JPH034749B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は多段水力機械の運転制御方法に係り、
特に最高圧段部から最低圧段部までの各段部の流
路が返し流路によつて連絡され、かつ最高圧段部
と最低圧段部とに可動ガイドベーンを備えた多段
水力機械における定常運転時の負荷調整制御方法
に関する。

〔発明の技術的背景と問題点〕

一般に水力機械の運転制御は、ランナの外周に
備えたガイドベーンの開度を調節するかあるいは
うずケーシングの入口部に備えた入口弁を開閉調
節することによつて行われ、それによつてランナ
を流通する水流量を調節している。このような水
流量の調整は、最高圧段部から最低圧段部までの
各段部にランナを備え、各段部が返し流路によつ
て連絡されている多段水力機械においても適用さ
れる。この種の多段水力機械においては、各段部
のランナの外周に設けたガイドベーンの開度を制
御することによつて各段部の水流状態を制御する
方法が考えられるが、実際に各段部のランナの外
周にガイドベーンを設けて各段部のガイドベーン
に開閉操作機構を連結させることは構造上の制約
をうけて極めて困難である。

また、従来の多段水力機械の運転制御方法の内
には各段部のランナの外周に固定ベーンのみを設
けておき、水力機械の入口部に設けた入口弁の開
閉制御によつて水流量調整を行なうものもある
が、この方法は設計点から離れた小流量、大流量
時の多段水力機械の水力性能の低下が著しいとい
う問題がある。

このような入口弁制御方式による運転制御方法
の有する問題点の解決策として最高圧段部のみに
水口開度を調節できる可動ガイドベーンを設け、
この可動ガイドベーンによつて流量調整を行なう
方法も考えられるが、この方法においては小流量
運転時の振動、騒音、キヤビテーシヨン等が問題
となる。

ところで、最高圧段部および最低圧段部に水口
開度の調節ができる可動ガイドベーンを備えた多
段水力機械に対して定常運転時に負荷調整制御を
考えた場合には次のような問題を生ずる。すなわ
ち、単段の水力機械と比べて流路形状を含む構造
が複雑であつて可動ガイドベーンが２組あるうえ
に最高圧段部と最低圧段部の各可動ガイドベーン
を的確に開度調整する必要がある。そしてこれが
確実に行なわれない場合には、多段水力機械全体
に作用する落差を各段部のランナが分担する割合
（以下落差分担と称す）が各々異なつて不均一と
なるので、水力性能の低下を招いたり低圧側段部
の過大水圧上昇、振動、騒音、キヤビテーシヨン
などを伴い易い運転状態となつて問題となる。

しかるに、最高圧段部と最低圧段部に可動ガイ
ドベーンを備えた多段水力機械自体が技術的に未
開な分野が多いこともあつて運用上特に重要な定
常運転時の負荷調整制御を行なう場合に対する簡
便にして的確な運転制御方法が未だ提案されてい
ない。

〔発明の目的〕

そこで本発明の目的は、定常運転時に負荷調整
制御を行なう場合確実な可動ガイドベーンの開度
調節を行なうことにより的確な負荷調整制御が安
定した運転状態のもとに実施できるようにした多
段水力機械の運転制御方法を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、本発明は最高圧段部
から最低圧段部までの各段部にランナを備え、各
段部が返し流路によつて連絡され、かつ前記最高
圧段部と前記最低圧段部の各段部のランナの外周
に水口開度を調節できる可動ガイドベーンを設け
た多段水力機械の運転制御方法において；定常運
転時に負荷の調整制御を行う場合、最高圧段部ま
たは最低圧段部のいずれか一方の可動ガイドベー
ンに対して発電機出力の制御指令を伝えて開度制
御を行わしめる一方、他方の可動ガイドベーンに
は最低圧段ランナ出力と水車総合出力との出力比
もしくは最低圧段ランナ出力と最高圧段ランナ出
力との出力比あるいは出力差を制御指令として伝
えて同可動ガイドベーンの開度制御を行なわせる
ようにしたことを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下フランシス形２段ポンプ水車を例にとつて
本発明による多段水力機械の運転制御方法の一実
施例を図面を参照して説明する。

単一の水車主軸１の軸上には、高圧段ランナ２
と低圧段ランナ３とが軸方向の距離をおいて固着
されている。上記高圧段ランナ２は上カバー４お
よび下カバー５で包囲される一方、低圧段ランナ
３は返し流路構造物６と下カバー７とで包囲さ
れ、それぞれ高圧段ランナ室８および低圧段ラン
ナ室９を構成している。前記高圧段ランナ室８と
低圧段ランナ室９とは返し流路１０で連絡され、
流路上には返し羽根１１および水口開度を変えら
れる低圧段可動ガイドベーン１２が設けられてい
る。

