JP5058301B2

JP5058301B2 - 水力発電用水車のガイドベーン状態監視装置及びこれを用いた水車保護処理方法

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Publication number: JP5058301B2
Application number: JP2010130602A
Authority: JP
Inventors: 宗平高岡; 宏和林; 研二善積
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2030-06-08
Also published as: JP2011256751A

Description

本発明は、水力発電用水車に用いられるガイドベーンの状態を監視するガイドベーン状態監視装置と、この装置を用いた水車保護処理方法に関する。

中落差の水力発電に好適なフランシス水車は、導水管の下端に接続されて導水管からの流水を受ける渦巻状のケーシングと、流水のエネルギーを回転エネルギーに変換して主軸に回転力を伝達するランナと、前記ケーシングに供給される流水を効率よく加速してランナへ供給するように環状に配列された複数の可動式のガイドベーンと、該ガイドベーンを一斉に揺動させて水口開度を可変するガイドベーン開度調節機構と、ランナを通過して軸方向に流出する水の流速を漸減して放水口へ導くドラフト管とから構成されている。

ガイドベーン開度調節機構は、例えば、図９乃至１１に示されるように、図示しない調速機からの指令によって駆動されるサーボモータ４の動きをコネクティングロッド５を介して円周方向の動きに変換するガイドリング３と、このガイドリング３に偏芯ピン７を介して一端が連結されたメガネリンク８と、このメガネリンク８の他端に弱点ピン９を介して連結されたガイドベーンアーム１０とを備え、このガイドベーンアーム１０は、ガイドベーン１の羽根部１ｂと一体となったガイドベーンスピンドル１ａの上端面にボルト１２によって固定されたガイド弁押え板１１を介してガイドベーンスピンドル１ａに固定されている。したがって、サーボモータ４の動きによりガイドリング３が矢印のように円周方向に回動することで、偏芯ピン７、メガネリンク８、弱点ピン９を介してガイドベーンアーム１０がその軸心を中心にして揺動し、その揺動に伴ってガイドベーン１が一斉に揺動して水口を開閉するようになっている（特許文献１，２参照）。

それぞれのガイドベーン１は、ガイドリング３の内側に環状かつ等間隔に多数（１８〜２０枚ほど）配列され、全て均一の開度となるようにガイドベーンスピンドル１ａに据え付けられており、上述したガイドベーン開度調節機構により開度を調節することで水量を調整したり、停止時にランナへの流水を遮断する役割を担っている。

特開平７−２２９４６８号公報特開２００９−１６７９４８号公報

しかしながら、ガイドベーン開度調節機構は、上述のような機械的な動きを伴うので、長年の運転により、ガイドベーンスピンドル等の回動、摺動箇所が磨耗し、各ガイドベーンの開度特性にばらつきが生じたり、ガイドベーンスピンドル１ａの傾斜等に起因するガイドベーンの全閉状態の不良（全閉とならないガイドベーンの発生）やガイドベーン相互間の間隙にばらつきが発生する等の不都合がある。

このような不都合に対処するために、従来においては、複数枚あるガイドベーン１のそれぞれについて、ガタツキや全閉状態不良、ガイドベーン相互間の間隙のバラツキ等を、人的に測定したり有水試験等によってデータ収集を行ってガイドベーンの状態を定期的に監視するようにしているが、このような人的作業においては、早期に異常を発見することができなかったり、見過ごしてしまう不都合がある。

