JPH09250443A - 水車発電機の過速度抑制装置 - Google Patents

水車発電機の過速度抑制装置

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Publication number
JPH09250443A
JPH09250443A JP8086072A JP8607296A JPH09250443A JP H09250443 A JPH09250443 A JP H09250443A JP 8086072 A JP8086072 A JP 8086072A JP 8607296 A JP8607296 A JP 8607296A JP H09250443 A JPH09250443 A JP H09250443A
Authority
JP
Japan
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air supply
water
turbine generator
fast
speed
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Pending
Application number
JP8086072A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiki Shinkai
敏樹 新開
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Engineering Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Engineering Corp filed Critical Toshiba Engineering Corp
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Publication of JPH09250443A publication Critical patent/JPH09250443A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Control Of Water Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷遮断時に水車発電機の過速を適切に抑制
することができる水車発電機の過速抑制装置を得ること
である。 【解決手段】 弁駆動指令装置5は、水車に連結された
水車発電機が過速状態であるときは速動形給気弁4を開
いて給気管3からドラフト管2に大気を給気する。一
方、水車発電機が過速状態でないときは速動形給気弁4
を閉じる。これにより、水車発電機の過速を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水力発電所に設置
される衝動型水車に連結される水車発電機の過速度を抑
制する水車発電機の過速度抑制装置に関する。
【0002】
【従来の技術】水力発電所では、原動機としての水車に
発電機を連結している。そして、衝動型のフランシス水
車やカプラン水車は、ケーシング内で水に満たされた状
態で運転され、仕事を終えた水はドラフト管に放出され
るようになっている。一方、水車発電機は水車に連結さ
れ、電気的に並列遮断器を介して電力系統に並入されて
いる。すなわち、水車により駆動されて電力を発生し電
力系統に電力を供給する並列運転を行っている。
【0003】このような水力発電所において、電力系統
に負荷遮断が発生した場合には、電力系統の電力が過剰
になり水車発電機が過速することがあるので、水車発電
機を電力系統から解列したり、水車に供給する水量を調
整したりする。この制御は、調速制御装置にて、水車へ
の水量を調整するためのガイドベーン開度を制御するこ
とにより行われる。
【0004】例えば、電力系統の負荷遮断などで、水車
発電機が電力系統から解列し、水車(水車発電機)の回
転速度が増加したときには、ガイドベーンにて水口を閉
鎖して回転速度の上昇を抑制する制御動作が行われる。
この場合、負荷遮断時の水車発電機の最大速度上昇率
は、水車発電機の慣性モーメントGD2と、調速制御装
置による水口を閉鎖する特性によって決定される。とこ
ろで、ドラフト管に給気を行うと水車効率が下がること
が知られている。すなわち、水車の軽負荷時の振動を防
止するために、ドラフト管に給気を行うドラフト給気装
置を有した水力発電所があり、これは、軽負荷時にドラ
フト管に空気を給気して水車効率を下げ振動を防止する
ものである。そこで、このドラフト給気装置を使用し、
負荷遮断時にドラフト管に給気を行い、水車効率を下げ
て水車の過速を防止することが考えられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このド
