JP6298207B1 - Hybrid servo system - Google Patents
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Abstract
【課題】大量の圧油を高速に供給し、かつガイドベーン急閉鎖後に調速制御を行うハイブリッドサーボシステムを提供する。【解決手段】調速制御装置が水車の回転速度に一定以上の速度偏差があることを検出し（Ｓ４０１）、ハイブリッドサーボシステムへ制御信号（閉指令）を出力し、ハイブリッドサーボユニットを閉方向に動作させるとともに（Ｓ４０２）、その速度偏差が所定の値以下か否か、あるいはガイドベーン開度が所定の値以下か否かを判定する（Ｓ４０３）。速度偏差が所定の値を超え、かつガイドベーン開度が所定の値を超え急閉鎖が必要な場合、アキュムレータによりガイドベーンを閉鎖する（Ｓ４０５）。速度偏差が一定以下と判定され（Ｓ４０３）、最大速度での閉鎖が必要無くなるとアキュムレータによる閉鎖を止め、ハイブリッドサーボユニットにて調速制御（開閉操作）を行う（Ｓ４０７）。【選択図】図６A hybrid servo system that supplies a large amount of pressure oil at high speed and performs speed control after a guide vane is suddenly closed is provided. A speed control device detects that the rotational speed of a water turbine has a certain speed deviation (S401), outputs a control signal (close command) to the hybrid servo system, and closes the hybrid servo unit in the closing direction. While operating (S402), it is determined whether the speed deviation is equal to or less than a predetermined value or whether the guide vane opening is equal to or less than a predetermined value (S403). If the speed deviation exceeds a predetermined value, and the guide vane opening exceeds a predetermined value and a quick closure is required, the guide vane is closed by the accumulator (S405). When it is determined that the speed deviation is below a certain level (S403) and the closing at the maximum speed is no longer necessary, the accumulator is stopped and the hybrid servo unit performs speed control (opening / closing operation) (S407). [Selection] Figure 6
Description
本発明は、水車発電機に流入する水量を調整する弁を制御する油圧サーボモータを駆動するハイブリッドサーボユニットおよびアキュムレータの複合操作による調速制御を行うハイブリッドサーボシステムに関する。 The present invention relates to a hybrid servo unit that drives a hydraulic servo motor that controls a valve that adjusts the amount of water flowing into a turbine generator, and a hybrid servo system that performs speed control by a combined operation of an accumulator.
（水力発電所の油圧サーボモータの設計概要）
水力発電所では、入口弁やガイドベーン（流量調整弁）操作のため、油圧サーボモータの適用が一般的である。油圧サーボモータ操作に必要な圧油は、従来より圧油装置（集油槽、圧油タンク、ポンプ、電動機、電磁弁等で構成）から給油される。近年では、メンテナンス性や設備信頼度の向上等を目的に装置の合理化が図られ、圧油装置、空気圧縮装置、空気タンク等の補機が不要で装置構成がシンプルであって油圧が高く、保守性に優れたハイブリッドサーボシステムが普及・拡大しており、従来の圧油装置に代わって必要な圧油を供給している。
(Hydraulic power plant hydraulic servo motor design overview)
In a hydroelectric power station, a hydraulic servo motor is generally used to operate an inlet valve and a guide vane (flow rate adjusting valve). Conventionally, the pressure oil necessary for the operation of the hydraulic servo motor is supplied from a pressure oil device (consisting of an oil collecting tank, a pressure oil tank, a pump, an electric motor, a solenoid valve, etc.). In recent years, the equipment has been streamlined for the purpose of improving maintainability and equipment reliability, etc., auxiliary equipment such as a pressure oil device, air compression device, air tank, etc. is unnecessary, the device configuration is simple, the hydraulic pressure is high, Hybrid servo systems with excellent maintainability are spreading and expanding, supplying necessary pressure oil instead of conventional pressure oil devices.
油圧サーボモータ容量（ピストン径、ストローク、油圧）は、圧油の供給方法の種類によらず、油圧サーボモータを設置する発電所の設計諸元（落差、流量）と水車特性（型式、速度変動率、等価閉鎖時間）などからほぼ一義的に決定される。 The hydraulic servo motor capacity (piston diameter, stroke, hydraulic pressure), regardless of the type of pressure oil supply method, design specifications (head, flow rate) and turbine characteristics (model, speed fluctuation) of the power plant where the hydraulic servo motor is installed Rate, equivalent closing time) and the like.
高落差・大流量・短等価閉鎖時間の水車になればなるほど、油圧サーボモータはより大きな操作力と多量の油を必要とするため、そのような圧油を供給する圧油装置も大容量化しなければならない。圧油装置の容量は、油圧サーボモータの容量とガイドベーン操作に必要な単位時間当たりの最大油量とによって決まる。 The higher the head, the higher the flow rate, and the shorter the equivalent closing time, the greater the hydraulic servomotor requires more operating force and a larger amount of oil. There must be. The capacity of the pressure oil device is determined by the capacity of the hydraulic servo motor and the maximum amount of oil per unit time required for guide vane operation.
