JP4141780B2 - ポンプ水車およびその運転制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポンプ水車およびその運転制御方法に係わり、特に揚水運転から発電運転に切り替える際の運転制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電力自由化に伴って盛んになりつつある電力の売買においては、単に発生する電力の量だけでなく電力の質的価値にも目が向けられるようになってきている。
【０００３】
一般に、電力系統を安定に保つためには、急激な負荷変動にどれだけ俊敏に対応できるかが非常に重要である。したがって、急激な負荷変動に俊敏に対応して電力調整を行なうことが必要とされており、このような観点から近年、揚水発電所の重要性が見直されつつある。
【０００４】
揚水発電所に設置されるポンプ水車は、発電電動機が接続されて発電運転と揚水運転の両者を行なうように構成されており、揚水運転で余分な電力を吸収し、発電運転で吸収した電力を放出できるため、定格容量のほぼ２倍の電力調整が可能である。また、火力、原子力といった他の発電方式と比較して起動停止に要する時間が短く、上記のような急激な負荷変動に俊敏に対応した電力調整を行なうのに適している。
【０００５】
このような揚水発電所においてポンプ水車を揚水運転から発電運転へ切り替える場合、従来ではポンプ水車の安全面重視の観点から、揚水運転状態から可動ガイドベーンを全閉して入口弁を閉鎖する通常の揚水運転停止時と同様の手順で一旦ポンプ水車を停止させ、その後通常の水車運転起動時と同様に入口弁、ガイドベーンを開いて発電運転を開始していた。このため従来の技術では、揚水運転状態から発電運転状態へ切り替えるまでに、６分以上の時間を要していた。
【０００６】
また、このような揚水運転から発電運転への切り替え時間を短縮する技術として、特許文献１に開示されているように、揚水停止時に可動ガイドベーンを小開度に保持し、入口弁を全開としたままポンプ水車への軸入力を遮断することでポンプ水車を急速停止させてそのまま発電運転に移行させる、クイックチェンジが試みられている。この特許文献１の技術は、クイックチェンジを行なう際に、ポンプ水車の振動，軸振れ，水圧脈動を検出してこの値が規定値より小さい場合ガイドベーンを小開度に保持し、規定値より大きい場合、ガイドベーンを全閉とするよう制御することで、揚水運転から発電運転へ移行する際に過大な振動，軸振れ，水圧脈動等が発生してこれらがポンプ水車に悪影響を及ぼすことを防止するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−１５９４５７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１にも記載されている通り、ポンプ水車への入力を遮断した後ランナの回転速度が低下するまでは、ランナの回転方向は揚水運転方向であるのに対して、水流は発電運転方向となるためポンプ水車には過大な振動、ポンプ水車の回転軸の軸振れ、また過渡的流体力に伴う水圧脈動などが発生する。しかしながら特許文献１の技術を用いた場合でも、ほとんどの場合でこれらの振動、軸振れ、また水圧脈動の値がポンプ水車に悪影響を及ぼさない規定値よりも大きくなってしまい、結果的に通常の揚水停止時と同様にガイドベーンを閉鎖せざるを得ず、この方法で安全かつ確実に実施できない。
【０００９】
本発明の目的は、ポンプ水車に発生する軸振れ、振動、水圧脈動を抑制し、安全かつ短時間に揚水運転から発電運転に移行できるポンプ水車およびその運転制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の一つの態様では、揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車の運転制御方法において、前記ポンプ水車は、上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナが停止したら可動ガイドベーンを再び全閉にし、ついで入口弁の開操作を開始し、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の一つの態様では、揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車の運転制御方法において、前記ポンプ水車は、上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナの揚水運転方向への回転が予め定めた設定回転速度となった時点で可動ガイドベーンを予め定めた小開度まで閉じるとともに入口弁の開操作を開始し、ランナの回転方向が発電運転方向に転換したら、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の一つの態様では、上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車において、ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナが停止したら可動ガイドベーンを再び全閉にし、ついで入口弁の開操作を開始し、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する制御装置を備える、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の一つの態様では、上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車において、ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナの揚水運転方向への回転が予め定めた設定回転速度となった時点で可動ガイドベーンを予め定めた小開度まで閉じるとともに入口弁の開操作を開始し、ランナの回転方向が発電運転方向に転換したら、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する制御装置を備える、ことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のポンプ水車およびその運転制御方法の実施の形態を図を参照して以下に説明する。ここで、互いに共通または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係るポンプ水車の運転制御方法の第１の実施の形態に係るポンプ水車を示す。ランナ１は、ランナ室４内に収められ、鉛直軸の周りに自由に回転できるようになっている。ランナ室４は、上カバー２と下カバー３にはさまれて形成されている。水車運転すなわち発電運転のときは、図示しない上池から鉄管５によって導かれる高圧水は、入口弁７を通ってケーシング６に入り、さらに可動ガイドベーン８の間隙を通って、ランナ室４に入ってランナ１を回転駆動する。ランナ室４を出た水は吸い出し管９を経て図示しない下池へ放水される。ランナ１は、主軸１０を介して、図示しない発電電動機に結合されており、これによって発電を行なう。