ラフト給気装置は、一般に水口であるガイドベーン開度
に連動して動作し、ガイドベーン開度が小さいときに給
気弁を開き、ガイドベーン開度が所定値以上となると給
気弁を閉じる開度特性となっている。したがって、定格
負荷運転時に負荷遮断が発生したような場合には、負荷
遮断発生直後においてはガイドベーン開度は所定値以上
の開度となっているので、給気弁を開くことができな
い。
【0006】すなわち、図6に示すように、ドラフト給
気装置の開度特性は、ガイドベーン開度がある程度小さ
いところで最大開度となり、ガイドベーン開度が半分以
上となることころでは全閉とする開度特性となってい
る。このような開度特性としているのは、ガイドベーン
開度が大きい場合に給気を行うと、水車効率が低下し水
車出力が低下することからそれを避けるためである。し
たがって、従来のドラフト給気装置をそのまま負荷遮断
時の水車発電機の過速度防止に使用することはできな
い。
【0007】また、ドラフト給気装置は、ガイドベーン
開度をポテンショ等で検出し、電気的に関数変換処理を
行った後、電動調整弁である給気弁を駆動し給気を行う
ものであるので、急激な動作や多頻度な動作を避けるよ
うに考慮する必要がある。このため、負荷遮断時のよう
に急激な動作を必要とするものには不適切であり、ま
た、軽負荷運転より比較的発生頻度の高い負荷遮断時に
使用することも好ましくない。
【0008】本発明の目的は、負荷遮断時に水車発電機
の過速を適切に抑制することができる水車発電機の過速
抑制装置を得ることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、水車
で仕事を終えた水を排水するドラフト管に大気を給気す
るための給気管と、給気管に設けられた速動形給気弁
と、水車に連結された水車発電機が過速状態であるとき
は速動形給気弁を開き過速状態でないときは速動形給気
弁を閉じる弁駆動指令装置とを備えたものである。
【0010】請求項1の発明では、弁駆動指令装置は、
水車に連結された水車発電機が過速状態であるときは速
動形給気弁を開いて給気管からドラフト管に大気を給気
する。一方、水車発電機が過速状態でないときは速動形
給気弁を閉じる。これにより、水車発電機の過速を抑制
する。
【0011】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、速動形給気弁はソレノイド型弁としたものであり、
これにより急激な動作に応動できるようにすると共に多
頻度の動作にも対応できるようにしている。
【0012】請求項3の発明は、請求項1又は請求項2
の発明において、弁駆動指令装置は、水車発電機の速度
が所定の設定値を越えたときに速動形給気弁に開指令を
出し、水車発電機の速度が所定の設定値以下となったと
きに速動形給気弁に閉指令を出力するようにしたもので
ある。
【0013】請求項3の発明では、請求項1又は請求項
2の発明の作用に加え、水車発電機の速度が所定値を越
えたときにドラフト給気を開始し、所定値内に復帰した
ときにドラフト給気を停止する。
【0014】請求項4の発明は、請求項1又は請求項2
の発明において、弁駆動指令装置は、水車発電機の速度
が所定の設定値を越えたときに速動形給気弁に開指令を
出し、水車のガイドベーン開度が所定の開度以下となっ
たときに閉指令を出力するようにしたものである。
【0015】請求項4の発明では、請求項1又は請求項
2の発明の作用に加え、水車発電機の速度が所定値を越
えたときにドラフト給気を開始し、ガイドベーン開度が
所定の開度以下となったときにドラフト給気を停止す
る。
【0016】請求項5の発明は、請求項1又は請求項2
の発明において、弁駆動指令装置は、水車発電機を電力
系統に並入している並列遮断器が開いたときに速動形給
気弁に開指令を出し、水車のガイドベーン開度が所定の
開度以下となったときに閉指令を出力するようにしたも
のである。
【0017】請求項5の発明では、請求項1又は請求項
2の発明の作用に加え、水車発電機の並列遮断器が開い
たときにドラフト給気を開始し、ガイドベーン開度が所
定の開度以下となったときにドラフト給気を停止する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1は、本発明の第1の実施の形態を示す構成図
である。ケーシング1内には水車が配置され上池からの
水が導入される。水車はケーシング1内で水に満たさ
れ、上池からの水量はガイドベーンで調整される。水車
で仕事を終えた水はドラフト管2を通って放水される。
【0019】ドラフト管2には負荷遮断時に大気を給気
するための給気管3が設けられ、その給気管には速動形
給気弁4が設けられている。この速動形給気弁4は、弁
駆動指令装置5の指令信号により開閉操作される。すな
わち、弁駆動指令装置5は、水車に連結された水車発電
