JPH0375755B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ポンプまたはポンプ水車（以下、単
にポンプという。）と直結して揚水運転を行なう
複数台の同期電動機を備えた揚水発電所のポンプ
起動運転方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

発電運転を行なう同期発電機と、揚水運転を行
なう複数台の同期電動機とを備えた揚水発電所に
おけるポンプの起動方法としては、第１図に例示
するように水車１に直結する同期発電機２と、ポ
ンプ３ａ，３ｂ，３ｃにそれぞれ直結する同期電
動機４ａ，４ｂ，４ｃとを開閉器５ａ〜５ｇを介
して電気的に結合し、各機に適当な励磁を与え、
発電機２が発生する電力を電働機４ａ〜４ｃに供
給して起動させ、回転速度を漸次増加させて定格
回転速度まで加速する同期起動方法が広く採用さ
れている。

第２図は、この同期起動時における水車の出力
Ａ、ガイドベーン開度Ｂ、回転数Ｃと、ポンプの
軸入力Ｄ、ガイドベーン開度Ｅおよび回転数Ｆを
示すもので、発電機および電動機はいずれも定格
回転速度に達する時点T₁までは電力系統から切
離されている。電動機４ａ〜４ｃが定格回転速度
に同期した後、開閉機５ｅ〜５ｋを操作して発電
機２と電動機４ａ〜４ｃを電力系統に並列投入
し、ポンプの排気充水の完了後ガイドベーンまた
は吐出弁を開閉してポンプを揚水運転させると共
に、発電機２に直結されている水車１の停止作業
を行なう。

〔背景技術の問題点〕

上述のように、従来の同期起動方式では、発電
機および電動機としての同期機はいずれも定格回
転速度に達するまでは電力系統に結合されていな
いので、その間、系統に動揺を与えることはない
が、揚水運転が開始されてからの電力は全て系統
から供給されることになるため、系統へ悪影響を
及ぼすおそれがある。即ち、ガイドベーン（また
は吐出弁）と開度に対するポンプの軸入力は第３
図に示すように非直線的に変化するため、ポンプ
のガイドベーンの開口制御時に電力系統に与える
動揺が大きく、系統に連なる各種電気機械設備へ
の悪影響が懸念される。

〔発明の目的〕

本発明は、上述した従来技術の欠点を除去し、
ポンプの起動から揚水運転までの間、電力系統に
殆んど影響を与えることがなく、安定性および信
頼性の高いポンプの起動運転方法を提供すること
を目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明のポンプ起動運転方式は、上述の目的を
達成するため、１台または複数台の水車直結形同
期発電機と複数台のポンプ連結形同期電動機とか
ら成る電力系統において、各電動機に直結するポ
ンプの給気水面押下げ後、これらの電働機を前記
電動機からの電力により同期起動させて各ポンプ
を空中で加速し、定格回転速度に達した後、、外
部の電力系統に並列し、前記各ポンプを排気後、
揚水運転に移行せざる間も、前記発電機が系統に
給電する電力と、前記各電動機が系統から受電す
る電力の相対差が規定範囲内になるように、前記
各電動機の入力変化に応じて前記水車のガイドベ
ーン開度制御を行ない、各ポンプが所定の揚水運
転状態で安定した後、前記水車のガイドベーンを
徐徐に閉じて電力系統から解列し、停止させるこ
とを主たる特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を地面を参照して説明す
る。

本発明を、第１図におけると同様に、１台の水
車直結形同期発電機２と、複数台のポンプ直結形
同期発動機４ａ，４ｂ，４ｃとを備えた揚水発電
所に適用する場合につき説明すると、ポンプ起動
に際しては、先ず、開閉器５ａ，５ｂ，５ｅを閉
路して発電機２と電動機４ａとを電気的に接続
し、この電動機に直結するポンプ３ａを、第４図
に示すように、給気により水面押下げしてランナ
を空中に露出させた後、水車１のガイドベーンを
開いて起動させ、この水車によつて駆動される発
電機２から電動機４ａに給電してこれに直結する
ポンプ３ａを同期起動させ、空中で次第に加速さ
せる。

