JP6330978B1

JP6330978B1 - 簡易取水口ゲート制御システム

Info

Publication number: JP6330978B1
Application number: JP2017566422A
Authority: JP
Inventors: 哲司横山; 幸雄上野
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: WO2019043818A1; JPWO2019043818A1

Abstract

発電機下限出力での運転期間を短縮することができる簡易取水口ゲート制御システムを提供する。通常運転時には取水路水位ＷＬが河川水位ＲＬと同じになるように全開位置まで上げられたかつ小規模水力発電用の水を河川１から取水路２に取り込むための簡易取水口ゲート３に使用するための簡易取水口ゲート制御システムは、河川１の増水により取水路水位ＷＬが危険水位ＤＬに達すると簡易取水口ゲート３を全閉位置まで下げたのち、一定時間Ｔ内に取水路水位ＷＬが危険水位ＤＬに達していないことを条件に簡易取水口ゲート３を一定開度刻みＩで上げていくことを繰り返して全開位置まで上げていくための制御部１０を備える。

Description

本発明は、小規模水力発電用の水を河川から取水路に取り込むための簡易取水口ゲートに使用するのに好適な簡易取水口ゲート制御システムに関する。

小規模水力発電所では、図４に示すように、小規模水力発電用の水を河川１から取水路２（上面が開口された横断面コの字状であるとともに高さが９５．５ｃｍ程度の水路）に取り入れるのに、簡易取水口ゲート３を用いている。

このような簡易取水口ゲート３は、取水量が少なく開閉制御が基本的に困難であることや費用対効果の点からリアルタイムできめ細かな開閉制御を行うことが難しいことから取水量を自動制御する取水量制御機構を備えておらず、通常運転時には全開位置（図４に実線で示すように簡易取水口ゲート３が完全に開かれた位置）まで上げられて、取水路水位ＷＬ（取水路２の水位）が河川水位ＲＬ（河川１の水位）と同じになるように運用されている。

ただし、河川１の増水による河川水位ＲＬの上昇に伴って取水路水位ＷＬが危険水位ＤＬ（上限水位）に達すると、超過取水を防止するために、簡易取水口ゲート３を全閉位置（図４に破線で示すように簡易取水口ゲート３が完全に閉まった位置）まで自動で下げて、発電機下限出力（例えば、１５０ｋＷ程度）で運転するようにしている。

そのため、小規模水力発電所では、制御部６が備えられており、取水路２に設けられた危険水位検出部７から危険水位検出信号Ｓ_Dが入力されると、制御部６が、簡易取水口ゲート３を全閉させるように指示する全閉指示信号Ｓ_Cをゲート駆動部４に出力し、ゲート駆動部４によって簡易取水口ゲート３を全閉位置まで自動で下げるようにしている。
なお、簡易取水口ゲート３が全閉されると、ゲート駆動部４はリミットスイッチ８からの動作停止指示信号Ｓ_Sによって動作を停止する。

また、制御部６は全閉位置まで下げた簡易取水口ゲート３を全開位置（元の運用位置）まで自動で戻す機能を有しないため、担当者は、月に１回程度の巡視で現地に出向いたときに簡易取水口ゲート３が全閉位置まで下がっていないかを確認し、簡易取水口ゲート３が全閉位置まで下がっていると操作部５（操作ハンドル）を用いてゲート駆動部４を操作して簡易取水口ゲート３を全開位置まで手動で上げるようにしている。

なお、本出願人は、下記の特許文献１において、危険水位検出手段によって取水ゲート全閉水位が検出された場合には駆動機構を作動させて取水ゲートを全閉させるとともに、制御水位検出手段によって取水ゲート開動水位または取水ゲート閉動水位が検出された場合には駆動機構を作動させて取水ゲートを所望量だけ開動作または閉動作させる制御部を備えた取水ゲート制御システムを提案している。

特開２０１３−９６１９０号公報

しかしながら、従来の簡易取水口ゲート３は、全閉位置まで下げられると担当者が月に１回程度の巡視時に手動で上げて全開位置まで戻しているため、巡視直後に制御部６によって全閉位置まで再び下げられると次回の巡視までの最大１ヶ月の間は発電機下限出力での運転になるという問題があった。