【００１６】
また、ポンプ運転すなわち揚水運転のときは、発電電動機に電気エネルギを供給して電動機として用い、ランナ１を発電運転のときと逆方向に回転させてポンプとして、下池の水を上池へと逆流させる。
【００１７】
このうち、可動式ガイドベーン８は、ランナ室４の外周部に沿って複数枚設けられており、その開度を調整することによってランナ室４内に流入、もしくはランナ室４内から流出する水の流量を調整することができる。また、入口弁７は、鉄管５とケーシング６との間に設けられ、前記ケーシングへの流路を閉止するための止水弁であり、緊急時のために単独で全流水の遮断ができように構成されているが、通常は流水遮断の負荷を作用させないように開閉される。
【００１８】
なお図１に示すように、下カバー３の内面とランナ１の下部の間には側圧室４ａが形成され、ランナ１とその外側の可動ガイドベーン８の間にはランナ外周室４ｂが形成されている。
【００１９】
このポンプ水車には制御装置４０が設けられており、これによって、発電電動機を電気的に並列・解列したり、入口弁７や可動ガイドベーン８の開度調整等を適時にできるようになっている。また、そのために、例えばランナ１の回転速度が検出され、その検出結果が制御装置４０に送られるようになっている。
【００２０】
次に、上記ポンプ水車の運転制御方法について、図１と図２を用いて説明する。揚水運転から発電運転への切り替え指令が出ると、まず可動ガイドベーン８を閉じ始め、可動ガイドベーン８が全閉、もしくは予め定めた解列開度になった時点で主軸１０を駆動している発電電動機の入力を遮断して解列を行なう。また可動ガイドベーン８が全閉となるか、その近傍となった時点で入口弁７の閉鎖を開始する。
【００２１】
なお、ここまでの運転制御方法については通常の揚水停止時と同様なものとしたが、揚水停止の方法はこれに限らず、例えば揚水運転中に発電電動機の入力を遮断し、可動ガイドベーン８と入口弁７とを急閉鎖する等、種々の方法で行なうことが可能である。
【００２２】
可動ガイドベーン８が閉じると、ランナ１の回転速度は機械損失やランナ室４内での撹拌損失等で低下し始めるが、そのまま放置して停止を待つには時間を要する。そこで、入口弁７が全閉もしくは全閉近傍になったら再び可動ガイドベーン８を全開まで開く。そうするとランナ室４内での撹拌損失が可動ガイドベーン全閉時よりも増加するため、ランナ１の停止時間が短縮される。
【００２３】
このとき、入口弁７は全閉になっているので、ランナ１に流水が衝突するようなことはなく、ポンプ水車に過大な軸振れ、振動、水圧脈動等が生じることはなく、安全にランナ１を停止させることができる。
【００２４】
ランナ１が停止したら、一旦可動ガイドベーン８を全閉にし、ついで入口弁７を開ける操作を開始し、可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転操作に移行する。
【００２５】
このように本実施の形態によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開にすることで攪拌損失を増大させるので、ポンプ水車に過大な軸振れ、振動、水圧脈動等を生じさせることなく揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を従来と比較して早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００２６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係るポンプ水車の運転制御方法の第２の実施の形態を説明する。ここで用いられるポンプ水車は図１に示した上記第１の実施の形態のものと共通である。第２の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法を図３に示す。
【００２７】
揚水運転から発電運転への切り替え指令が出ると、第１の実施の形態と同様に可動ガイドベーン８，入口弁７の閉鎖、および発電電動機の解列を適宜行なう。さらに、第１の実施の形態と同様に、可動ガイドベーン８が全閉となり入口弁７が全閉もしくは全閉近傍となった時点で、再び可動ガイドベーン８のみを全開とし、これによってランナ１の攪拌損失を増加させてランナ１の回転速度の低下を早める。
【００２８】
そして本実施の形態においては次に、ランナ１の回転速度が設定回転速度まで低下した時点で、可動ガイドベーン８を予め設定された小開度まで閉じる操作と入口弁７を開ける操作を行なう。この操作により、揚水運転方向に回転しているランナ１の外周部に鉄管５からの流水が衝突し、ランナ１の回転を止めるブレーキの役割を果たす。
【００２９】
ここで、上記設定回転速度は、揚水運転方向に回転するランナ１に流水が衝突しても過大な軸振れ，振動，水圧脈動等を生じない０以上の任意の値に予め設定しておく。
【００３０】
この状態を維持しておくとランナ１は停止し、ついで発電運転方向に回転し始める。そしてランナ１の回転が発電運転方向に転換したら、可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転に移行する。
【００３１】
このように本実施の形態によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開とし、攪拌損失を増大させて揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を低下させ、その回転速度がランナに流水が衝突しても過大な軸振れ，振動，水圧脈動等を生じない設定回転速度まで低下した時点でさらに可動ガイドベーン８を予め設定された小開度に設定して入口弁７を開くので、ランナ１の回転速度を早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００３２】
なお、本実施の形態において可動ガイドベーン８を小開度とし入口弁７を開く操作を開始するトリガーとなる上記設定回転速度を０に設定することも可能である。この場合、揚水運転方向に回転するランナ１の停止は第１の実施の形態と同様に攪拌損失によるが、ランナ１の回転速度が０、すなわちランナ１が停止すると可動ガイドベーン８が小開度となり入口弁７が開き始めるので、ランナ１は直ちに発電運転方向に回転を始める。このため、全体としての切り替え時間は従来と比較して短縮される上、ランナ１が停止するまでは流水がランナ１に衝突しないので、ポンプ水車に過大な軸振れ、振動、水圧脈動等が生じることがない。
【００３３】
