The Francis turbine runners shown in FIGS. 9 and 10 have relatively high hydropower performance compared to other types of runners, but still have some problems, one of which is during pumping operation and power generation operation. There is a time cavitation problem.
[0005]
Conventionally, in the Francis type turbine runner, as shown in FIG. 11, the inflow water W flows into the
[0006]
In addition, during the low power operation of the power generation operation, the inflow water W that flows into the
[0007]
In the Francis type turbine runner, as shown in FIG. 12, the inflowing water W flows into the
[0008]
Thus, in the conventional Francis type turbine runner, cavitation CAV is generated in the
[0009]
By the way, considering that one of the factors that cause cavitation CAV is the high load per sheet that the
[0010]
Of the various characteristics of the splitter-
[0011]
When the splitter
[0012]
Further, since the HQ characteristic (relationship between the pump head H and the flow rate Q characteristic) is characterized by the mounting angle β 1 of the
[0013]
However, in order to obtain characteristics comparable to those of a conventional pump turbine runner having relatively excellent HQ characteristics, the mounting angle β 1 of the
[0014]
As described above, although the splitter
[0015]
The present invention has been made by paying attention to such points, and by using a pump turbine incorporating a splitter-type runner vane or a multi-blade type runner vane, the limit for preventing cavitation is increased, and the operating range is widened and stable compared to the prior art. It is an object of the present invention to provide a driving method of a pump turbine that can be operated.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
As described in
[0017]
In order to achieve the above object, the pump turbine according to the present invention includes a splitter type runner vane and a multi-blade type runner vane. In the pumping operation, the pump is operated when the actual water level difference exceeds a predetermined minimum pumping water level difference.
[0018]
In order to achieve the above object, the pump turbine according to the present invention includes a splitter type runner vane and a multi-blade type runner vane. In the power generation operation, the operation is performed when the actual water level difference is lower than a predetermined power generation reference water level difference.
[0019]
In order to achieve the above object, the pump turbine operation method according to the present invention comprises a plurality of pump turbines arranged in parallel in a water channel connecting the upper pond and the lower pond as described in
[0020]
In order to achieve the above object, the pump turbine operation method according to the present invention includes a plurality of pump turbines arranged in parallel in a water channel connecting the upper pond and the lower pond as described in
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an operation method of a pump turbine according to the present invention will be described with reference to the drawings and reference numerals attached to the drawings.
[0022]
FIG. 1 is a schematic layout diagram of pump turbines for explaining a first embodiment of the operation method of the pump turbine according to the present invention.
[0023]
In general, in a hydroelectric power plant, a plurality of pump turbines A, B, and C are arranged in parallel at a middle position of a
[0024]
Of the plurality of pump turbines A, B, C, for example, the first pump turbine A is a runner vane, which is a combination of
[0025]
As shown in FIG. 2, the pump turbine arranged in this manner is subjected to pumping (pump) operation or power generation (turbine) operation based on the calculation signal of the
[0026]
The
[0027]
Further, the pump turbine
[0028]
On the other hand, when the power generation operation is selected in the power generation / pumping operation step ST1 in response to the operation command, the pump turbine
[0029]
In addition, when the actual water level difference ΔH exceeds the predetermined power generation reference water level difference H 0t in the power generation operation determination step ST3, the pump turbine
[0030]
As described above, in the present embodiment, when the pumping operation is performed at a high head, the first pump turbine A that incorporates the splitter-
[0031]
Further, in the present embodiment, when the power generation operation has a low head, the first pump turbine A incorporating the splitter
[0032]
By the way, when the amount of cavitation erosion with respect to the operation time was examined, as shown in FIG. 4, the distribution line of the cavitation erosion amount indicated by the solid line in this embodiment is different from the distribution line of the conventional power generation erosion amount indicated by the broken line. Therefore, it was found that the operating time of the cutting allowance limit in the amount of cavitation erosion of the runner of the pump turbine can be extended by about 1.7 times compared with the conventional one.
[0033]
Moreover, it was recognized that the life of the pump turbine runner can be extended by about 2.2 times as compared with the conventional one as the operation time is extended, as shown in FIG.
[0034]
In this embodiment, the first pump turbine A incorporating the splitter-
[0035]
Recently, a variable speed machine that can be operated with high efficiency by controlling a winding induction generator with a cycloconverter and changing the rotational speed of the pump turbine runner arbitrarily over a wide range and changing its rotational speed according to the head and head. The variable-speed pump turbine incorporating this is drawing attention.
[0036]
This embodiment pays attention to such points, and the second pump turbine B in which the
[0037]
According to the PH (water turbine output-head) characteristic curve during the power generation operation by the model test, as shown in FIG. 6, the first, second and third pump turbines A incorporating the
[0038]
Further, according to the PH curve of the actual pump / turbine, the cavitation CAV generated when the first, second, and third pump turbines A, B, and C incorporating the
[0039]
Further, according to the PH (pump input-head) characteristic curve during pumping operation by the model test, as shown in FIG. 7, the first, second and third pumps incorporating the
[0040]
FIG. 8 is a schematic operation block diagram of a schematic pump turbine for explaining a second embodiment of the operation method of the pump turbine according to the present invention.
[0041]
In the present embodiment, the first pump turbine A incorporating the splitter
[0042]
Generally, when the command from the system is a power generation operation and the required output amount Pj from the system is the sum of the maximum outputs of the first pump turbine A, the second pump turbine B, and the third pump turbine C, the operation is performed. The unit issues a 100% output operation command to all pump turbines to operate them.
[0043]
However, when a load adjustment command is issued from the system during the 100% output operation, some of the first pump turbine A, the second pump turbine B, and the third pump turbine C receive an operation stop command. For the remainder, for example, load adjustment of partial load operation with 50% output is often performed.
