JPH0730373U - 小容量水車の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動的に水車に付着した塵埃を除去すること
の出来る小容量水車の制御装置を得ること。 【構成】 小水力発電所に於て、発電機を駆動する小容
量水車のガイドベ−ンの開度を検出し、この検出開度に
応ずる前記発電機の目標出力を生ずる目標出力演算回路
と、前記発電機の実出力を検出する電力検出器と、前記
目標出力演算回路と電力検出器の各々の出力が入力さ
れ、両入力の差を生ずる比較器と、この比較器の出力が
入力され、この入力が予定値を超過した時に出力を生ず
る出力不足検出回路と、この出力不足検出回路の出力が
入力され、ガイドベ−ン駆動部に操作信号を出力して、
所定時間ガイドベ−ンを開閉制御させるガイドベ−ン開
閉振動制御回路とから構成したことを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、小水力発電所に設置される小容量水車の制御装置の改良に関し、特 に、小容量水車に駆動される発電機の出力が、駆動水車への流水中に混入した異 物の付着による水車流量の減少により、駆動水車のガイドベ−ンの開度に応ずる 出力より減少し、この減少値が予定値を超過した場合、又は、減少継続時間が予 定時間を超過した場合に、駆動水車のガイドベ−ンの開度を変化させることによ り流量を急変させて、駆動水車に付着した異物を除去するための制御を行う様に した小容量水車の制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

近年、クリ−ンで自給の可能なエネルギ−源として、水力発電所の開発が見直 されている。特に、１０ＭＷ以下の小水力発電所の新規建設が積極的に実施され ている。

【０００３】 ところで、小水力発電所に設置される水車は、当然のことながら容量も小さい から、その機器も小型（小口径）となる。従って、水車に導入する流水中に混入 した塵埃，落葉等の異物が、水車に容易に付着することになり、水車の水口を狭 め、ひいては水車流量の減少につながり、水車出力（発電機出力）を低下させる ことになる。

【０００４】 特に、小水力発電所に最も多く採用されている小容量フランシス水車に於いて は、その構造から塵埃特に枯葉等の異物は、ステ−ベ−ン及びガイドベ−ン部分 に付着し易い。大きい塵埃は、水の取入れ口に設けたスクリ−ンで除塵すること が出来るが、落葉などの小さく柔らかいごみは、スクリ−ンを通過して水車に流 入する。更に秋口には、この落葉が大量に発生し水車のごみ詰まりが多発する。 この様な水車のごみ詰まりで、水車の効率低下，水車の起動不能及び停止時にガ イドベ−ンが全閉しない等の不具合が発生する。

【０００５】 水車のごみ詰まり現象は、季節及び気象条件等に左右され易い。水車に塵埃が 付着しているか否かは、前述の水車の出力低下，起動不能若しくはガイドベ−ン が全閉出来ない等の不具合が発生して初めて判断されるものである。従って、そ の対応には運転操作員の経験、ノウハウに拠るところが多い。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、昨今、水力発電所特に小水力発電所に対しては、遠方制御化又は専用 保守員を配置しない事業者が増加している情勢下に於ては、ごみ詰まりの都度、 水車を分解して塵埃を除去することは実用的ではなく、水車のごみ詰まりに対す る迅速な対応は困難である。

【０００７】 本考案は、上記問題点を解決すべくなされたもので、自動的に水車に付着した 塵埃を除去することの出来る小容量水車の制御装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記問題点を解決するため、本考案の小容量水車の制御装置は、小水力発電所 に於て、発電機を駆動する小容量水車のガイドベ−ンの開度を検出し、この検出 開度に応ずる前記発電機の目標出力を生ずる目標出力演算回路と、前記発電機の 実出力を検出する電力検出器と、前記目標出力演算回路と電力検出器の各々の出 力が入力され、両入力の差を生ずる比較器と、この比較器の出力が入力され、こ の入力が予定値を超過した時に出力を生ずる出力不足検出回路と、この出力不足 検出回路の出力が入力され、ガイドベ−ン駆動部に操作信号を出力するガイドベ −ン開閉振動制御回路とから構成し、前記ガイドベ−ン駆動部により前記小容量 水車のガイドベ−ンを予定時間開閉制御することを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】