また、揚水運転方向に回転するランナ１に流水を衝突させる時の可動ガイドベーン８の開度については、揚水運転方向に回転するランナ１に流水が衝突しても過大な軸振れ，振動，水圧脈動等を生じない開度とすればよいので、図２に示したように発電運転時の無負荷開度より大きい開度に限るものではない。さらに、このとき可動ガイドベーン８を一定開度に保持する必要もなく、例えば入口弁７の開度の増大にあわせて可動ガイドベーン開度を小さくしてもよい。このようにした場合は、入口弁７の開口面積が広がることによる流量増加を可動ガイドベーン８の開度を小さくすることで相殺できるので、入口弁７を開く際の負荷を低減し、流水の衝突によってランナ１の回転に作用させるブレーキ力を一定とすることが可能となる。このため、機器の安全性をより向上させることができる。
【００３４】
［第３の実施の形態］
図４は、本発明に係るポンプ水車の運転制御方法の第３の実施の形態に係るポンプ水車を示す。図１の構成と比べて、ランナ室４のランナ外周室４ｂと吸い出し管９との間を弁３１を介して連通するランナ外周室排水管１１を備えるようにした点が異なる。或いは、ランナ室４の側圧室４ａと吸い出し管９との間を弁３２を介して連通する側圧室排水管１２を備えるようにした点が異なる。
【００３５】
次に、第３の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法を図５を用いて説明する。揚水運転から発電運転への切り替え指令が出ると、第１の実施の形態と同様に可動ガイドベーン８，入口弁７の閉鎖、および発電電動機の解列を適宜行なう。さらに、第１の実施の形態と同様に、可動ガイドベーン８が全閉となり入口弁７が全閉もしくは全閉近傍となった時点で、再び可動ガイドベーン８のみを全開とし、これによってランナ１の攪拌損失を増加させてランナ１の回転速度の低下を早める。
【００３６】
本実施の形態はこれに加え、可動ガイドベーン８が全閉になった時点でランナ室４のランナ外周室４ｂと吸い出し管９との間を弁３１を介して連通するランナ外周室排水管１１、或いはランナ室４の側圧室４ａと吸い出し管９との間を弁３２を介して連通する側圧室排水管１２の弁３１，３２のうち少なくとも一方を開く操作を行なう。すると、揚水運転方向に回転するランナ１の作用によってランナ室４内の水がこれらのランナ外周室排水管１１、側圧室排水管１２を介して吸い出し管９へと流れる。
【００３７】
したがって、可動ガイドベーン８が全開となることによってランナ１の攪拌損失が増加する以外に、ランナ室４内の水をランナ外周室排水管１１や側圧室排水管１２を介して吸い出し管９へと流すためにランナ１の回転エネルギが費やされることになるため、これらの排水管１１、１２を用いない場合に比べて揚水運転方向に回転するランナ１の回転速度を早く低下させることができる。
【００３８】
そしてランナ１が停止したら、第１の実施の形態と同様に一旦可動ガイドベーン８を全閉にするとともに、開いているランナ外周室排水管１１、側圧室排水管１２の弁３１，３２を閉じる。ついで入口弁７を全開にし、可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転操作に移行する。
【００３９】
このように本実施の形態によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開にして攪拌損失を増大させるほか、ランナ外周室排水管１１もしくは側圧室排水管の少なくとも一方を用いてランナ室４内の水を吸い出し管９へと流すことで揚水運転方向に回転するランナ１の回転エネルギを消費させるので、ポンプ水車に過大な軸振れ、振動、水圧脈動等を生じさせることなく揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を従来と比較して早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００４０】
さらに本実施の形態の変形例として、本実施の形態と前記第２の実施の形態を組み合わせて実施することも可能である。この変形例におけるポンプ水車の運転制御方法を図６に示す。
【００４１】
すなわちこの変形例においては上記に加え、第２の実施の形態と同様に、揚水運転方向に回転するランナ１の回転速度が設定回転速度まで低下した時点で、可動ガイドベーン８を予め設定された小開度まで閉じる操作と入口弁７を開ける操作を行なう。この操作により、揚水運転方向に回転しているランナ１の外周部に鉄管５からの流水が衝突し、ランナ１の回転を止めるブレーキの役割を果たすので、ランナ１が停止するまでの時間をさらに短縮することができる。
【００４２】
そしてこの状態を維持してランナ１が停止し、その回転方向が発電運転方向に転換したら、第２の実施の形態と同様に可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転に移行するが、このとき同時に開いているランナ外周室排水管１１、側圧室排水管１２の弁３１、３２を閉じる。
【００４３】
このように本変形例によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開にして攪拌損失を増大させるほか、ランナ外周室排水管１１もしくは側圧室排水管の少なくとも一方を用いてランナ室４内の水を吸い出し管９へと流すことで揚水運転方向に回転するランナ１の回転エネルギを消費させて揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を低下させる。そして、ランナ１の回転速度がランナに流水が衝突しても過大な軸振れ，振動，水圧脈動等を生じない設定回転速度まで低下した時点でさらに可動ガイドベーン８を予め設定された小開度に設定して入口弁７を開くので、ランナ１の回転速度を早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００４４】
［第４の実施の形態］
図７は、本発明に係るポンプ水車の第４の実施の形態に係るポンプ水車を示す。図１の構成と比べて、ケーシング６と吸い出し管９との間を弁３３を介して連通するケーシング排水管１３を備える点が異なる。
【００４５】
次に、第４の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法を図８を用いて説明する。揚水運転から発電運転への切り替え指令が出ると、第１の実施の形態と同様に可動ガイドベーン８，入口弁７の閉鎖、および発電電動機の解列を適宜行なう。さらに、第１の実施の形態と同様に、可動ガイドベーン８が全閉となり入口弁７が全閉もしくは全閉近傍となった時点で、再び可動ガイドベーン８のみを全開とし、これによってランナ１の攪拌損失を増加させてランナ１の回転速度の低下を早める。
【００４６】
本実施の形態はこれに加え、ランナ１の攪拌損失を増大させるために可動ガイドベーン８が全開にする時点でケーシング６と吸い出し管９との間を弁３３を介して連通するケーシング排水管１３の弁３３を開く。すると、揚水運転方向に回転するランナ１の作用によってランナ室４内の水が可動ガイドベーン８の間隙を通過してケーシング６内に流れ、ここからケーシング排水管１３を介して吸い出し管９へと流れる。
【００４７】
