JP3879138B2 - Kaplan water turbine speed control system - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水力発電所に設置するカプラン水車の調速制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカプラン水車用調速制御装置の一例のブロック線図を図４に示す。図中、１は水車及び水理系、２は速度設定部、３は調速制御部、４は開度／開閉指令部、５はＧＶ（ガイドベーン；案内羽根）コンバータ、６はＧＶ配圧弁、７はＧＶサーボモータ、８はＧＶ復原部であって、前記水車及び水理系１の回転速度検出信号（検出値）を前記速度設定部２の出力信号（速度設定値）と突き合わせ、更にその差と前記復原部８の出力信号を突き合わせて前記調速制御部３の入力としている。
【０００３】
９´はＧＶ（案内羽根）−ＲＶ（ランナベーン；ランナ羽根）連動制御部、１０はＲＶコンバータ、１１はＲＶ配圧弁、１２はＲＶサーボモータ、１３はＲＶ復原部であって、このＲＶ復原部１３の出力信号を前記調速制御部３の出力信号と突き合わせ、その差を前記ＧＶ−ＲＶ連動制御部９´の入力としている。
【０００４】
従来のカプラン水車用調速制御装置の他の例のブロック線図を図５に示す。この例は、ＧＶ、ＲＶ制御系列の復原部８、１３の出力信号を突き合わせてその差を前記ＧＶ−ＲＶ連動制御部９´の入力とした点が図４と異なる。
【０００５】
両例では、調速制御部３の出力信号を開度／開閉指令部４、ＧＶコンバータ５、ＧＶ配圧弁６、ＧＶサーボモータ７のＧＶ制御系列に与えるとともに、ＧＶ−ＲＶ連動制御部９´を介してＲＶコンバータ１０、ＲＶ配圧弁１１、ＲＶサーボモータ１２のＲＶ制御系列にも与えている。つまり、ＧＶとＲＶの連動制御により高効率での運転を行うようにしている。ＧＶとＲＶの連動制御により高効率運転を実現できることは、図６及び図７から理解される。図６はＧＶサーボモータストローク（ＧＶ開度）と水車出力の関係をＲＶ開度をパラメータとして表した特性図、図７はＧＶサーボモータストローク（ＧＶ開度）と水車効率の関係をＲＶ開度をパラメータとして表した特性図である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来例では、常時連動制御を行っているため、負荷遮断などで水車が過速度になった時にもＧＶの閉動作に追随してＲＶの閉動作が行われる。この結果、水車の高効率運転状態（実際には、ＧＶ閉鎖時間に比べＲＶ閉鎖時間が遅いため、高効率運転状態から若干外れる）が維持されるため、図３に実線で示すように水車・発電機の速度上昇率δnが大きくなる、といった不具合が生じる。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題を解決し、負荷遮断などによる水車の過速時に水車・発電機の速度上昇率δnを適確に抑制できるカプラン水車用調速制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＧＶ制御系列とＲＶ制御系列との間にＧＶ−ＲＶ連動制御部を設けたカプラン水車用調速制御装置において、水車の過速を検出する過速検出部を設け、重負荷となるＧＶ開度一定値以上で負荷遮断が行われ、水車が過速となった時のみ、重負荷となるＧＶ開度一定値以上と負荷遮断を連動制御ロック条件として過速検出時に連動制御ロック信号を前記ＧＶ−ＲＶ連動制御部へ送出するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
更に本発明は、ＧＶ制御系列とＲＶ制御系列との間にＧＶ−ＲＶ連動制御部を設けたカプラン水車用調速制御装置において、水車の過速を、水車の回転速度または回転速度上昇時の変化率が一定値以上となったことで検出し、これを単独、または重負荷となるＧＶ開度一定値以上と共に連動制御ロック条件とするようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はカプラン水車用調速制御装置を示すブロック線図である。図中、１は水車及び水理系、２は速度設定部、３は調速制御部、４は開度／開閉指令部、５はＧＶ（ガイドベーン；案内羽根）コンバータ、６はＧＶ配圧弁、７はＧＶサーボモータ、８はＧＶ復原部であって、前記水車及び水理系１の回転速度検出信号（検出値）を前記速度設定部２の出力信号（速度設定値）と突き合わせ、更にその差と前記復原部８の出力信号を突き合わせて前記調速制御部３の入力としている。
【００１２】
９はＧＶ（案内羽根）−ＲＶ（ランナ羽根）連動制御部、１０はＲＶコンバータ、１１はＲＶ配圧弁、１２はＲＶサーボモータ、１３はＲＶ復原部であって、このＲＶ復原部１３の出力信号を前記調速制御部３の出力信号と突き合わせ、その差を前記ＧＶ−ＲＶ連動制御部９の入力としている。１４は過速検出部で、前記水車及び水理系１の回転速度検出信号を入力とし、過速検出時に連動制御ロック信号を前記ＧＶ−ＲＶ連動制御部９へ送出するようにしている。
【００１３】
次に、動作について述べる。平常の回転速度で水車１が運転されている場合は、ＧＶ−ＲＶ連動制御部９が機能しており、ＧＶ、ＲＶの連動制御が行われている。つまり、高効率運転状態となっている。
【００１４】
もし、この状態で負荷遮断が行われると、水車１が過速度となり、これが過速検出部１４で検出される。過速検出時に連動制御ロック信号がＧＶ−ＲＶ連動制御部９へ送出され、連動制御がロックされる。これにより、水車１は高効率運転状態から外れ、水車１の加速トルクは小さくなる。このため、水車・発電機の速度上昇率δnは図３に２点鎖線で示すように小さな値に抑えられる。
【００１５】
図２に本発明の一実施形態のブロック線図を示す。この実施形態では、重負荷をもロック条件とした過速検出部１５を用いている。ＧＶ開度が一定値以上の時に重負荷と判断するため、ＧＶ開度信号、例えばＧＶ復原部８の出力信号を入力としている。水車及び水理系１の回転速度検出信号を入力とすることは、図１と同様である。
【００１６】
