JPS63183272A - 水車発電機の起動装置 - Google Patents

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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、水車発電機の起動装置に関するものである。

Ｂ０発明の概要 本発明の第１の発明は、流込み式発電所で稼働する水車
発電機の起動装置において、放水路の水位を検出し、そ
の変動に応じてガイドベーンの起動開度および無負荷開
度を補正することにより、放水路の水位が変動しても自
動的にガイドペーンの開度を適切に設定することを可能
とするものである。

本発明の第２の発明は、貯水池式あるいは調整池式発電
所で稼働する水車発電機の起動装置において、放水路、
および貯水池あるいは調整池の水位を検出し、その変動
に応じてガイドベーンの起動開度および無負荷開度を補
正することにより、放水路、および貯水池あるいは調整
池の水位が変動しても自動的にガイドベーンの開度を適
切に設定すること全可能とするものである。

Ｃ１従来の技術 説明を分かり易くする次めフランシス水車の場合を例に
とる。第３図に示したブロック図は従来の水車発電機の
起動装置３０を表す。開度制御装置３１は水車発を機１
００に制御信号ｂ２出力し、ガイドベーンの開度を調節
することによって水車発電機１０００回転速度を制御す
る。開度制御装置３１には開度検出器３２と減算器３６
とにより負帰還がかかつておシ、開度制御装置３１は減
算器３６に与えられる開度指令信号ＳＲの値に追従する
ようガイドベーンの開度を制御する。

連動スイッチＭＳＩ、ＭＳ２Ｈ１一方が開のときは他方
は閉となる。通常の運転状態ではスイッチＭＳ２が閉じ
ている。この時、調速器３３ハ開度指令信号５ａを減算
器３６を介して開度制御装置３１に出力し、水車発電機
１００の回転速度を所定の速度に設定する。

起動装置（資）に起動指令を出すと、スイッチＭＳ　１
　。

ＭＳ２が動作し、スイッチＭＳ１が閉、スイッチＭＳ２
が開となる。続いてスイッチＳ１が閉じ、これにより起
動開度設定器３４の出力信号が開度制御装置３１に入力
される。起動開度設定器３４はこのとき開度指令信号Ｓ
ｇを出力し、ガイドベーンを起動開度（例えば１０チ開
度和度）まで開いて水車を起動する。

起動開度設定器詞がこのような信号を出力して一定の時
間が経過したとき、あるいは低速継電器により、水車が
起動するとスイッチＳ１は開となり、代わりにスイッチ
Ｓ２が閉となる。この時、無負荷開度設定器３５が開度
指令（ｉＭｓ＋ｓｙ出力し、ガイドベーンを無負荷開度
まで閉じて水車を加速する。

水車の速度が定格速度に近くなると速度継電器が動作し
、スイッチＭＳ１を開、スイッチＭＳＺを閉として調速
器３３に切り換える。以上によって水車発電機１の起動
を完了する。

ここで水車の出力Ｐ（ｋＷ）と有効落差（ｒｌｍ）との
関係について説明する。水車の出力ｐＨ１Ｐ＝９．８Ｑ
Ｈ，Ｔ　　　・・・・・・（１）と表される。ただし、
Ｑ　ｒｒｌ　ｆＮ、　！　（ｍ’　／　５ｅａ）、ηＴ
は水車効率である。流量Ｑに、ｋｔｌ一定数として次式
により表される。

Ｑ＝＝　ｋ　ａ　１　”　２　　　　　　　　・・・・
・・（２）従って、 Ｐ＝９．８ｋＨ”” ＋７Ｔ　　・・・・・・（３） となる。すなわち水車の出力ｐＨ有効落差Ｈに依存し、
その３７２乗に比例する。

従って、例えば水車発電機１が貯水池式あるいは調整池
式発電所で稼働している場合には、これら池の水位（以
下、上水位という）に応じて上記起動開度および無負荷
開度の設定償金調整する必要があり、設定値が不適切で
あると次のような問題が生じる。すなわち、水位が高い
場合に適合するようこれら開度が設定されていると、水
位が低下し次ときには起動不能となったり、あるいは無
負荷開度で水車全定格速度付近にまで加速することがで
きず、調速器羽への切換が不可能となる。