また、水車の運転中に、ガイドベーン相互間に異物が噛み込んだ状態で停止すると、ガイドベーン１の静止位置がずれてガイドベーンアーム１０のメガネリンク８と連結している部分で応力負荷が大きくなり、弱点ピン９が折損してしまう不都合がある。本来、弱点ピン９での破損は、ガイドベーン等を保護する観点からは望ましいことであるが、弱点ピン９が破損すると、この部分を修復するために長時間に亘って水車を停止させなければならない不都合がある。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、水力発電用水車のガイドベーンについての状態を的確に監視することができ、また、早期に異常を検知して対応することが可能な水力発電用水車のガイドベーン状態監視装置と、そのような装置を用いて、異常を検知した場合に、弱点ピンの破損をできるだけ抑えつつ、ガイドベーンを保護することが可能な水車保護処理方法を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係る水力発電用水車のガイドベーン状態監視装置は、駆動装置の往復運動をガイドリング、リンク、及び弱点ピンを介してガイドベーンと一体に回動するガイドベーンアームに伝達するガイドベーン開度調節機構を備え、隣り合うガイドベーンアーム又はこれに追従する部材の所定位置間のそれぞれにセンサ治具を架設し、このセンサ治具に前記所定位置間の距離変化に感応してインピーダンス変化を生ぜしめる検知センサを設け、選択された少なくとも２つの検知センサを直列接続してなる第１の直列回路と、この第１の直列回路を構成する検知センサ以外の中から選択された少なくとも２つの検知センサを直列接続してなる第２の直列回路とを並列に接続すると共に、前記第１及び第２の直列回路の中間点相互間を出力端子とするブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の出力に基づき前記ガイドベーンの異常を検出することを特徴としている。

したがって、隣り合うガイドベーンアーム又はこれに追従する部材の所定位置間に設けられた検知センサに対して、第１の直列回路と第２の直列回路とから構成されたブリッジ回路の出力をモニタリングすることで、隣り合うガイドベーンアーム又はこれに追従する部材の所定位置相互間の経時的な距離変化や、間隙のばらつき、開度特性のばらつきやガタの発生、ガイド軸の傾斜等に起因するガイドベーンの全閉状態の不良を検知することが可能となる。

ここで、ガイドベーンのガイドベーンスピンドルに前記ガイドベーンアームを固定するガイドベーン押え板が取り付けられる構成においては、前記センサ治具を、前記ガイドベーン押さ板に取り付けられた第１のセンサ治具と、隣り合うガイドベーン押え板に取り付けられた前記第１のセンサ治具間に架設された第２のセンサ治具とから構成し、前記検知センサを、前記第２のセンサ治具に設けるようにするとよい。
このような構成とすれば、ガイドベーン押え板を変更することで対応することが可能となるので、既設の水車のガイドベーンに対してもセンサ治具の後付けが可能となり、大掛かりな設備の変更が不要となる。

また、前記ガイドリングの動力伝達部位が２箇所ある場合において、前記第１の直列回路を構成する複数の検知センサと、前記第２の直列回路を構成する複数の検知センサとは、前記ガイドリングの中心に対して点対称の位置に配置されている検知センサであることが好ましい。
このような構成とすることで、ガイドリングの動力伝達部位から近いガイドベーン同士（動力伝達が早いガイドベーン同士）で、又は、ガイドリングの動力伝達部位から遠いガイドベーン同士（動力伝達が遅いガイドベーン同士）でブリッジ回路を構成できるので、動作環境の類似したもの同士で状態監視を行うことが可能となり、状態監視をより正確に行うことが可能となる。

また、上記課題を達成するために、本発明に係る水車保護処理方法は、上述した水車ガイドベーンの状態監視装置のブリッジ回路からの出力に基づき異常が検知された場合に、前記ガイドベーンを無負荷開度付近まで一旦開とし、その後、前記ブリッジ回路からの出力に基づき異常状態が解消されたか否かを判定し、異常状態が解消されたと判定された場合に、前記ガイドベーンを全閉にして水車を停止させ、異常状態が継続していると判定された場合に、前記ガイドベーンを前記無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させることを特徴としている。

このような構成においては、ブリッジ回路からの出力に基づき異常状態が検知された場合に、ガイドベーンが無負荷開度付近まで一旦開とされるので、例えば、ガイドベーン間に挟まっている異物を下流に流して異常状態が解消することを期待できる。そして、一旦開とした後に、ホイーストンブリッジ回路から出力される検出信号に基づき異常状態が解消されたと判定された場合には、ガイドベーンを全閉にして水車を停止させ、異常状態が未だ継続していると判定された場合には、ガイドベーンを無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させることで、弱点ピンの折損を防ぐことが可能となる。この場合，水車への水の流入を遮断する能力を持つ入口弁またはゲート等の設備を付属しているものとする。