発電機を駆動する小容量水車のガイドベ−ンの開度に応ずる発電機の目標出力 と発電機の実出力との差が予定値を超過した時、水車のごみ詰まりが発生したも のと判断し、水車のガイドベ−ンを予定時間開閉制御することにより水車流量を 急変させて、水車に付着したごみを除去する。

【００１０】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案を説明する。図１は、本考案の一実施例の制御ブ ロック図であり、本考案を、通常の水槽水位調整制御を行う水力発電所に適用し た場合を示している。

【００１１】 図１に於て、符号１０は水槽、１０ａは図示しない水路を介して水槽１０に導 入された導入水の水位である。導入水は更に、水圧鉄管１１，入口弁１２を介し て水車１３に導かれ、水車１３に回転力を与え直結された発電機１４を回転駆動 して仕事を終えた後，図示しない吸出管より放出される。発電機１４の発生電力 は、線路１４ａを介して図示しない電力系統に供給され、その電力の大きさは、 その１次巻線が線路１４ａに，２次巻線が電力検出器例えば電力変換器１５に夫 々接続された計器用変流器ＣＴ，計器用変圧器ＰＴを介して検出される。

【００１２】 全体を一点鎖線で囲み符号２０を付した装置は、本願考案に直接は関係のない 水槽水位調整装置（以下水調装置と記す）であり、下記の機器から構成される。 即ち、２０ａは基準水位設定器，２０ｂは比較器，２０ｃは水位垂下率回路，２ ０ｄは比較器，２０ｅは水車１３のガイドベ−ン駆動制御回路である。尚、２１ は切換接点で、後述の出力不足検出回路３２の動作出力により、図示の位置から 下方の接点に切換わり、ガイドベ−ン駆動制御回路２０ｅからの操作信号を切り 離す。２２はガイドベ−ン駆動部で、上記の操作信号により駆動され、水車１３ のガイドベ−ンを開閉制御する。

【００１３】 ３０は、水槽１０の水位１０ａに対応する発電機１４の目標出力を演算する目 標出力演算回路、３１は比較器、３２は、水槽１０の水位に対応する発電機１４ の実出力が、同水位に対応するその目標出力よりどれだけ少ないかを検出する出 力不足検出回路、３３はガイドベ−ン開閉振動制御回路であり、これら各々の装 置は、本願考案により水調装置２０に付加した回路である。

【００１４】 次に、上記構成の本願考案の制御装置の作用を説明するが、水調装置２０の作 用に就いては周知なので、その詳細な説明は省略する。水調装置２０内の比較器 ２０ｂに於て、水槽１０の基準水位と実水位１０ａとが比較され、水位垂下率回 路２０ｃから、両者の水位差に応ずる水車１３のガイドベ−ン目標開度が出力さ れる。比較器２０ｄに於て、この目標開度と実開度とが比較され、両者の差出力 がガイドベ−ン駆動制御回路２０ｅに加えられ、この差出力（制御動作信号）に 応ずる操作信号が、ガイドベ−ン駆動制御回路２０ｅから出力され、切換接点２ １を介してガイドベ−ン駆動部２２に加えられる。斯くして、水車１３のガイド ベ−ンは、ガイドベ−ン駆動部２２により開閉制御され、上記の目標開度に制御 される。

【００１５】 以上は、水調装置２０による通常の水槽水位制御運転の説明であるが、以下に 水調装置２０に付加され、水車に付着の異物を除去する機能を備えた本考案に係 る小容量水車の制御装置の作用に就いて詳細に説明する。

【００１６】 制御装置全体として水位調整運転を行っている状態の下では、目標出力演算回 路３０には、水調装置２０内の水位垂下率回路２０ｃから、水位垂下率から定ま る水槽１０の実水位１０ａに応ずる水車１３のガイドベ−ン開度が入力され、こ の開度から同回路３０は、水槽１０の実水位１０ａに応ずる発電機１４の目標出 力を演算して算出し、この目標出力を出力している。この目標出力は比較器３１ に入力され、更に比較器３１には、電力変換器１５から発電機１４の実出力が入 力されており、比較器３１は両入力の差を出力し、この差出力ＰＤ（不足電力） は出力不足検出回路３２に入力されている。