逆に水位が低い場合に適合するように開度が設定されて
いると、水位が高くなったとき、過速度となる可能性が
ある。

ま次、水車発電機１が流込み式発電所で稼働している場
合には、上水槽の水位は貯水池式あるいは調整池式の場
合のように大幅に変化することはないが、放水路の水位
は変化するので、これに応じて上記起動開度および無負
荷３ｆ！度の設定値を調整する必要があり、設定値が不
適切であると次のような問題が生じる。例えば、放水路
水位が平水位や渇水時の低水位にある時、この水位に適
合するように上記開度を設定すると、大雨等によシ放水
路の水位が高くなり次ときには起動不能となっ九り、あ
るいは無負荷開度で水車を定格速度付近にまで加速する
ことができず、調速器おへの切換が不可能となる。かり
に加速でき友としても定格速度付近にまで加速するのに
長い時間が必要となる。

上水位あるいは放水路水位の変動が基準落差１００ｇ＃
に対して一５ｍまたは一１０ｍ程度であれば、起動時間
（起動指令が出てから調整機に切り換わるまでの時間）
は短くなるが過速度とならない１度に起動開度および無
負荷開度を大きめに設定しておくことも可能である。し
かし、基準落差が５０ｍ以下というように小さく、水位
変動の割合が大きくなると、このような方法では上記問
題を回避することは不可能である。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 このように従来の起動装置を用い九場合には、上水位あ
るいは放水路の水位が変化したとき、起９ｈ開度あるい
は無負荷開度の設定を操作者が手動で変更する必要があ
る。

しかし、最近の水力発電所はほとんどが無人遠方監視制
御となっているため、上記開度を変更する友めには人が
発電所までわざわざ出向かなければならず、大きな問題
となっていｔ０ 本発明の目的に、このような問題を解決し、上水位ある
いは放水路水位を検出して自動的に起動開度および無負
荷開度を適切に設定する水車発電機の起動装置を提供す
ることにある。

Ｅ０問題点を解決する次めの手段 第１の発明による水車発電機の起動装置１１け、開度設
定手段が出力する開度設定信号にもとづいてガイドベー
ンの開度を設定する起動装置において、放水路の水位を
検出する水位検出手段と、この水位検出手段による水位
の検出結果にもとづいて前記開度設定信号に補正を加え
る演算手段とを設けることによって上記問題を解決する
ものである。

また、＠２の発明による水車発電機の起動装置に、開度
設定手段が出力する開度設定信号にもとづいてガイドベ
ーンの開度を設定する起動装置において、 放水路の水位を検出する第１の水位検出手段と、貯水池
またに調整池の水位を検出する第２の水位検出手段と、
これら第１の水位検出手段と第２の水位検出手段による
水位の検出結果にもとづいて前記開度設定信号に補正を
加える演算手段とを設けることによって上記問題を解決
するものである。

２０作　用 第１の発明による水車発電機の起動装置においては、水
位検出手段により放水路水位の変動を検出し、演算手段
にその結果にもとづいて開度設定信号に補正を加える。

従って、放水路水位が変動しても、ガイドベーンの起動
開度および無負荷開度は常に適切な状態に自動的に設定
される。

第２の発明による水車発電機の起動装置においては、第
１の水位検出手段は放水路水位を検出し、第２の水位検
出手段に上水位を検出する。そして、演算手段はこれら
水位の検出結果にもとづいて開度設定信号に補正を加え
る。従って、放水路水位および貯水池あるいは調整池の
水位が変動しても、ガイドベーンの起動開度および無負
荷開度は常に適切な状態に自動的に設定される。

Ｇ、実施例 次に本発明の実施例について説明する。

実施例１ まず第１の発明の一実施例について、第１図に示し九ブ
ロック図に用いて説明する。この装置は流れ込み式発電
所で稼働する水車発１！機の起動装置であり、第３図に
示した従来の起動装置に次の（イ）から（ト）までを追
加して溝底されている。

