(57)【要約】 【課題】ベルトの交換に関する保守作業を短縮できる水力発電装置を提供する。【解決手段】実施形態の水力発電装置は、水車、発電機、歯付きベルト、バッファメモリ、計測部、条件記憶部、監視部、制御部を備える。水車は回転軸で支持された羽根車を流路に配置し、流路を流れる水流により羽根車と共に回転軸が回転する。歯付きベルトは水車の回転軸の回転力を発電機の入力軸に伝達する。条件記憶部には時間の推移における前記計測値から歯付きベルトの異常を判定するためのパラメータの異なる判定条件が複数設定されている。監視部はバッファメモリから読み出した異なる時間に計測された複数の計測値を基に発電機出力の変化率を求め、求めた変化率が条件記憶部の判定条件を満たした場合、異常を示す信号を出力する。制御部は入力される信号に基づき流路への入水を停止させる。【選択図】図１
2018003714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外筒と、
この外筒の内側に流路を形成するように配置された内筒と、
前記流路に回転軸と結合された羽根車を配置し、前記流路を流れる水流により前記羽根車と共に前記回転軸が回転する水車と、
前記外筒の外部に配置され、前記水車の前記回転軸と平行な入力軸を有する発電機と、
前記回転軸の回転力を前記入力軸に伝達する歯付きベルトと、
前記発電機出力の計測値を保持可能なバッファメモリと、
前記発電機出力を所定時間毎に計測し、計測値を計測時刻と共に前記バッファメモリに保持する計測部と、
時間の推移における前記計測値から歯付きベルトの異常を判定するためのパラメータの異なる判定条件が複数設定された条件記憶部と、
前記バッファメモリから読み出した異なる時間に計測された複数の計測値を基に所定期間における前記発電機出力の変化率を求め、求めた変化率および／または前記測定値が前記条件記憶部の複数の判定条件の少なくとも一つを満たした場合、異常を示す信号を出力する監視部と、
前記監視部から入力された信号に基づき前記流路への入水を停止させる制御部と
を具備する水力発電装置。
【請求項２】
発報する報知部を備え、
前記制御部は、
前記監視部から入力された信号に基づき前記報知部を制御して前記歯付きベルトの劣化状態を報知する請求項１記載の水力発電装置。
【請求項３】
オペレータにより操作されることで信号を出力するロックスイッチを備え、
前記制御部は、
前記監視部から入力される信号と前記ロックスイッチからの信号との論理積により前記前記流路への入水を停止させる請求項１記載の水力発電装置。
【請求項４】
通常の発電中以外に入力される監視解除信号を受信した場合、前記監視部の監視動作を停止させる監視解除部を有する請求項１記載の水力発電装置。
【請求項５】
前記監視部は、
前記変化率が予め設定された第１閾値以上になった場合、第１条件を満たしたものと判定する第１判定部と、
前記計測値が予め設定された第２閾値以下になった場合、第２条件を満たしたものと判定する第２判定部とを備え、
前記第１および第２条件の少なくとも一つの条件を満たした場合、判定条件を満たしたものと判定する請求項１記載の水力発電装置。
【請求項６】
前記第１閾値を１０%以上、２０%以下の範囲で設定した請求項５に記載の水力発電装置。
【請求項７】
前記第２閾値を前記発電機の通常運転時の出力の１／３以下に設定した請求項５に記載の水力発電装置。
【請求項８】
前記監視部は、
前記変化率が第１閾値に達した回数が第３閾値に達したとき、前記判定条件を満たしたものと判定する請求項５に記載の水力発電装置。
【請求項９】
前記監視部は、
前記変化率が第１閾値以上である時間が第４閾値に達したとき、前記判定条件を満たしたものと判定する請求項５に記載の水力発電装置。
【請求項１０】
水車の回転軸の回転力を発電機の入力軸に伝達する歯付きベルトを有する水力発電機における付きベルト劣化検出方法において、
前記発電機出力を所定時間毎に計測し、前記発電機出力の値を計測時刻と共にバッファメモリに保持し、
時間の推移における前記計測値から歯付きベルトの異常を判定するためのパラメータの異なる判定条件を複数設定しておき、
前記バッファメモリから読み出した異なる時間に計測した複数の計測値を基に前記発電機出力の変化率を求め、求めた前記発電機出力の変化率および／または前記計測値が予め設定した複数の判定条件の少なくとも一つを満たした場合、前記流路への入水を停止する