尚、以上の水車保護処理は、水車運転中に前記ブリッジ回路からの信号に基づき異常が検出された場合のみならず、手動による水車の強制停止指令が出された場合にも行うようにすることで、強制停止指令時において異物がガイドベーン間に挟まった場合においても、これを除去することが期待でき、また、除去できない場合でもガイドベーンや弱点ピンが破損する不都合を回避することが可能となる。

以上述べたように、本発明に係る水力発電用水車のガイドベーン状態監視装置によれば、隣り合うガイドベーンアーム又はこれに追従する部材の所定位置間のそれぞれに架設されたセンサ治具に距離変化に感応してインピーダンス変化を生ぜしめる検知センサを設け、選択された少なくとも２つの検知センサを直列接続してなる第１の直列回路と、この第１の直列回路を構成する検知センサ以外の中から選択された少なくとも２つの検知センサを直列接続してなる第２の直列回路とを並列に接続すると共に、これら直列回路の中間点相互間を出力端子とするブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路の出力に基づきガイドベーンの異常を検出するようにしたので、ブリッジ回路の出力をモニタリングすることで、水力発電用水車のガイドベーンについての状態を的確に監視することができ、また、早期に異常を検知して対応することが可能となる。

また、センサ治具を、ガイドベーンアームを固定するガイドベーン押え板に取り付けられた第１のセンサ治具と、隣り合うガイドベーン押え板に取り付けられた第１のセンサ治具間に架設された第２のセンサ治具とから構成し、検知センサを第２のセンサ治具に設ける構成とすることで、ガイドベーン押え板を取り換えることで、既存のガイドベーンに対して後付けすることが可能となり、大掛かりな設備の変更が不要となる。

また、第１の直列回路を構成する検知センサと、第２の直列回路を構成する検知センサとを、ガイドリングの中心に対して点対称の位置関係となるように選択すれば、動作環境の類似した検知センサ同士で状態監視を行うことが可能となり、状態監視をより正確に行うことが可能となる。

さらに、ブリッジ回路からの出力に基づき異常が検知された場合に、ガイドベーンを無負荷開度付近まで一旦開とし、その後、ブリッジ回路からの出力に基づき異常状態が解消されたか否かを判定し、異常状態が解消されたと判定された場合に、ガイドベーンを全閉にして水車を停止させ、異常状態が継続していると判定された場合に、ガイドベーンを無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させるようにすれば、ガイドベーン間に挟まっている異物を下流に流して異常状態が解消することを期待でき、また、異常状態が継続していると判定された場合に、ガイドベーンを無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させるようにすることで、ガイドベーンや弱点ピンの破損を回避することが可能となる。

また、以上の水車保護処理を、水車運転中のみならず、手動によって水車の強制停止指令が出された場合にも行うようにすることで、強制停止指令時においても、ガイドベーン間に挟まった異物の除去を期待することができ、また、除去できない場合でもガイドベーンや弱点ピンが破損する不都合を回避することが可能となり、ガイドベーンやこれを駆動するガイドベーン開度調節機構を適切に保護することが可能となる。