（イ）通常状態の落差、すなわち基準落差Ｈの設定値を
表す信号Ｈａを出力する基準落差設定器１゜（ロ）通常
状態の放水路水位の設定１１Ｆを表す信号全出力する放
水路水位設定器２゜ （ハ）　放水路の水位を検出し、これを表す信号を出力
する放水路水位検出器３゜ に）放水路水位設定器２の出力信号と放水路水位検出器
３の出力信号との差を助算し、その結果を表す信号ｈｓ
を出力する減算器４゜ （ホ）信号ｈａによる信号Ｈ８の除算を計算する除℃：
器５゜ （へ）　スイッチ８１を介して送られてくる起動開度設
定６３４の出力信号Ｓｒａまたにスイッチ８２を介して
送られてくる無負荷開度設定器３５の出力信号Ｎｒｓと
除算器５の出力信号との積を計算して出力する掛算器６
゜ （ト）　　上記出力信号Ｓｒｓま′ｆｃは出力信号Ｎｒ
ｓと掛算器６の出力信号との差を計算して出力する減算
器７゜ 次に、動作を説明する。放水路水位検出器３は放水路の
水位を検出し、現在の放水路水位を表す信号管出力する
。減算器４は放水路水位設定器２の出力信号とこの放水
路水位を表す信号との差を計算し、信号ｈａを出力する
。除算器５はこの信号により基準落差設定器１の出力信
号Ｈｓｉ割り、結果を掛算器６に出力する。

起動時にはすでに説明したように、スイッチＭＳ１は閉
、スイッチＭＳ２Ｈ開、そしてスイッチＳ１は閉、スイ
ッチ５Ｚｔｊ開となっている。従って、掛算器６のもう
一方の入力にはスイッチＳｌｉ介して起動開度設定器あ
の出力信号Ｓｒｓが入力されており、そのため掛算器６
は信号Ｓｒ＋ｓと上記除算器５の出力信号との積を計算
し、信号ｅとして出力する。減算器７は信号Ｓｒｓから
この信号ｅを引き、スイッチＭＳＩＴｈ介して開度指令
信号Ｓｓとして減算器３６に出力する。

すなわち、減算器４は実際の放水路水位とその設定値と
の差ｈ（信号ｈ８が表す値）を求め、除算器５ばこの差
りの４準落差Ｈ（信号Ｈａが表す嬉）に対する比を計算
する。そして、起動開度設定器３４が設定する起動開度
Ｓｒ（信号Ｓｒｓが表す値）に掛算器６によりこの比を
掛け、その結果をもとの起動開度Ｓｒから減算器７によ
り引くことによって、放水路水位の変動に応じ九起動開
度の補正が行われる。補正後の起動開度をＳ（信号Ｓｇ
が表す値）とすると、これは次式により表される。

Ｓ＝Ｓ　ｒ　−（ｈ　／Ｈ）　　Ｓ　ｒ　　　　　−＝
−（４）また、無負荷開度の設定の場合はスイッチＳ２
が閉となシ、無負荷開度の設定値Ｎｒを表す信号Ｎｒｓ
が掛算器に入力される。そして、起動開度の場合と同様
にして放水路水位の変動に応じた無負荷開度の補正が行
われる。補正後の無負荷開度ｔＳ（信号Ｓｌが表す値）
とすると、これに次式により表される。

Ｓ　＝Ｎ　ｒ　−（ｈ　／Ｈ）　Ｎ　ｒ　　　　−＝・
・−（５１実施例２ 次に第２の発明の一実施例について、ｗｊｚ図に示した
ブロック図を用いて説明する。この装置ハ貯水池式また
は調整池式発電所で稼働する水車発電機の起動装置であ
り、第１図に示し几実施例１の起動装置に次の（イ）か
らに）までを追加して構成されている。

（ハ）通常状態の上水位の設定値を表す信号を出力する
上水位設定器８゜ （１ハ　上水位を検出し、検出した水位を表す信号全出
力する上水位検出器９゜ し）　上水位設定器８の出力信号と上水位検出器９の出
力信号との差を計算し、この差を表す信号ｈｓを出力す
る減算器ｌＯ０ に）減算器１０の出力信号と減算器４の出力信号との差
を計算し、結果を除算器５に出力する減算器１１゜ 次に動作を説明する。上水位検出器９は上水位を検出し
、現在の上水位を表す信号を出力する。

減算器ｌＯは上水位設定器８の出力信号とこの上水位を
表す信号との差を計算し、信号ｈｓを出力する。減算器
１１はこの信号と、減算器４からの放水路水位設定値と
実際の放水路水位との差を表す信号ｈａとの差を計算し
、出力する。除算器５はこの信号により基準落差設定器
１の出力信号Ｈｓ１（割り、結果を掛算器６に出力する
。

起動時には、スイッチＭＳＩは閉、スイッチＩＶＬｓ２
＃−１開、そしてスイッチ５ｉをｊ閉、スイッチＳ２は
開となっているので、掛算器６のもう一方の入力にはス
イッチＳ１を介して起動開度設定器あの出力信号５ｒｓ
ｓが入力されており、そのため掛算器６は信号Ｓｒｓと
上記除算器５の出力信号との積を計算し、信号ｅとして
出力する。減算器７は信号Ｓｒｓからこの信号＋１？引
き、スイッチＭＳｌを介して開度指令信号Ｓ３として減
算器３６に出力する。