歯付きベルト劣化検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、水力発電装置およびこの装置におけるベルト劣化検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低落差ユニット型水力発電装置の一つに、例えば軸流発電装置がある。この軸流発電装置の軸動力は、流路内に設置された回転羽根車の駆動力を例えばベルトなどの伝達手段により伝達して得られるものである。駆動力の伝達手段としては、駆動力の伝達効率のよい例えば歯付きベルトなどが数多く採用されている。
【０００３】
このような水力発電装置では、歯付きベルトのアライメントやベルト張力の不適合、この他、寿命などにより歯付きベルトが破断することがある。この場合、歯付きベルトが紐状に分断し、歯付きベルトの破断片が発電機の周辺に飛び散り、周囲の機器に損傷を与えることがある。この場合、機器を新たなものに取り替えると共に破断した歯付きベルトを回収し新たなベルトを発電機に取り付け、運転を再開することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１１９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の水力発電装置では、回転軸間の力を伝達するベルトが破断した場合、発電機周辺に飛び散ったベルト回収や場合によってはその周囲に設置されている機器の修理や交換が必要になり、運転の再開に多大な時間と費用を要する。
【０００６】
また、ベルトが完全に破断した場合、流路内の水車は流路入口の弁を完全に閉じるまで無拘束状態で運転を継続することになり、通常の運転とはかけ離れた振動が発生し、水車の回転体や軸受などに悪影響を及ぼし、水車の寿命を短命化させる恐れがある、という問題があった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、ベルトの交換に関する保守作業（運転停止、ベルトの交換および運転再開に至る一連の作業時間）を短縮すると共に、水車とその周辺の関連機器を保護することができる水力発電装置およびこの装置におけるベルト劣化検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の水力発電装置は、外筒、内筒、水車、発電機、歯付きベルト、バッファメモリ、計測部、条件記憶部、監視部、制御部を備える。内筒は外筒の内側に流路を形成するように配置されている。水車は流路に回転軸と結合された羽根車を配置し、流路を流れる水流により羽根車と共に回転軸が回転する。発電機は外筒の外部に配置されており、水車の回転軸と平行な入力軸を有する。歯付きベルトは回転軸の回転力を入力軸に伝達する。バッファメモリは発電機出力の計測値を保持可能である。計測部は発電機出力を所定時間毎に計測し、計測値を計測時刻と共にバッファメモリに保持する。条件記憶部には時間の推移における前記計測値から歯付きベルトの異常を判定するためのパラメータの異なる判定条件が複数設定されている。監視部はバッファメモリから読み出した異なる時間に計測された複数の計測値を基に所定期間における発電機出力の変化率を求め、求めた変化率および／または測定値が条件記憶部の複数の判定条件の少なくとも一つを満たした場合、異常を示す信号を出力する。制御部は監視部から入力された信号に基づき流路への入水を停止させる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の水力発電装置の構成を示す図である。
【図２】水力発電装置の伝達機構の構成を示す図である。
【図３】水力発電装置のコントローラの構成を示す図である。
【図４】水力発電装置の第１判定部の構成を示す図である。
【図５】水力発電装置の第２判定部の構成を示す図である。
【図６】水力発電装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】水力発電装置において時間と送電電力（出力）との関係を示す図である。
【図８】第１判定部の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態の水力発電装置を示す図である。