一般的に水力発電所のガイドベーン（流量調整弁）は、下表に示すように、その目的に応じて主に３つの操作方法がある。 Generally, as shown in the table below, there are mainly three operation methods for a guide vane (flow rate adjusting valve) of a hydroelectric power plant depending on its purpose.
油圧サーボモータへ圧油を供給する装置容量（圧油装置、ハイブリッドサーボシステム）は、最も過酷な（２）事故停止操作および（３）負荷遮断時の調速制御操作ができるように設計される。 The device capacity (pressure oil device, hybrid servo system) that supplies pressure oil to the hydraulic servo motor is designed to perform the most severe (2) accident stop operation and (3) speed control operation at load interruption .
（２）事故停止操作は、事故発生により水車発電機を緊急停止する必要がある場合にガイドベーンを装置の設計最大速度で閉操作（以下、「急閉鎖」という）するものである。図１に、事故停止操作時のガイドベーンストロークおよび水車の回転速度を示すオシロ波形の例を示す。（２）事故停止操作により、ガイドベーンを急速に閉鎖し、ガイドベーンが全閉した状態を維持することにより水が断たれるため、水車発電機は停止に向かう。 (2) Accident stop operation is to close the guide vane at the design maximum speed of the device (hereinafter referred to as “rapid closure”) when the turbine generator needs to be stopped urgently due to the occurrence of an accident. In FIG. 1, the example of the oscilloscope waveform which shows the guide vane stroke at the time of accident stop operation and the rotational speed of a water turbine is shown. (2) Since the guide vane is rapidly closed by the accident stop operation and the water is cut off by maintaining the state where the guide vane is fully closed, the turbine generator is stopped.
（３）負荷遮断時の調速制御操作は、当該発電所以外の場所で発生した事故の影響により負荷遮断が起こって発電機が単独運転となり、周波数（＝水車発電機の回転速度）が上昇（又は低下）した場合に、水車発電機の回転速度の偏差信号に応じて調速機にてガイドベーンを急速（あるいは低速）に開閉操作して水車発電機を定格回転速度に調速制御する（以下、「調速制御」という）ことで運転を継続させる操作である。 (3) The speed control operation when the load is interrupted causes the load to be interrupted due to an accident that occurred outside the power plant, causing the generator to operate alone, and the frequency (= turbine generator speed) increases. (or decrease) the when controls governing the rated rotational speed water turbine generator with guide vanes at governor rapidly (or slow) the opening and closing operation depending on the deviation signal of the rotational speed of the water turbine generator (Hereinafter referred to as “speed control”) is an operation for continuing the operation.
図２に、負荷遮断により速度上昇が発生した場合の調速制御操作時のガイドベーンストロークおよび水車発電機の回転速度を示すオシロ波形の例を示す。負荷が遮断され、行き場を失った水のエネルギーにより水車発電機の回転速度が上昇を示すと、（３）負荷遮断時の調速制御操作により、水車発電機の回転速度を落とすため設計最大速度でガイドベーンが閉められる（急閉鎖）。回転速度が低下してくると、定格回転速度（２００ｍｉｎ-1）に調整するため、ガイドベーンの開閉を行う（調速制御）。 FIG. 2 shows an example of an oscilloscope waveform indicating the guide vane stroke and the rotational speed of the turbine generator when the speed increase control operation is performed due to load interruption. When the rotation speed of the turbine generator rises due to the energy of the water that has lost its place and the load is lost, (3) the maximum design speed to reduce the rotation speed of the turbine generator by the speed control operation when the load is interrupted The guide vane is closed (rapid closure). When the rotational speed decreases, the guide vanes are opened and closed to adjust the rated rotational speed (200 min −1 ) (speed control).
負荷遮断時に水車の回転速度が上昇した時に、速度偏差が大きな場合は（３）負荷遮断時の調速制御操作においても（２）事故停止操作と同じ操作速度（急閉鎖）が必要とされるが、速度偏差が小さくなるとガイドベーンの開閉という双方向の操作（調速制御）を行う必要がある。 If the speed deviation is large when the rotational speed of the water wheel increases when the load is interrupted, (3) Even in the speed control operation when the load is interrupted, (2) the same operation speed (rapid closing) as the accident stop operation is required. However, when the speed deviation becomes small, it is necessary to perform a bidirectional operation (speed control) of opening and closing the guide vanes.