すなわち、減算器４は実際の放水路水位とその設定値と
の差ｈ′を求め、一方減算器ＩＯは実際の上水位とその
設定値との差ｈ’　（信号ｈ’ｓが表す値）を求める。

さらに、減算器１１はこれら設定値との差ｈ　、　ｈ’
の差、すなわちｈ　−ｈ’を計算する。除算器５はこの
差ｈ　−ｈ’の基準落差Ｈに対する比を計算する。そし
て、起動開度設定器３４が設定する起動開度に掛算器６
によりこの比を掛け、その結果をもとの起動開度から減
算器７によシ引くことによって、放水路水位および上水
位の変動に応じ次起動開度の補正が行われる。補正後の
起動開度をＳ（信号Ｓｓが表す値）とすると、これは次
式により表される。

５＝Ｓｒ−（（ｈ−ｈ’）／Ｈ）Ｓｒ　　−−−−・−
（４）また、無負荷開度の設定の場合にスイッチＳ２が
閉となり、信号Ｎｒａが掛算器に入力される。

そして、起動開度の場合と同様にして放水路水位および
上水位の変動に応じた無負荷開度の補正が行われる。補
正後の無負荷開度６ｓとすると、これは次式により表さ
れる。

５＝Ｎｒ−（（ｈ−ｈ’）／Ｈ）Ｎｒ　　−−−（５）
Ｈ６発明の詳細 な説明し友ように第１の発明による水車発電機の起動装
ｒＩｔは、放水路水位の変動を検出する手段を備え、そ
の検出結果にもとづき起動開度および無負荷開度の設定
値に補正を加える構成となっている。従って、本発明に
より人が介入することなく、自動的に起動開度および無
負荷開度全適切に設定することができる。これにより放
水路水位の変動にともなう起動不能、起動時間の延長あ
るいは過速度といった問題の発生を防止できる。

さらに、第２の発明による水車発電機の起動装置は、上
水位の変動を検出する手段をも備え、その検出結果と放
水路水位の変動を検出し次結果にもとづき起動開度およ
び無負荷開度の設定値に補正を加える構成となっている
。従って、本発明により上水位が変動し之場合にも、人
が介入することなく自動的に、ヒ記開度を適切に設定す
ることができ、起動不能、起動時間の延長あるいは過速
度といつ次問題の発生を防止できる。

いずれの発明においても、必要な演算処理はすべてアナ
ログ的に実行でき、高価なＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変
換器を用いる必要がない。ま友、基準落差は起動装置を
設置する発電所が決まれば定数となるので、基準落差設
定器としては、抵抗器や演算増幅器で構成し次簡単な分
圧器を用いることができる。従って、非常に安価に装置
ｔ構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例を示すブロック図、第２
図は第２の発明の一実施例を示すブロック図、第３図は
従来の起動袋ａ＋示すブロック図である。 １・・・基準落差設定器、２・・・放水路水位設定器、
３・・・放水路水位検出器、４　、７．１０，１１．３
６・・・減算器、５・・・除算器、６・・・掛算器、８
・・・上水位設定器、９・・・上水位検出器、３１・・
・開度制御装置、３２・・・開度検出器、３３・・・調
速器、詞・・・起動開度設定器、３５　・・・無負荷間
１ｆ設定ｉ、ＭＳＩ、ＭＳ２．Ｓｌ。 Ｓ２・・・スイッチ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）開度設定手段が出力する開度設定信号にもとづい
   てガイドベーンの開度を設定する水車発電機の起動装置
   において、放水路の水位を検出する水位検出手段と、こ
   の水位検出手段による水位の検出結果にもとづいて前記
   開度設定信号に補正を加える演算手段とを有することを
   特徴とする水車発電機の起動装置。
2. （２）開度設定手段が出力する開度設定信号にもとづい
   てガイドベーンの開度を設定する水車発電機の起動装置
   において、放水路の水位を検出する第１の水位検出手段
   と、 貯水池または調整池の水位を検出する第２の水位検出手
   段と、これら第１の水位検出手段と第２の水位検出手段
   による水位の検出結果にもとづいて前記開度設定信号に
   補正を加える演算手段とを有することを特徴とする水車
   発電機の起動装置。