図１に示すように、第１実施形態の水力発電装置は、据付ベース１１に設置されたケーシングとしての外側円筒１２（以下「外筒１２」と称す）と、この外筒１２の内壁と間隔を空けて外筒１２の内側に流路を形成するように配置された内側円筒１３（以下「内筒１３」と称す）と、外筒１２の外側に据付ベース１１を介して設置された発電機１と、内筒１３に設けられた水車と、水車の主軸１８とこの軸と平行な発電機１の入力軸とをプーリー１５、１９を介して繋ぐ歯付きベルト２０と、コントローラ２と、駆動部４０と、報知部５１とを備える。なお図示はしていないが、歯付きベルト２０の周囲には、保護用のカバーが設けられている。
【００１２】
水車は、内筒１３の内部に軸受１６を設けると共に、軸受１６に回転自在に支持された主軸１８と結合された羽根車としてのランナベーン１７を流路３に配置し、流路３を流れる水流によりランナベーン１７と共に主軸１８が回転するよう構成している。
【００１３】
ランナベーン１７は、流路３を流れる流水により回転し主軸１８に回転力を与え、主軸１８先端のプーリー１９を回転させる。ガイドベーン１４はランナベーン１７に入る流水に適当な方向と速度を与える流線形の羽根である。軸受１６はランナベーン１７と結合された主軸１８を回転自在に支持する。
【００１４】
すなわち、内筒１３に設けられた軸受１６と、主軸１８と結合されたランナベーン１７と、流路３に設けられたガイドベーン１４により水車が構成されている。
【００１５】
歯付きベルト２０は、主軸１８の回転力を発電機１の入力軸に伝達するための駆動力伝達手段である。歯付きベルト２０は、図２に示すように、例えば発電機１の入力軸に設けた歯車状のプーリー１５の歯１５ａ（凸凹部）に噛み合う歯２０ａ（凹凸部）を有するベルトである。
【００１６】
外筒１２と内筒１３の間の流路３には、ガイドベーン１４およびランナベーン１７などの羽根が露出し、ここを流れる流水のエネルギーを、羽根の回転力にして回収するようエネルギー回収機構が構成されている。
【００１７】
外筒１２の外側には、発電機１が据付ベース１１を介して設置されている。この発電機１の入力軸（回転軸）と、ランナベーン１７（羽根車）の主軸１８とは平行に配置されている。
【００１８】
主軸１８の一端には、プーリー１９が取り付けらけれている。発電機１の入力軸の端部にはプーリー１５が設けられている。これらプーリー１５、１９の組合わせによって、水車の回転速度を発電機１の回転速度に合わせられるように、変速比を任意に変えることができる。駆動部４０はコントローラ２により制御されてこの水力発電装置の流路入口に設けられた弁５０を開閉駆動する。
【００１９】
図３に示すように、コントローラ２は、計測部２１、バッファメモリ２２、監視部２３、制御部２９、監視解除部３２などを有する。
【００２０】
コントローラ２には、ロックスイッチ６０と報知部５１が接続されている。ロックスイッチ６０は通常運転以外の運転、例えば保守作業などの際に、オペレータが押すスイッチである。押されることでオン信号を出力する。なお通常はオン信号を出力していて押されることでオフしてもよい。
【００２１】
報知部５１は、保守作業者が作業する場所に設けられている。報知部５１は、例えばスピーカやブザー、表示装置、プリンタなどであり、制御部２９により制御されて歯付きベルト２０の劣化状態を報知する。報知部５１が例えばスピーカの場合、制御部２９から指令に応じて異なる音色の報知音（注意喚起を促す指令の場合は軽いビープ音、緊急を要する指令の場合は大音量の警報音など）を出力する。
【００２２】
コントローラ２には、監視盤などからの監視解除信号が入力される。この監視解除信号は、例えば複数の水力発電装置を運転する際に、水力発電装置の切り替えを行う際に、出力変動が生じるため、コントローラ２の監視を解除するため、監視盤から出力される信号である。監視解除信号は通常の発電動作以外に入力される信号である。
【００２３】
監視解除部３２は、監視解除信号が入力されている期間、監視部２３の監視動作（発電機出力の計測データに対する判定や指令出力などの動作）を停止させる。
【００２４】
バッファメモリ２２は、発電機１の発電機出力の計測値を保持可能な記憶領域として機能する。計測部２１は、発電機出力を所定時間毎に計測し、計測値を計測時刻と共に前記バッファメモリ２２に保持する。
【００２５】
監視部２３は、第１判定部２４、第２判定部２５、条件記憶部２８、論理和回路３０、論理積回路３１などを有する。
【００２６】