ポンプ３ａが定格回転速度に達した時点（T₁）
で、開閉器５ｈ，５ｉを閉路させ、発電機２と電
動機４を外部の同一電力系統に並列する。しかる
後、空転中のポンプ３ａの排気充水を行ない、充
水が完了した時点（T₂）でガイドベーンまたは
吐出弁を開口して揚水運転へ移行させる。この
際、発電機２が電力系統に給電する発電運転出力
と、電動機４ａが電力系統から受電する揚水運転
入力の相対差が、第５図に示す規定範囲内におさ
まるように、水車１のガイドベーン解度を対応制
御させ、揚水運転状態への移行が完了し、動作が
安定した時点（T₃）で水車１のガイドベーン開
度を、第４図Ｂに示すように電力系統に対して悪
影響を及ぼさないように予め設定した緩速度にて
徐々に閉じ、ガイドベーンが無負荷相当解度に到
達したら、発電機２を電力系統から解別させ、停
止させる。

このようにして、最初の電動機４ａの揚水運転
への移行が完了すると、負荷状況に応じた適切な
タイミングで第２、第３の電動機４ｂ，４ｃを上
記と同様にして順次起動させ、揚水運転へ移行さ
せる。

以上の説明では、複数台の揚水用電動機を１台
ずつ起動させる例につき述べたが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、複数台の電動機を同
時に起動させるようにしてもよい。

第６図はこの場合の作動を例示するもので、電
動機４ａ，４ｂ，４ｃに直径したポンプは、時点
（T₁₀）において一斉に水面押下げされ、時点
（T₁₁）に起動する発電機２からの電力を受けて
空転を開始する。各ポンプが空中で加速されて定
格回転速度に到達すると、時点（T₁₂）におい
て、発電機２および各電動機４ａ〜４ｃは外部の
同一電力系統に並列される。

次いで、先ず１台の電動機４ａの直結ポンプが
排気され、揚水運転に移行する。この期間Ｐ中の
発電機２は、それが系統に給電する電力と、電動
機４ａ〜４ｃが系統から受電する電力とその相対
差が、第５図につき説明したと同様に、規定範囲
内におさまるようにガイドベーンの開度を対応制
御される。電動機４ａにより駆動されるポンプの
揚水運転状態への移行が終了すると、そのガイド
ベーンは適正開度に保たれる。このようにして電
動機４ａの揚水運転状態が安定すると、時点Ｔ１
３において、第２番目の電動機４ｂに直結したポ
ンプが、上記と同様にして、排気後、揚水運転へ
移行し、その安定後、時点T₁₄において、第３番
目の電動機４ｃの直結ポンプが排気後、揚水運転
へ移行する。

発電機２に直結した水車のガイドベーンは時点
T₁₃，T₁₄では規定の小開度に閉じられるが、そ
れらの時点以降、電動機４ａ，４ｂの直結ポンプ
揚水運転へ移行する間Ｐ、それぞれ発電機２の系
統への給電電力量と、電動機４ａ〜４ｃが系統か
ら受電する電力量の相対差が規定範囲内になるよ
うガイドベーン開度を対応制御される。

このようにして全ての電動機４ａ〜４ｃが揚水
運転への移行を完了すると、時点T₁₅以降、発電
機２は停止動作に入り、水車のガイドベーンは徐
閉し、発電機２は系統から解列された後、停止す
る。

第７図は、第４図および第６図につき述べた時
間Ｐにおける対応制御に際して使用される制御装
置の一例を示すもので、第１図の発電機２が電力
系統に供給する発電運転出力は出力検出装置１０
によつて検出され、また、電動機４ａ〜４ｃが電
力系統から受電する揚水運転総入力は入力検出装
置１１によつて検出される。

これらの検出装置１０，１１の検出信号は出力
制御装置１２に導かれて相対差を演算され、得ら
れた制御信号はガイドベーン制御装置１３に入力
される。このガイドベーン制御装置は、発電運転
出力と揚水運転総入力の相対差が、第５図に示す
ように、電力系統に影響を及ぼさないように予め
設定した規定範囲内におさまるよう、水車１のガ
イドベーン１４を開閉することによつて、電動機
４ａ〜４ｃの揚水運転への移行に伴う揚水運転入
力の変化に応じた対応制御を行なう。

第８図は複数台の水車直結形同期発電機２ａ，
２ｂ，２ｃと、複数台の揚水ポンプ直結形同期電
動機４ａ，４ｂ，４ｃを１台ずつ直列接続して組
合わせた揚水発電所の構成例を示す。

