JPS62162775A

JPS62162775A - 水力プラント自動監視装置

Info

Publication number: JPS62162775A
Application number: JP61002169A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Noguchi; 野口　哲哉
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-01-10
Filing date: 1986-01-10
Publication date: 1987-07-18
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: JPH0650108B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は発電や揚水等を行なう水車やポンプ水車等の水
力機械の異常を監視する水力プラント自動監視装置に関
する。

［発明の技術的背景とその間凹点コ一般に、水車やポンプ水車等の水力機械、特に高落差・
大容量の水力機械においては１機器が高速、高圧力およ
び窩応力に耐え、しかも軸振れや振動にも十分に耐えう
ることが要求される。従って、ランナやランナコーン等
の回転部については、点検、保守に際して各部の異常が
発生していないかどうか厳重にチェックする必要がある
。

もし、ランナコーンが脱落する等の異常を来たした場合
には、ランナ出口部の旋回流れにより渦が極度に大きく
なり、この渦による水力損失が著しく増大し、効率が低
下する。また、ドラフトチューブに騒音や振動が発生し
、軸振れが大きくなると共に、時にはランナシール部の
かじり、ランナの損傷、あるいはメタル部の焼付き等の
二次的な異常を来たし、重大事故を招来するおそれが生
じる。

しかし、従来の水力機械ではランナやランナコーンの異
常を監視する装置が設けられていなかったため、ランナ
やランナコーンの点検は目視による外観検査に頼らざる
を得なかった。

また、ランナやランナコーンを目視検査するためには、
検査の都度、圧力室内を抜水しなければならず、点検に
要する時間と経費が大きなものとなるため、余り頻繁に
実施することはできない。

このため、次の点検時速の期間が長くなり、その間にラ
ンナやランナコーンに異常が発生してもこれを発見する
ことができない。また、従来の目視検査方法では、ラン
ナコーンの経年変化によるアンバランス等、静止状態で
の目視点検では検出できない異常には対応することがで
きなかった。

一方、このランナやランナコーン等水力機械の異常を目
視によらず監視するには、水力機械の上カバーやドラフ
トチューブに検出器を取付け、実際に運転中の水力機械
のランナコーンの異常を、その上カバーの振動およびド
ラフトチューブの水圧脈動によって検出することや、ラ
ンナの異常を軸振れ、水圧脈動によって検出することが
考えられる。これを今、第５図を参照して具体的に説明
する。

第５図は検出センサーを取付けたポンプ水車の要部を示
す縦断面図で、上カバー１および下カバー２からなるラ
ンナ室の外周にはガイドベーン３が円環状に配列されて
いる。ランナ室内に配置したランナ４には主軸５を介し
て発電電動機（図示せず）が連結されており、また、ラ
ンナ室の下端にはドラフトチューブ６が固着されている
。上カバー１には主軸５のまわりに、ランナ室の水が外
部へ流出するのを防止する主軸封水装置！！７と、主軸
５の振れ回りを制御するためのガイド軸受装置（図示せ
ず）が配置されている。

また、ランナ４のランナクラウン８と上カバー１の間は
中間シール部９によってランナ内側背圧室１０と、ラン
ナ外側背圧室１１に２分割されている。

この場合、中間シール部９はランナバンド１２側の出口
シール部１３の径と同一とされ、ランナバンド１２と下
カバー２との間に形成される側圧室１４と。

ランナ外側背圧室１１の圧力がバランスして水スラスト
力が発生しにくいようにしである。１５はランナベーン
、１６は入口シール部、１７はランナコーンを示す。

ここで、上カバー１のランナ内側背圧室１０に相対する
部分には、円周方向に適当間隔をおいて検出センサーａ
が複数個設置されており、また、ドラフトチューブ６の
周囲には検出センサーｂが複数個設置されている。

上述のように構成したポンプ水車において１発電運転時
には、上池からケーシング、ステイリング（図示せず）
を通り、ガイドベーン３によって流量調整された水がラ
ンナ室内に流入し、ランナ４およびこれに直結された発
Ｗｔ電動機を回転させる。