条件記憶部２８には、時間の推移における計測値から歯付きベルト２０の異常を判定するためのパラメータの異なる判定条件（第１条件２６と第２条件２７）が複数設定されている。
【００２７】
監視部２３はバッファメモリ２２から読み出した異なる時間に計測された複数の計測値を基に所定期間（数十秒間隔）における発電機出力の変化率を求め、求めた変化率および／または測定値が条件記憶部２８の判定条件を満たした場合、異常を示す信号を出力する。つまり監視部２３は通常の運転とは異なる出力推移（単位時間当たりの出力変化）の異常を検出する。
【００２８】
具体的には監視部２３は、求めた変化率が条件記憶部２８に予め設定された判定条件（第１条件２６および／または第２条件２７）を満たした場合、満たした条件に応じた劣化レベルの信号を制御部２９へ出力する。
【００２９】
第１条件２６は、計測周期：２０秒、出力の変化率のパラメータ：１５％以上、回数のパラメータ：２回以上などである。出力の変化率では１５％が第１閾値、回数では２回が第３閾値となる。
【００３０】
この例では、第１閾値を１５％としたが、この値だけでなく例えば１０%以上、２０%以下の範囲で第１閾値を設定するものとする。また出力の変化率ではなく出力の差分値としてもよい。この場合、水力発電装置１台の通常運用時の出力が９０ｋＷであれば、その１５％は１３．５ｋＷである。
【００３１】
第２条件２７は、発電機出力のパラメータ：３０ｋＷ以下、継続時間のパラメータ：５秒以上などである。発電機出力では３０ｋＷが第２閾値、継続時間では５秒が第４閾値となる。第２閾値は発電機１の通常運転時の出力の１／３以下の値で設定するものとする。
【００３２】
この例では、各判定条件に２つのパラメータが設定されているが、それぞれの条件のうち少なくとも一つのパラメータを満たせば条件が満たされたものと判定してよい。
【００３３】
第１判定部２４は、バッファメモリ２２から計測時刻の異なる２つの計測データ（８０秒間隔を空けたデータ）を読み出し、２つの計測データから変化率を求め、条件記憶部２８を参照して、求めた変化率が第１条件２６を満たしているか否かを判定する。
【００３４】
判定の結果、求めた変化率が第１条件２６を満たしている場合、第１判定部２４は変化率の異常を示す第１信号を出力する。
【００３５】
第２判定部２５は、バッファメモリ２２から計測データ（保持データ）をサンブリング毎に読み出し、条件記憶部２８を参照して、計測データが第２条件２７を満たしているか否かを判定する。判定の結果、第２条件２７を満たしている場合、第２判定部２５は発電機出力の異常を示す第２信号を出力する。なおバッファメモリ２２を経由せずに計測データを直接計測部２１から取り込んでもよい。
【００３６】
制御部２９は、論理和回路３０と論理積回路３１を有する。論理和回路３０は、入力される２つの信号の論理和を演算する。論理積回路３１は、入力される２つの信号の論理積を演算する。
【００３７】
制御部２９は、オペレータによってオン（押）されたロックスイッチ６０のオン信号を受け取る。また制御部２９は、入力された第１信号と第２信号の論理和演算を行い、さらにこの演算結果とロックスイッチ６０からのオン信号との論理積演算を行うことで、駆動部４０を駆動する駆動信号を生成し、駆動部４０へ出力する。
【００３８】
駆動部４０は、制御部２９からの駆動信号の入力により弁５０を閉じる方向に駆動する。これにより上流の弁５０が閉じられて、この装置の流路３への水の流入がなくなる。
【００３９】
また制御部２９は、第１信号が入力された場合、注意喚起を促す第１警報レベルの報知指令を生成し、報知部５１へ出力する。制御部２９は第２信号が入力された場合、緊急を要する第２警報レベルの報知指令を生成し、報知部５１へ出力する。
【００４０】
第１レベルの報知信号は、注意段階の信号である。第２レベルの報知信号は緊急性を要する警報信号である。これにより歯付きベルト２０の劣化状態（劣化レベルまたは劣化段階）に応じた報知音（注意を促す発報音または緊急を要する警報音）が、オペレータが作業する場所で鳴らされる。
【００４１】
すなわち制御部２９は、入力された信号（第１信号、第２信号およびオン信号）に基づき、弁５０を閉じる制御を行うことで流路３への入水を停止させる。また制御部２９は、入力された信号（第１信号、第２信号およびオン信号）に基づき、歯付きベルト２０の劣化状態を報知する。
【００４２】
図４に示すように、第１判定部２４は、変化率算出部４１、４２、比較部４３、４４、論理積回路４５、カウンタ４６および判定部４７を有する。