また、高圧段ランナ室８の外側にはうず巻ケー
シング１３が配置され、そのうず室１４と上記高
圧段ランナ室８とを連通する流路中には水口開度
を変えられる高圧段可動ガイドベーン１５が設け
られている。さらに前記うず巻ケーシング１３の
入口は、図示しない入口弁を介して水圧鉄管に接
続され、水圧鉄管は上池に連絡している。

なお、前記低圧段ランナ室９には吸出管１６が
接続され、その下流側は図示しない放水路と接続
されて更に下池へ連絡している。

ところで、上記水車主軸１は、上部軸１Ａと中
間軸１Ｂと下部軸１Ｃとから構成されているが、
本発明によれば、最低圧段の出力を検出するため
に、上記中間軸１Ｂ内に歪トルク計１７が組込ま
れ、このトルク計１７からの電気信号は主軸内に
形成された貫通孔１８内を通されたケーブル１９
を介して外部の制御装置へ導出されるようになつ
ている。

次に上記した２段ポンプ水車に対して本発明に
よる運転制御方法を適用した場合の一実施例につ
いて説明する。

第２図および第３図は運転制御ブロツク構成図
を示したものであり、定常運転時に所与の運転落
差の下で負荷の調整制御を行う場合、要求出力と
その時実際に発電されている発電機出力を入力信
号としてガイドベーン制御装置２０に与え、例え
ば高圧段の可動ガイドベーン１５の開度を制御す
る。

具体的には、実際の発電出力が要求出力を上ま
わる時には高圧段の可動ガイドベーン１５を閉方
向に開度制御し、逆に実際の発電出力が要求出力
を下まわるものである時は可動ガイドベーン１５
を開方向に開度制御する。

このように高圧段の可動ガイドベーン１５の開
度を制御することにより、高圧段ランナ部および
低圧段ランナ部の落差分担が変化する。すなわ
ち、高圧段可動ガイドベーン１５の開度が低圧段
可動ガイドベーン１２の開度に比して大きくなれ
ば高圧段ランナ部の落差分担は低圧段ランナ部よ
りも相対的に減少し、逆に小さくなれば高圧段部
の落差分担は相対的に増加する。

一方、低圧段可動ガイドベーン１２の開度の制
御は、第３図に示すように、低圧段ランナ３と高
圧段ランナ２の中間軸１Ｂ内に組み込まれたトル
ク計１７からの信号を出力に換算して低圧段ラン
ナ出力を求めると共にその時点での発電機出力を
制御信号として演算検出装置２１に伝える。この
演算装置２１には、第４図に示したように、運転
負荷PGに対する発電機出力の関係があらかじめ
記憶されており、水車の総合出力を計算するとと
もに、水車総合出力PTに対する低圧段ランナ出
力PLの出力比PL／PTを計算し、この出力比
PL／PTが各段部において高性能運転が行える落
差分担となるようにあらかじめ設定した規定範囲
（第４図中ハツチングを示した範囲）に入る様に
制御指令をガイドベーン制御装置２０に伝え、低
圧段の不動ガイドベーン１２の開度を制御する。

このように主制御信号である発電機出力にて高
圧段あるいは低圧段いずれかの可動ガイドベーン
の開度制御を行ないながら他方では前記発電機出
力と発電機の出力へ効率動性より求められる水車
総合出力と水車主軸の中間軸内に組込まれたトル
ク計から求まる低圧段ランナ出力との出力比の制
御指令を他方の可動ガイドベーンに伝えてその開
度を制御することにより所定の負荷における運転
状態に至ることができる。

