JP3890490B2 - 水車制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、水撃作用を緩和するために、案内羽根の閉鎖時間を案内羽根の所定の開度位置で切換える必要のある水車における制御装置に係り、特に、案内羽根の閉鎖時間を制御する水車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に水力発電所の案内羽根閉鎖時間切換え装置の概要を示す。案内羽根閉鎖時間切換え用電磁弁１が付勢されると電磁弁１のポートがaからbへ切換えられ、油圧切換え弁２への管路を形成する。また案内羽根サーボモータ１１のストロークが、レタンワイヤ３０により調速機盤内の滑車３１に伝達され滑車３１と同軸上に配置されたシャフト３２を回動し、シャフト３２に配置された案内羽根閉鎖時間切換え位置設定用カム３３，３４を回動させ、カム３３の動作により油圧切換え弁２のポートをcからdへ切換える。この切り換えにより、油圧切換弁２から発電側腰折操作弁４への管路が形成され、図示されていないアキュムレータからの圧油が発電側腰折操作弁４へ供給されて、発電側腰折操作弁４内に設置されているピストン４ａを押し上げる。ピストン４ａの移動量はリンク７，８およびリンク９を介し、配圧弁１０のリフト量を制限する。配圧弁１０のリフト量を制限することにより、配圧弁１０と案内羽根サーボモータ１１を接続している管路１０ｃ内を流れる案内羽根サーボモータ１１に供給される油量が、案内羽根サーボモータ１１の最短閉鎖時間に相当する油量よりも少なくなるよう制限し、案内羽根閉鎖時間を切換える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は、レタンワイヤ３０などを使用して案内羽根サーボモータ１１のストローク位置を機械的にフィードバックし、カム３３，３４やその他の油圧機器を使用することにより制御電源が喪失した場合に於いても、機械的に腰折位置（腰折すべき案内羽根位置）を検出することができた。しかし近年ディジタル機器の採用および機器の簡素化から案内羽根サーボモータの位置を電気的に検出し、制御に用いることが多くなってきている。この場合制御電源が喪失した場合、腰折位置が検出できなくなるという問題点があった。
【０００４】
本発明の課題は、水撃作用を緩和するために、水車に接続された導水管や水車に配置された案内羽根の閉鎖時間を案内羽根の所定の開度位置で切換える手段を備え、案内羽根閉鎖時間を設定するための制御装置用制御電源が喪失した場合および案内羽根の閉鎖時間を切換えるための位置を設定するための制御信号が喪失した場合においても、案内羽根の閉鎖時間を切換え、案内羽根の閉鎖により発生する水撃現象を緩和せしめ、水力発電所の安全の確保および信頼性の向上を図る水車制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的のために本発明の水車制御装置は、水車に流入する水の流路に配置された案内羽根の開度を検出して電気信号として出力する開度検出手段と、前記案内羽根閉鎖速度を設定する閉鎖速度設定手段と、前記電気信号を入力として電磁弁と機械式リンク機構を介して案内羽根の所定の開度位置で案内羽根閉鎖速度を切換える電磁機械式切換え手段とを備え、前記閉鎖速度設定手段が閉鎖速度を軸方向の移動量として設定するものであり、前記電磁機械式切換え手段が、前記閉鎖速度設定手段の軸方向移動量を規制するように構成され、前記電磁弁は、電源喪失時、そのポート位置を保持するとともに、前記電気信号によりそのポート位置を保持する力を消勢される保持手段と、を有してなることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１を用いて、発電および揚水運転を実施する水力発電所について説明する。図示の装置は、図示されていない圧油源に接続された案内羽根閉鎖時間切換え用電磁弁１（以下電磁弁１という）と、電磁弁１に管路１ｅで接続されて該電磁弁１から圧油の供給を受ける発電側案内羽根閉鎖時間切換え位置検出用単式電磁弁２（以下、電磁弁２という）と、同じく電磁弁１に管路１ｃで接続されて該電磁弁１から圧油の供給を受ける揚水側案内羽根閉鎖時間切換え位置検出用単式電磁弁３（以下、電磁弁３という）と、前記電磁弁２に管路２ｃで接続されて該電磁弁２から圧油の供給を受ける発電側案内羽根閉鎖時間切換え操作弁４（以下、操作弁４という）と、前記電磁弁３に管路３ｃで接続されて該電磁弁３から圧油の供給を受ける揚水側案内羽根閉鎖時間切換え操作弁５（以下、操作弁５という）と、前記操作弁４と操作弁５の間に配置され前記管路１ｃに接続されて該管路１ｃから圧油の供給を受ける腰折操作弁６と、前記操作弁４のピストン４ａに結合されたロッドの先端に一端を枢着され、他端を前記操作弁５のピストン５ａに結合されたロッドの先端に枢着されたリンク７と、該リンク７の中間の前記腰折操作弁６のピストン６ａに結合されたロッドの上端に対応する位置に一端を枢着されたリンク８と、該リンク８の他端に一端を枢着され他端９ｂが固定支点に枢着されたリンク９と、プランジャ１０ａを内装し該プランジャ１０ａに結合されたロッド１０ｆが前記リンク９の中間位置に形成された環状部９ａを貫通して伸縮するように配置された配圧弁１０と、前記ロッド１０ｆの中間部分に装着されて該ロッド１０ｆの軸線方向位置を変位させる配圧弁駆動装置１６と、該配圧弁駆動装置１６を制御する調速機制御装置１５と、前記配圧弁１０の二つの油圧ポートに管路１０ｂ，１０ｃで接続された案内羽根サーボモータ１１と、案内羽根サーボモータ１１のピストンロッド１１ａに結合されて案内羽根の開度位置を検出して電気信号として出力する開度検出手段をなす案内羽根位置検出器１２と、前記電磁弁１のソレノイドへの通電を制御する配電盤１３と、前記電磁弁２，３のソレノイドへの通電を制御する腰折位置検出用単式電磁弁操作装置１４と、を含んで構成されている。
【０００７】
なお、図１に破線で示されている管路は排油側の管路であり、以下の説明では単に排油側として記載する。
【０００８】
前記ロッド１０ｆを含む配圧弁１０、調速機制御装置１５、配圧弁駆動装置１６が、閉鎖速度設定手段を構成し、前記電磁弁２，３、操作弁４，５、腰折操作弁６、リンク７，８，９が電磁機械式切換え手段を構成する。電磁弁２，３に付属して設けられる保持手段については後述する。
【０００９】
前記電磁弁１は、発電側ポート１ｂと揚水側ポート１ａのいずれかに切り換えられるようになっており、発電側ポート１ｂの位置では図示されていない圧油源を管路１ｅに接続するとともに管路１ｃを排油側に、揚水側ポート１ａの位置では前記圧油源を管路１ｃに接続するとともに管路１ｅを排油側に、それぞれ接続する。