本発明の目的は、発電機下限出力での運転期間を短縮することができる簡易取水口ゲート制御システムを提供することにある。

本発明の簡易取水口ゲート制御システムは、通常運転時には取水路水位（ＷＬ）が河川水位（ＲＬ）と同じになるように全開位置まで上げられたかつ小規模水力発電用の水を河川（１）から取水路（２）に取り込むための簡易取水口ゲート（３）に使用するための簡易取水口ゲート制御システムであって、前記河川の増水により前記取水路水位が危険水位（ＤＬ）に達すると前記簡易取水口ゲートを全閉位置まで下げたのち、一定時間（Ｔ）内に該取水路水位が該危険水位に達したままであるか否かを監視するための制御部（１０）を具備し、前記制御部が、前記一定時間内に前記取水路水位が前記危険水位に達したままであると、次の一定時間内に該取水路水位が該危険水位に達したままであるか否かを監視することを繰り返し、前記一定時間内または前記次の一定時間内に前記取水路水位が前記危険水位よりも低くなると、前記簡易取水口ゲートを一定開度刻み（Ｉ）で上げていくことを繰り返して前記全開位置まで上げていくことを特徴とする。
ここで、前記簡易取水口ゲートを前記全開位置まで上げたり前記全閉位置まで下げたりするためのゲート駆動部（４）と、前記取水路に設けられた、かつ、前記取水路水位が前記危険水位に達しているか否かを検出するための危険水位検出部（７）とをさらに具備し、前記制御部が、前記取水路水位が前記危険水位に達していると前記危険水位検出部によって検出されると、前記簡易取水口ゲートを前記全閉位置まで下げるように前記ゲート駆動部に指示し、前記簡易取水口ゲートが前記ゲート駆動部によって前記全閉位置まで下げられると、前記一定時間内または前記次の一定時間内に前記取水路水位が前記危険水位に達していないことを条件に前記簡易取水口ゲートを前記一定開度刻みで上げていくように前記ゲート駆動部に指示することを繰り返してもよい。
前記危険水位検出部が、前記取水路水位が前記危険水位に達していることを検出すると危険水位検出信号（Ｓ_D）を前記制御部に出力し、前記制御部が、前記危険水位検出部から前記危険水位検出信号が入力されてこないか否かを監視する第１のステップ（Ｓ１１）と、前記危険水位検出信号が入力されると全閉指示信号（Ｓ_C）を前記ゲート駆動部に出力する第２のステップ（Ｓ１２）とを実行し、前記ゲート駆動部が、前記全閉指示信号が入力されると前記簡易取水口ゲートを前記全閉位置まで下げてもよい。
前記制御部が、前記全閉指示信号を前記ゲート駆動部に出力したのち、前記一定時間内に前記危険水位検出信号が入力されたままであるか否かを監視して、該一定時間内に該危険水位検出信号が入力されたままであると、前記次の一定時間内に前記危険水位検出信号が入力されたままであるか否かを監視することを繰り返す第３のステップ（Ｓ１３）を実行してもよい。
前記制御部が、前記一定時間内または前記次の一定時間内に前記危険水位検出信号が入力されてこなくなると、前記簡易取水口ゲートを前記一定開度刻みほど上げるように指示するゲート上げ指示信号（Ｓ_R）を前記ゲート駆動部に出力する第４のステップ（Ｓ１４）を実行してもよい。
前記制御部が、前記ゲート上げ指示信号を前記ゲート駆動部に出力すると、その後の一定時間内に前記危険水位検出信号が入力されてこないか否かを監視する第５のステップ（Ｓ１５）と、前記危険水位検出信号が入力されてこない限り、前記簡易取水口ゲートが前記全開位置まで上げられたか否かをチェックする第６のステップ（Ｓ１６）と、前記簡易取水口ゲートが前記全開位置まで上げられていないと前記第４のステップからの動作を繰り返す第７のステップとを実行してもよい。
前記制御部が、前記一定時間、前記次の一定時間および前記その後の一定時間を同じにして前記第３のステップからの動作を実行してもよい。
前記制御部が、前記一定時間、前記次の一定時間および前記その後の一定時間を変えて前記第３のステップからの動作を実行してもよい。
前記簡易取水口ゲートが前記全閉位置まで下げられたことを検出すると動作停止指示信号（Ｓ_S）を前記ゲート駆動部および前記制御部に出力するためのリミットスイッチ（８）さらに具備してもよい。
前記制御部が、前記全閉指示信号を前記ゲート駆動部に出力したのちではなく、前記リミットスイッチから前記動作停止指示信号が入力されると、前記第３のステップの動作を実行してもよい。

本発明の簡易取水口ゲート制御システムは、以下に示す効果を奏する。
（１）全閉位置まで下げられた簡易取水口ゲートを一定時間内に水路水位が危険水位に達していないことを条件に一定開度刻みで上げていくことができるため、次回の巡視まで簡易取水口ゲートを全閉させたままにしておくよりも発電機下限出力での運転期間を短縮することができる。
（２）発電機下限出力での運転期間を短縮できるため、小規模水力発電所における１年間の発電量を増加させることができる。