また、揚水運転時には発電電動機によってランナ４が駆
動され、下池の水をドラフトチューブ６を通して吸い上
げ、上池へ揚水する。

このように、上カバー１に取付けた検出センサーａによ
り上カバーの振動を検出し、また、ドラフトチューブ６
に取付けた検出センサーｂによりランナ４の回転による
水圧脈動を検出することができるので、これらの検出信
号を設定値と比較することにより、抜水して目視点検を
しなくとも異常の発見や異常状況を知ることが可能とな
る。

ところが、ポンプ水車の振動は、各ポンプ水車毎の特性
であり発電揚水、調相等の運転モードやその負荷状態に
より振動レベルが大きく異なる。

振動帯を有するポンプ水車では第６図に示すように低負
荷時に大きな振動を起こす。ただ、この振動自体はポン
プ水車の特性としては正常な特性であり異常として検出
すべきものではない。

このため、振動の異常検出レベルの決定には次の２つの
いずれかにする必要があった。１つは振動帯での異常検
出を行なわず、振動帯外では第６図に示す設定値（１）
のように実際に発生する振動の最大値をもとに決めるも
の、もう１つは振動帯を含めて全ての運転状態を監視す
るため振動帯の最大振動をもとに設定値（２）を決定す
るものである。

前者においては振動帯を除く監視が必要となり、監視範
囲が限定されるという問題があり、後者は異常検出の精
度が悪くなるという問題があった。

また、揚水モード、調和モードについても振動レベルが
異なるため同様の問題があった。このため、振動帯のよ
うな振動の大きな個所で表われやすい異常を検出できな
い、また、異常検出の精度が良くないため異常の初期を
検出できず、異常が拡大するまで検出できない等の不具
合があった。

［発明の目的コ本発明の目的は、上記問題点を解決し、振動異常を常に
精度良く検出することにより、ランナやランナコーン等
の水力機械や発電電！１＋機の異常を早期に発見し、異
常の拡大を防止することのできる水力プラント自動監視
装置を提供することにある。

［発明の概要コ本発明は、水力プラントの振動異常の検出値を主機の運
転モードを有効電力より算出して可変とすることにより
、振動の異常を常に精度良く検出し、異常状態を早期に
発見できるようにしたものである。

［発明の実施例］第１図は本発明の一実施例に係る水力プラント自動監視
装置のブロック構成図を示したものである。この図にお
いて、第５図に示したようにポンプ水車に取付けられた
検出センサーａによって検出された上カバーの振動検出
信号Ｓ１と、検出センサーｂによって検出されたドラフ
トチューブの水圧脈動検出信号Ｓ２はそれぞれ比較器２
１．２２に入力される。また、検出センサーｂによって
検出された水圧脈動検出信号Ｓ２は周波数分析回路２３
に入力されると同時に、記録計２４に直接入力され記録
される。

周波数分析回路２３は水圧脈動の入力信号からランナの
規定回転数Ｎｏの１７３周波数、即ち１／３Ｎ　ｏ成分
信号を出力するもので、ＦＦＴ　（高速フーリエ変換）
回路で構成することができるほか、場合によってはロー
パスフィルターおよびバンドパスフィルターを用い、不
要周波数成分をカットしてｌ／３Ｎ　ｏ成分のみを取り
出すよう構成したものでもよい。

周波数分析回路２３の出力信号Ｓ３は比較器２５に入力
されると共に、記録計２４に入力され記録される。

比較器２１，２２．２５は予め設定された設定値と各入
力信号Ｓ１．Ｓ２．Ｓ３とを比較し、前者よりも後者の
信号値が大きくなった場合には、上カバー振動異常信号
Ｓ４．　　ドラフトチューブ水圧脈動異常信号Ｓ５、お
よび、水圧脈動の１／３Ｎ　ｏ成分異常信号Ｓ６が警報
回路２６に向けて出力される。