従来、ハイブリッドサーボシステムが故障した場合のバックアップ回路としてアキュムレータが設けられる場合がある。アキュムレータは（２）事故停止操作が可能な最低限の圧油を密閉された容器内に蓄圧し、事故発生時にはこれを使用して油圧サーボモータを閉操作（急閉鎖）し、水車を停止させることができる。 Conventionally, an accumulator may be provided as a backup circuit when a hybrid servo system fails. The accumulator (2) accumulates the minimum amount of pressure oil that can be used to stop the accident in a sealed container. When an accident occurs, the accumulator is used to close the hydraulic servo motor (quickly close) to stop the turbine. be able to.
一方で、アキュムレータは単純な閉操作などの単一方向の操作しかできず、開閉操作などの双方向の操作が必要な（１）通常操作や（３）負荷遮断時の調速制御操作には適用できない。そのためこれらの操作には双方向の操作が可能なハイブリッドサーボシステムが用いられている。 On the other hand, accumulators can only be operated in a single direction such as a simple closing operation, and bidirectional operations such as opening and closing operations are required. (1) Normal operation and (3) Speed control operation during load interruption Not applicable. Therefore, a hybrid servo system capable of bidirectional operation is used for these operations.
ハイブリッドサーボシステムは、圧油タンクがなく、必要な油圧はその都度可逆ピストンポンプから供給するので、その瞬間に必要な圧油よりも圧油ポンプの最大吐出量が大きくなくてはならない。そのため従来のハイブリッドサーボシステムでは、油圧サーボモータが大容量化すると、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、その油圧サーボモータの最大出力時に必要な油圧エネルギーに合わせて圧油ポンプおよび電動機を大容量化し、ポンプ吐出量を大きくする必要がある。 The hybrid servo system does not have a pressure oil tank, and the required oil pressure is supplied from the reversible piston pump each time. Therefore, the maximum discharge amount of the pressure oil pump must be larger than the pressure oil required at that moment. Therefore, in the conventional hybrid servo system, when the capacity of the hydraulic servo motor is increased, as shown in FIGS. 3A to 3C, the pressure oil pump and the hydraulic oil pump are adjusted in accordance with the hydraulic energy required at the maximum output of the hydraulic servo motor. It is necessary to increase the capacity of the electric motor and increase the pump discharge amount.
しかし、ハイブリッドサーボシステムにおいては、電動機制御のアンプユニット容量の制約から、単機ハイブリッドサーボユニットの大型化には上限がある。そのため、油圧サーボモータの容量がハイブリッドサーボユニット単機容量の上限を超える場合は、ハイブリッドサーボユニット台数を増やさなければならないという課題があった。 However, in a hybrid servo system, there is an upper limit to the increase in size of a single-unit hybrid servo unit due to the limitation of the amplifier unit capacity for motor control. Therefore, when the capacity of the hydraulic servo motor exceeds the upper limit of the single capacity of the hybrid servo unit, there is a problem that the number of hybrid servo units must be increased.
図４に、ハイブリッドサーボユニットを２台用いたハイブリッドサーボシステム２００の構成を示す。このハイブリッドサーボシステム２００は、並列接続されたハイブリッドサーボユニット２１０−１、２１０−２によって油圧サーボモータ１０４を駆動することにより、ケーシング１０１に格納された水車ランナ１０２を囲むように設置された流量調整用のガイドベーン１０３の開閉操作を行うことができる。ガイドベーン１０３の開閉操作は、電動機２１４−１、２１４−２で可逆ピストンポンプ２１３−１、２１３−２を駆動して複動型シリンダを備えた油圧サーボモータ１０４に圧油を供給することで、ガイドリング１０５を介して行われる。 FIG. 4 shows a configuration of a hybrid servo system 200 using two hybrid servo units. In this hybrid servo system 200, the hydraulic servo motor 104 is driven by the hybrid servo units 210-1 and 210-2 connected in parallel to adjust the flow rate so as to surround the turbine runner 102 stored in the casing 101. The opening and closing operation of the guide vane 103 can be performed. The guide vane 103 is opened and closed by driving the reversible piston pumps 213-1 and 213-2 with the electric motors 214-1 and 214-2 and supplying pressure oil to the hydraulic servo motor 104 having a double-acting cylinder. This is performed through the guide ring 105.
ガイドベーン１０３を開閉操作するには、電磁弁２１５ａ〜２１５ｄのソレノイドを励磁して油圧回路を開き、電磁弁２１５ｅのソレノイドを励磁して油圧回路を閉じ、可逆ピストンポンプ２１３−１、２１３−２を開方向または閉方向に回転させることにより、油圧サーボモータ１０４の閉側から開側にまたは開側から閉側に送油する。油圧サーボモータ１０４と可逆ピストンポンプ２１３−１、２１３−２とを接続する油圧回路内の油量は、集油槽２１１との間でシャトル弁２１２−１、２１２−２を介して調整する。 To open and close the guide vane 103, the solenoids of the solenoid valves 215a to 215d are excited to open the hydraulic circuit, the solenoid of the solenoid valve 215e is excited to close the hydraulic circuit, and the reversible piston pumps 213-1 and 213-2 Is rotated in the opening direction or the closing direction to feed oil from the closing side of the hydraulic servo motor 104 to the opening side or from the opening side to the closing side. The amount of oil in the hydraulic circuit connecting the hydraulic servo motor 104 and the reversible piston pumps 213-1 and 213-2 is adjusted between the oil collecting tank 211 and the shuttle valves 212-1 and 212-2.