【００４３】
変化率算出部４１は、バッファメモリ２２より８０秒前にサンプリングした計測データと０秒前にサンプリングした計測データとを読み込み、計測値を除算して変化率を算出し比較部４３へ出力する。
【００４４】
比較部４３は、条件記憶部２８の第１条件２６（第１閾値：変化率１５％以上）を読み込み、変化率算出部４１により算出された変化率と比較し、変化率が第１条件２６を満たした場合は信号を論理積回路４５へ出力する。
【００４５】
変化率算出部４２は、バッファメモリ２２より１００秒前にサンプリングした計測データと２０秒前にサンプリングした計測データとを読み込み、計測値を除算して変化率を算出し比較部４４へ出力する。
【００４６】
比較部４４は、条件記憶部２８の第１条件２６（第１閾値：変化率１５％以上）を読み込み、変化率算出部４２により算出された変化率と比較し、変化率が第１条件２６を満たした場合は信号を論理積回路４５へ出力する。
【００４７】
論理積回路４５は、比較部４３、４４からそれぞれ入力された信号の論理積をとり、互いの信号が入力された場合はカウンタ４６へ信号を出力する。
【００４８】
カウンタ４６は、論理積回路４５から信号が入力されることでカウントアップする。
【００４９】
判定部４７は、第１条件２６（第３閾値：回数２回以上）を読み込み、カウンタ４６のカウント値と比較し、第１条件２６を満たした場合は変化率異常信号を第１信号として制御部２９へ出力する。
【００５０】
図５に示すように、第２判定部２５は、比較部５３、判定部５７およびタイマ５８を有する。
【００５１】
比較部５３は、条件記憶部２８の第２条件２７（第２閾値：出力３０ｋＷ以下）を読み込み、バッファメモリ２２より読み込んだ発電機出力と比較し、計測データが第２条件２７を満たした場合は信号を判定部５７へ出力する。
【００５２】
タイマ５８は、判定部５７に制御されて、比較部５３から判定部５７に信号が入力されてから入力されなくなるまでの時間を計測する。
【００５３】
判定部５７は、第２条件２７（第４閾値：時間５秒以上）を読み込み、読み込んだ第２条件２７とタイマ５８の計測時間とを比較し、タイマ５８の計測時間が第２条件２７を満たした場合は出力異常信号を第２信号として制御部２９へ出力する。
【００５４】
続いて、図３乃至図６を参照してこの水力発電装置の動作を説明する。なお動作は大別して計測部２１による計測ステップと監視部２３および制御部２９による監視・判定ステップに分けられる。
【００５５】
この水力発電装置の場合、図３のコントローラ２において、計測部２１が２０秒間隔で（図６のステップＳ１０１）、発電機１の出力を計測（サンプリング）し（ステップＳ１０２）、計測時刻と共にバッファメモリ２２に順次記憶する（ステップＳ１０３）。
【００５６】
バッファメモリ２２には６つのデータを順次記憶し常に更新する（ステップＳ１０４〜Ｓ１０６）。
【００５７】
一方、監視部２３は、バッファメモリ２２に保持されている計測データを順に読み出し、発電機１の出力推移を監視する中で計測データの異常な変化を検出する。
【００５８】
監視部２３では、第１判定部２４が、８０秒間隔の２つの計測値をバッファメモリ２２から読み出し（ステップＳ１０７）、これらの計測値から変化率を算出する（ステップＳ１０８）。
【００５９】
続いて、第１判定部２４は、算出した２０秒間隔の２つの変化率が予め条件記憶部２８に設定されている第１条件２６（変化率１５%以上）を満たしているか否かを判定する（ステップＳ１０９）。
【００６０】
この判定の結果、変化率が第１条件２６（変化率１５%以上）を満たしている場合（ステップＳ１０９のＹｅｓ）、第１判定部２４は、変化率の異常を示す第１信号を制御部２９へ出力する。
【００６１】
一方、監視部２３では、第２判定部２５が、２０秒間隔のデータ（発電機出力の計測データ）を順次読み出し（ステップＳ１１０）、発電機出力の計測データが条件記憶部２８の第２条件２７（出力３０ｋＷ以下）を満たしているか否かを判定する（ステップＳ１１１）。
【００６２】
この判定の結果、発電機出力の計測データが第２条件２７（出力３０ｋＷ以下）を満たしている場合（ステップＳ１１１のＹｅｓ）、第２判定部２５は、発電機出力の異常を示す第２信号を制御部２９へ出力する。
【００６３】