ここで、上記比較器２１，２２．２５に予め設定される
設定値のうち、比較器２２と２５の設定値は一定のもの
であるが、比較器２１の設定値はそのときの運転モード
と有効電力により可変の値をとる。即ち、主機の自動運
転シーケンス装置２７より出力されるそのときの主機の
運転状態を表わす運転モード信号Ｓｔと、主機の有効電
力を検出する検出センサーＣから出力される有効電力検
出信号Ｓ８とに基づいて、異常検出値算出器２８は、そ
の運転状態における振動異常検出値Ｓ９を算出し、これ
を比較器２１に設定する。

第２図はその異常検出値算出器２８の構成例を示したも
ので７発電モード異常検出値特性記憶部２８１には発電
モード時の異常検出値が有効電力に応じて予め記憶され
ている。この異常検出値は、例えば第３図に示すように
発電機の有効電力をＯ〜１．０　Ｐ、Ｕ、（定格）まで
変化させたときの上カバーの振動レベルを繰り返し実測
し、得られる実振動レベルの全てより大きい目に設定し
て作成した図示破線にて示す如きものである。ここで、
実振動の取り得るパターンは運転毎の変動は少なく、毎
回はぼ図示実線のパターンをとる。この発電モード異常
検出値特性記憶部２８１に有効電力検出信号Ｓ８を入力
することにより、対応する異常検出値が出力される。同
様にして揚水モード異常検出値特性記憶部２８２には揚
水モード時の異常検出値パターンが、また、調相モード
異常検出値特性記憶部２８３には調相モード時の異常検
出値パターンがそれぞれ記憶されている。運転モード確
認処理部２８４は、自動運転シーケンス装置２７より入
力される運転モードＳｙによりそのときの主機の運転モ
ードを確認し、各記憶部２８１〜２８３の出力を選択す
る発電モード信号Ｓ＋＋、揚水モード信号５１２）調和
モード信号Ｓ＋３をそれぞれ出力する。

一方、警報回路２６は第４図に示すようにオア回路２６
１とアンド回路２６２とから構成されており、これから
出力される警報信号Ｓ１５．プリアラーム信号３１６，
５１７は第１図の警報器２９１表示器３０および記録計
２４に入力される。

以上の構成で、自動運転シーケンス装置２７より主機の
運転モード信号Ｓ７と、検出センサーＣより有効電力検
出信号Ｓ８を受けた異常検出値算出器２８は、第２図の
運転モード確認処理部２８４で運転モードを確認し、対
応する記憶部２８１〜２８３の出力の１つを選択する６
例えば、運転モードが発電モードの場合は、発電モード
異常検出値特性記憶部２８１の出力が選択され、入力す
る有効電力検出信号Ｓａに応じた、第３図に示した異常
検出値Ｓ３が比較器２１に与えられる。

比較器２１は、この異常検出値Ｓ９を設定値として検出
センサーａより入力される振動検品信号Ｓ＋と比較する
。この結果、検出値が設定値より大きければ異常と判別
し、異常信号Ｓ４を出力する。

比較器２２は、検出センサーｂにより検出された水圧脈
動検出信号Ｓ２を予め入力されている設定値と比較し、
設定値を越えれば、異常信号Ｓ５を出力する。

検出センサーｂによって検出された水圧脈動検出信号Ｓ
２は、また５周波数分析回路２３へ入力され、ここで１
／３Ｎｏ成分の検出信号Ｓ３に変換されて比較器２５に
入力する。比較器２５はこの検出信号Ｓ３を設定値と比
較し、異常を検出した場合には異常信号Ｓ６を出力する
。

上述の検出信号Ｓｌ、Ｓ２およびＳ３は記録計２４に入
力され、記録される。また、各比較器２１，２２．２５
からの信号Ｓ４．Ｓ５．Ｓ６は警報回路２６に入力され
る。

警報回路２６は第４図に示すように構成されているので
、信号３５．５６のいずれかまたは双方と、信号Ｓ４が
同時に入力されたとき、即ち、水圧脈動またばｌ／３Ｎ
ｏ成分値が異常であり、かつ、上カバーの振動が異常の
場合にはランナコーンの異常と判別し、警報信号Ｓ＋ｓ
を警報器２９へ送ってアラームを発生させる。また、信
号Ｓ４のみ、または信号Ｓｓ、Ｓｅのみが入力されたと
き、即ち、上カバーの振動異常時または水圧脈動の異常
時には各々プリアラームとしての信号５１６，５１７が
出力され１表示器３０によりプリアラーム表示およびラ
ンナコーンの異常表示が行なわれる。