【００１０】
前記操作弁４，５のロッドにはそれぞれストッパ４ｃ，５ｃが取り付けられ、該ストッパ４ｃ，５ｃと係合してロッド伸長側のストロークエンドを規制するリミッタ４ｂ，５ｂが設けられている。リミッタ４ｂ，５ｂの位置は調整可能となっており、必要に応じてロッド伸長側のストロークエンド位置を調整できるようになっている。
【００１１】
前記腰折操作弁６のピストン６ａに結合されたロッドの上端には、リミッタ６ｂが固着され、前記リンク８が下降したときにその下端に当接してリンク８の下降の下限位置を設定するようにしてある。腰折操作弁６のピストン６ａは、前記管路１ｃから供給される圧油により上下するから、この下限位置は前記電磁弁１の動作により変化する。
【００１２】
配圧弁１０のロッド１０ｆには、前記配圧弁駆動装置１６が装着されている部分よりも先端側にストッパ１０ｈが取り付けられ、このストッパ１０ｈと係合してロッド１０ｆの伸出側、縮退側それぞれストロークエンドを規制するリミッタ１０ｅ，１０ｄが設けられている。ロッド１０ｆにはさらに、前記リンク９との係合部（前記環状部９ａを貫通している部分）を挟む位置にストッパ１０ｉ，１０ｈが取り付けられ、ロッド１０ｆの伸出側、縮退側それぞれストロークが、前記リンク９によって制限されるようになっている。つまり、ロッド１０ｆは前記環状部９ａを貫通しているが、ストッパ１０ｉ，１０ｈは該環状部９ａを通過できない大きさにしてあるので、ストッパ１０ｉ，１０ｈがリンク９に当たると、ロッド１０ｆ、すなわちプランジャ１０ａはそこで止まる。
【００１３】
図示されていない案内羽根は、案内羽根サーボモータ１１により、閉鎖される。案内羽根の閉鎖状態、すなわち開度位置は、ピストンロッド１１ａに結合された案内羽根位置検出器１２により、検出される。
【００１４】
図２に腰折位置検出用電磁弁操作装置１４の詳細を示す。図示の構成は、電磁弁２のソレノイドの一端が、直列に接続されたリミットスイッチ１ｍとリミットスイッチ１２ａを介して電源に接続され、電磁弁３のソレノイドの一端が、直列に接続されたリミットスイッチ１ｎとリミットスイッチ１２ｂを介して電源に接続されたものである。ソレノイドの各他端は直接電源Ｂに接続されている。リミットスイッチ１ｍ，１ｎはそれぞれ電磁弁１の位置が発電側ポート１ｂ、揚水側ポート１ａにあるとき、接点オンとなるように構成され、リミットスイッチ１２ａ，１２ｂは、案内羽根位置検出器１２内に設置され、それぞれ、発電側案内羽根腰折開度以下で接点オフ、揚水側案内羽根腰折開度以下で接点オフとなるように構成されている。
【００１５】
また、リミットスイッチ１２ａ，１２ｂの接点と逆の動作をする接点１９ａ，１９ｂが設けられ、接点１９ａ，，１９ｂに接続してソレノイド１７ａ，１７ｂ、直流電源（例えば太陽電池）１８ａ，１８ｂが設けられている。さらに、電源Ａ，Ｂ間に、直列にソレノイド２０ａ，２０ｂが設けられている。前記電磁弁２，３には、付属するばねに駆動されて電磁弁の動作を固定する方向に動く図示されていない保持手段をなすストッパが付属しており、ソレノイド１７ａ，２０ａは通電時、前記ばねの力と逆向きにストッパに力を加えて電磁弁２の動作を自由にするようになっている。つまり、電源Ａ，Ｂが正常な状態では、ソレノイド２０ａに通電されているので、接点１９ａに関係なく、電磁弁２は自由に動作する。電源Ａ，Ｂが喪失すると、ソレノイド２０ａが消磁され、ばねによりストッパが動作して電磁弁２はその状態（ソレノイド２が通電中であった場合は排油側ポート位置）に保持される。その状態でリミットスイッチ１２ａが作動した場合、接点１９ａがオンとなり、ソレノイド１７ａが直流電源１８ａによって励磁され、前記ストッパは電磁弁２の動作を自由にするように動く。接点１９ｂ，ソレノイド１７ａ，２０ｂも、電磁弁３に設けられたストッパにつき、同様に動作する。
【００１６】
発電運転が選択され、電磁弁１の位置が発電側ポート１ｂになると、電磁弁１内に設置されているリミットスイッチ１ｍが接点オンとなる。ここで案内羽根位置検出器１２内に設置されているリミットスイッチ１２ａが発電側案内羽根腰折開度以上で接点オンとなるように設定しておくことにより、リミットスイッチ１ｍの接点オンで、発電側案内羽根閉鎖時間切換位置検出用単式電磁弁２が付勢される。また、案内羽根位置検出器１２内に設置されているリミットスイッチ１２ａが発電側案内羽根腰折開度以下で接点オフするように設定しておくことにより、案内羽根開度が発電側腰折位置以下になったとき、前記電磁弁２を消勢する構成とする。電源Ａ，Ｂが喪失した場合、前記図示されていないストッパにより、電磁弁２はその状態（電源喪失前の状態）に保持される。
【００１７】
また、揚水運転が選択され、電磁弁１の位置が揚水側ポート１ａになると、電磁弁１内に設置されているリミットスイッチ１ｎが接点オンとなる。ここで案内羽根位置検出器１２内に設置されているリミットスイッチ１２ｂが揚水側案内羽根腰折開度以上では接点オンとなるように設定しておくことにより、リミットスイッチ１ｎの接点オンで、揚水側案内羽根閉鎖時間切換位置検出用単式電磁弁３が付勢される。また、案内羽根位置検出器１２内に設置されている前記リミットスイッチ１２ｂが揚水側案内羽根腰折開度以下で接点オフするように設定しておくことにより、案内羽根開度が揚水側腰折位置以下になったときは、該電磁弁３を消勢する構成とする。電磁弁３についても、電源Ａ，Ｂが喪失した場合、前記電磁弁２の場合と同様、電磁弁３は前記図示されていないストッパによりその状態（電源喪失前の状態）に保持される。
【００１８】
上記装置を備え、発電運転と揚水運転を切り換え実施する水力発電所において発電運転が選択されていれば、配電盤１３により電磁弁１は発電側に付勢され、発電側ポート１ｂの位置、すなわち、図示されていない圧油源を管路１ｅに接続し、管路１ｃを排油側に接続する位置に切換えられている。また、電磁弁２は、腰折位置検出用単式電磁弁操作装置１４により、排油側ポート２ａの位置、すなわち、管路２ｃを排油側に連通する位置に操作されている。したがって、図示されていない圧油源は電磁弁１を介して管路１ｅに接続され、管路１ｅは電磁弁２の行く先のないポートに接続されている。また、操作弁４の圧油は、管路２ｃを経て排油側に排出される。さらに、電磁弁３は、前記リミットスイッチ１ｎの接点がオフとなっているため消磁され、圧油供給側ポート３ｂの位置、すなわち、管路３ｃを管路１ｃ，電磁弁１の発電側ポート１ｂを経て排油側に連通する位置に操作されている。したがって、操作弁４，操作弁５，腰折れ操作弁６の各ピストンは最低位置となり、リンク７，８，９も最低位置にある。