かかる構成の揚水発電所に本発明を適用する場
合には、第４図につき説明したと同様に、各電動
機４ａ〜４ｃに夫々直結するポンプ３ａ〜３ｃを
一斉に給気し、水面押下げして各ポンプのランナ
を空中に露出させると共に、各発電機２ａ〜２ｃ
に夫々直結する水車１ａ〜１ｃのガイドベーンを
一斉に開口させて各水車を起動させ、これらの水
車によつて駆動される各発電機２ａ〜２ｃの出力
を直列された電動機４ａ〜４ｃにて入力して同期
起動させる。

各ポンプ空中加速により定格回転速度に達する
と時点T₁において各発電機２ａ〜２ｃと各電動
機４ａ〜４ｃを外部の同一電力系統に並入する。

続いて、各ポンプ３ａ〜３ｃの排気充水を一斉
に行ない、充水が完了した時点T₂以降、各ポン
プのガイドベーンまたは吐出弁を徐々に開口して
夫々、揚水運転へ移行させると共に、各水車１ａ
〜１ｃにおいてもガイドベーンを徐々に開口さ
せ、各発電機２ａ〜２ｃが電力系統に給電する発
電運転総出力と、各電動機４ａ〜４ｃが電力系統
から受電する揚水運転総入力との相対差が、第５
図の規定範囲内となるように対応制御しながら、
各電動機４ａ〜４ｃを揚水運転状態に移行し、安
定させる。この対応制御に際しては、第７図につ
き説明したと同様に、出力検出装置１０によつて
検出される発電運転総出力と、入力検出装置１１
によつて検出される揚水運転総入力との相対差を
出力制御装置１２にインプツトして偏差演算を行
ない、その出力をガイドベーン制御装置１３に導
いてガイドベーン１４の開度を制御する。

この対応制御によつて、各電動機４ａ〜４ｃの
揚水運転状態が安定すると、各水車１ａ〜１ｃの
ガイドベーン開度を、電力系統に影響を及ぼさな
いよう予め設定した緩速度で一斉に徐々に閉じ、
第４図Ｂに示すように、無負荷相当開度に達した
ら各発電機を電力系統から解列させた後、停止さ
せる。

なお、以上の説明では１台または複数台の水車
直結形同期発電機と複数台のポンプ直結形同期電
動機が同一の揚水発電所内に設置されている場合
を例にして設明したが、これらの同期機は同一の
電力系統に連係されるものであれば別々の揚水発
電所に設置されていても本発明によつて対応制御
することができる。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明においては揚水発電所にお
ける複数台のポンプを起動運転する場合、各ポン
プを水面押下げによつて空転させ、同期起動で駆
動中の水車に直結する同期発電機さらの電力によ
つて前記各ポンプに直結された複数台の同期電動
機を駆動しながら、発電機と電動機を同一電力系
統に同時に並入するから、並入時には電力系統に
ほとんど影響を与えない。

また、各ポンプのガイドベーンまたは吐出弁を
開口して所定の揚水運転に至らせる過程において
も、各電動機が電力系統から受電する揚水運転入
力と１台または複数台の発電機が電力系統へ給電
する発電運転出力との相対差が規定範囲におさま
るよう制御しながら運転状態を移行させるように
したので、ポンプのガイドベーン開度とポンプ軸
入力とが第３図に示すように非直線的な入力開度
特性を有していても、各電動機の受電によつて電
力系統へ影響を及ぼすことは殆んどない。また、
上述の揚水運転入力と発電運転出力との相対差の
規定範囲を電力系統の状況に応じて調整すること
により、最適入力関係を選択しながらポンプ起動
を実施できるので、電力系統の特性を考慮した安
定な制御が可能である。

更には、揚水発電所の水路が、上池から１本の
鉄管で導かれ、ポンプの付近で栄岐て複数合のポ
ンプに接続して構成されている場合には、ポンプ
によつて揚水された水流が水車側に流れて循環す
るので、揚水運転移行中の過渡状態において、鉄
管やこれに取付けたサージタンクあるいは上池に
水流動揺を与えることがなくなり、安全な運転制
御が可能となる。

このように、本発明によれば、ポンプの起動お
よび揚水運転移行時に問題となつていたポンプ入
力が電力系統に及ぼす影響をほとんど回避でき、
安定性の高い系統運用が可能となる。