このように、本実施例では異常検出値算出器２８に予め
各有効電力信号毎に実振動特性に基づく異常検出値を作
成記憶しておき、これを主機運転時の有効電力信号に応
じて取り出し、設定値として比較器２１で検出センサー
ａの検出値と比較し、上カバーの振動異常を検出するよ
うにしたので、振動帯を含めて全ての負荷帯における振
動異常の検出を高精度に行なうことができる。これによ
り、ランナやランナコーン等の水圧機械を抜水すること
なく、常時監視し、異常を高精度に検出することが可能
となる。

尚、上実施例では、運転モードとして発電モード、揚水
モード、調和モードの３つの例について示したが、これ
らの運転モードを更に起動モードと停止モードに分はガ
イドベーン開度を加味して異常検出値を算出するように
してもよい。

また、発電専用プラントでは運転モードを起動モードと
停止モードとし、検出センサーとしてガイドベーン開度
検出器を設け、異常検出値特性としてガイドベーン開度
と起動モード、停止モードより異常検出値を算出するも
のを設けることにより、主機の起動から停止までの全て
の運転状態において、振動の異常を検出することが可能
となる。

また、以上の処理はハード、ソフトいずれによっても実
現し得ることは言う迄もない。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、運転状態に応じて
振動の異常検出値を決定するようにしたので、常時精度
の良い振動異常検出が可能となる。

この結果、水力機械や発電電動機の異常を早期に発見し
、異常の拡大を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る水力プラント自動監視
装置の構成図、第２図は第１図の異常検出値算出器の詳
細ブロック図、第３図は第１図の振動異常検出動作説明
図、第４図は第１図の警報回路の詳細ブロック図、第５
図は水力機械に検出センサーを取付けた状態を示す断面
図、第６図は異常検出値を一定とした場合の振動異常検
出動作説明図である。２１．２２．２５・・・比較器、２３・・・周波数分析
回路、２４・・・記録計、２６・・・警報回路、２７・
・・自動運転シーケンス装置、２８・・・異常検出値算
出器、２９・・・警報器、３０・・・表示器、２８１・
・・発電モード異常検出値特性記憶部、２８２・・・揚
水モード異常検出値特性記憶部、２８３・・・調相モー
ド異常検出値特性記憶部、２８４・・・運転モード確認
処理部。第１図第３図フら

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水力プラントの主機の振動異常を検出する水力プ
ラント自動監視装置において、有効電力を検出するセン
サーと、このセンサーから出力される有効電力検出信号
とそのときの運転モードに応じて主機の振動異常検出を
行なう振動異常検出値を算出する振動異常検出値算出手
段と、主機の振動を検出するセンサーと、このセンサー
から出力される振動検出信号を前記振動異常検出値と比
較し振動異常信号を出力する比較手段とを備えているこ
とを特徴とする水力プラント自動監視装置。
（２）特許請求の範囲第１項記載において、前記振動異
常検出値算出手段は運転モードに応じた有効電力をパラ
メータとして各振動異常検出値を記憶している記憶手段
と、その記憶している振動異常検出値を運転モードと有
効電力とに応じて出力する出力手段とからなることを特
徴とする水力プラント自動監視装置。
（３）水力プラントの主機の異常を検出する水力プラン
ト自動監視装置において、ガイドベーン開度を検出する
センサーと、このセンサーから出力されるガイドベーン
開度信号に応じて主機の振動異常検出を行なう振動異常
検出値を算出する振動異常検出値算出手段と、主機の振
動を検出するセンサーと、このセンサーから出力される
振動検出信号を前記振動異常検出値と比較し振動異常信
号を出力する比較手段とを備えていることを特徴とする
水力プラント自動監視装置。