【００１９】
また、揚水運転が選択されると、電磁弁１が揚水側ポート１ａに切換わるように付勢され、電磁弁３は腰折位置検出用電磁弁操作装置１４の条件により付勢され、排油側ポート３ａへ切換わる。したがって、図示されていない圧油源は電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して管路１ｃに接続され、管路１ｃは、電磁弁３の排油側ポート３ａに、管路１ｄを介して腰折操作弁６に、それぞれ連通される。また、電磁弁２は、腰折位置検出用電磁弁操作装置１４の条件により消勢され、ポート位置は内蔵されたばねの弾性で圧油供給側ポート２ｂに復帰する。したがって、操作弁４内の圧油は、管路２ｃ，管路１ｅ及び電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して排油側に排出される。この結果、図示されていない圧油源からの圧油が腰折れ操作弁６へ供給され、操作弁５内の圧油は、管路３ｃを経て排油側に排出される。
【００２０】
このような状態で調速機制御装置１５により配圧弁駆動装置１６が駆動され、配圧弁１０のロッド１０ｆの位置が設定されて、案内羽根サーボモータ１１による案内羽根の閉鎖動作が開始される。
【００２１】
以下、上記装置の動作を詳細に説明する。運転モードが発電運転のとき、電磁弁１は発電側に付勢されており、ポート位置は前述のように発電側ポート１ｂとなっていて、前記リミットスイッチ１ｍがオン、リミットスイッチ１ｎがオフとなっている。発電側案内羽根閉鎖時間切換位置検出用電磁弁２は、電源正常かつ案内羽根腰折位置設定値以上（前記リミットスイッチ１２ａが接点オン）で付勢されている。該電磁弁２は励磁（付勢）されることにより、排油側ポート２ａの位置をとり、発電側の操作弁４内の圧油が管路２ｃを通して排油されている。また、電磁弁３は消磁されていて圧油供給側ポート３ｂ位置であり、操作弁５、腰折れ操作弁６はいずれも排油されている。各操作弁内の圧油が排油されていれば、それら操作弁内のピストンも最低位置に保たれ、ピストンのロッドに連結されているリンク７，８，９も最低位置となる。このため、配圧弁駆動装置１６に駆動された配圧弁１０のロッド１０ｆの閉鎖側リフト量が案内羽根最短閉鎖時間相当となっても、前記リンク９によってリフト量の制限を受けることがなく、案内羽根サーボモータ１１に案内羽根最短時間相当の油量が供給され、前記サーボモータは最短閉鎖時間で案内羽根を閉鎖するよう動作する。案内羽根の閉鎖が進行し、案内羽根開度が腰折開度以下になると、案内羽根位置検出器１２に設置されたリミットスイッチ１２ａの接点がオフとなる。前記接点がオフとなることにより、電磁弁２のソレノイドへの通電が断たれて消磁され、ばねの弾性力により、電磁弁２は圧油供給側ポート２ｂに復帰する。
【００２２】
前記電磁弁２のポート位置が圧油供給側ポート２ｂに復帰すると、圧油が管路２ｃを通して発電側の操作弁４に供給され、操作弁４内のピストン４ａが押し上げられる。ピストン４ａが押し上げられると、ピストン４ａのロッドに連結されているリンク７が押し上げられる。リンク７が押し上げられることにより、リンク８、リンク９が押し上げられ、リンク９が押し上げられることにより、配圧弁１０のロッド１０ｆに対してリンク９の環状部９ａの位置が相対的に高くなり、ロッド１０ｆの下降方向の下限位置が高くなる。このため、配圧弁１０内に設置されているプランジャ１０ａの閉鎖側（プランジャ１０ａの下降側）のリフト量が案内羽根最短閉鎖時間相当よりも小さくなるように制限される。
【００２３】
プランジャ１０ａの閉鎖側のリフト量が制限されることにより、案内羽根サーボモータ１１に供給する油量が制限され、前記案内羽根サーボモータ１１による案内羽根の閉鎖速度が低減される（閉鎖速度の腰折れ）。すなわち、配圧弁１０と案内羽根サーボモータ１１を接続する管路１０ｃ内を流れる油量を案内羽根最短閉鎖時間相当よりも小さくすることで案内羽根サーボモータ１１の案内羽根閉鎖時間が延長され、案内羽根急閉鎖時の水撃現象により発生する鉄管内の水圧上昇が抑制される。
【００２４】
ここで、腰折位置検出用電磁弁操作装置１４用電源（図２の電源Ａ，Ｂ）が喪失した場合は、電磁弁２の励磁が解かれるものの前記図示されていないストッパのソレノイド２０ａの励磁が解かれてばねによりストッパが作動し、電磁弁２のポート位置は排油側ポートに保持される。案内羽根の閉鎖が進行して案内羽根位置検出器内のリミットスイッチ１２ａにより、予め設定された案内羽根の開度位置が検出されると、接点１２ａがオフとなる。それとともに、接点１９ａがオンとなり、前記ソレノイド１７ａが励磁されてストッパは電磁弁の位置保持を解除する。電磁弁２はばねの弾性力により圧油供給側ポート２ｂに復帰して、上記手順により、案内羽根の閉鎖速度が低減される。
【００２５】
上述のように、案内羽根サーボモータ１１に供給する油量を制限することにより、前記案内羽根の閉鎖所要時間が変更できる装置構成とすることで水力発電所の高い安全性および信頼性を確保することが可能となる。
【００２６】
また、揚水運転が選択されると、案内羽根閉鎖時間切換え用電磁弁１が揚水側に励磁され、揚水側ポート１ａに切換わる。揚水側ポート１ａに切り換わったら図示されていない圧油源が電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して管路１ｃに接続され、管路１ｅは同様に電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して排油側に接続される。電磁弁１が揚水側ポート１ａに切り換わったら、電磁弁１に配置された前記リミットスイッチ１ｎの接点がオンとなり、前記リミットスイッチ１ｍの接点がオフとなる。また、案内羽根開度が予め設定された揚水側案内羽根腰折開度以上であれば、案内羽根位置検出器１２内のリミットスイッチ１２ｂがオンであるから、電磁弁３のソレノイドは通電され、電磁弁３のポート位置は排油側ポート３ａとなっている。電磁弁２は、前記リミットスイッチ１ｍがオフになっているため、ソレノイドには通電されず、ポート位置は、管路２ｃを管路１ｅ，電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して排油側に接続する位置になっている。前記電磁弁３のストッパは、ソレノイド２０ｂが励磁されているので、ばねの力に抗して後退位置にあり、電磁弁３の動作を自由にしている。