したがって、可動ガイドベーン８が全開となることによってランナ１の攪拌損失が増加する以外に、ランナ室４内の水をケーシング排水管１３を介して吸い出し管９へと流すためにランナ１の回転エネルギが費やされることになるため、ケーシング排水管１３を用いない場合に比べて揚水運転方向に回転するランナ１の回転速度を早く低下させることができる。
【００４８】
そしてランナ１が停止したら、第１の実施の形態と同様に一旦可動ガイドベーン８を全閉にするとともに、開いているケーシング排水管１３の弁３３を閉じる。ついで入口弁７を全開にし、可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転操作に移行する。
【００４９】
このように本実施の形態によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開にして攪拌損失を増大させるほか、ケーシング排水管１３を用いてランナ室４内の水を吸い出し管９へと流すことで揚水運転方向に回転するランナ１の回転エネルギを消費させるので、ポンプ水車に過大な軸振れ、振動、水圧脈動等を生じさせることなく揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を従来と比較して早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００５０】
さらに本実施の形態の変形例として、本実施の形態と前記第２の実施の形態を組み合わせて実施することも可能である。この変形例におけるポンプ水車の運転制御方法を図９に示す。
【００５１】
すなわちこの変形例においては上記に加え、第２の実施の形態と同様に、揚水運転方向に回転するランナ１の回転速度が設定回転速度まで低下した時点で、可動ガイドベーン８を予め設定された小開度まで閉じる操作と入口弁７を開ける操作を行なう。この操作により、揚水運転方向に回転しているランナ１の外周部に鉄管５からの流水が衝突し、ランナ１の回転を止めるブレーキの役割を果たすので、ランナ１が停止するまでの時間をさらに短縮することができる。なお、開いているケーシング排水管１３の弁３３はこの操作と同時に閉じる。
【００５２】
そしてこの状態を維持してランナ１が停止し、その回転方向が発電運転方向に転換したら、第２の実施の形態と同様に可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転に移行する。
【００５３】
このように本変形例によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開にして攪拌損失を増大させるほか、ケーシング排水管１３を用いてランナ室４内の水を吸い出し管９へと流すことで揚水運転方向に回転するランナ１の回転エネルギを消費させて揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を低下させる。そして、ランナ１の回転速度がランナに流水が衝突しても過大な軸振れ，振動，水圧脈動等を生じない設定回転速度まで低下した時点でさらに可動ガイドベーン８を予め設定された小開度に設定して入口弁７を開くので、ランナ１の回転速度を早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、安全かつ短時間に、揚水運転から発電運転に移行することができるポンプ水車とその運転制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１および第２の実施の形態におけるポンプ水車の模式的縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【図４】本発明の第３の実施の形態におけるポンプ水車の模式的縦断面図。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【図６】本発明の第３の実施の形態の変形例におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【図７】本発明の第４の実施の形態におけるポンプ水車の模式的縦断面図。
【図８】本発明の第４の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【図９】本発明の第４の実施の形態の変形例におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【符号の説明】
１…ランナ、２…上カバー、３…下カバー、４…ランナ室、４ａ…側圧室、４ｂ…ランナ外周室、５…鉄管、６…ケーシング、７…入口弁、８…可動ガイドベーン、９…吸い出し管、１０…主軸、１１…ランナ外周室排水管、１２…側圧室排水管、１３…ケーシング排水管、３１…ランナ外周室排水管の弁、３２…側圧室排水管の弁、３３…ケーシング排水管の弁、４０…制御装置。
【発明の属する技術分野】
本発明はポンプ水車およびその運転制御方法に係わり、特に揚水運転から発電運転に切り替える際の運転制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電力自由化に伴って盛んになりつつある電力の売買においては、単に発生する電力の量だけでなく電力の質的価値にも目が向けられるようになってきている。
【０００３】
一般に、電力系統を安定に保つためには、急激な負荷変動にどれだけ俊敏に対応できるかが非常に重要である。したがって、急激な負荷変動に俊敏に対応して電力調整を行なうことが必要とされており、このような観点から近年、揚水発電所の重要性が見直されつつある。
【０００４】
揚水発電所に設置されるポンプ水車は、発電電動機が接続されて発電運転と揚水運転の両者を行なうように構成されており、揚水運転で余分な電力を吸収し、発電運転で吸収した電力を放出できるため、定格容量のほぼ２倍の電力調整が可能である。また、火力、原子力といった他の発電方式と比較して起動停止に要する時間が短く、上記のような急激な負荷変動に俊敏に対応した電力調整を行なうのに適している。
【０００５】
このような揚水発電所においてポンプ水車を揚水運転から発電運転へ切り替える場合、従来ではポンプ水車の安全面重視の観点から、揚水運転状態から可動ガイドベーンを全閉して入口弁を閉鎖する通常の揚水運転停止時と同様の手順で一旦ポンプ水車を停止させ、その後通常の水車運転起動時と同様に入口弁、ガイドベーンを開いて発電運転を開始していた。このため従来の技術では、揚水運転状態から発電運転状態へ切り替えるまでに、６分以上の時間を要していた。
【０００６】