次に第５図を参照して本発明の他の実施例を説
明する。第５図は第１図と同一部分に同一符号を
付して示してあり、この例では高圧段ランナ２と
図示しない発電機とを接続する水車主軸１の上部
軸１Ａ内にもトルク計２０を設置し、これにより
直接水車総合出力を求め前記実施例と同様に低圧
段と高圧段の中間軸１Ｂ内に設けたトルク計１７
より得られる低圧段ランナ３の出力との出力比を
ガイドベーン制御装置に与えて発電機出力からの
主制御信号によつて制御される可動ガイドベーン
以外の他方の可動ガイドベーンを制御するように
したもので、この場合も前記実施例と同様の効果
を得ることができる。また、本実施例における演
算検出装置２１にて発電機出力あるいはトルク計
２０より求めた水車総合出力より低圧段ランナ出
力を引く演算を行うことにより高圧段ランナ出力
を求め、この高圧段出力と低圧段出力の出力比あ
るいは出力差を制御信号としてガイドベーン制御
装置２０に伝え発電機出力にて主制御される可動
ガイドベーン以外の他方の段の可動ガイドベーン
を制御しても同様の効果が得られる。第６図は運
転負荷PGに対する高圧段ランナ出力PHと低圧段
ランナ出力PLとの出力差の関係を示したもので
あり、この出力差PH−PLが各段部において高性
能運転が行える落差分担となるようにあらかじめ
設定した規定範囲に入るように制御指令をガイド
ベーン制御装置に伝える。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、定常運転時に負荷調整制御を行なう場合、一
方の段部の可動ガイドベーンの開度制御を行ない
ながら、同ガイドベーンの水口開度の変化に合せ
て他方の段部の可動ガイドベーンの開度制御を行
なうことが可能となるため、各段の落差分担率を
均等にすることが可能となり、各段ランナがその
時点での落差、出力に見合つた最高の運転状態に
て運転されることになり機械全体としても高性能
でかつ安定した信頼性の高い運転状態を維持する
ことが可能となり、常に上記２組の可動ガイドベ
ーン開度の組合せを水力性能上最適なものとして
選択できる。また各段部における落差分担を常に
制御することが可能であるため、キヤビテーシヨ
ンおよびランナ出口の旋回うずに対する条件が相
対的に最も厳しくなる最低圧段部において各段部
の落差分担比すなわち出力比の規定範囲を調整す
ることで不具合運転状態を回避することができ
る。このように本発明によれば、運用上特に重要
な定常運転時の負荷調整制御を行なう場合に問題
となる振動騒音キヤビテーシヨン異常な水圧変動
等を伴う不安定な運転状態を回避して常に高性能
運転を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するフランシス形２段ポ
ンプ水車を示した縦断面図、第２図および第３図
は定常運転時における運転制御の態様を示したブ
ロツク図、第４図は定常運転範囲における水車総
合出力と低圧段ランナ出力との出力比の規定範囲
を示した線図、第５図は他の実施例によるフラン
シス形２段ポンプ水車を示した縦断面図、第６図
は定常運転範囲における高圧段ランナ出力と低圧
段ランナ出力との出力差の規定範囲を示した関係
図である。 １……水車主軸、２……高圧段ランナ、３……
低圧段ランナ、１２……低圧段可動ガイドベー
ン、１５……高圧段可動ガイドベーン、１７……
歪トルク計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最高圧段部から最低圧段部までの各段部にラ
   ンナを備え、各段部が返し流路によつて連絡さ
   れ、かつ前記最高圧段部と前記最低圧段部の各段
   部のランナの外周に水口開度を調節できる可動ガ
   イドベーンを設けた多段水力機械の運転制御方法
   において；定常運転時に負荷の調整制御を行う場
   合、最高圧段部または最低圧段部のいずれか一方
   の可動ガイドベーンに対して発電機出力の制御指
   令を伝えて開度制御を行わしめる一方、他方の可
   動ガイドベーンには最低圧段ランナ出力と水車総
   合出力との出力比もしくは最低圧段ランナ出力と
   最高圧段ランナ出力との出力比あるいは出力差を
   制御指令として伝えて同可動ガイドベーンの開度
   制御を行なわせるようにしたことを特徴とする多
   段水力機械の運転制御方法。 ２ 発電機の出力−効率特性とその時点での発電
   機出力より水車総合出力を演算して求め、さらに
   発電機出力と最低圧段ランナ出力との出力比が規
   定範囲内に維持されるように各段の負荷制御を行
   なうようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の運転制御方法。 ３ 最高圧段ランナと発電機とを連絡する部分の
   主軸内に組込まれた歪式トルク計から水車総合出
   力を求め、この水車総合出力と最低圧段ランナ出
   力との出力比が規定範囲内に維持されるように各
   段の負荷調整制御を行なうようにしたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の運転制御方
   法。 ４ 水車総合出力より最低圧段ランナ出力を減じ
   て最高圧段ランナ出力を求め、この最高圧段ラン
   ナ出力と最低圧段ランナ出力の出力比あるいは出
   力差が規定範囲内に維持されるように各段の負荷
   調整制御を行なうようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の運転制御方法。