ハイブリッドサーボユニット台数の増加は補機点数を増やし、システムを複雑化させることとなり、設備を合理化しコスト競争力ある水力発電所を目指す上で、経済性・保守性を悪くし、また設備信頼度を低下させる要因となっていた。 Increasing the number of hybrid servo units will increase the number of auxiliary machines and complicate the system. In aiming for a hydroelectric power plant that is rationalized and cost competitive, the economy and maintainability deteriorate, and the facility reliability It was a factor to lower.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アキュムレータとハイブリッドサーボモータを複合操作することで、ハイブリッドサーボユニット容量又は台数の増加を伴わずに、必要とされる大量の圧油を高速に供給することが可能なハイブリッドサーボユニットおよびアキュムレータの複合操作による調速制御を行うハイブリッドサーボシステムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and the object of the present invention is to perform a combined operation of an accumulator and a hybrid servo motor, without requiring an increase in the capacity or number of hybrid servo units. An object of the present invention is to provide a hybrid servo system capable of supplying a large amount of pressurized oil at a high speed and a hybrid servo system that performs speed control by a combined operation of an accumulator.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様は、水車発電機のガイドベーンの開閉を行う油圧サーボモータを、ポンプを駆動源とするハイブリッドサーボユニットおよびアキュムレータで駆動するハイブリッドサーボシステムであって、前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値よりも大きく、かつガイドベーン開度が所定の値よりも大きくなったとき、前記油圧サーボモータと前記ハイブリッドサーボユニットとを接続する第１の油圧回路上に配置された第１の弁を閉じ、前記油圧サーボモータと前記アキュムレータとを接続する第２の油圧回路上に配置された第２の弁を開き、前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作を行い、前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値以下又は前記水車発電機のガイドベーン開度が所定の値以下となったとき、前記第２の弁を閉じ、前記アキュムレータを用いた前記ガイドベーンの閉操作を止め、前記第１の弁を開き、前記ハイブリッドサーボユニットにより前記油圧サーボモータを駆動して開閉操作を行って前記水車発電機の調速制御を行うことを特徴とする。 In order to solve the above problems, one aspect of the present invention, a hydraulic servo motor for opening and closing the guide vanes of the water turbine generator in a hybrid servo system for driving a hybrid servo unit and the accumulator to the pump as a driving source When the rotational speed deviation of the water turbine generator is larger than a predetermined value and the guide vane opening is larger than a predetermined value, the first hydraulic servo motor and the hybrid servo unit are connected. The first valve disposed on the hydraulic circuit is closed, the second valve disposed on the second hydraulic circuit connecting the hydraulic servomotor and the accumulator is opened, and the hydraulic servomotor is opened by the accumulator. The guide vane is closed by driving, and the rotational speed deviation of the turbine generator is below a predetermined value or When the guide vane opening of the machine becomes equal to or less than a predetermined value, the second valve is closed, the guide vane closing operation using the accumulator is stopped, the first valve is opened, and the hybrid servo unit is opened. The hydraulic servo motor is driven to open and close to perform speed control of the turbine generator .
本発明の別の態様は、さらに前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作を行っている間、前記第１の弁は閉じられているが、調速制御装置からハイブリッドサーボシステムへの制御信号（閉指令）は従来のまま出力を継続させることにより、前記ハイブリッドサーボユニットにより逆止弁を備えた前記アキュムレータ充填用の油圧回路を経由して前記アキュムレータからの圧油の供給を補助し、前記アキュムレータ内の圧油の使用量を節約することを特徴とする。 In another aspect of the present invention , the first valve is closed while the hydraulic servo motor is driven by the accumulator to perform the closing operation of the guide vane. The control signal (close command) to the servo system is continuously output as before, so that the hybrid servo unit passes the accumulator filling hydraulic circuit provided with a check valve to the pressure oil from the accumulator. It is characterized by assisting the supply and saving the amount of pressure oil used in the accumulator .
本発明の別の態様は、さらに前記第１の弁および前記第２の弁が電磁弁であり、前記第１の弁は電磁弁のソレノイドを励磁することにより弁が開き、かつソレノイドの励磁を解くことにより弁が閉じ、前記第２の弁は前記電磁弁のソレノイドを励磁することにより弁が閉じ、かつソレノイドの励磁を解くことにより弁が開くことにより、操作電源が断となった場合に、自動的にアキュムレータの圧油を用いてガイドベーンを閉鎖することを特徴とする。 According to another aspect of the present invention , the first valve and the second valve are solenoid valves, and the first valve opens by energizing a solenoid of the solenoid valve, and energizes the solenoid. When the valve is closed by opening the valve, the valve is closed by exciting the solenoid of the solenoid valve, and the valve is opened by releasing the solenoid, and the operation power is cut off. The guide vane is automatically closed using the pressure oil of the accumulator .