【００１７】 この状態で、水車１３のステ−ベ−ン，ガイドベ−ン，ランナ等にごみ詰まり 現象の発生が無く、水車１３が正常な運転を継続していれば、発電機１４の目標 出力と実出力との差である比較器３１の出力ＰＤは、少値（理想的には０）に保 持されている。しかし、水車１３にごみが付着し、ごみ詰まりが始まると、ごみ 詰まりは次第に助長され、付着するごみの量は次第に多くなる。従って、水車１ ３へ流入する流水量は次第に減少し、その出力（発電機１４の実出力）も次第に 減少して行き、比較器３１の出力である不足電力ＰＤは、逆に次第に増大して行 くから、出力不足検出回路３２の入力も次第に増大して行く。

【００１８】 出力不足検出回路３２には、予め所定の電力ＰＳ及び所定の時間ＴＳが設定さ れており、この設定電力ＰＳと入力である不足電力ＰＤとが比較される。そして 不足電力ＰＤが設定電力ＰＳに等しくなるか又はＰＳを超過（ＰＳ≦ＰＤ）する と、出力不足検出回路３２は２つの出力を生ずる。

【００１９】 これら２つの出力は、上記条件 ＰＳ≦ＰＤ が成立している間は継続して発 生するが、成立しなくなると直ちに消滅する。又、上記設定時間ＴＳが経過する と、ＰＳ≦ＰＤ が成立していても、２つの出力は直ちに消滅し、出力不足検出 回路３２は、新に第３の警報用出力を生ずる。

【００２０】 上記２つの出力のうちの第１の出力は、切換接点２１に切換指令として加えら れ、切換接点２１を図示の位置から下方の接点に切換えて、ガイドベ−ン駆動制 御回路２０ｅからガイドベ−ン駆動部２２へ加えられていた操作信号を切離す。 同時に第２の出力は、ガイドベ−ン開閉振動制御回路３３に動作指令として加え られ、これを動作させる。

【００２１】 ガイドベ−ン開閉振動制御回路３３には、水車１３のガイドベ−ン開度が入力 されており、上記第２の出力による動作指令を受けると、その時点に於けるガイ ドベ−ンの開度を記憶すると共に図示下方に切換えられた切換接点２１を介して 操作信号をガイドベ−ン駆動部２２に送出し、水槽水位１０ａの変動に支障を生 じない範囲（上記の記憶したガイドベ−ンの開度を中心とする所定の範囲）で、 急激に水車１３のガイドベ−ンの開閉動作を繰り返す。つまり、水車１３のごみ 除去運転を行う。

【００２２】 斯くして、水車１３の流量は、強制的且つ急激に変動せしめられるから、その ステ−ベ−ン，ガイドベ−ン，ランナ等に付着していたごみは流失し、水車１３ へ流入する流水量も復旧し、水車１３は通常上記設定時間ＴＳの経過以前に、ご み詰まりの無い正常運転に復帰する。水車１３の正常運転復帰により、発電機１ ４の実出力も略々、その目標出力に近い値に復旧するから、出力不足検出回路３ ２の入力ＰＤは略々０に近い少値となり、前述の条件 ＰＳ≦ＰＤ は不成立と なり（ＰＤ＜ＰＳが成立して）出力不足検出回路３２の２つの出力は消滅する。 出力不足検出回路３２の２つの出力が消滅すると、切換接点２１は図示の状態に 切換わって復帰し、同時に、ガイドベ−ン開閉振動制御回路３３への入力も無く なるから同回路３３はその動作を停止し、記憶したガイドベ−ンの開度は解除さ れ、その出力も消滅して水車１３のごみ除去運転は終了し、通常の水位調整運転 に移行する。