また、このような揚水運転から発電運転への切り替え時間を短縮する技術として、特許文献１に開示されているように、揚水停止時に可動ガイドベーンを小開度に保持し、入口弁を全開としたままポンプ水車への軸入力を遮断することでポンプ水車を急速停止させてそのまま発電運転に移行させる、クイックチェンジが試みられている。この特許文献１の技術は、クイックチェンジを行なう際に、ポンプ水車の振動，軸振れ，水圧脈動を検出してこの値が規定値より小さい場合ガイドベーンを小開度に保持し、規定値より大きい場合、ガイドベーンを全閉とするよう制御することで、揚水運転から発電運転へ移行する際に過大な振動，軸振れ，水圧脈動等が発生してこれらがポンプ水車に悪影響を及ぼすことを防止するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−１５９４５７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１にも記載されている通り、ポンプ水車への入力を遮断した後ランナの回転速度が低下するまでは、ランナの回転方向は揚水運転方向であるのに対して、水流は発電運転方向となるためポンプ水車には過大な振動、ポンプ水車の回転軸の軸振れ、また過渡的流体力に伴う水圧脈動などが発生する。しかしながら特許文献１の技術を用いた場合でも、ほとんどの場合でこれらの振動、軸振れ、また水圧脈動の値がポンプ水車に悪影響を及ぼさない規定値よりも大きくなってしまい、結果的に通常の揚水停止時と同様にガイドベーンを閉鎖せざるを得ず、この方法で安全かつ確実に実施できない。
【０００９】
本発明の目的は、ポンプ水車に発生する軸振れ、振動、水圧脈動を抑制し、安全かつ短時間に揚水運転から発電運転に移行できるポンプ水車およびその運転制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の一つの態様では、揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車の運転制御方法において、前記ポンプ水車は、上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナが停止したら可動ガイドベーンを再び全閉にし、ついで入口弁の開操作を開始し、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の一つの態様では、揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車の運転制御方法において、前記ポンプ水車は、上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナの揚水運転方向への回転が予め定めた設定回転速度となった時点で可動ガイドベーンを予め定めた小開度まで閉じるとともに入口弁の開操作を開始し、ランナの回転方向が発電運転方向に転換したら、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の一つの態様では、上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車において、ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナが停止したら可動ガイドベーンを再び全閉にし、ついで入口弁の開操作を開始し、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する制御装置を備える、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の一つの態様では、上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車において、ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナの揚水運転方向への回転が予め定めた設定回転速度となった時点で可動ガイドベーンを予め定めた小開度まで閉じるとともに入口弁の開操作を開始し、ランナの回転方向が発電運転方向に転換したら、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する制御装置を備える、ことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明のポンプ水車およびその運転制御方法の実施の形態を図を参照して以下に説明する。ここで、互いに共通または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係るポンプ水車の運転制御方法の第１の実施の形態に係るポンプ水車を示す。ランナ１は、ランナ室４内に収められ、鉛直軸の周りに自由に回転できるようになっている。ランナ室４は、上カバー２と下カバー３にはさまれて形成されている。水車運転すなわち発電運転のときは、図示しない上池から鉄管５によって導かれる高圧水は、入口弁７を通ってケーシング６に入り、さらに可動ガイドベーン８の間隙を通って、ランナ室４に入ってランナ１を回転駆動する。ランナ室４を出た水は吸い出し管９を経て図示しない下池へ放水される。ランナ１は、主軸１０を介して、図示しない発電電動機に結合されており、これによって発電を行なう。
【００１６】
また、ポンプ運転すなわち揚水運転のときは、発電電動機に電気エネルギを供給して電動機として用い、ランナ１を発電運転のときと逆方向に回転させてポンプとして、下池の水を上池へと逆流させる。
【００１７】
このうち、可動式ガイドベーン８は、ランナ室４の外周部に沿って複数枚設けられており、その開度を調整することによってランナ室４内に流入、もしくはランナ室４内から流出する水の流量を調整することができる。また、入口弁７は、鉄管５とケーシング６との間に設けられ、前記ケーシングへの流路を閉止するための止水弁であり、緊急時のために単独で全流水の遮断ができように構成されているが、通常は流水遮断の負荷を作用させないように開閉される。
【００１８】
なお図１に示すように、下カバー３の内面とランナ１の下部の間には側圧室４ａが形成され、ランナ１とその外側の可動ガイドベーン８の間にはランナ外周室４ｂが形成されている。
【００１９】
このポンプ水車には制御装置４０が設けられており、これによって、発電電動機を電気的に並列・解列したり、入口弁７や可動ガイドベーン８の開度調整等を適時にできるようになっている。また、そのために、例えばランナ１の回転速度が検出され、その検出結果が制御装置４０に送られるようになっている。
【００２０】
次に、上記ポンプ水車の運転制御方法について、図１と図２を用いて説明する。揚水運転から発電運転への切り替え指令が出ると、まず可動ガイドベーン８を閉じ始め、可動ガイドベーン８が全閉、もしくは予め定めた解列開度になった時点で主軸１０を駆動している発電電動機の入力を遮断して解列を行なう。また可動ガイドベーン８が全閉となるか、その近傍となった時点で入口弁７の閉鎖を開始する。
【００２１】
なお、ここまでの運転制御方法については通常の揚水停止時と同様なものとしたが、揚水停止の方法はこれに限らず、例えば揚水運転中に発電電動機の入力を遮断し、可動ガイドベーン８と入口弁７とを急閉鎖する等、種々の方法で行なうことが可能である。
【００２２】