図１は、本発明に係るガイドベーン状態監視装置に用いられるガイドベーン開度調節機構を示す平面図である。図２は、図１のガイドベーン開度調節機構の一部を拡大して示した図であり、（ａ）はガイドベーンが閉状態にある場合の図、（ｂ）はガイドベーンが開状態にある場合の図である。図３は、ガイドベーン開度調節機構のガイドベーンに設けられる各部材の詳細を示す断面図である。図４は、ガイドベーン開度調節機構を示す分解斜視図である。図５は、ガイドベーン押え板に設けられる第１のセンサ治具とこれに連結される第２のセンサ治具とを示す分解斜視図である。図６は、本発明に係るガイドベーン状態監視装置で用いられるブリッジ回路を備えた相互監視回路の例を示す図である。図７は、検知センサを４つのブロックに分けて、分けられたブロック毎にブリッジ回路を形成した例を示す図である。図８は、本発明に係る水車保護処理方法を示すフローチャートである。図９は、従来のガイドベーン開度調節機構を示す平面図である。図１０は、図９のガイドベーン開度調節機構の一部を拡大して示した図であり、（ａ）はガイドベーンが閉状態にある場合の図、（ｂ）はガイドベーンが開状態にある場合の図である。図１１（ａ）は、ガイドベーン開度調節機構のガイドベーンに設けられる各部材の詳細を示す断面図であり、図１１（ｂ）は、ガイドベーン開度調節機構を示す分解斜視図である。

以下、本発明に係る水力発電用水車のガイドベーン状態監視装置の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１乃至４において、水車のランナ上流側において主軸１３を中心としてその周囲に環状に配列されたガイドベーン１の水口開度を調節するためのガイドベーン開度調節機構２が示されている。
ガイドベーン開度調節機構２は、それぞれのガイドベーン１の羽根部１ｂと一体をなすガイドベーンスピンドル１ａを囲周するように配されたガイドリング３の回動力をリンク機構を介してガイドベーン１に伝達することで、ガイドベーン１の羽根部１ｂを開閉して水車内での流量を調整乃至遮断するようにしたもので、具体的には、サーボモータ４からの動きを伝達するコネクティングロッド５の先端部を操作リンクピン６を介してガイドリング３に連結し、ガイドリング３に固着された偏芯ピン７にメガネリンク８の一端部を連結し、メガネリンク８の他端部を弱点ピン９を介してガイドベーンアーム１０に連結し、このガイドベーンアーム１０を、ガイドベーンスピンドル１ａの上端面にボルト１２にて固定されたガイドベーン押え板１１を介してガイドベーンスピンドル１ａに固着させている。尚、この例においては、ガイドベーン１は、中心角２０度の間隔で１８枚設けられている。

サーボモータ４は、図示しない調速機からの指令によってコネクティングロッド５を往復動させるようにしているもので、ガイドリング３の両側に設けられ、１８０度の間隔でコネクティングロッド５を介してガイドリング３に接続され、このガイドリング３のコネクティングロッド５が接続された相対する２箇所を動力伝達部位としている。尚、この例においては、コネクティングロッド５が同方向からガイドリング３に連結され、サーボモータ４の駆動により一方のコネクティングロッド５の進退の動きは他方のコネクティングロッド５の進退の動きと逆になっている。

尚、Ｏは、主軸１３の中心であり、また、ガイドリング３の中心と一致している。また、１４は、ガイドベーン１のガイドベーンスピンドル１ａとガイドベーンアーム１０とを位置決め及び回り止めのためのガイドベーンキーであり、１５は、ガイドベーンキー１４を嵌合させるキー溝に螺合されてガイドベーンキー１４の抜けを防止するノックボルトであり、１６は、ガイドベーン押え板１１をガイドベーンアーム１０に固定する固定ボルトである。

したがって、サーボモータ４の駆動によりコネクティングロッド５が往復動すると、その直線駆動力が操作リンクピン６を介してガイドリング３に伝達され、ガイドリング３が主軸１３を中心として回動する。そして、このガイドリング３の円周方向の回動変位は、偏芯ピン７、メガネリンク８、弱点ピン９からなるリンク機構及びガイドベーンアーム１０を介してガイドベーンスピンドル１ａに伝達することで、ガイドベーン１の羽根部１ｂを一斉に揺動させて水口開度を可変させ、水車のランナ側へ流れる水流を制御（調整乃至遮断）できる構造となっている。