【００２７】
電磁弁３のポート位置が前記排油側ポート３ｂになっていることにより、揚水側案内羽根閉鎖時間切換え操作弁５内の圧油は管路３ｃを経て排油側に排油されており、前記操作弁５内のピストン５ａは最低位置に保たれ、前記ピストン５ａに連結されているリンク７も最低位置となる。また、操作弁４の圧油も管路２ｃ，管路１ｅ，電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して排油側に排出され、ピストン４ａは最低位置となって結合されているリンク７を最低位置としている。一方、管路１ｃに供給された圧油は、電磁弁３においては排油側ポート３ｂで止められているが、同時に管路１ｄを経て腰折操作弁６に導かれ、腰折操作弁６のピストン６ａを押し上げる。ピストン６ａが押し上げられることにより、ピストン６ａに結合されたロッドの先端のリミッタ６ｂが上昇してリンク８とリンク９の枢着部を押し上げる。このため、配圧弁駆動装置１６が配圧弁１０のロッド１０ｆの閉鎖側リフト量を案内羽根最短閉鎖時間相当に駆動しようとしても、前記リンク８とリンク９の枢着部の下端位置が前記リミッタ６によって所定の高さに規制されるため、リフト量が所定の値に制限され、案内羽根サーボモータ１１に供給される油量は、案内羽根最短閉鎖時間よりも長い時間で案内羽根を閉鎖する量に抑えられる。この結果、案内羽根サーボモータ１１は、案内羽根を、最短閉鎖時間で閉鎖する場合よりもいくらか遅い速度で閉鎖するように動作する。
【００２８】
案内羽根の閉鎖が進行して案内羽根開度か案内羽根位置検出器１２内のリミットスイッチ１２ｂで設定された揚水側案内羽根腰折開度以下となれば、リミットスイッチ１２ｂの接点がオフとなり、電磁弁３が消磁され、ポート位置が、内蔵されたばねにより圧油供給側ポート３ａに切換えられる。電磁弁３のポート位置が圧油供給側ポート３ａに切換わることにより、圧油が揚水側の操作弁５に供給され、該操作弁５内部のピストン５ａを押し上げる。前記ピストン５ａが押し上げられることにより、ピストン５ａに連結されたロッドに枢着されたリンク７が押し上げられる。前記リンク７が押し上げられることによりリンク８、リンク９が押し上げられ、配圧弁１０内のプランジャ１０ａの閉鎖側のリフト量が、前記リミッタ６で制限された揚水側羽根閉鎖時間相当よりも小さくなるように、ロッド１０ｆのストッパ１０ｉがリンク１０の環状部９ａで押し上げられる。この結果、配圧弁１０と案内羽根サーボモータ１１を接続する管路１０ｃ内を流れる油量が前記リミッタ６で制限された案内羽根閉鎖時間相当よりも小さくなって、つまり、閉鎖速度を腰折れさせて、案内羽根サーボモータ１１の案内羽根閉鎖時間が延長され、案内羽根急閉鎖時の水撃現象により発生する鉄管内の水圧上昇が抑制される。
【００２９】
なお、このとき、リミットスイッチ１２ｂの接点がオフになるのにともなって、接点１９ｂがオンとなり、ソレノイド１７ｂが励磁されるが、電磁弁３のストッパはソレノイド２０ｂの励磁によって後退位置にあり、何ら支障はない。
【００３０】
電磁弁３が励磁されてポート位置が排油側ポート位置にあるときに電源Ａ，Ｂが喪失した場合、ソレノイド２０ｂが消磁されてストッパがばねにより動作し、電磁弁３のポート位置は排油側ポート位置に保持される。
【００３１】
案内羽根の閉鎖が進行して案内羽根位置検出器内のリミットスイッチ１２ｂにより、予め設定された案内羽根の開度位置が検出されると、接点１２ｂがオフとなる。それとともに、接点１９ｂがオンとなり、前記ソレノイド１７ｂが励磁されてストッパは電磁弁の位置保持を解除する。電磁弁３はばねの弾性力により圧油供給側ポート３ｂに復帰して、上記手順により、案内羽根の閉鎖速度が低減される。
【００３２】
上述のように、プランジャ１０ａの閉鎖側のリフト量が、案内羽根のあらかじめ設定された開度位置で小さくなるように構成して、案内羽根サーボモータに供給する油量を制限することにより、前記案内羽根サーボモータの閉鎖時間が変更できる装置構成となり、水力発電所の高い安全性および信頼性を確保することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、水力発電所における水撃現象を緩和するために案内羽根の閉鎖時間を案内羽根の所定開度で切換える必要のある発電所で制御電源の喪失時のバックアップ装置を設けることにより、制御電源喪失時の腰折動作を所定の案内羽根開度で確保し、水撃現象による発電所への悪影響が排除できる水車制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す系統図である。
【図２】図１に示す実施例の細部を示す結線図である。
【図３】従来の調整制御方式を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 案内羽根閉鎖時間切換え用電磁弁
１ａ 揚水側ポート
１ｂ 発電側ポート
１ｃ，１ｄ，１ｅ 管路
２ 発電側案内羽根閉鎖時間切換位置検出用単式電磁弁
２ａ 発電側の排油側ポート
２ｂ 発電側の圧油供給側ポート
２ｃ 管路
３ 揚水側の案内羽根閉鎖時間切換位置検出用単式電磁弁
３ａ 揚水側の排油側ポート
３ｂ 揚水側の圧油供給側ポート
３ｃ 管路
４ 発電側案内羽根閉鎖時間切換え操作弁
４ａ ピストン
４ｂ リミッタ（リフト制限装置）
４ｃ ストッパ
５ 揚水側案内羽根閉鎖時間切換え操作弁
５ａ ピストン
５ｂ リミッタ（リフト制限装置）
５ｃ ストッパ
６ 腰折操作弁
６ａ ピストン
６ｂ リミッタ
７、８、９ リンク
９ａ 環状部
１０ 配圧弁
１０ａ 配圧弁プランジャ
１０ｂ、１０ｃ 管路
１０ｄ，１０ｅ リミッタ
１０ｆ ロッド
１０ｇ，１９ｈ，１０ｉ ストッパ
１１ 案内羽根サーボモータ
１１a ピストンロッド
１２ 案内羽根位置検出器
１２ａ，１２ｂ 案内羽根位置検出器内のリミットスイッチ
１３ 配電盤、
１３ａ 配電盤からの指令信号
１４ 腰折位置検出用電磁弁操作装置
１５ 調速機制御装置
１５ａ 調速機制御装置からの指令信号
１６ 配圧弁駆動装置
１７ａ，１７ｂ ソレノイド
１８ａ，１８ｂ 直流電源
１９ａ，１９ｂ 接点
２０ａ，２０ｂ ソレノイド
【発明が属する技術分野】