この場合には、重負荷となるＧＶ開度一定値以上で負荷遮断が行われ水車が過速となった時のみ、連動制御ロック信号が連動制御部９へ送出されて、連動制御がロックされる。この結果、水車・発電機の速度上昇率δnは小さな値に抑えられる。速度上昇率δnの値が問題となるのは重負荷（大出力）時であり、制御性の改善に大いに貢献することになる。
【００１７】
なお、上記説明では水車の過速を回転速度検出値から判断したが、水車の回転速度上昇時にその変化率が一定値以上となったことで過速と判断するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、水車の過速を検出しＧＶ−ＲＶ連動制御をロックするようにしたので、負荷遮断などによる水車の過速時に水車・発電機の速度上昇率δnを適確に抑えることができるようになり、安定制御に寄与し得る。特に、重負荷状態における負荷遮断時に有効である。また、同じ速度上昇率δnを許容する場合には、発電機の慣性モーメントを小さくすることができるため、小形化により経済的な発電機を製作できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 カプラン水車用調速制御装置を示すブロック線図。
【図２】 本発明の一実施形態を示すブロック線図。
【図３】 負荷遮断時におけるカプラン水車・発電機の速度上昇率δnの変化を示す曲線図。
【図４】 従来のカプラン水車用調速制御装置の一例を示すブロック線図。
【図５】 従来のカプラン水車用調速制御装置の他の例を示すブロック線図。
【図６】 ＧＶサーボモータストローク（ＧＶ開度）と水車出力の関係をＲＶ開度をパラメータとして表した特性図。
【図７】 ＧＶサーボモータストローク（ＧＶ開度）と水車効率の関係をＲＶ開度をパラメータとして表した特性図。
【符号の説明】
１…水車及び水理系
２…速度設定部
３…調速制御部
４…開度／開閉司令部
５…ＧＶコンバータ
６…ＧＶ配圧弁
７…ＧＶサーボモータ
８…ＧＶ復原部
９…ＧＶ−ＲＶ連動制御部
１０…ＲＶコンバータ
１１…ＲＶ配圧弁
１２…ＲＶサーボモータ
１３…・ＲＶ復原部
１４、１５…過速検出部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a speed control device for a Kaplan turbine installed in a hydroelectric power plant.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows a block diagram of an example of a conventional Kaplan turbine speed control device. In the figure, 1 is a water wheel and hydraulic system, 2 is a speed setting unit, 3 is a speed control unit, 4 is an opening / opening / closing command unit, 5 is a GV (guide vane; guide vane) converter, 6 is a GV pressure distribution valve, 7 is a GV servo motor, 8 is a GV restoration section, and the rotation speed detection signal (detection value) of the water wheel and
[0003]
9 ′ is a GV (guide vane) -RV (runner vane; runner vane) interlocking control unit, 10 is an RV converter, 11 is an RV pressure distribution valve, 12 is an RV servo motor, 13 is an RV restoring unit, and this RV restoring unit The output signal of 13 is matched with the output signal of the
[0004]
A block diagram of another example of a conventional Kaplan turbine speed control device is shown in FIG. This example is different from FIG. 4 in that the output signals of the
[0005]
In both examples, the output signal of the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional example, since the interlock control is always performed, the RV closing operation is performed following the GV closing operation even when the turbine is overspeeded due to load interruption or the like. As a result, the high-efficiency operation state of the water turbine (actually, the RV close time is slower than the GV close time and slightly deviates from the high-efficiency operation state) is maintained. There is a problem that the generator speed increase rate δ n increases.