本発明の一実施例による簡易取水口ゲート制御システムについて説明するための図である。図１に示した制御部１０の動作について説明するためのフローチャートである。図１に示した簡易取水口ゲート制御システムの変形例について説明するための図である。従来の簡易取水口ゲート３の問題点について説明するための図である。

上記の目的を、全閉位置まで下げられた簡易取水口ゲートを一定時間内に取水路水位が危険水位に達していないことを条件に一定開度刻みで上げていくことを繰り返して全開位置まで上げていくことによりに実現した。

以下、本発明の簡易取水口ゲート制御システムの実施例について図面を参照して説明する。
本発明の簡易取水口ゲート制御システムは、簡易取水口ゲート３が全閉位置まで下げられると、一定時間Ｔ（例えば、２〜４８時間）内に取水路水位ＷＬが危険水位ＤＬに達していないかを監視して取水路水位ＷＬが危険水位ＤＬに達していないと簡易取水口ゲート３を一定開度刻みＩ（例えば、０．５ｃｍ）で上げていくことを繰り返して全開位置まで自動で上げていくことを特徴とする。

そのため、本発明の一実施例による簡易取水口ゲート制御システムは、図１に示すように、図４に示した制御部３の代わりに、全閉指示信号Ｓ_Cをゲート駆動部４に出力したのち、一定時間Ｔ内に危険水位検出部７から危険水位検出信号Ｓ_Dが入力されていないか否かを監視して危険水位検出信号Ｓ_Dが入力されていない限り簡易取水口ゲート３を一定開度刻みＩで上げるように指示するゲート上げ指示信号Ｓ_Rをゲート駆動部４に出力することを繰り返して、簡易取水口ゲート３を全開位置まで上げていくための制御部１０（一定時間Ｔを計測するためのタイマを内蔵する。）を具備する。

次に、制御部１０の動作について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。
なお、以下の説明では、一定時間Ｔ＝２時間とし、一定開度刻みＩ＝０．５ｃｍとし、簡易取水口ゲート３は１秒以内に０．５ｃｍほど上げられるものとする。

通常運転時には、制御部１０は危険水位検出部７から危険水位検出信号Ｓ_Dが入力されてこないかを監視している（ステップＳ１１）。

図１に示すように河川１の増水による河川水位ＲＬの上昇に伴って取水路水位ＷＬが危険水位ＤＬに達すると、危険水位検出信号Ｓ_Dが危険水位検出部７から入力されてくるため、制御部１０は全閉指示信号Ｓ_Cをゲート駆動部４に出力する（ステップＳ１２）。
その結果、簡易取水口ゲート３はゲート駆動部４によって全閉位置まで自動で下げられる。簡易取水口ゲート３が全閉されると、ゲート駆動部４はリミットスイッチ８からの動作停止指示信号Ｓ_Sによって動作を停止する。

制御部１０は、全閉指示信号Ｓ_Cをゲート駆動部４に出力すると、内蔵のタイマを起動させて、２時間（一定時間Ｔ）内に危険水位検出信号Ｓ_Dが危険水位検出部７から入力されたままであるか否かを監視する（ステップＳ１３）。

このとき、２時間が経過しても河川水位ＲＬが下がらずに取水路水位ＷＬが危険水位ＤＬに達したままであると、危険水位検出信号Ｓ_Dが危険水位検出部７から入力されたままであるため、制御部１０は、内蔵のタイマをリセットしたのちに再起動させて、次の２時間（全閉指示信号Ｓ_Cがゲート駆動部４に出力されてから４時間）内に危険水位検出信号Ｓ_Dが危険水位検出部７から入力されたままであるか否かを再び監視する（ステップＳ１３）。

その結果、河川水位ＲＬが下がって全閉指示信号Ｓ_Cをゲート駆動部４に出力してから４時間（次の２時間）内に取水路水位ＷＬが危険水位ＤＬよりも低くなると、危険水位検出信号Ｓ_Dが危険水位検出部７から入力されてこなくなるため、制御部１０は、簡易取水口ゲート３を０．５ｃｍ（一定開度刻みＩ）ほど上げるように指示するゲート上げ指示信号Ｓ_Rをゲート駆動部４に出力する（ステップＳ１４）。
これにより、簡易取水口ゲート３は、全閉指示信号Ｓ_Cがゲート駆動部４に出力されてから４時間経過後に０．５ｃｍほど自動で上げられる。