制御部２９は、監視部２３から入力される２つの信号（第１信号および第２信号）の論理和演算を行い（ステップＳ１１２）、さらに論理和の結果とロックスイッチ６０からの信号との論理積演算を行う（ステップＳ１１３）。
【００６４】
制御部２９は、この論理演算の結果に応じて駆動部４０へ停止指令を出力する（ステップＳ１１４）。停止指令を受けた駆動部４０は流路上流の弁５０を閉じる方向へ駆動する。これにより、流路３への入水が停止される。
【００６５】
また制御部２９は、監視部２３からそれぞれ入力される２つの信号（第１信号および第２信号）に応じた報知指令を報知部５１へ出力する。
【００６６】
第１信号が入力された場合、制御部２９は、注意を促す音を出力するための報知指令とする。第２信号が入力された場合、制御部２９は、緊急対応を要する警報音を出力するための報知指令とする。これにより報知部５１からは歯付きベルト２０の劣化状態（劣化レベル）に応じた異なる報知音が発報される。
【００６７】
ここで、監視部２３内での各判定部の詳細な動作を説明する。  
図４に示すように、第１判定部２４では、変化率算出部４１、４２が、８０秒間隔の２つのデータとこれらのデータから２０秒前または後の２つのデータの２組を読み出し、それぞれの変化率を算出する。
【００６８】
続いて、比較部４３、４４が、変化率算出部４１、４２で算出された２０秒間隔の２つの変化率と予め条件記憶部２８に設定されている第１閾値（変化率１５%）を比較する。
【００６９】
この比較の結果、それぞれ算出した変化率が予め条件記憶部２８に設定されている第１閾値（変化率１５%）に到達した場合、比較部４３、４４から信号が論理積回路４５に出力される。
【００７０】
論理積回路４５は、両方の比較部４３、４４から信号が入力された場合に、第１判定条件（変化率１５%以上）を満たしたものと判定し、カウンタ４６（図４参照）に信号を出力しカウントアップさせる。
【００７１】
そして、判定部４７は、カウンタ４６のカウント値と第３閾値（回数：２回）とを比較し、カウント値が第３閾値の２回に達した場合、第１条件２６（変化率１５%以上が２回以上発生）を満たしたものと判定し、発電機出力の変化率の異常を示す第１信号（図３参照）を制御部２９へ出力する。
【００７２】
一方、図５に示すように、第２判定部２５では、比較部５３が２０秒間隔のデータを順次読み出し、条件記憶部２８の第２閾値（出力３０ｋＷ）と比較する。
【００７３】
この比較の結果、発電機１の出力が予め条件記憶部２８に設定されている第２閾値（出力３０ｋＷ）よりも低下した場合、比較部５３は、判定部５７に信号を出力する。
【００７４】
判定部５７は、比較部５３から信号が入力されると、タイマ５８を動作させて信号が入力されている間の時間を計測する。
【００７５】
そして、判定部５７は、タイマ５８の計測時間と第４閾値（時間：５秒）とを比較し、タイマ５８の計測時間が第４閾値の５秒を超えた場合、第２条件２７（出力３０ｋＷ以下が５秒以上継続）を満たしたものと判定し、発電機出力の異常を示す第２信号（図３参照）を制御部２９へ出力する。
【００７６】
ここで、図７を参照して歯付きベルト２０の劣化が進行し破断するまでの送電出力と時刻（時間）との関係について説明する。
【００７７】
図７は実際の２台構成の軸流発電装置に採用した歯付きベルトの異常発生から破断に至るまでの状態を横軸に時刻、縦軸に発電機出力である送電電力をとったグラフである。この図７の例の軸流発電装置１台あたりの送電電力は９０ｋＷ程度であり、定常運転時は２台で１８０ｋＷ程度の送電電力が得られる。
【００７８】
この図７のグラフからベルト異常発生からベルト破断までの時間は約１０分程度であることがわかる。またこのグラフは２台運転の状態で１台の歯付きベルトが破断した状態のグラフであり、定常運転状態から出力の変化が始まる初動段階では、最初の１分程度で３０ｋＷ程度の急激な出力低下（第１の出力急変段階Ｘ１）が見られる。
【００７９】
その後、送電電力がなだらかに低下した後、送電電力が１２０ｋＷ（劣化が始まった１台の出力としては３０ｋＷ程度）を割ったあたりから、さらに急激な出力低下（第２の出力急変段階Ｘ２）が見られ、歯付きベルトは破断に至っている。
【００８０】
歯付きベルトの形態は、初期段階では、ベルトは、ほとんどの歯が根元からせん断欠落してはいるものの、ベルト自体が紐状に分離して破断した状態にはなってはおらず、最初の急激な出力低下は歯のせん断欠落のみと認められ、その後の緩やかな出力低下はベルトが徐々に紐状に分離する過程において起こるものと考えられる。