本発明は、水撃作用を緩和するために、案内羽根の閉鎖時間を案内羽根の所定の開度位置で切換える必要のある水車における制御装置に係り、特に、案内羽根の閉鎖時間を制御する水車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に水力発電所の案内羽根閉鎖時間切換え装置の概要を示す。案内羽根閉鎖時間切換え用電磁弁１が付勢されると電磁弁１のポートがaからbへ切換えられ、油圧切換え弁２への管路を形成する。また案内羽根サーボモータ１１のストロークが、レタンワイヤ３０により調速機盤内の滑車３１に伝達され滑車３１と同軸上に配置されたシャフト３２を回動し、シャフト３２に配置された案内羽根閉鎖時間切換え位置設定用カム３３，３４を回動させ、カム３３の動作により油圧切換え弁２のポートをcからdへ切換える。この切り換えにより、油圧切換弁２から発電側腰折操作弁４への管路が形成され、図示されていないアキュムレータからの圧油が発電側腰折操作弁４へ供給されて、発電側腰折操作弁４内に設置されているピストン４ａを押し上げる。ピストン４ａの移動量はリンク７，８およびリンク９を介し、配圧弁１０のリフト量を制限する。配圧弁１０のリフト量を制限することにより、配圧弁１０と案内羽根サーボモータ１１を接続している管路１０ｃ内を流れる案内羽根サーボモータ１１に供給される油量が、案内羽根サーボモータ１１の最短閉鎖時間に相当する油量よりも少なくなるよう制限し、案内羽根閉鎖時間を切換える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は、レタンワイヤ３０などを使用して案内羽根サーボモータ１１のストローク位置を機械的にフィードバックし、カム３３，３４やその他の油圧機器を使用することにより制御電源が喪失した場合に於いても、機械的に腰折位置（腰折すべき案内羽根位置）を検出することができた。しかし近年ディジタル機器の採用および機器の簡素化から案内羽根サーボモータの位置を電気的に検出し、制御に用いることが多くなってきている。この場合制御電源が喪失した場合、腰折位置が検出できなくなるという問題点があった。
【０００４】
本発明の課題は、水撃作用を緩和するために、水車に接続された導水管や水車に配置された案内羽根の閉鎖時間を案内羽根の所定の開度位置で切換える手段を備え、案内羽根閉鎖時間を設定するための制御装置用制御電源が喪失した場合および案内羽根の閉鎖時間を切換えるための位置を設定するための制御信号が喪失した場合においても、案内羽根の閉鎖時間を切換え、案内羽根の閉鎖により発生する水撃現象を緩和せしめ、水力発電所の安全の確保および信頼性の向上を図る水車制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的のために本発明の水車制御装置は、水車に流入する水の流路に配置された案内羽根の開度を検出して電気信号として出力する開度検出手段と、前記案内羽根閉鎖速度を設定する閉鎖速度設定手段と、前記電気信号を入力として電磁弁と機械式リンク機構を介して案内羽根の所定の開度位置で案内羽根閉鎖速度を切換える電磁機械式切換え手段とを備え、前記閉鎖速度設定手段が閉鎖速度を軸方向の移動量として設定するものであり、前記電磁機械式切換え手段が、前記閉鎖速度設定手段の軸方向移動量を規制するように構成され、前記電磁弁は、電源喪失時、そのポート位置を保持するとともに、前記電気信号によりそのポート位置を保持する力を消勢される保持手段と、を有してなることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１を用いて、発電および揚水運転を実施する水力発電所について説明する。図示の装置は、図示されていない圧油源に接続された案内羽根閉鎖時間切換え用電磁弁１（以下電磁弁１という）と、電磁弁１に管路１ｅで接続されて該電磁弁１から圧油の供給を受ける発電側案内羽根閉鎖時間切換え位置検出用単式電磁弁２（以下、電磁弁２という）と、同じく電磁弁１に管路１ｃで接続されて該電磁弁１から圧油の供給を受ける揚水側案内羽根閉鎖時間切換え位置検出用単式電磁弁３（以下、電磁弁３という）と、前記電磁弁２に管路２ｃで接続されて該電磁弁２から圧油の供給を受ける発電側案内羽根閉鎖時間切換え操作弁４（以下、操作弁４という）と、前記電磁弁３に管路３ｃで接続されて該電磁弁３から圧油の供給を受ける揚水側案内羽根閉鎖時間切換え操作弁５（以下、操作弁５という）と、前記操作弁４と操作弁５の間に配置され前記管路１ｃに接続されて該管路１ｃから圧油の供給を受ける腰折操作弁６と、前記操作弁４のピストン４ａに結合されたロッドの先端に一端を枢着され、他端を前記操作弁５のピストン５ａに結合されたロッドの先端に枢着されたリンク７と、該リンク７の中間の前記腰折操作弁６のピストン６ａに結合されたロッドの上端に対応する位置に一端を枢着されたリンク８と、該リンク８の他端に一端を枢着され他端９ｂが固定支点に枢着されたリンク９と、プランジャ１０ａを内装し該プランジャ１０ａに結合されたロッド１０ｆが前記リンク９の中間位置に形成された環状部９ａを貫通して伸縮するように配置された配圧弁１０と、前記ロッド１０ｆの中間部分に装着されて該ロッド１０ｆの軸線方向位置を変位させる配圧弁駆動装置１６と、該配圧弁駆動装置１６を制御する調速機制御装置１５と、前記配圧弁１０の二つの油圧ポートに管路１０ｂ，１０ｃで接続された案内羽根サーボモータ１１と、案内羽根サーボモータ１１のピストンロッド１１ａに結合されて案内羽根の開度位置を検出して電気信号として出力する開度検出手段をなす案内羽根位置検出器１２と、前記電磁弁１のソレノイドへの通電を制御する配電盤１３と、前記電磁弁２，３のソレノイドへの通電を制御する腰折位置検出用単式電磁弁操作装置１４と、を含んで構成されている。
【０００７】
なお、図１に破線で示されている管路は排油側の管路であり、以下の説明では単に排油側として記載する。
【０００８】
前記ロッド１０ｆを含む配圧弁１０、調速機制御装置１５、配圧弁駆動装置１６が、閉鎖速度設定手段を構成し、前記電磁弁２，３、操作弁４，５、腰折操作弁６、リンク７，８，９が電磁機械式切換え手段を構成する。電磁弁２，３に付属して設けられる保持手段については後述する。
【０００９】
前記電磁弁１は、発電側ポート１ｂと揚水側ポート１ａのいずれかに切り換えられるようになっており、発電側ポート１ｂの位置では図示されていない圧油源を管路１ｅに接続するとともに管路１ｃを排油側に、揚水側ポート１ａの位置では前記圧油源を管路１ｃに接続するとともに管路１ｅを排油側に、それぞれ接続する。
【００１０】
前記操作弁４，５のロッドにはそれぞれストッパ４ｃ，５ｃが取り付けられ、該ストッパ４ｃ，５ｃと係合してロッド伸長側のストロークエンドを規制するリミッタ４ｂ，５ｂが設けられている。リミッタ４ｂ，５ｂの位置は調整可能となっており、必要に応じてロッド伸長側のストロークエンド位置を調整できるようになっている。