機が過速状態となったときには、速動形給気弁4を開く
開指令信号を速動形給気弁4に出力し、水車発電機の速
度が所定の設定速度内に復帰すると、速動形給気弁4を
閉じる閉指令信号を出力する。したがって、通常状態で
は速動形給気弁4は閉じている。
【0020】速動形給気弁4はオンオフ弁であり、ソレ
ノイド型弁が使用される。ソレノイド型弁は、電源が投
入されると弁体を開状態にし、電源が遮断されると弁体
を開状態にするものであり、数10m秒でその開閉操作
を行う。一般に、調速制御装置は100m秒〜250m
秒で動作するので、速動形給気弁4は調速制御装置の応
動時間より高速になっている。
【0021】弁駆動指令装置5から開指令信号がある
と、速動形給気弁4には電源が投入され開状態となる。
ドラフト管2内の圧力は負圧となっているので、速動形
給気弁4が開状態となると、給気管3からドラフト管2
内に大気が導入される。これにより、水車効率が下がる
ので水車発電機の過速が抑制される。そして、水車発電
機の速度が所定の設定値内に復帰すると、弁駆動指令装
置5から閉指令が出力され、速動形給気弁4の電源が遮
断されて閉状態となる。
【0022】すなわち、速動形給気弁4は、常時は全閉
しており、水車発電機の通常運転時には、調速制御装置
により水車発電機の速度は制御されている。次に、負荷
遮断が発生して水車発電機の速度が上昇すると、弁駆動
指令装置5からの開指令信号により速動形給気弁4を全
開とする。この全開までの時間は数10m秒であるの
で、水車発電機が最高速度に達する前に給気が行われ
る。したがって、水車発電機の最高速度になる前に水車
の損失が増し、その速度上昇が抑制される。この後、定
格速度以下になれば、開指令信号はなくなり、速動形給
気弁4を閉鎖する。その後は、調速制御装置による制御
を継続することになる。水車発電機の過速度の抑制は、
およそ従来の最高速度に対し、その最高速度を数%〜1
0数%程度抑制することができる。
【0023】図2は、弁駆動指令装置5の第1の回路構
成を示す回路図である。水車発電機の速度が所定の設定
値を越え過速状態になったときは、過速度条件接点6が
閉する。ここで、過速状態を判別する所定の設定値とし
ては、定格速度のプラス5%の値を設定する。水車発電
機の速度が所定の設定値を越え過速度条件接点6が閉す
ると、リレー7が動作し自己保持接点8で自己保持する
と共に出力接点9を閉し速動形給気弁4に開指令信号を
出力する。
【0024】そして、ドラフト管2への給気により水車
発電機の速度が抑制され、水車発電機の速度が所定の設
定値未満となると過速度条件接点6が復帰する。この状
態では、自己保持接点8によりリレー7は自己保持され
ているので、出力接点9は閉したままである。水車発電
機の速度がさらに下がり定格回転数になると、速度復帰
条件接点10が開となり、リレー7の動作が復帰する。
これにより、出力接点9が開となり、速動形給気弁4に
対して閉指令信号が出力され、速動形給気弁4は閉じ
る。
【0025】図3は、弁駆動指令装置5の第2の回路構
成を示す回路図である。水車発電機の速度が所定の設定
値を越え過速状態になったときは、過速度条件接点6が
閉する。ここで、過速状態を判別する所定の設定値とし
ては、図2の第1の回路構成の場合と同様に、定格速度
のプラス5%の値を設定する。水車発電機の速度が所定
の設定値を越え過速度条件接点6が閉すると、リレー7
が動作し出力接点9を閉し速動形給気弁4に開指令信号
を出力する。
【0026】そして、ドラフト管2への給気により水車
発電機の速度が抑制される。また調速装置の制御によ
り、ガイドベーン開度が所定の設定開度(無負荷開度)
未満となるとガイドベーン開度条件接点11が開き、リ
レー7の動作が復帰する。これにより、出力接点9が開
となり、速動形給気弁4に対して閉指令信号が出力さ
れ、速動形給気弁4は閉じる。ここで、ガイドベーン開
度の所定の設定開度としては、無負荷開度とする。
【0027】図4は、弁駆動指令装置5の第3の回路構
成を示す回路図である。水車発電機が電力系統から解列
されたときは、並列用遮断器接点12が閉する。並列用
遮断器接点12が閉すると、リレー7が動作し出力接点
9を閉し速動形給気弁4に開指令信号を出力する。
【0028】そして、ドラフト管2への給気により水車
発電機の速度が抑制される。また調速装置の制御によ
り、ガイドベーン開度が所定の設定開度未満となるとガ
イドベーン開度条件接点11が開き、リレー7の動作が
復帰する。これにより、出力接点9が開となり、速動形
給気弁4に対して閉指令信号が出力され、速動形給気弁
4は閉じる。ここで、ガイドベーン開度の所定の設定開
度としては、小負荷開度(定格負荷開度の10%程度)
とする。並列遮断器の動作条件により、給気を行った場
合には動作が速いので、ガイドベーン開度を小負荷開度
になった状態で給気を停止する。