ところで、ガイドベーン１毎に取り付けられるガイドベーン押え板１１は、その延設部１１ａがガイドベーンアーム１０の延設方向に対して位相をずらして取り付けられ、また、延設部１１ａがメガネリンク８と干渉しないように厚みが相対的に薄く形成されている。また、この延設部１１ａの先端部に第１のセンサ治具２０を取り付けるための治具取付用ピン１９がガイドベーンアーム１０と対峙する側とは反対側（図中、上方）に突出形成されている。この例において、治具取付用ピン１９は、その外周面に雄ネジが形成されてナット１８が螺合されるようになっており、この治具取付用ピン１９に第１のセンサ治具２０が回動自在に取り付けられている。

第１のセンサ治具２０は、図５にも示されるように、治具取付用ピン１９が僅かなクリアランスを介して挿通する円筒部２０ａと、この円筒部２０ａの両側から突設された一対のロッド部２０ｂとから構成され、隣り合う治具取付用ピン１９に取り付けられた第１のセンサ治具２０の互いに近接するロッド部２０ｂ同士は、その先端に螺合される間隙調整ボルト２１を介して第２のセンサ治具２２に連結されている。

第２のセンサ治具２２は、第１のセンサ治具２０の対峙するロッド部２０ｂ間を中継するよう軸心をロッド部２０ｂの軸心とほぼ一致させた円柱状に形成され、両端部に間隙調整ボルト２１と螺合する雄ネジが形成され、また、中間部に両側からの軸方向に作用する力によって感応する検知センサが設けられている。この検知センサは、第２のセンサ治具の軸方向に作用する荷重を容量変化として検出するコンデンサで構成されるものであっても、抵抗値変化として検出する抵抗ゲージ等で構成されるものであっても、軸方向に作用する荷重の大きさによってインピーダンスが変化する圧電素子であってもよく、例えば、特開２００９−３６７３３で示される歪センサ、特開２００７−３０４０１４のポジションセンサ、特開２００８−７０２１５のポジションセンサなどを利用することも可能である。そして、間隙調整ボルト２１によって第１のセンサ治具２０と第２のセンサ治具２２との間隙を調整することで、検知センサに作用する力が所定の状態に初期設定されており、検知センサ２３に両側から作用する力（引っ張り力又は圧縮力）が変化することで、インピーダンスが変化するようになっている。

したがって、隣り合うそれぞれのガイドベーン押え板１１間には、センサ治具（第１及び第２のセンサ治具２０，２２）が架設されており、第２のセンサ治具２２には、隣り合うガイドベーン押え板１１の治具取付用ピン１９間の距離変化に感応してインピーダンス変化を生ぜしめる検知センサ２３が設けられており、この検知センサの出力値を直接計測することによっても、この検知センサが取り付けられるガイドベーン押え板と一体に回動するガイドベーンの挙動が測定できるようになっている。

以上のように取り付けられた検知センサ２３を用いて、図６で示されるような、ガイドベーン１の異常を検出する相互監視回路が形成されている。具体的には、隣り合うガイドベーン押え板１１間に設けられた１８個の検知センサ２３の中から、選択された少なくとも２つの検知センサを直列接続して第１の直列回路を構成し、また、この第１の直列回路を構成する検知センサ以外の中から選択された少なくとも２つの検知センサを直列接続して第２の直列回路を構成し、これら第１の直列回路と第２の直列回路とを定電流を供給する定電流電源３０に対して並列に接続し、第１の直列回路と第２の直列回路とのそれぞれの中間点相互間を出力端子として不平衡時に不平衡電圧を出力するホイーストンブリッジ回路を構成している。そして、このホイーストンブリッジ回路の出力端子には、不平衡電圧が印加する主リレーコイル３１が設けられ、この主リレーコイル３１により動作する主リレー接点３２を従リレーコイル３３と共に電源Ｖｃｃして直列接続し、また、この従リレーコイル３３により動作する従リレー接点３４を電源Ｖｃｃ続し、従リレー接点３４の閉成により異常発生信号が発生するように構成されている。したがって、ブリッジ回路に不平衡電圧が発生すると、異常発生信号が出力されるようになっている。