[0007]
Accordingly, the present invention has an object to provide a Kaplan turbine speed control device that solves the above-described problems and can appropriately suppress the speed increase rate δ n of the turbine / generator when the turbine is overspeeded due to load interruption or the like. And
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a Kaplan turbine for governor control apparatus provided with GV-RV synchronous control unit between the GV control sequence and RV control sequence, provided overspeed detection unit that detects an over-speed of the water wheel, Heavy Duty become GV load shedding in the opening a predetermined value or more is performed, only when the water wheel becomes excessive speed, synchronous control during overrunning detecting load rejection and GV opening certain value or more as a heavy load as synchronous control lock condition A lock signal is sent to the GV-RV interlocking control unit.
[0010]
Furthermore, the present invention provides a Kaplan turbine speed control device in which a GV-RV interlocking control unit is provided between a GV control sequence and an RV control sequence. This is characterized in that it is detected when the rate of change of the value becomes equal to or greater than a certain value, and this is used alone or together with a value greater than the certain value of the GV opening that becomes a heavy load as the interlock control lock condition.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a speed control device for a Kaplan turbine . In the figure, 1 is a water wheel and hydraulic system, 2 is a speed setting unit, 3 is a speed control unit, 4 is an opening / opening / closing command unit, 5 is a GV (guide vane; guide vane) converter, 6 is a GV pressure distribution valve, 7 is a GV servo motor, 8 is a GV restoration section, and the rotation speed detection signal (detection value) of the water wheel and
[0012]
9 is a GV (guide vane) -RV (runner blade) interlocking control unit, 10 is an RV converter, 11 is an RV pressure distribution valve, 12 is an RV servo motor, 13 is an RV restoring unit, and an output of the
[0013]
Next, the operation will be described. When the
[0014]
If the load is interrupted in this state, the
[0015]
FIG. 2 shows a block diagram of an embodiment of the present invention. In this embodiment, the
[0016]
In this case, the interlock control lock signal is sent to the interlock control unit 9 and the interlock control is locked only when the load is interrupted when the GV opening that is a heavy load exceeds a certain value and the turbine is overspeeded. The As a result, the speed increase rate δ n of the water turbine / generator is suppressed to a small value. The value of the speed increase rate δ n becomes a problem at the time of heavy load (high output), which greatly contributes to improvement of controllability.
[0017]
In the above description, the overspeed of the turbine is determined from the detected rotational speed value. However, when the rotational speed of the turbine is increased, it may be determined that the change rate becomes a certain value or more.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the overspeed of the water turbine is detected and the GV-RV interlock control is locked. Therefore, the speed increase rate δ n of the water turbine / generator is set at the time of overspeed of the water turbine due to load interruption or the like. It becomes possible to suppress appropriately and can contribute to stable control. This is particularly effective when the load is interrupted in a heavy load state. Further, when the same speed increase rate δ n is allowed, the inertia moment of the generator can be reduced, so that an economical generator can be manufactured by downsizing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a speed control device for a Kaplan turbine .
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a curve diagram showing a change in a speed increase rate δ n of a Kaplan turbine / generator when a load is interrupted.
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a conventional Kaplan turbine speed control device.
FIG. 5 is a block diagram showing another example of a conventional Kaplan turbine speed control device.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the GV servo motor stroke (GV opening) and the turbine output using the RV opening as a parameter.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the GV servo motor stroke (GV opening) and the turbine efficiency with the RV opening as a parameter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
水車の過速を検出する過速検出部を設け、重負荷となるＧＶ開度一定値以上で負荷遮断が行われ、水車が過速となった時のみ、重負荷となるＧＶ開度一定値以上と負荷遮断を連動制御ロック条件として過速検出時に連動制御ロック信号を前記ＧＶ−ＲＶ連動制御部へ送出するようにしたことを特徴とするカプラン水車用調速制御装置。In the Kaplan turbine speed control device provided with the GV-RV interlocking control unit between the GV control sequence and the RV control sequence,
An overspeed detection unit that detects overspeed of the water turbine is provided, and the load is cut off when the GV opening becomes a heavy load over a certain value , and only when the water wheel becomes overspeed, the constant GV opening becomes a heavy load. The Kaplan turbine speed control device is characterized in that an interlock control lock signal is sent to the GV-RV interlock control unit when overspeed is detected using the above-described load cutoff as the interlock control lock condition.
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