【００１１】
前記腰折操作弁６のピストン６ａに結合されたロッドの上端には、リミッタ６ｂが固着され、前記リンク８が下降したときにその下端に当接してリンク８の下降の下限位置を設定するようにしてある。腰折操作弁６のピストン６ａは、前記管路１ｃから供給される圧油により上下するから、この下限位置は前記電磁弁１の動作により変化する。
【００１２】
配圧弁１０のロッド１０ｆには、前記配圧弁駆動装置１６が装着されている部分よりも先端側にストッパ１０ｈが取り付けられ、このストッパ１０ｈと係合してロッド１０ｆの伸出側、縮退側それぞれストロークエンドを規制するリミッタ１０ｅ，１０ｄが設けられている。ロッド１０ｆにはさらに、前記リンク９との係合部（前記環状部９ａを貫通している部分）を挟む位置にストッパ１０ｉ，１０ｈが取り付けられ、ロッド１０ｆの伸出側、縮退側それぞれストロークが、前記リンク９によって制限されるようになっている。つまり、ロッド１０ｆは前記環状部９ａを貫通しているが、ストッパ１０ｉ，１０ｈは該環状部９ａを通過できない大きさにしてあるので、ストッパ１０ｉ，１０ｈがリンク９に当たると、ロッド１０ｆ、すなわちプランジャ１０ａはそこで止まる。
【００１３】
図示されていない案内羽根は、案内羽根サーボモータ１１により、閉鎖される。案内羽根の閉鎖状態、すなわち開度位置は、ピストンロッド１１ａに結合された案内羽根位置検出器１２により、検出される。
【００１４】
図２に腰折位置検出用電磁弁操作装置１４の詳細を示す。図示の構成は、電磁弁２のソレノイドの一端が、直列に接続されたリミットスイッチ１ｍとリミットスイッチ１２ａを介して電源に接続され、電磁弁３のソレノイドの一端が、直列に接続されたリミットスイッチ１ｎとリミットスイッチ１２ｂを介して電源に接続されたものである。ソレノイドの各他端は直接電源Ｂに接続されている。リミットスイッチ１ｍ，１ｎはそれぞれ電磁弁１の位置が発電側ポート１ｂ、揚水側ポート１ａにあるとき、接点オンとなるように構成され、リミットスイッチ１２ａ，１２ｂは、案内羽根位置検出器１２内に設置され、それぞれ、発電側案内羽根腰折開度以下で接点オフ、揚水側案内羽根腰折開度以下で接点オフとなるように構成されている。
【００１５】
また、リミットスイッチ１２ａ，１２ｂの接点と逆の動作をする接点１９ａ，１９ｂが設けられ、接点１９ａ，，１９ｂに接続してソレノイド１７ａ，１７ｂ、直流電源（例えば太陽電池）１８ａ，１８ｂが設けられている。さらに、電源Ａ，Ｂ間に、直列にソレノイド２０ａ，２０ｂが設けられている。前記電磁弁２，３には、付属するばねに駆動されて電磁弁の動作を固定する方向に動く図示されていない保持手段をなすストッパが付属しており、ソレノイド１７ａ，２０ａは通電時、前記ばねの力と逆向きにストッパに力を加えて電磁弁２の動作を自由にするようになっている。つまり、電源Ａ，Ｂが正常な状態では、ソレノイド２０ａに通電されているので、接点１９ａに関係なく、電磁弁２は自由に動作する。電源Ａ，Ｂが喪失すると、ソレノイド２０ａが消磁され、ばねによりストッパが動作して電磁弁２はその状態（ソレノイド２が通電中であった場合は排油側ポート位置）に保持される。その状態でリミットスイッチ１２ａが作動した場合、接点１９ａがオンとなり、ソレノイド１７ａが直流電源１８ａによって励磁され、前記ストッパは電磁弁２の動作を自由にするように動く。接点１９ｂ，ソレノイド１７ａ，２０ｂも、電磁弁３に設けられたストッパにつき、同様に動作する。
【００１６】
発電運転が選択され、電磁弁１の位置が発電側ポート１ｂになると、電磁弁１内に設置されているリミットスイッチ１ｍが接点オンとなる。ここで案内羽根位置検出器１２内に設置されているリミットスイッチ１２ａが発電側案内羽根腰折開度以上で接点オンとなるように設定しておくことにより、リミットスイッチ１ｍの接点オンで、発電側案内羽根閉鎖時間切換位置検出用単式電磁弁２が付勢される。また、案内羽根位置検出器１２内に設置されているリミットスイッチ１２ａが発電側案内羽根腰折開度以下で接点オフするように設定しておくことにより、案内羽根開度が発電側腰折位置以下になったとき、前記電磁弁２を消勢する構成とする。電源Ａ，Ｂが喪失した場合、前記図示されていないストッパにより、電磁弁２はその状態（電源喪失前の状態）に保持される。
【００１７】
また、揚水運転が選択され、電磁弁１の位置が揚水側ポート１ａになると、電磁弁１内に設置されているリミットスイッチ１ｎが接点オンとなる。ここで案内羽根位置検出器１２内に設置されているリミットスイッチ１２ｂが揚水側案内羽根腰折開度以上では接点オンとなるように設定しておくことにより、リミットスイッチ１ｎの接点オンで、揚水側案内羽根閉鎖時間切換位置検出用単式電磁弁３が付勢される。また、案内羽根位置検出器１２内に設置されている前記リミットスイッチ１２ｂが揚水側案内羽根腰折開度以下で接点オフするように設定しておくことにより、案内羽根開度が揚水側腰折位置以下になったときは、該電磁弁３を消勢する構成とする。電磁弁３についても、電源Ａ，Ｂが喪失した場合、前記電磁弁２の場合と同様、電磁弁３は前記図示されていないストッパによりその状態（電源喪失前の状態）に保持される。
【００１８】
上記装置を備え、発電運転と揚水運転を切り換え実施する水力発電所において発電運転が選択されていれば、配電盤１３により電磁弁１は発電側に付勢され、発電側ポート１ｂの位置、すなわち、図示されていない圧油源を管路１ｅに接続し、管路１ｃを排油側に接続する位置に切換えられている。また、電磁弁２は、腰折位置検出用単式電磁弁操作装置１４により、排油側ポート２ａの位置、すなわち、管路２ｃを排油側に連通する位置に操作されている。したがって、図示されていない圧油源は電磁弁１を介して管路１ｅに接続され、管路１ｅは電磁弁２の行く先のないポートに接続されている。また、操作弁４の圧油は、管路２ｃを経て排油側に排出される。さらに、電磁弁３は、前記リミットスイッチ１ｎの接点がオフとなっているため消磁され、圧油供給側ポート３ｂの位置、すなわち、管路３ｃを管路１ｃ，電磁弁１の発電側ポート１ｂを経て排油側に連通する位置に操作されている。したがって、操作弁４，操作弁５，腰折れ操作弁６の各ピストンは最低位置となり、リンク７，８，９も最低位置にある。
【００１９】