[0044]
In this case, all the pump turbines A, B, and C incorporating the
[0045]
The present embodiment takes such points into consideration. As shown in FIG. 8, when there is a load adjustment command from the system, for example, a required output amount Pj, the
[0046]
The
[0047]
Thus, in this embodiment, when shifting from the rated power generation operation to the partial load power generation operation, the second pump turbine B and the third pump turbine C incorporating the
[0048]
【The invention's effect】
As described above, the operation method of the pump turbine according to the present invention includes a splitter type runner vane or a multi-blade type runner vane in at least one of a plurality of pump turbines installed in parallel at an intermediate position between the upper pond and the lower pond. In addition, a conventional runner vane is incorporated into the remainder, and a pump turbine with a splitter type runner vane or multi-blade type runner vane is given priority when the head of power generation is low, at the high head of pumping operation, or when adjusting the power generation load. When operating and the inflowing water is stable, a pump turbine incorporating a conventional runner vane is operated to keep cavitation low. Combined with the improvement, the life of the pump turbine runner can be maintained longer than before.
[0049]
In addition, the operation method of the pump turbine according to the present invention includes a variable speed machine for a pump turbine incorporating a splitter type runner vane or a multi-blade type runner vane at the time of a low head of a power generation operation, at a high head of a pumping operation, at the time of adjusting a power generation load. Since the combined variable speed pump turbine is operated preferentially, the operating range can be further expanded as compared with the conventional case, and stable operation can be maintained high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic arrangement of pump turbines for explaining a first embodiment of a method for operating a pump turbine according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic operation control block diagram for explaining a first embodiment of a pump turbine operation method according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart incorporated in a pump-turbine operation sorting unit for explaining a first embodiment of a pump-turbine operation method according to the present invention.
FIG. 4 is a cavitation erosion amount distribution diagram comparing conventional and the present invention.
FIG. 5 is a life diagram of a pump-turbine runner that compares the prior art and the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an operation region in which a conventional power generation operation is compared with the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an operation region in which the conventional and the present invention are compared in pumping operation.
FIG. 8 is a schematic operation control block diagram for explaining a second embodiment of the operation method of the pump turbine according to the present invention.
FIG. 9 is a plan sectional view showing a conventional Francis type pump turbine runner.
10 is a half sectional view of FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram for explaining cavitation occurring in a runner vane during power generation operation.
FIG. 12 is a diagram for explaining cavitation generated in a runner vane during pumping operation.
FIG. 13 is a distribution diagram of pressure generated in a runner vane at a high head during pumping operation.
FIG. 14 is a plan sectional view showing a splitter type runner vane in which long runner vanes and short runner vanes are combined.
FIG. 15 is a plan sectional view showing a multi-blade runner vane in which a large number of long runner vanes are shortened and arranged.
FIG. 16 is a partial diagram in which a conventional runner vane is compared with a splitter type runner vane or a multi-blade type runner vane.
FIG. 17 is a diagram in which the operating width of a conventional runner vane during water turbine operation is compared with the operating width of a splitter type runner vane or a multi-blade type runner vane.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
これら複数台のポンプ水車のうち、少なくとも一つ以上のポンプ水車にスプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込み、
発電運転の低落差時および揚水運転の高揚程時のうち、いずれか一方の運転の際、上記スプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込んだポンプ水車を優先的に運転することを特徴とするポンプ水車の運転方法。Multiple pump turbines are placed in parallel in the waterway connecting the upper pond and the lower pond,
Of these multiple pump turbines, install at least one of the splitter type runner vane and the multi-blade type runner vane into at least one pump turbine.
At the time of either one of the low head of the power generation operation and the high head of the pumping operation, the pump turbine incorporating one of the splitter type runner vanes and the multi-blade type runner vanes is preferentially operated. A method for operating a pump turbine, characterized by
これら複数台のポンプ水車のうち、少なくとも一つ以上のポンプ水車にスプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込み、
発電運転の部分負荷時、上記スプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込んだポンプ水車に部分負荷運転を行わせ、残りのポンプ水車に定格運転を行わせ、全体として系統からの負荷調整指令を満す運転を行うことを特徴とするポンプ水車の運転方法。Multiple pump turbines are placed in parallel in the waterway connecting the upper pond and the lower pond,
Of these multiple pump turbines, install at least one of the splitter type runner vane and the multi-blade type runner vane into at least one pump turbine.
At the time of partial load of power generation operation, let the pump turbine incorporating either one of the splitter type runner vanes or multi-blade type runner vanes perform partial load operation, let the remaining pump turbines perform rated operation, and from the system as a whole An operation method for a pump-turbine characterized by performing an operation that satisfies the load adjustment command.
これら複数台のポンプ水車のうち、少なくとも一つ以上のポンプ水車にスプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込み、
スプリッタ形ランナベーンおよび多翼形ランナベーンのうち、いずれか一方を組み込んだポンプ水車は、可変速機を組み込み、発電運転の低落差時、揚水運転の高揚程時、あるいは発電運転の部分負荷時のうち、いずれか一方の運転の際、優先的に運転することを特徴とするポンプ水車の運転方法。 Multiple pump turbines are placed in parallel in the waterway connecting the upper pond and the lower pond,
Of these multiple pump turbines, install at least one of the splitter type runner vane and the multi-blade type runner vane into at least one pump turbine.
Pump turbines that incorporate either a splitter-type runner vane or a multi-blade type runner vane incorporate a variable speed gear, and at the time of low heading of power generation operation, at the high head of pumping operation, or at the time of partial load of power generation operation , A driving method of a pump-turbine characterized by preferential driving during either one of the driving operations.
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1999
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