本発明の別の態様は、さらに前記ポンプが可逆ピストンポンプであることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is characterized in that the pump is a reversible piston pump .
本発明は、アキュムレータとハイブリッドサーボユニットを複合操作することで、ハイブリッドサーボユニットの単機容量または台数、および場合によってはアキュムレータの容量または本数を増加させずに、高落差・大流量・短等価閉鎖時間の水力発電所に適用する油圧サーボモータの大容量化に伴い必要とされる大量の圧油を高速に供給することを可能とする。 The present invention provides a high head, large flow rate, short equivalent closing time without increasing the capacity or number of hybrid servo units and, in some cases, the capacity or number of accumulators, by combining the accumulator and hybrid servo unit. This makes it possible to supply a large amount of pressure oil required at a high speed with an increase in capacity of a hydraulic servo motor applied to a hydroelectric power station in the world.
大容量油圧サーボモータの負荷遮断時の調速制御（急閉鎖と開閉操作）に対して、従来、単一方向の単純な閉操作しかできないアキュムレータ３１７の適用は不可能であり、油圧サーボモータの容量に見合ったハイブリッドサーボユニット容量・台数が必要であったが、本発明では、小容量・単ユニットのハイブリッドサーボユニット３１０とアキュムレータ３１７を複合的に操作することで、従来と同様の調速制御を実現する。 Conventionally, it is impossible to apply the accumulator 317 that can only perform a simple closing operation in a single direction to the speed control (rapid closing and opening / closing operation) at the time of load interruption of a large capacity hydraulic servo motor. The capacity and the number of hybrid servo units corresponding to the capacity are required. However, in the present invention, the hybrid servo unit 310 and the accumulator 317 having a small capacity and a single unit are operated in combination, thereby controlling the speed control as in the conventional case. Is realized.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図５に、本発明の一実施形態に係る水車発電機用のアキュムレータ複合操作のハイブリッドシステムの構成を示す。図５は電源喪失時の状態を示し、ハイブリッドサーボシステムが故障した場合のアキュムレータによるガイドベーン急閉鎖時の状態と同じである。本発明のハイブリッドサーボシステム３００は、ケーシング１０１に格納された水車ランナ１０２を囲むように設置された流量調整用のガイドベーン１０３の急閉鎖および開閉操作を行うことができる。ガイドベーン１０３の開閉操作は、電動機３１４でポンプ３１３を駆動して複動型シリンダを備えた油圧サーボモータ１０４に圧油を供給することで、ガイドリング１０５を介して行われる。閉鎖機構としては、アキュムレータを用いることができる。ポンプ３１３は可逆ピストンポンプとすることで駆動源の構成を簡略化し、コンパクトにすることができる。 FIG. 5 shows the configuration of a hybrid system for accumulator combined operation for a water turbine generator according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a state when the power supply is lost, and is the same as the state when the guide vane is suddenly closed by the accumulator when the hybrid servo system fails. The hybrid servo system 300 of the present invention can perform a sudden closing and opening / closing operation of the flow rate adjusting guide vane 103 installed so as to surround the water turbine runner 102 stored in the casing 101. The opening / closing operation of the guide vane 103 is performed via the guide ring 105 by supplying the hydraulic oil to the hydraulic servo motor 104 having a double-acting cylinder by driving the pump 313 with the electric motor 314. An accumulator can be used as the closing mechanism. Since the pump 313 is a reversible piston pump, the configuration of the drive source can be simplified and made compact.
ガイドベーン１０３を開閉操作するには、弁３１５ａ、３１５ｂを開き、弁３１５ｄを閉じ、可逆ピストンポンプ３１３を開方向または閉方向に回転させることにより、油圧サーボモータ１０４の閉側から開側にまたは開側から閉側に送油する。油圧サーボモータ１０４と可逆ピストンポンプ３１３とを接続する油圧回路内の油量は、集油槽３１１との間でシャトル弁３１２を介して調整する。 To open and close the guide vane 103, the valves 315a and 315b are opened, the valve 315d is closed, and the reversible piston pump 313 is rotated in the opening direction or the closing direction, so that the hydraulic servomotor 104 is opened from the closed side. Or from the open side to the closed side. The amount of oil in the hydraulic circuit connecting the hydraulic servo motor 104 and the reversible piston pump 313 is adjusted between the oil collection tank 311 and the shuttle valve 312.