制御部１０は、ゲート上げ指示信号Ｓ_Rをゲート駆動部４に出力すると、内蔵のタイマをリセットしたのちに再起動させて、その後の２時間（全閉指示信号Ｓ_Cがゲート駆動部４に出力されてから６時間）内に危険水位検出信号Ｓ_Dが危険水位検出部７から入力されてこないか否かを監視する（ステップＳ１５）。

その結果、６時間（その後の２時間）内に危険水位検出信号Ｓ_Dが危険水位検出部７から入力されてこないと、制御部１０は、簡易取水口ゲート３が全開位置まで上げられたか否かをチェックする（ステップＳ１６）。
この時点では簡易取水口ゲート３は未だ全開位置まで上げられていないため、制御部１０は、簡易取水口ゲート３をもう０．５ｃｍほど上げるように指示するゲート上げ指示信号Ｓ_Rをゲート駆動部４に出力する（ステップＳ１４）。
これにより、簡易取水口ゲート３は、全閉指示信号Ｓ_Cがゲート駆動部４に出力されてから６時間経過後に１．０ｃｍほど自動で上げられる。

その後、危険水位検出信号Ｓ_Dが危険水位検出部７から入力されてこない限り、制御部１０は、簡易取水口ゲート３が全開位置まで上げられるまでステップＳ１５，Ｓ１６の動作を繰り返す。

一方、簡易取水口ゲート３を途中まで上げたのちに河川１が増水し河川水位ＲＬが上昇して取水路水位ＷＬが危険水位ＤＬに達すると、危険水位検出信号Ｓ_Dが危険水位検出部７から入力されてくるため、制御部１０は、全閉指示信号Ｓ_Cをゲート駆動部４に出力して（ステップＳ１５，Ｓ１２）、簡易取水口ゲート３をゲート駆動部４に全閉位置まで下げさせる。

その後、制御部１０は、ステップＳ１３〜Ｓ１６の動作を繰り返す。

以上説明したように、本実施例の簡易取水口ゲート制御システムでは、簡易取水口ゲート３を全開位置まで上げる途中で取水路水位ＷＬが危険水位ＤＬに達しない限り、全閉位置まで下げられた簡易取水口ゲート３を２時間毎に０．５ｃｍずつ自動で上げていくことができるため、取水路２に小規模水力発電用の水を徐々に流し入れられるので、次回の巡視まで簡易取水口ゲートを全閉させたままにしておいた場合に比べて発電機下限出力での運転期間を短縮することができる。

以上の説明では、一定時間Ｔを２時間と同じにしたが、簡易取水口ゲート３を全開位置まで上げる途中で河川１が再び増水する場合等を想定して、例えば最初は４８時間、次は１２時間、その後は６時間→４時間→２時間固定というように一定時間Ｔを変えていって、簡易取水口ゲート３を全開位置まで上げる途中で簡易取水口ゲート３が全閉位置まで再び下げられる可能性を小さくするようにしてもよい。

また、制御部１０は全閉指示信号Ｓ_Cをゲート駆動部４に出力すると簡易取水口ゲート３を上げる動作を開始したが、図３に示すように動作停止指示信号Ｓ_Sをリミットスイッチ８から制御部１０にも入力させて、動作停止指示信号Ｓ_Sが入力されると制御部１０が簡易取水口ゲート３を上げる動作を開始するようにしてもよい。

１河川
２取水路
３簡易取水口ゲート
４ゲート駆動部
５操作部
６，１０制御部
７危険水位検出部
８リミットスイッチ
Ｔ一定時間
Ｉ一定開度刻み
ＤＬ危険水位
ＲＬ河川水位
ＷＬ取水路水位
Ｓ_C 全閉指示信号
Ｓ_D 危険水位検出信号
Ｓ_R ゲート上げ指示信号
Ｓ_S 動作停止指示信号
Ｓ１１〜Ｓ１６ステップ