このような相互監視回路は、選択される検知センサを異ならせて構成されるブリッジ回路毎に独立に形成されており、図１で示す例においては、１８個の検知センサを４つのブロックに分け、それぞれのブロック毎に異常検出の有無を判定するようにしている。

具体的には、図１に示されるように、ガイドベーンの番号を１〜１８と振った場合に、No.１のガイドベーンとNo.2のガイドベーンとの間に設けられる検知センサ２３をSe０１とし、No.2のガイドベーンとNo.3のガイドベーンとの間に設けられる検知センサ２３をSe０２とし、以後同様にして検知センサ２３に番号を振り、No.１８のガイドベーンとNo.１のガイドベーンとの間に設けられる検知センサ２３をSe１８とすると、ブロック１のホイーストンブリッジ回路は、Se０１、Se０９，Se１０，Se１８（第１の直列回路はSe０１とSe１８、第２の直列回路はSe９とSe１０）の４つの検知センサで構成され、ブロック２のホイーストンブリッジ回路は、Se０２、Se０８，Se１１，Se１７（第１の直列回路はSe０２とSe１７、第２の直列回路はSe８とSe１１）の４つの検知センサで構成され、ブロック３のホイーストンブリッジ回路は、Se０３、Se０７，Se１２，Se１６（第１の直列回路はSe０３とSe１６、第２の直列回路はSe７とSe１２）の４つの検知センサで構成され、ブロック４のホイーストンブリッジ回路は、Se０４、Se０５，Se０６，Se１３，Se１４，Se１５（第１の直列回路はSe０４とSe１４とSe１５、第２の直列回路はSe０５とSe０６とSe１３）の６つの検知センサで構成されるようになっている。これら各ブロックの検知センサは、第１の直列回路を構成する複数の検知センサと、第２の直列回路を構成する複数の検知センサとが、ガイドリング３の中心Ｏに対して点対称となるように選択されている。

即ち、ガイドリングの動力伝達部位からの距離が略等しく、動作環境が似ている検知センサ毎にブロックが構成されており、例えば、ブロック１においては、ガイドリング３の動力伝達部位（コネクティングロッド５が接続される部位）からの距離が遠く、動力伝達が遅いガードベーン間の検知センサ同士でブリッジ回路が構成され、ブロック４においては、ガイドリングの動力伝達部位からの距離が近く、動力伝達が早いガードベーン間の検知センサ同士でブリッジ回路が構成されている。

したがって、以上の構成において、隣り合うガイドベーンアーム１０に追従する部材であるガイドベーン押え板１１の先端部間に設けられた検知センサ２３の中から、動作環境が似ている検知センサを選択してブリッジ回路が構成されているので、それぞれのブリッジ回路の出力（相互監視回路からの異常発生信号の発生の有無）をモニタリングすることで、隣り合うガイドベーン１相互間の経時的な距離変化や、間隙のばらつき、開度特性のばらつきやガタの発生、ガイドベーンスピンドル１ａの傾斜等に起因するガイドベーン１の全閉状態不良を検知することが可能となる。
そして、異常発生信号の発生を検知した場合には、ブリッジ回路の出力変化を個別にオシロスコープ等で計測することで、ガイドベーン１の遅れや引っ掛かりなどの仔細な情報を把握することが可能となる。

また、ガイドベーン１のガイドベーンスピンドル１ａに取り付けられるガイドベーン押え板１１を改良し、このガイドベーン押え板１１に第１のセンサ治具２０を取り付け、隣り合うガイドベーン押え板１１に設けられた第１のセンサ治具２０間に第２のセンサ治具２２を設け、この第２のセンサ治具２２に距離変化に感応してインピーダンス変化を生ぜしめる検知センサ２３を設けるようにしたので、既設の水車のガイドベーン１に対してガイドベーン押え板１１を変更することで対応することが可能となり、センサ治具２０，２２や検知センサ２３の後付けが可能となり、大掛かりな設備の変更が不要となる。