尚、油圧回路については、弁３１５ａ〜３１５ｄを電磁弁とし、ＮＣ（Ｎｏｒｍａｌ Ｃｌｏｓｅ、常時閉）の電磁弁３１５ａ・３１５ｂ、ＮＯ（Ｎｏｒｍａｌ Ｏｐｅｎ、常時開）の電磁弁３１５ｃ・３１５ｄ、および逆止弁３１６を図５のように配置することで、通常時の操作に加え、操作電源が断となった場合であっても、自動的に確実にアキュムレータ３１７の圧油を用いてガイドベーン１０３を閉鎖することを可能としている。 Incidentally, the hydraulic circuit, the valve 315a~315d a solenoid valve, NC (Normal Close, normally closed) solenoid valve 315a · 315 b of NO (Normal Open, Normally Open) solenoid valve 315c · 315d, and non-return By arranging the valve 316 as shown in FIG. 5, the guide vane 103 is automatically and reliably used by the pressure oil of the accumulator 317 even when the operation power supply is cut off in addition to the normal operation. It is possible to close it.
次に、各操作時の動作について説明する。ここで、ポンプ３１３は可逆ピストンポンプ、弁３１５ａ・３１５ｂがＮＣの電磁弁、３１５ｃ・３１５ｄがＮＯの電磁弁であるものとする。尚、電磁弁３１５ｃ・３１５ｄのソレノイドは、通常時は常に励磁し油圧回路を閉じておく。 Next, operations during each operation will be described. Here, it is assumed that the pump 313 is a reversible piston pump, the valves 315a and 315b are NC solenoid valves, and the 315c and 315d are NO solenoid valves. Incidentally, the solenoid of the solenoid valve 315 c · 315 d is kept normal always closes the energized hydraulic circuit.
電源故障等が発生した場合などの異常時は、全ての電磁弁３１５ａ〜３１５ｄのソレノイドの励磁が解け、図５の状態となる。これは、アキュムレータ３１７の圧油を油圧サーボモータ１０４閉側に送油し、油圧サーボモータ１０４の開側の圧油を集油槽３１１へ戻すことでガイドベーン１０３を閉操作する油圧回路が自然と構成されるようになっており、電源が無くなっても安全に水車を停止できる。 When an abnormality occurs such as when a power failure occurs, the solenoids of all the solenoid valves 315a to 315d are de-energized and the state shown in FIG. 5 is obtained. This is because the hydraulic circuit that closes the guide vane 103 by sending the pressure oil of the accumulator 317 to the hydraulic servo motor 104 closing side and returning the pressure oil on the opening side of the hydraulic servo motor 104 to the oil collecting tank 311 naturally. The water turbine can be safely stopped even if the power supply is lost.
ハイブリッドサーボユニット３１０の容量は、（１）通常操作に必要な容量で設計し、アキュムレータ３１７の容量は、（２）事故停止操作および（３）負荷遮断時の閉操作（急閉鎖）に必要な容量で設計する。 The capacity of the hybrid servo unit 310 is (1) designed with a capacity necessary for normal operation, and the capacity of the accumulator 317 is necessary for (2) an accident stop operation and (3) a closing operation at the time of load interruption (rapid closing). Design with capacity.
（負荷遮断時の調速制御操作）
図６に、本発明の一実施形態に係る水車発電機用のハイブリッドサーボユニット３１０およびアキュムレータ３１７の複合操作を用いた負荷遮断時の調速制御操作を説明するフローチャートを示す。調速制御装置が水車の定格回転速度と実際の回転速度に一定以上の速度偏差があることを検出し（Ｓ４０１）、負荷遮断による回転速度上昇を受け調速制御装置からハイブリッドサーボシステムへ制御信号（閉指令）が出力され、ハイブリッドサーボユニット３１０は閉方向に動作する（Ｓ４０２）。これと同時に水車の速度偏差が所定の値以下であり、あるいはガイドベーン開度が所定の値以下であるか否かを判定する（Ｓ４０３）。
(Control of speed control when load is interrupted)
FIG. 6 shows a flowchart for explaining the speed control operation at the time of load interruption using the combined operation of the hybrid servo unit 310 and the accumulator 317 for the turbine generator according to the embodiment of the present invention. The speed control device detects that there is a certain speed deviation between the rated rotational speed of the water turbine and the actual rotational speed (S401), and receives a control signal from the speed control device to the hybrid servo system in response to an increase in the rotational speed due to load interruption. (Closed command) is output, and the hybrid servo unit 310 operates in the closing direction (S402). At the same time, it is determined whether or not the speed deviation of the water turbine is equal to or smaller than a predetermined value or the guide vane opening is equal to or smaller than a predetermined value (S403).