Claims

通常運転時には取水路水位（ＷＬ）が河川水位（ＲＬ）と同じになるように全開位置まで上げられたかつ小規模水力発電用の水を河川（１）から取水路（２）に取り込むための簡易取水口ゲート（３）に使用するための簡易取水口ゲート制御システムであって、
前記河川の増水により前記取水路水位が危険水位（ＤＬ）に達すると前記簡易取水口ゲートを全閉位置まで下げたのち、一定時間（Ｔ）内に該取水路水位が該危険水位に達したままであるか否かを監視するための制御部（１０）を具備し、
前記制御部が、
前記一定時間内に前記取水路水位が前記危険水位に達したままであると、次の一定時間内に該取水路水位が該危険水位に達したままであるか否かを監視することを繰り返し、
前記一定時間内または前記次の一定時間内に前記取水路水位が前記危険水位よりも低くなると、前記簡易取水口ゲートを一定開度刻み（Ｉ）で上げていくことを繰り返して前記全開位置まで上げていく、
ことを特徴とする、簡易取水口ゲート制御システム。
前記簡易取水口ゲートを前記全開位置まで上げたり前記全閉位置まで下げたりするためのゲート駆動部（４）と、
前記取水路に設けられた、かつ、前記取水路水位が前記危険水位に達しているか否かを検出するための危険水位検出部（７）とをさらに具備し、
前記制御部が、
前記取水路水位が前記危険水位に達していると前記危険水位検出部によって検出されると、前記簡易取水口ゲートを前記全閉位置まで下げるように前記ゲート駆動部に指示し、
前記簡易取水口ゲートが前記ゲート駆動部によって前記全閉位置まで下げられると、前記一定時間内または前記次の一定時間内に前記取水路水位が前記危険水位に達していないことを条件に前記簡易取水口ゲートを前記一定開度刻みで上げていくように前記ゲート駆動部に指示することを繰り返す、
ことを特徴とする、請求項１記載の簡易取水口ゲート制御システム。
前記危険水位検出部が、前記取水路水位が前記危険水位に達していることを検出すると危険水位検出信号（Ｓ_D）を前記制御部に出力し、
前記制御部が、
前記危険水位検出部から前記危険水位検出信号が入力されてこないか否かを監視する第１のステップ（Ｓ１１）と、
前記危険水位検出信号が入力されると全閉指示信号（Ｓ_C）を前記ゲート駆動部に出力する第２のステップ（Ｓ１２）とを実行し、
前記ゲート駆動部が、前記全閉指示信号が入力されると前記簡易取水口ゲートを前記全閉位置まで下げる、
ことを特徴とする、請求項２記載の簡易取水口ゲート制御システム。
前記制御部が、前記全閉指示信号を前記ゲート駆動部に出力したのち、前記一定時間内に前記危険水位検出信号が入力されたままであるか否かを監視して、該一定時間内に該危険水位検出信号が入力されたままであると、前記次の一定時間内に前記危険水位検出信号が入力されたままであるか否かを監視することを繰り返す第３のステップ（Ｓ１３）を実行することを特徴とする、請求項３記載の簡易取水口ゲート制御システム。
前記制御部が、前記一定時間内または前記次の一定時間内に前記危険水位検出信号が入力されてこなくなると、前記簡易取水口ゲートを前記一定開度刻みほど上げるように指示するゲート上げ指示信号（Ｓ_R）を前記ゲート駆動部に出力する第４のステップ（Ｓ１４）を実行することを特徴とする、請求項４記載の簡易取水口ゲート制御システム。
前記制御部が、
前記ゲート上げ指示信号を前記ゲート駆動部に出力すると、その後の一定時間内に前記危険水位検出信号が入力されてこないか否かを監視する第５のステップ（Ｓ１５）と、
前記危険水位検出信号が入力されてこない限り、前記簡易取水口ゲートが前記全開位置まで上げられたか否かをチェックする第６のステップ（Ｓ１６）と、
前記簡易取水口ゲートが前記全開位置まで上げられていないと前記第４のステップからの動作を繰り返す第７のステップと、
を実行することを特徴とする、請求項５記載の簡易取水口ゲート制御システム。
前記制御部が、前記一定時間、前記次の一定時間および前記その後の一定時間を同じにして前記第３のステップからの動作を実行することを特徴とする、請求項７記載の簡易取水口ゲート制御システム。
前記制御部が、前記一定時間、前記次の一定時間および前記その後の一定時間を変えて前記第３のステップからの動作を実行することを特徴とする、請求項７記載の簡易取水口ゲート制御システム。
前記簡易取水口ゲートが前記全閉位置まで下げられたことを検出すると動作停止指示信号（Ｓ_S）を前記ゲート駆動部および前記制御部に出力するためのリミットスイッチ（８）さらに具備することを特徴とする、請求項４乃至８いずれかに記載の簡易取水口ゲート制御システム。
前記制御部が、前記全閉指示信号を前記ゲート駆動部に出力したのちではなく、前記リミットスイッチから前記動作停止指示信号が入力されると、前記第３のステップの動作を実行することを特徴とする、請求項９記載の簡易取水口ゲート制御システム。