また、上述の構成においては、第１の直列回路を構成する検知センサと、第２の直列回路を構成する検知センサとを、ガイドリング３の中心に対して点対称の位置となるように選択するようにしているので、動作環境の類似したもの同士でガイドベーン１の状態監視を行うことが可能となり、状態監視をより正確に行うことが可能となる。

図８において、上述したガイドベーン状態監視装置を用いた水車保護処理例がフローチャートとして示されている。ここで示される保護処理は、運転中に異常発生信号が出力された場合、及び、手動で水車停止が指令された場合に行われるもので、ガイドベーン１を駆動するサーボモータ４や、水車を電力系統と切り離す並列用遮断器、導水管の水車よりも上流側に設けられて導水管内への流水量を調節する入口弁、及びガイドベーンを起動、停止させる際に作動させる図示しない起動弁をコントロールユニットからの制御信号に基づき、図８で示すフローチャートに従って制御するもので、所定の制御プログラムを実行させることにより実行される。

コントロールユニットは、水車が運転中である場合に、図７で示すブリッジ回路それぞれについて形成された図６で示される相互監視回路から異常発生信号の出力の有無をモニタリングしており（ステップＳ１）、異常発生信号が出力されたと判定された場合には、水車停止指令を出力し（ステップＳ２）、ステップＳ４以降の水車停止処理を実行する。また、人為的に水車を停止させるために水車停止指令が意図的に出力された場合（ステップＳ３）においても、以下のステップＳ４以降の水車停止処理が行われる。

コントロールユニットは、水車停止指令を受けると、サーボモータ４を駆動させてガイドベーン（ＧＶ）を無負荷開度よりも小さい開度に設定する（ステップＳ４）。その後、水車を電力系統と切り離すために並列用遮断器を切り（ステップＳ５）、ガイドベーン１を閉じる閉指令を出力する（ステップＳ６）。

その後、各相互監視回路からの異常発生信号の出力の有無を判断し（ステップＳ７）、異常発生信号が出力されていないと判定された場合には、正常時に行う通常の停止制御を行うために、ガイドベーン１を全閉状態とし（ステップＳ８）、その後、起動弁を閉じて水車を停止する（ステップＳ９，Ｓ１０）。

これに対して、異常発生信号が出力されていると判定された場合（水車運転中に異常発生信号が出力された場合、又は、人為的な水車停止指令後に各相互監視回路から異常発生信号が出力された場合）には、入口弁を全閉にして導水管への流水を遮断し（ステップＳ１１）、その後、一旦ガイドベーン１を開とする開指令を出力し（ステップＳ１２）、ガイドベーンを無負荷開度に設定する（ステップＳ１３）。

そして、このようなガイドベーンの開動作により相互監視回路から異常発生信号の出力が解消したか否かを判定し（ステップＳ１４）、解消したと判定された場合には、ガイドベーンを閉にする閉指令を出力し（ステップＳ１５）、ガイドベーン１を全閉状態とし（ステップＳ１６）、その後、起動弁を閉じて水車を停止させる（ステップＳ９，Ｓ１０）。

また、ステップＳ１４において、相互監視回路からの異常発生信号の出力が依然としてある（異常発生信号の出力が解消されていない）と判定された場合には、ガイドベーンを無負荷開度に設定したまま、水車を停止させる（ステップＳ１０）。

したがって、以上のような停止動作処理によれば、相互監視回路から異常発生信号が出力された場合（ブリッジ回路から出力される検出信号に基づき異常が検知されて異常発生信号が出力された場合）に、ガイドベーン１を無負荷開度付近まで一旦開とし、その後、相互監視回路から出力される異常発生信号（ホイーストンブリッジ回路から出力される検出信号に基づき異常状態）が解消されたか否かを判定し、異常状態が解消されたと判定された場合に、ガイドベーン１を全閉にして水車を停止させ、異常状態が継続していると判定された場合に、ガイドベーン１を無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させるようにしているので、異常状態が検知された場合には、ガイドベーンを無負荷開度付近まで一旦開とすることで、例えば、ガイドベーン間に挟まっている異物を下流側に流して異常状態の原因を取り除くことが期待できる。また、異常状態が解消されずに継続していると判定された場合には、ガイドベーン１を無負荷開度付近まで開いた状態で水車が停止するので、ガイドベーン１や弱点ピン９の折損を防ぐことが可能となる。