また、揚水運転が選択されると、電磁弁１が揚水側ポート１ａに切換わるように付勢され、電磁弁３は腰折位置検出用電磁弁操作装置１４の条件により付勢され、排油側ポート３ａへ切換わる。したがって、図示されていない圧油源は電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して管路１ｃに接続され、管路１ｃは、電磁弁３の排油側ポート３ａに、管路１ｄを介して腰折操作弁６に、それぞれ連通される。また、電磁弁２は、腰折位置検出用電磁弁操作装置１４の条件により消勢され、ポート位置は内蔵されたばねの弾性で圧油供給側ポート２ｂに復帰する。したがって、操作弁４内の圧油は、管路２ｃ，管路１ｅ及び電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して排油側に排出される。この結果、図示されていない圧油源からの圧油が腰折れ操作弁６へ供給され、操作弁５内の圧油は、管路３ｃを経て排油側に排出される。
【００２０】
このような状態で調速機制御装置１５により配圧弁駆動装置１６が駆動され、配圧弁１０のロッド１０ｆの位置が設定されて、案内羽根サーボモータ１１による案内羽根の閉鎖動作が開始される。
【００２１】
以下、上記装置の動作を詳細に説明する。運転モードが発電運転のとき、電磁弁１は発電側に付勢されており、ポート位置は前述のように発電側ポート１ｂとなっていて、前記リミットスイッチ１ｍがオン、リミットスイッチ１ｎがオフとなっている。発電側案内羽根閉鎖時間切換位置検出用電磁弁２は、電源正常かつ案内羽根腰折位置設定値以上（前記リミットスイッチ１２ａが接点オン）で付勢されている。該電磁弁２は励磁（付勢）されることにより、排油側ポート２ａの位置をとり、発電側の操作弁４内の圧油が管路２ｃを通して排油されている。また、電磁弁３は消磁されていて圧油供給側ポート３ｂ位置であり、操作弁５、腰折れ操作弁６はいずれも排油されている。各操作弁内の圧油が排油されていれば、それら操作弁内のピストンも最低位置に保たれ、ピストンのロッドに連結されているリンク７，８，９も最低位置となる。このため、配圧弁駆動装置１６に駆動された配圧弁１０のロッド１０ｆの閉鎖側リフト量が案内羽根最短閉鎖時間相当となっても、前記リンク９によってリフト量の制限を受けることがなく、案内羽根サーボモータ１１に案内羽根最短時間相当の油量が供給され、前記サーボモータは最短閉鎖時間で案内羽根を閉鎖するよう動作する。案内羽根の閉鎖が進行し、案内羽根開度が腰折開度以下になると、案内羽根位置検出器１２に設置されたリミットスイッチ１２ａの接点がオフとなる。前記接点がオフとなることにより、電磁弁２のソレノイドへの通電が断たれて消磁され、ばねの弾性力により、電磁弁２は圧油供給側ポート２ｂに復帰する。
【００２２】
前記電磁弁２のポート位置が圧油供給側ポート２ｂに復帰すると、圧油が管路２ｃを通して発電側の操作弁４に供給され、操作弁４内のピストン４ａが押し上げられる。ピストン４ａが押し上げられると、ピストン４ａのロッドに連結されているリンク７が押し上げられる。リンク７が押し上げられることにより、リンク８、リンク９が押し上げられ、リンク９が押し上げられることにより、配圧弁１０のロッド１０ｆに対してリンク９の環状部９ａの位置が相対的に高くなり、ロッド１０ｆの下降方向の下限位置が高くなる。このため、配圧弁１０内に設置されているプランジャ１０ａの閉鎖側（プランジャ１０ａの下降側）のリフト量が案内羽根最短閉鎖時間相当よりも小さくなるように制限される。
【００２３】
プランジャ１０ａの閉鎖側のリフト量が制限されることにより、案内羽根サーボモータ１１に供給する油量が制限され、前記案内羽根サーボモータ１１による案内羽根の閉鎖速度が低減される（閉鎖速度の腰折れ）。すなわち、配圧弁１０と案内羽根サーボモータ１１を接続する管路１０ｃ内を流れる油量を案内羽根最短閉鎖時間相当よりも小さくすることで案内羽根サーボモータ１１の案内羽根閉鎖時間が延長され、案内羽根急閉鎖時の水撃現象により発生する鉄管内の水圧上昇が抑制される。
【００２４】
ここで、腰折位置検出用電磁弁操作装置１４用電源（図２の電源Ａ，Ｂ）が喪失した場合は、電磁弁２の励磁が解かれるものの前記図示されていないストッパのソレノイド２０ａの励磁が解かれてばねによりストッパが作動し、電磁弁２のポート位置は排油側ポートに保持される。案内羽根の閉鎖が進行して案内羽根位置検出器内のリミットスイッチ１２ａにより、予め設定された案内羽根の開度位置が検出されると、接点１２ａがオフとなる。それとともに、接点１９ａがオンとなり、前記ソレノイド１７ａが励磁されてストッパは電磁弁の位置保持を解除する。電磁弁２はばねの弾性力により圧油供給側ポート２ｂに復帰して、上記手順により、案内羽根の閉鎖速度が低減される。
【００２５】
上述のように、案内羽根サーボモータ１１に供給する油量を制限することにより、前記案内羽根の閉鎖所要時間が変更できる装置構成とすることで水力発電所の高い安全性および信頼性を確保することが可能となる。
【００２６】
また、揚水運転が選択されると、案内羽根閉鎖時間切換え用電磁弁１が揚水側に励磁され、揚水側ポート１ａに切換わる。揚水側ポート１ａに切り換わったら図示されていない圧油源が電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して管路１ｃに接続され、管路１ｅは同様に電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して排油側に接続される。電磁弁１が揚水側ポート１ａに切り換わったら、電磁弁１に配置された前記リミットスイッチ１ｎの接点がオンとなり、前記リミットスイッチ１ｍの接点がオフとなる。また、案内羽根開度が予め設定された揚水側案内羽根腰折開度以上であれば、案内羽根位置検出器１２内のリミットスイッチ１２ｂがオンであるから、電磁弁３のソレノイドは通電され、電磁弁３のポート位置は排油側ポート３ａとなっている。電磁弁２は、前記リミットスイッチ１ｍがオフになっているため、ソレノイドには通電されず、ポート位置は、管路２ｃを管路１ｅ，電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して排油側に接続する位置になっている。前記電磁弁３のストッパは、ソレノイド２０ｂが励磁されているので、ばねの力に抗して後退位置にあり、電磁弁３の動作を自由にしている。
【００２７】