可動ガイドベーン８が閉じると、ランナ１の回転速度は機械損失やランナ室４内での撹拌損失等で低下し始めるが、そのまま放置して停止を待つには時間を要する。そこで、入口弁７が全閉もしくは全閉近傍になったら再び可動ガイドベーン８を全開まで開く。そうするとランナ室４内での撹拌損失が可動ガイドベーン全閉時よりも増加するため、ランナ１の停止時間が短縮される。
【００２３】
このとき、入口弁７は全閉になっているので、ランナ１に流水が衝突するようなことはなく、ポンプ水車に過大な軸振れ、振動、水圧脈動等が生じることはなく、安全にランナ１を停止させることができる。
【００２４】
ランナ１が停止したら、一旦可動ガイドベーン８を全閉にし、ついで入口弁７を開ける操作を開始し、可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転操作に移行する。
【００２５】
このように本実施の形態によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開にすることで攪拌損失を増大させるので、ポンプ水車に過大な軸振れ、振動、水圧脈動等を生じさせることなく揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を従来と比較して早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００２６】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係るポンプ水車の運転制御方法の第２の実施の形態を説明する。ここで用いられるポンプ水車は図１に示した上記第１の実施の形態のものと共通である。第２の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法を図３に示す。
【００２７】
揚水運転から発電運転への切り替え指令が出ると、第１の実施の形態と同様に可動ガイドベーン８，入口弁７の閉鎖、および発電電動機の解列を適宜行なう。さらに、第１の実施の形態と同様に、可動ガイドベーン８が全閉となり入口弁７が全閉もしくは全閉近傍となった時点で、再び可動ガイドベーン８のみを全開とし、これによってランナ１の攪拌損失を増加させてランナ１の回転速度の低下を早める。
【００２８】
そして本実施の形態においては次に、ランナ１の回転速度が設定回転速度まで低下した時点で、可動ガイドベーン８を予め設定された小開度まで閉じる操作と入口弁７を開ける操作を行なう。この操作により、揚水運転方向に回転しているランナ１の外周部に鉄管５からの流水が衝突し、ランナ１の回転を止めるブレーキの役割を果たす。
【００２９】
ここで、上記設定回転速度は、揚水運転方向に回転するランナ１に流水が衝突しても過大な軸振れ，振動，水圧脈動等を生じない０以上の任意の値に予め設定しておく。
【００３０】
この状態を維持しておくとランナ１は停止し、ついで発電運転方向に回転し始める。そしてランナ１の回転が発電運転方向に転換したら、可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転に移行する。
【００３１】
このように本実施の形態によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開とし、攪拌損失を増大させて揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を低下させ、その回転速度がランナに流水が衝突しても過大な軸振れ，振動，水圧脈動等を生じない設定回転速度まで低下した時点でさらに可動ガイドベーン８を予め設定された小開度に設定して入口弁７を開くので、ランナ１の回転速度を早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００３２】
なお、本実施の形態において可動ガイドベーン８を小開度とし入口弁７を開く操作を開始するトリガーとなる上記設定回転速度を０に設定することも可能である。この場合、揚水運転方向に回転するランナ１の停止は第１の実施の形態と同様に攪拌損失によるが、ランナ１の回転速度が０、すなわちランナ１が停止すると可動ガイドベーン８が小開度となり入口弁７が開き始めるので、ランナ１は直ちに発電運転方向に回転を始める。このため、全体としての切り替え時間は従来と比較して短縮される上、ランナ１が停止するまでは流水がランナ１に衝突しないので、ポンプ水車に過大な軸振れ、振動、水圧脈動等が生じることがない。
【００３３】
また、揚水運転方向に回転するランナ１に流水を衝突させる時の可動ガイドベーン８の開度については、揚水運転方向に回転するランナ１に流水が衝突しても過大な軸振れ，振動，水圧脈動等を生じない開度とすればよいので、図２に示したように発電運転時の無負荷開度より大きい開度に限るものではない。さらに、このとき可動ガイドベーン８を一定開度に保持する必要もなく、例えば入口弁７の開度の増大にあわせて可動ガイドベーン開度を小さくしてもよい。このようにした場合は、入口弁７の開口面積が広がることによる流量増加を可動ガイドベーン８の開度を小さくすることで相殺できるので、入口弁７を開く際の負荷を低減し、流水の衝突によってランナ１の回転に作用させるブレーキ力を一定とすることが可能となる。このため、機器の安全性をより向上させることができる。
【００３４】
［第３の実施の形態］
図４は、本発明に係るポンプ水車の運転制御方法の第３の実施の形態に係るポンプ水車を示す。図１の構成と比べて、ランナ室４のランナ外周室４ｂと吸い出し管９との間を弁３１を介して連通するランナ外周室排水管１１を備えるようにした点が異なる。或いは、ランナ室４の側圧室４ａと吸い出し管９との間を弁３２を介して連通する側圧室排水管１２を備えるようにした点が異なる。
【００３５】
次に、第３の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法を図５を用いて説明する。揚水運転から発電運転への切り替え指令が出ると、第１の実施の形態と同様に可動ガイドベーン８，入口弁７の閉鎖、および発電電動機の解列を適宜行なう。さらに、第１の実施の形態と同様に、可動ガイドベーン８が全閉となり入口弁７が全閉もしくは全閉近傍となった時点で、再び可動ガイドベーン８のみを全開とし、これによってランナ１の攪拌損失を増加させてランナ１の回転速度の低下を早める。
【００３６】
本実施の形態はこれに加え、可動ガイドベーン８が全閉になった時点でランナ室４のランナ外周室４ｂと吸い出し管９との間を弁３１を介して連通するランナ外周室排水管１１、或いはランナ室４の側圧室４ａと吸い出し管９との間を弁３２を介して連通する側圧室排水管１２の弁３１，３２のうち少なくとも一方を開く操作を行なう。すると、揚水運転方向に回転するランナ１の作用によってランナ室４内の水がこれらのランナ外周室排水管１１、側圧室排水管１２を介して吸い出し管９へと流れる。
【００３７】