速度偏差が所定の値を超えかつガイドベーン開度が所定の値を超え、急閉鎖が必要な場合、ハイブリッドサーボユニット用の電磁弁３１５ａ・３１５ｂのソレノイドの励磁を解き油圧回路を閉じ、アキュムレータ３１７用の電磁弁３１５ｃ・３１５ｄのソレノイドの励磁を解き油圧回路を開く（Ｓ４０４）。これにより、ガイドベーン１０３はアキュムレータ３１７により閉鎖される。またこの時も、調速制御装置からの制御信号（閉指令）は継続されているため（Ｓ４０２）、ハイブリッドサーボユニット３１０は閉方向に動作を続けるため、逆止弁３１６を備えたアキュムレータ充填用の油圧回路を経由しアキュムレータ３１７から油圧サーボモータ１０４への圧油の供給を補助する（Ｓ４０５）。これにより、アキュムレータ３１７の容量を小さくまたは本数を低減することが可能となる。 When the speed deviation exceeds a predetermined value, the guide vane opening exceeds a predetermined value, and sudden closing is necessary, the solenoids of the solenoid valves 315a and 315b for the hybrid servo unit are de-energized to close the hydraulic circuit and the accumulator 317. The solenoid of the solenoid valves 315c and 315d for use is de- energized and the hydraulic circuit is opened (S404). As a result, the guide vane 103 is closed by the accumulator 317. Also at this time, since the control signal (close command) from the speed control device is continued (S402), the hybrid servo unit 310 continues to operate in the closing direction, so that the accumulator equipped with the check valve 316 is charged. The supply of pressure oil from the accumulator 317 to the hydraulic servo motor 104 is assisted through the hydraulic circuit (S405). As a result, the capacity of the accumulator 317 can be reduced or the number thereof can be reduced.
その後、速度偏差が所定の値以下と判定され（Ｓ４０３）、あるいはガイドベーン開度が所定の値以下と判定され、最大速度での閉鎖が不要になると、ハイブリッドサーボユニット用の電磁弁３１５ａ・３１５ｂのソレノイドを励磁して油圧回路を開け、アキュムレータ３１７用の電磁弁３１５ｃ・３１５ｄのソレノイドを励磁し油圧回路を閉じる（Ｓ４０６）。これによりアキュムレータ３１７によるガイドベーン１０３の閉鎖を止め、ハイブリッドサーボユニット３１０にて調速制御（開閉操作）を行う（Ｓ４０７）。 Thereafter, when the speed deviation is determined to be equal to or less than a predetermined value (S403), or the guide vane opening is determined to be equal to or less than the predetermined value, and the closing at the maximum speed is not required, the solenoid valves 315a and 315b for the hybrid servo unit are used. The solenoid is excited to open the hydraulic circuit, and the solenoids of the solenoid valves 315c and 315d for the accumulator 317 are excited to close the hydraulic circuit (S406). Thereby, the closing of the guide vane 103 by the accumulator 317 is stopped, and the speed control (opening / closing operation) is performed by the hybrid servo unit 310 (S407).
このような複合操作により、高落差・大流量の発電所に適用される大容量の油圧サーボモータ１０４に対して、（１）通常操作を基に容量設計された小容量のハイブリッドサーボユニット３１０を用いて、（３）負荷遮断時の急閉鎖および調速制御が可能となる。尚、（２）事故停止操作は、アキュムレータ３１７にて急閉鎖を行うことができる。 With such a combined operation, (1) a small-capacity hybrid servo unit 310 designed for capacity based on normal operation is applied to a large-capacity hydraulic servo motor 104 applied to a high-head / high-flow power plant. (3) Rapid closing and speed control at the time of load interruption are possible. Note that (2) the accident stop operation can be suddenly closed by the accumulator 317.
このようにして本発明のアキュムレータ複合操作のハイブリッドシステムでは、高落差・大流量・短等価閉鎖時間の発電所に必要な大きな油圧サーボモータに対して、ハイブリッドサーボのユニット容量またはユニット台数を低減できる。 Thus, in the hybrid system of the accumulator combined operation according to the present invention, the unit capacity or the number of units of the hybrid servo can be reduced with respect to a large hydraulic servo motor necessary for a power plant having a high head, a large flow rate, and a short equivalent closing time. .
（２）事故停止操作には、従来と同様に、構造が単純で、可動部が少なくメンテナンスフリーであるアキュムレータ３１７にてガイドベーン閉操作を行うため、仮にハイブリッドサーボユニット３１０が故障しても確実な閉操作が可能である。 (2) The accident stop operation is the same as in the past, and the guide vane is closed by the accumulator 317, which has a simple structure and has few moving parts and is maintenance-free. Close operation is possible.
また、ハイブリッドサーボユニット台数は通常操作が行える台数あればよいので、大容量の油圧サーボモータを使用する場合もシンプル（小容量・少ユニット数）な装置にてシステムを構成できる。その結果、発電所の設備信頼度が向上するとともに、補機点数が減ることで保守コストを低減できる。 In addition, since the number of hybrid servo units is sufficient if normal operation is possible, even when a large capacity hydraulic servo motor is used, the system can be configured with a simple device (small capacity and small number of units). As a result, the facility reliability of the power plant is improved and the maintenance cost can be reduced by reducing the number of auxiliary machines.