電磁弁３のポート位置が前記排油側ポート３ｂになっていることにより、揚水側案内羽根閉鎖時間切換え操作弁５内の圧油は管路３ｃを経て排油側に排油されており、前記操作弁５内のピストン５ａは最低位置に保たれ、前記ピストン５ａに連結されているリンク７も最低位置となる。また、操作弁４の圧油も管路２ｃ，管路１ｅ，電磁弁１の揚水側ポート１ａを介して排油側に排出され、ピストン４ａは最低位置となって結合されているリンク７を最低位置としている。一方、管路１ｃに供給された圧油は、電磁弁３においては排油側ポート３ｂで止められているが、同時に管路１ｄを経て腰折操作弁６に導かれ、腰折操作弁６のピストン６ａを押し上げる。ピストン６ａが押し上げられることにより、ピストン６ａに結合されたロッドの先端のリミッタ６ｂが上昇してリンク８とリンク９の枢着部を押し上げる。このため、配圧弁駆動装置１６が配圧弁１０のロッド１０ｆの閉鎖側リフト量を案内羽根最短閉鎖時間相当に駆動しようとしても、前記リンク８とリンク９の枢着部の下端位置が前記リミッタ６によって所定の高さに規制されるため、リフト量が所定の値に制限され、案内羽根サーボモータ１１に供給される油量は、案内羽根最短閉鎖時間よりも長い時間で案内羽根を閉鎖する量に抑えられる。この結果、案内羽根サーボモータ１１は、案内羽根を、最短閉鎖時間で閉鎖する場合よりもいくらか遅い速度で閉鎖するように動作する。
【００２８】
案内羽根の閉鎖が進行して案内羽根開度か案内羽根位置検出器１２内のリミットスイッチ１２ｂで設定された揚水側案内羽根腰折開度以下となれば、リミットスイッチ１２ｂの接点がオフとなり、電磁弁３が消磁され、ポート位置が、内蔵されたばねにより圧油供給側ポート３ａに切換えられる。電磁弁３のポート位置が圧油供給側ポート３ａに切換わることにより、圧油が揚水側の操作弁５に供給され、該操作弁５内部のピストン５ａを押し上げる。前記ピストン５ａが押し上げられることにより、ピストン５ａに連結されたロッドに枢着されたリンク７が押し上げられる。前記リンク７が押し上げられることによりリンク８、リンク９が押し上げられ、配圧弁１０内のプランジャ１０ａの閉鎖側のリフト量が、前記リミッタ６で制限された揚水側羽根閉鎖時間相当よりも小さくなるように、ロッド１０ｆのストッパ１０ｉがリンク１０の環状部９ａで押し上げられる。この結果、配圧弁１０と案内羽根サーボモータ１１を接続する管路１０ｃ内を流れる油量が前記リミッタ６で制限された案内羽根閉鎖時間相当よりも小さくなって、つまり、閉鎖速度を腰折れさせて、案内羽根サーボモータ１１の案内羽根閉鎖時間が延長され、案内羽根急閉鎖時の水撃現象により発生する鉄管内の水圧上昇が抑制される。
【００２９】
なお、このとき、リミットスイッチ１２ｂの接点がオフになるのにともなって、接点１９ｂがオンとなり、ソレノイド１７ｂが励磁されるが、電磁弁３のストッパはソレノイド２０ｂの励磁によって後退位置にあり、何ら支障はない。
【００３０】
電磁弁３が励磁されてポート位置が排油側ポート位置にあるときに電源Ａ，Ｂが喪失した場合、ソレノイド２０ｂが消磁されてストッパがばねにより動作し、電磁弁３のポート位置は排油側ポート位置に保持される。
【００３１】
案内羽根の閉鎖が進行して案内羽根位置検出器内のリミットスイッチ１２ｂにより、予め設定された案内羽根の開度位置が検出されると、接点１２ｂがオフとなる。それとともに、接点１９ｂがオンとなり、前記ソレノイド１７ｂが励磁されてストッパは電磁弁の位置保持を解除する。電磁弁３はばねの弾性力により圧油供給側ポート３ｂに復帰して、上記手順により、案内羽根の閉鎖速度が低減される。
【００３２】
上述のように、プランジャ１０ａの閉鎖側のリフト量が、案内羽根のあらかじめ設定された開度位置で小さくなるように構成して、案内羽根サーボモータに供給する油量を制限することにより、前記案内羽根サーボモータの閉鎖時間が変更できる装置構成となり、水力発電所の高い安全性および信頼性を確保することが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、水力発電所における水撃現象を緩和するために案内羽根の閉鎖時間を案内羽根の所定開度で切換える必要のある発電所で制御電源の喪失時のバックアップ装置を設けることにより、制御電源喪失時の腰折動作を所定の案内羽根開度で確保し、水撃現象による発電所への悪影響が排除できる水車制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す系統図である。
【図２】図１に示す実施例の細部を示す結線図である。
【図３】従来の調整制御方式を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 案内羽根閉鎖時間切換え用電磁弁
１ａ 揚水側ポート
１ｂ 発電側ポート
１ｃ，１ｄ，１ｅ 管路
２ 発電側案内羽根閉鎖時間切換位置検出用単式電磁弁
２ａ 発電側の排油側ポート
２ｂ 発電側の圧油供給側ポート
２ｃ 管路
３ 揚水側の案内羽根閉鎖時間切換位置検出用単式電磁弁
３ａ 揚水側の排油側ポート
３ｂ 揚水側の圧油供給側ポート
３ｃ 管路
４ 発電側案内羽根閉鎖時間切換え操作弁
４ａ ピストン
４ｂ リミッタ（リフト制限装置）
４ｃ ストッパ
５ 揚水側案内羽根閉鎖時間切換え操作弁
５ａ ピストン
５ｂ リミッタ（リフト制限装置）
５ｃ ストッパ
６ 腰折操作弁
６ａ ピストン
６ｂ リミッタ
７、８、９ リンク
９ａ 環状部
１０ 配圧弁
１０ａ 配圧弁プランジャ
１０ｂ、１０ｃ 管路
１０ｄ，１０ｅ リミッタ
１０ｆ ロッド
１０ｇ，１９ｈ，１０ｉ ストッパ
１１ 案内羽根サーボモータ
１１a ピストンロッド
１２ 案内羽根位置検出器
１２ａ，１２ｂ 案内羽根位置検出器内のリミットスイッチ
１３ 配電盤、
１３ａ 配電盤からの指令信号
１４ 腰折位置検出用電磁弁操作装置
１５ 調速機制御装置
１５ａ 調速機制御装置からの指令信号
１６ 配圧弁駆動装置
１７ａ，１７ｂ ソレノイド
１８ａ，１８ｂ 直流電源
１９ａ，１９ｂ 接点
２０ａ，２０ｂ ソレノイド
Claims (1)
- 水車に流入する水の流路に配置された案内羽根の開度を検出して電気信号として出力する開度検出手段と、前記案内羽根閉鎖速度を設定する閉鎖速度設定手段と、前記電気信号を入力として電磁弁と機械式リンク機構を介して案内羽根の所定の開度位置で案内羽根閉鎖速度を切換える電磁機械式切換え手段とを備え、前記閉鎖速度設定手段が閉鎖速度を軸方向の移動量として設定するものであり、前記切換え手段が、前記閉鎖速度設定手段の軸方向移動量を規制するように構成され、前記電磁弁は、電源喪失時、そのポート位置を保持するとともに、前記電気信号によりそのポート位置を保持する力を消勢される保持手段を有してなることを特徴とする水車制御装置。
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