したがって、可動ガイドベーン８が全開となることによってランナ１の攪拌損失が増加する以外に、ランナ室４内の水をランナ外周室排水管１１や側圧室排水管１２を介して吸い出し管９へと流すためにランナ１の回転エネルギが費やされることになるため、これらの排水管１１、１２を用いない場合に比べて揚水運転方向に回転するランナ１の回転速度を早く低下させることができる。
【００３８】
そしてランナ１が停止したら、第１の実施の形態と同様に一旦可動ガイドベーン８を全閉にするとともに、開いているランナ外周室排水管１１、側圧室排水管１２の弁３１，３２を閉じる。ついで入口弁７を全開にし、可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転操作に移行する。
【００３９】
このように本実施の形態によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開にして攪拌損失を増大させるほか、ランナ外周室排水管１１もしくは側圧室排水管の少なくとも一方を用いてランナ室４内の水を吸い出し管９へと流すことで揚水運転方向に回転するランナ１の回転エネルギを消費させるので、ポンプ水車に過大な軸振れ、振動、水圧脈動等を生じさせることなく揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を従来と比較して早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００４０】
さらに本実施の形態の変形例として、本実施の形態と前記第２の実施の形態を組み合わせて実施することも可能である。この変形例におけるポンプ水車の運転制御方法を図６に示す。
【００４１】
すなわちこの変形例においては上記に加え、第２の実施の形態と同様に、揚水運転方向に回転するランナ１の回転速度が設定回転速度まで低下した時点で、可動ガイドベーン８を予め設定された小開度まで閉じる操作と入口弁７を開ける操作を行なう。この操作により、揚水運転方向に回転しているランナ１の外周部に鉄管５からの流水が衝突し、ランナ１の回転を止めるブレーキの役割を果たすので、ランナ１が停止するまでの時間をさらに短縮することができる。
【００４２】
そしてこの状態を維持してランナ１が停止し、その回転方向が発電運転方向に転換したら、第２の実施の形態と同様に可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転に移行するが、このとき同時に開いているランナ外周室排水管１１、側圧室排水管１２の弁３１、３２を閉じる。
【００４３】
このように本変形例によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開にして攪拌損失を増大させるほか、ランナ外周室排水管１１もしくは側圧室排水管の少なくとも一方を用いてランナ室４内の水を吸い出し管９へと流すことで揚水運転方向に回転するランナ１の回転エネルギを消費させて揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を低下させる。そして、ランナ１の回転速度がランナに流水が衝突しても過大な軸振れ，振動，水圧脈動等を生じない設定回転速度まで低下した時点でさらに可動ガイドベーン８を予め設定された小開度に設定して入口弁７を開くので、ランナ１の回転速度を早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００４４】
［第４の実施の形態］
図７は、本発明に係るポンプ水車の第４の実施の形態に係るポンプ水車を示す。図１の構成と比べて、ケーシング６と吸い出し管９との間を弁３３を介して連通するケーシング排水管１３を備える点が異なる。
【００４５】
次に、第４の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法を図８を用いて説明する。揚水運転から発電運転への切り替え指令が出ると、第１の実施の形態と同様に可動ガイドベーン８，入口弁７の閉鎖、および発電電動機の解列を適宜行なう。さらに、第１の実施の形態と同様に、可動ガイドベーン８が全閉となり入口弁７が全閉もしくは全閉近傍となった時点で、再び可動ガイドベーン８のみを全開とし、これによってランナ１の攪拌損失を増加させてランナ１の回転速度の低下を早める。
【００４６】
本実施の形態はこれに加え、ランナ１の攪拌損失を増大させるために可動ガイドベーン８が全開にする時点でケーシング６と吸い出し管９との間を弁３３を介して連通するケーシング排水管１３の弁３３を開く。すると、揚水運転方向に回転するランナ１の作用によってランナ室４内の水が可動ガイドベーン８の間隙を通過してケーシング６内に流れ、ここからケーシング排水管１３を介して吸い出し管９へと流れる。
【００４７】
したがって、可動ガイドベーン８が全開となることによってランナ１の攪拌損失が増加する以外に、ランナ室４内の水をケーシング排水管１３を介して吸い出し管９へと流すためにランナ１の回転エネルギが費やされることになるため、ケーシング排水管１３を用いない場合に比べて揚水運転方向に回転するランナ１の回転速度を早く低下させることができる。
【００４８】
そしてランナ１が停止したら、第１の実施の形態と同様に一旦可動ガイドベーン８を全閉にするとともに、開いているケーシング排水管１３の弁３３を閉じる。ついで入口弁７を全開にし、可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転操作に移行する。
【００４９】
このように本実施の形態によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開にして攪拌損失を増大させるほか、ケーシング排水管１３を用いてランナ室４内の水を吸い出し管９へと流すことで揚水運転方向に回転するランナ１の回転エネルギを消費させるので、ポンプ水車に過大な軸振れ、振動、水圧脈動等を生じさせることなく揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を従来と比較して早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００５０】
さらに本実施の形態の変形例として、本実施の形態と前記第２の実施の形態を組み合わせて実施することも可能である。この変形例におけるポンプ水車の運転制御方法を図９に示す。
【００５１】
すなわちこの変形例においては上記に加え、第２の実施の形態と同様に、揚水運転方向に回転するランナ１の回転速度が設定回転速度まで低下した時点で、可動ガイドベーン８を予め設定された小開度まで閉じる操作と入口弁７を開ける操作を行なう。この操作により、揚水運転方向に回転しているランナ１の外周部に鉄管５からの流水が衝突し、ランナ１の回転を止めるブレーキの役割を果たすので、ランナ１が停止するまでの時間をさらに短縮することができる。なお、開いているケーシング排水管１３の弁３３はこの操作と同時に閉じる。
【００５２】