特に、上述のように、１台の水車で複数台のポ
ンプを起動する場合には、経済性が向上し、ま
た、１台の水車で複数台のポンプを一斉に空転起
動させてから１台ずつ揚水運転に移行させる場合
にはポンプを２台ずつ停止状態から空転および揚
水運転に移行させる場合に比べ、短時間で全台の
起動が可能になる。また、複数台の水車と複数台
のポンプを１対１に対応させて同期起動させる場
合にも全台の揚水運転への移行に要する時間を短
縮することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は台の水車直結形同期発電機と３台のポ
ンプ直結形同期電動機とを備えた揚水発電所の電
力系統接続図、第２図は従来の同期起動方式を説
明する動作線図、第３図はポンプの入力開度特性
図、第４図は本発明の実施例を示す動作線図、第
５図は本発明による揚水運転入力に対する入出力
相対差の規定範囲を例示するグラフ、第６図は本
発明の他の実施例を示す動作線図、第７図は本発
明において使用される制御装置のブロツク線図、
第８図は本発明の他の実施例を説明するための揚
水発電所の電力系統図である。 １，１ａ，１ｂ，１ｃ……水車、２，２ａ，２
ｂ，２ｃ……同期発電機、３ａ，３ｂ，３ｃ……
ポンプ、４ａ，４ｂ，４ｃ……同期電動機、５ａ
〜５ｋ……開閉器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水車直結形同期発電機と、ポンプまたはポン
   プ水車に直結した複数台の同期電動機とから成る
   電力系統において、前記電動機に直結したポンプ
   またはポンプ水車の水面押下げ後、前記発電機か
   らの電力により前記電動機を同期起動させて前記
   ポンプまたはポンプ水車を空中で加速し、これが
   定格回転速度に達した後、前記発電機と電動機を
   外部の同一電力系統に並入し、しかる後、前記ポ
   ンプまたはポンプ水車を排気して揚水運転に移行
   させる間、前記発電機が電力系統に給電する電力
   と、前記電動機が電力系統から受電する電力の相
   対差が予め設定した規定範囲内におさまるように
   前記電動機の入力変化に応じて前記水車のガイド
   ベーンの開度を対応制御し、前記ポンプまたはポ
   ンプ水車が所定の揚水運転状態で安定した後、前
   記水車のガイドベーンを徐々に閉じ、前記発電機
   を電力系統から解列して停止させることを特徴と
   する揚水発電所のポンプ水車またはポンプの起動
   運転方法。 ２ １台の水車直結形同期発電機と、ポンプまた
   はポンプ水車に直結した複数台の同期電動機とを
   備えた揚水発電所において、複数台のポンプまた
   はポンプ水車を一斉に水面押上げし、各同期電動
   機を前記同期発電機からの電力によつて空転させ
   ながら、前記各ポンプまたはポンプ水車を１台ず
   つ排気、揚水運転に移行させることを特徴とする
   特許請求の範囲１項に記載の起動運転方法。 ３ 複数台の水車直結形同期発電機と、ポンプま
   たはポンプ水車に直結した複数台の同期電動機が
   １台ずつ直列接続され、各同期電動機の排気、揚
   水運転移行時の電力を、対応する同期発電機から
   給電させることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項に記載の起動運転方法。 ４ 同期電動機の排気、揚水移行時の電力を同期
   電動機から給電する際、この同期発電機が電力系
   統に給電する発電運転出力を出力検出装置によつ
   て検出し、前記同期電動機が電力系統から受電す
   る揚水運転入力を入力検出装置によつて検出し、
   これらの検出装置の検出信号を入出力制御装置に
   入力してそれらの相対差を演算し、この演算結果
   をガイドベーン制御装置に入力し、前記相対差が
   電力系統に影響を及ぼさないよう予め設定した規
   定範囲内におさまるよう、前記水車のガイドベー
   ンを対応制御することを特徴とする特許請求の引
   範囲第１項ないし第３項のいずれか一項に記載の
   起動運転方法。 ５ 揚水発電所の水路が上池から１本の鉄管で導
   かれ、途中で分岐して水車および複数台のポンプ
   またはポンプ水車に接続されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれ
   か１項に記載の起動運転方法。