【0029】次に、図5に本発明の第2の実施の形態を
示す。図5に示すように、既に振動防止用のドラフト給
気装置がある場合は、既設の給気弁13と並列に、速動
形給気弁4を配管接続する。これにより、第1の実施の
形態と同様に水車発電機の過速度を抑制することができ
る。すなわち、既設の給気弁13を使用する運転状態の
ときは、本発明の速動形給気弁4を使用する運転状態で
はなく、逆に、本発明の速動形給気弁4を使用する運転
状態のときは、既設の給気弁13を使用する運転状態で
はないので、給気管3を共用することができる。
【0030】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、水
車発電機の慣性モーメントGD2を増すなどの大がかり
な処置をしないで、水車発電機の速度が過速状態になる
ことを抑制することができる。したがって、小水力発電
所のように経済性が非常に重要視され、慣性モーメント
GD2の小さい水車発電機に対しても、負荷遮断時に生
じる過大な速度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す構成図。
【図2】本発明の弁駆動指令装置の第1の回路構成を示
す回路図。
【図3】本発明の弁駆動指令装置の第2の回路構成を示
す回路図。
【図4】本発明の弁駆動指令装置の第3の回路構成を示
す回路図。
【図5】本発明の第2の実施の形態を示す構成図。
【図6】振動防止用のドラフト給気装置におけるガイド
ベーン開度と給気弁開度との特性図。
【符号の説明】
1 ケーシング 2 ドラフト管 3 給気管 4 速動形給気弁 5 弁駆動指令装置 6 過速度条件接点 7 リレー 8 自己保持接点 9 出力接点 10 速度復帰条件接点 11 ガイドベーン開度条件接点 12 並列用遮断器接点 13 既設の給気弁

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水車で仕事を終えた水を排水するドラフ
    ト管に大気を給気するための給気管と、前記給気管に設
    けられた速動形給気弁と、前記水車に連結された水車発
    電機が過速状態であるときは前記速動形給気弁を開き過
    速状態でないときは前記速動形給気弁を閉じる弁駆動指
    令装置とを備えたことを特徴とする水車発電機の過速度
    抑制装置。
  2. 【請求項2】 前記速動形給気弁はソレノイド型弁であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の水車発電機の過速
    度抑制装置。
  3. 【請求項3】 弁駆動指令装置は、水車発電機の速度が
    所定の設定値を越えたときに前記速動形給気弁に開指令
    を出し、前記水車発電機の速度が所定の設定値以下とな
    ったときに前記速動形給気弁に閉指令を出力するように
    したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の水
    車発電機の過速度抑制装置。
  4. 【請求項4】 弁駆動指令装置は、水車発電機の速度が
    所定の設定値を越えたときに前記速動形給気弁に開指令
    を出し、前記水車のガイドベーン開度が所定の開度以下
    となったときに閉指令を出力するようにしたことを特徴
    とする請求項1又は請求項2に記載の水車発電機の過速
    度抑制装置。
  5. 【請求項5】 弁駆動指令装置は、水車発電機を電力系
    統に並入している並列遮断器が開いたときに前記速動形
    給気弁に開指令を出し、前記水車のガイドベーン開度が
    所定の開度以下となったときに閉指令を出力するように
    したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の水
    車発電機の過速度抑制装置。
JP8086072A 1996-03-15 1996-03-15 水車発電機の過速度抑制装置 Pending JPH09250443A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012207374A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Chugoku Electric Power Co Inc:The 除水システム及び除水方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012207374A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Chugoku Electric Power Co Inc:The 除水システム及び除水方法

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