そしてこの状態を維持してランナ１が停止し、その回転方向が発電運転方向に転換したら、第２の実施の形態と同様に可動ガイドベーン８を発電運転における無負荷開度に設定し通常の発電運転に移行する。
【００５３】
このように本変形例によれば、入口弁７が閉鎖するかその近傍となった時点で可動ガイドベーン８を全開にして攪拌損失を増大させるほか、ケーシング排水管１３を用いてランナ室４内の水を吸い出し管９へと流すことで揚水運転方向に回転するランナ１の回転エネルギを消費させて揚水運転方向に回っていたランナ１の回転速度を低下させる。そして、ランナ１の回転速度がランナに流水が衝突しても過大な軸振れ，振動，水圧脈動等を生じない設定回転速度まで低下した時点でさらに可動ガイドベーン８を予め設定された小開度に設定して入口弁７を開くので、ランナ１の回転速度を早く低下させることができる。したがって、揚水運転から発電運転への全体的な切り替え時間を安全かつ確実に短縮できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、安全かつ短時間に、揚水運転から発電運転に移行することができるポンプ水車とその運転制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１および第２の実施の形態におけるポンプ水車の模式的縦断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【図４】本発明の第３の実施の形態におけるポンプ水車の模式的縦断面図。
【図５】本発明の第３の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【図６】本発明の第３の実施の形態の変形例におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【図７】本発明の第４の実施の形態におけるポンプ水車の模式的縦断面図。
【図８】本発明の第４の実施の形態におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【図９】本発明の第４の実施の形態の変形例におけるポンプ水車の運転制御方法のタイムチャート。
【符号の説明】
１…ランナ、２…上カバー、３…下カバー、４…ランナ室、４ａ…側圧室、４ｂ…ランナ外周室、５…鉄管、６…ケーシング、７…入口弁、８…可動ガイドベーン、９…吸い出し管、１０…主軸、１１…ランナ外周室排水管、１２…側圧室排水管、１３…ケーシング排水管、３１…ランナ外周室排水管の弁、３２…側圧室排水管の弁、３３…ケーシング排水管の弁、４０…制御装置。
Claims (6)
- 揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車の運転制御方法において、
前記ポンプ水車は、上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、
ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナが停止したら可動ガイドベーンを再び全閉にし、ついで入口弁の開操作を開始し、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する、
ことを特徴とするポンプ水車の運転制御方法。 - 揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車の運転制御方法において、
前記ポンプ水車は、上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、
ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナの揚水運転方向への回転が予め定めた設定回転速度となった時点で可動ガイドベーンを予め定めた小開度まで閉じるとともに入口弁の開操作を開始し、ランナの回転方向が発電運転方向に転換したら、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する、
ことを特徴とするポンプ水車の運転制御方法。 - 請求項１または２に記載のポンプ水車の運転制御方法において、
前記ポンプ水車は、前記ランナ室の側圧室或いはランナ外周室と前記吸出し管との間を弁を介して連通するランナ室排水管を備え、
前記揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転の停止に伴って前記可動ガイドベーンを全閉とした時点で前記ランナ室排水管の弁を開き、その後、前記ランナが停止したら前記ランナ室排水管の弁を閉じる、
ことを特徴とするポンプ水車の運転制御方法。 - 請求項１または２に記載のポンプ水車の運転制御方法において、
前記ポンプ水車は、前記ケーシングと吸い出し管との間を、前記可動ガイドベーンおよびランナ室を通さずに弁を介して連通するケーシング排水管を備え、
揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、前記可動ガイドベーンを開くときにケーシング排水管の弁を開き、その後、前記可動ガイドベーンが全閉または小開度まで閉じるときに前記ケーシング排水管の弁を閉じる、
ことを特徴とするポンプ水車の運転制御方法。 - 上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車において、
ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナが停止したら可動ガイドベーンを再び全閉にし、ついで入口弁の開操作を開始し、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する制御装置を備える、
ことを特徴とするポンプ水車。 - 上下カバー内のランナ室に回転自由に主軸に取り付けられたランナと、前記ランナ室を包囲するケーシングと、前記ケーシングへの流路を閉止するための入口弁と、前記ランナ室の外周部に複数設けられ当該ランナ室へ流入もしくは当該ランナ室から流出する水の流量を調整する可動ガイドベーンと、発電運転時に前記ランナ室を出た流水を導く吸い出し管と、前記主軸に取り付けられた発電電動機とを有し、揚水運転と発電運転とを切り替えて運転されるポンプ水車において、
ポンプ水車が揚水運転を停止し発電運転に移行する場合に、揚水運転停止操作中に発電電動機を系統から電気的に解列し、前記可動ガイドベーンが全閉となり、かつ前記入口弁が全閉もしくは全閉近傍となった時点で前記可動ガイドベーンを開き、前記ランナの揚水運転方向への回転が予め定めた設定回転速度となった時点で可動ガイドベーンを予め定めた小開度まで閉じるとともに入口弁の開操作を開始し、ランナの回転方向が発電運転方向に転換したら、可動ガイドベーンを発電運転における無負荷開度に設定して発電運転に移行する制御装置を備える、
ことを特徴とするポンプ水車。
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