さらに、以上の構成においては、水車運転中のみならず、手動による水車の強制停止指令が出された場合にも同様の停止動作処理が行われるので、強制停止指令時において異物がガイドベーン間に挟まった場合においても、これを除去することを期待でき、また、除去できない場合でもガイドベーン１や弱点ピン９が破損する不都合を回避することが可能となる。

尚、上述の構成においては、ガイドベーン押え板１１に第１のセンサ治具２０を取り付けた例を示したが、ガイドベーンアーム１０を改良し、このガイドベーンアーム１０に直接第１のセンサ治具２０を取り付けるようにしてもよい。また、各ブリッジ回路を構成する検知センサ２３の組み合わせも、上述の場合に限定されるものではなく、任意に組み合わせて相互監視回路を構成するようにしてもよい。

１ガイドベーン
１ａガイドベーンスピンドル
２ガイドベーン開度調節機構
３ガイドリング
８メガネリンク
９弱点ピン
１０ガイドベーンアーム
１１カイドベーン押え板
２０第１のセンサ治具
２２第２のセンサ治具
２３検知センサ

Claims

駆動装置の往復運動をガイドリング、リンク、及び弱点ピンを介してガイドベーンと一体に回動するガイドベーンアームに伝達するガイドベーン開度調節機構を備えた水力発電用水車のガイドベーン状態監視装置において、
隣り合うガイドベーンアーム又はこれに追従する部材の所定位置間のそれぞれにセンサ治具を架設し、このセンサ治具に前記所定位置間の距離変化に感応してインピーダンス変化を生ぜしめる検知センサを設け、
選択された少なくとも２つの検知センサを直列接続してなる第１の直列回路と、この第１の直列回路を構成する検知センサ以外の中から選択された少なくとも２つの検知センサを直列接続してなる第２の直列回路とを並列に接続すると共に、前記第１及び第２の直列回路の中間点相互間を出力端子とするブリッジ回路を構成し、
このブリッジ回路の出力に基づき前記ガイドベーンの異常を検出することを特徴とする水車ガイドベーンの状態監視装置。
前記ガイドベーンには、ガイドベーンスピンドルに前記ガイドベーンアームを固定するガイドベーン押え板が取り付けられ、前記センサ治具は、前記ガイドベーン押さ板に取り付けられた第１のセンサ治具と、隣り合うガイドベーン押え板に取り付けられた前記第１のセンサ治具間に架設された第２のセンサ治具とから構成され、前記検知センサは、前記第２のセンサ治具に設けられていることを特徴とする請求項１記載の水車ガイドベーンの状態監視装置。
前記ガイドリングの動力伝達部位が２箇所ある場合において、前記第１の直列回路を構成する複数の検知センサと、前記第２の直列回路を構成する複数の検知センサとは、前記ガイドリングの中心に対して点対称の位置に配置されていることを特徴とする請求項１記載の水車ガイドベーンの状態監視装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の水車ガイドベーンの状態監視装置を用いた水車保護処理方法にあって、
前記ブリッジ回路からの出力に基づき異常が検知された場合に、前記ガイドベーンを無負荷開度付近まで一旦開とし、
その後、前記ブリッジ回路からの出力に基づき異常状態が解消されたか否かを判定し、
異常状態が解消されたと判定された場合に、前記ガイドベーンを全閉にして水車を停止させ、異常状態が継続していると判定された場合に、前記ガイドベーンを前記無負荷開度付近まで開いた状態で水車を停止させることを特徴とする水車保護処理方法。
前記水車保護処理方法は、水車運転中に前記ブリッジ回路からの信号に基づき異常が検出された場合又は手動による水車の強制停止指令が出された場合に行われるものであることを特徴とする請求項４記載の異常検知保護処理方法。