これまで、高落差・大流量・短等価閉鎖時間の水力発電所の中には、配置スペースの関係から設置可能なハイブリッドサーボユニット数に制約があり、設置可能なハイブリッドサーボユニット数では要求される容量を確保することができず、ハイブリッドサーボを適用できなかったケースもあった。しかし、本発明のハイブリッドサーボシステムを使用することで、これまでハイブリッドサーボユニットを適用できなかった水力発電所に対してもハイブリッドシステムの採用が可能となる。 Until now, there are restrictions on the number of hybrid servo units that can be installed in some hydropower plants with high heads, large flow rates, and short equivalent closure times due to the layout space. In some cases, the capacity could not be secured and the hybrid servo could not be applied. However, by using the hybrid servo system of the present invention, it is possible to adopt the hybrid system even for a hydroelectric power plant to which a hybrid servo unit could not be applied so far.
このシステムは、メンテナンスフリーで物理的に故障が発生しにくいアキュムレータと、広く市場に普及している汎用品であって安価に短納期で入手可能な電磁弁のみで構成することができ、複雑な制御回路や操作盤等を要しない。そのため、障害発生時の復旧時間を非常に短くできる。さらに、水力発電所のオーバーホールや、操作機構部の更新工事に合わせて、事後的に本発明の応用が可能である。また、イニシャルコストを低減するのみならず、長期運用においてメンテナンスコストも低減できる。 This system is composed of only accumulators that are maintenance-free and less likely to cause physical failure, and solenoid valves that are widely used in the market and are available at low cost with short delivery times. No control circuit or operation panel is required. Therefore, the recovery time when a failure occurs can be very short. Furthermore, the present invention can be applied afterwards in accordance with an overhaul of a hydroelectric power plant or an update work of an operation mechanism section. Further, not only the initial cost can be reduced, but also the maintenance cost can be reduced in the long-term operation.
１０１ ケーシング
１０２ 水車ランナ
１０３ ガイドベーン
１０４ 油圧サーボモータ
１０５ ガイドリング
２００、３００ ハイブリッドサーボシステム
２１０−１、２１０−２、３１０ ハイブリッドサーボユニット
２１１、３１１ 集油槽
２１２−１、２１２−２、３１２ シャトル弁
２１３−１、２１３−２、３１３ 可逆ピストンポンプ
２１４−１、２１４−２、３１４ 電動機
２１５ａ〜２１５ｅ、３１５ａ〜３１５ｄ 電磁弁
３１６ 逆止弁
３１７ アキュムレータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Casing 102 Turbine runner 103 Guide vane 104 Hydraulic servo motor 105 Guide ring 200, 300 Hybrid servo system 210-1, 210-2, 310 Hybrid servo unit 211, 311 Oil collection tank 212-1, 212-2, 312 Shuttle valve 213 -1,213-2, 313 Reversible piston pump 214-1, 214-2, 314 Electric motors 215a to 215e, 315a to 315d Solenoid valve 316 Check valve 317 Accumulator
Claims (4)
前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値よりも大きく、かつガイドベーン開度が所定の値よりも大きくなったとき、前記油圧サーボモータと前記ハイブリッドサーボユニットとを接続する第１の油圧回路上に配置された第１の弁を閉じ、前記油圧サーボモータと前記アキュムレータとを接続する第２の油圧回路上に配置された第２の弁を開き、前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作を行い、
前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値以下又は前記水車発電機のガイドベーン開度が所定の値以下となったとき、前記第２の弁を閉じ、前記アキュムレータを用いた前記ガイドベーンの閉操作を止め、前記第１の弁を開き、前記ハイブリッドサーボユニットにより前記油圧サーボモータを駆動して開閉操作を行って前記水車発電機の調速制御を行うことを特徴とするハイブリッドサーボシステム。 The hydraulic servo motor for opening and closing the guide vanes of the water turbine generator, a hybrid servo system for driving a hybrid servo unit and the accumulator to the pump as a driving source,
A first hydraulic circuit that connects the hydraulic servo motor and the hybrid servo unit when the rotational speed deviation of the water turbine generator is larger than a predetermined value and the guide vane opening is larger than a predetermined value. The first valve disposed above is closed, the second valve disposed on the second hydraulic circuit connecting the hydraulic servo motor and the accumulator is opened, and the hydraulic servo motor is driven by the accumulator. To close the guide vane,
When the rotational speed deviation of the water turbine generator is below a predetermined value or when the guide vane opening of the water turbine generator is below a predetermined value, the second valve is closed, and the guide vane using the accumulator is closed. The hybrid servo system is characterized in that closing operation is stopped, the first valve is opened, and the hydraulic servo motor is driven by the hybrid servo unit to perform opening / closing operation to perform speed control of the turbine generator .
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