【００２３】 上記は、水車１３のごみ除去運転が、予定時間（前述の設定時間ＴＳ）内に終 了した場合に就いての説明である。しかし、予定時間（設定時間ＴＳ）ごみの除 去運転を行っても、ごみが十分に除去されず、不足電力ＰＤの減少が少なく、前 述の条件 ＰＳ≦ＰＤ が不成立とならない場合には、出力不足検出回路３２に 第３の出力を発生させ、この出力を用い図示しない警報器例えばブザ−を作動さ せて警報を与え、運転員に注意を喚起する様に構成する。

【００２４】 上記説明した実施例は、発電機の目標出力に対する実出力の不足電力分を検出 し、この不足電力分が予定値を超過した時に、水車のごみ除去運転を行わせる方 式であったが、目標出力演算回路３０，比較器３１及び出力不足検出回路３２の 代りに限時継電器を使用し、発電機出力とは無関係に、限時継電器により設定し た一定の周期毎に、切換接点２１に切換指令を与え、これを切換えると共に、ガ イドベ−ン開閉振動制御回路３３に動作指令を与え、これを動作させてごみ除去 運転を行わせても良い。この方式によれば、装置の構成は簡易化されて安価とな り、動作周期を適宜に選択すれば有効な方法となり得る。

【００２５】 又上記の実施例は、本考案を通常の水槽水位調整制御を行う水力発電所に適用 した場合であったので、設定基準水位，水槽水位及び水位垂下率回路から、水槽 水位に応ずる水車のガイドベ−ン開度を求めこれを制御の基準としたが、一般的 には、直接ガイドベ−ンの開度を検出し、これを使用すれば良い。更に、カプラ ン水車を設置した発電所に於ては、ガイドベ−ン開度に非線形変換部を付加し、 カプラン水車の翼角に応じてガイドベ−ン開度に補正を加えると良い。尚この場 合には，非線形変換部に水車の有効落差を入力して非線形変換部に補正を加える とより好ましい。

【００２６】

【考案の効果】

以上本考案に就いて詳細に説明したが本考案によれば、小水力発電所に於て、 発電機の目標出力に対する実出力の不足電力分を検出し、この不足電力分が予定 値を超過した時に、又は、予定の周期毎に、水車のごみ除去運転を行わせるよう にしたから、水車のガイドベ−ン，ランナ等に付着したごみを、自動的に除去す ることが出来るので、発電所に於ける発電効率の低下，水車の起動不能，ガイド ベ−ンの全閉不能等の不具合を未然に防止することが出来、発電設備の保守省力 化，予定外の停止削減につながる。更に、本考案装置は、その構成が簡単である ので、既設の発電設備に容易に付加することが可能であるばかりでなく、既に使 用しているシ−ケンサ等でも容易に且つ安価に実現することが出来る等の利点が 得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す制御ブロック図。

【符号の説明】

１３……水車、 １４……発電機、 １５……電力検出器、 ２２……ガイドベ−ン駆動部、 ３０……目標出力演算回路、 ３１……比較器、 ３２……出力不足検出回路、 ３３……ガイドベ−ン開閉振動制御回路。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 小水力発電所に於て、発電機を駆動する
   小容量水車のガイドベ−ンの開度を検出し、この検出開
   度に応ずる前記発電機の目標出力を生ずる目標出力演算
   回路と、前記発電機の実出力を検出する電力検出器と、
   前記目標出力演算回路と電力検出器の各々の出力が入力
   され、両入力の差を生ずる比較器と、この比較器の出力
   が入力され、この入力が予定値を超過した時に出力を生
   ずる出力不足検出回路と、この出力不足検出回路の出力
   が入力され、ガイドベ−ン駆動部に操作信号を出力する
   ガイドベ−ン開閉振動制御回路とから成り、前記ガイド
   ベ−ン駆動部により前記小容量水車のガイドベ−ンを予
   定時間開閉制御することを特徴とする小容量水車の制御
   装置。
2. 【請求項２】 請求項１の目標出力演算回路，比較器及
   び出力不足検出回路に代えて限時継電器を使用し、予定
   の周期毎にガイドベ−ン開閉振動制御回路に出力を生ぜ
   しめる様に構成したことを特徴とする請求項１の小容量
   水車の制御装置。