【００８１】
発電機出力３０ｋＷという数値は、発電機一台あたりの変化率として３０／９０×１００=３３%であり、出力が１／３（３３%）以下にまで低下すると、歯付きベルトはほぼ亀裂が入って分離した状態になっているものと見なせる。
【００８２】
従って、定常運転状態から初期の急激な出力低下を検出することは、ベルト破断によるベルト自体の損傷を最小限とすることに非常に有効であり、従来のようにベルトが完全に破断した状態で発見する場合と比較すると、発電機廻りの機器に損傷を与え、機器の新規取り替えが伴ったり、ベルトの残骸の片付けや新ベルトの取り替えに要する多大な作業時間を考慮すると、この実施形態の水力発電装置は有効であると実証できた。また、ベルトが完全破断する前に水車を停止させることが可能なため、軸受分に異常な回転数上昇を伴うことがなくなる。
【００８３】
このようにこの実施形態の水力発電装置によれば、予め発電機出力の変化率から異常を判定するための第１条件２６と、発電機出力自体から異常を判定するための第２条件２７とを条件記憶部２８に設定しておき、少なくとも第１条件２６が満たされた場合、制御部２９が歯付きベルト２０の劣化の始まりと判定し、歯付きベルト２０の劣化状態を報知すると共に、流路３への入水を停止させるので、歯付きベルト２０が破断する前の歯こぼれを起こし始めた段階で、注意喚起と歯付きベルト２０の動作停止を行うことができる。
【００８４】
すなわち、歯付きベルト２０が破断する前に劣化を発見できるようにすることで、歯付きベルト２０の交換に関する保守作業（運転停止、歯付きベルト２０の交換および運転再開に至る一連の作業時間）を短縮すると共に、水車とその周辺の関連機器を保護することができる。
【００８５】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００８６】
上記実施形態では、第１判定部２４にカウンタ４６を設けたが、この他、例えば図８に示すように、第１判定部２４にタイマ４８を設けてもよい。この場合の判定条件（閾値）は、論理積回路４５から信号が入力されている継続時間８０秒とする。この８０秒という閾値は、図７のグラフの第１の出力急変段階Ｘ１の時間が１分程度であることに起因する。
【００８７】
この例では、判定部４７は、論理積回路４５から信号が入力されると、タイマ４８を動作させて信号が入力されている間の時間を計測させる。
【００８８】
そして、タイマ４８の計測時間と閾値（継続時間：８０秒）とを比較し、タイマ４８の計測時間が閾値の８０秒を超えた場合、第１条件２６（変化率１５%以上が８０秒以上継続）を満たしたものと判定し、発電機出力の変化率の異常を示す変化率異常信号を第１信号（図３参照）として制御部２９へ出力する。
【００８９】
また上記実施形態に示したコントローラ２の各構成要素を、コンピュータのハードディスク装置などのストレージにインストールしたプログラムで実現してもよく、また上記プログラムを、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせることで本発明の機能をコンピュータが実現するようにしてもよい。電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで本発明を実現してもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１…発電機、２…コントローラ、３…流路、１１…据付ベース、１２…外側円筒（外筒）、１３…内側円筒（内筒）、１４…ガイドベーン、１５、１９…プーリー、１５ａ…プーリー１５の歯、１６…軸受、１７…ランナベーン、１８…主軸、２０…歯付きベルト、２０ａ…歯付きベルトの歯、２１…計測部、２２…バッファメモリ、２３…監視部、２４…第１判定部、２５…第２判定部、２８…条件記憶部、３０…論理和回路、２９…制御部、３１…論理積回路、３２…監視解除部、４０…駆動部、４１、４２…変化率算出部、４３、４４…比較部、４５…論理積回路、４６…カウンタ、４７…判定部、４８…タイマ、５０…弁、５１…報知部、５３…比較部、５７…判定部、５８…タイマ、６０…ロックスイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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