(57)【要約】      （修正有）【課題】大量の圧油を高速に供給し、かつガイドベーン急閉鎖後に調速制御を行うハイブリッドサーボシステムを提供する。【解決手段】調速制御装置が水車の回転速度に一定以上の速度偏差があることを検出し（Ｓ４０１）、ハイブリッドサーボシステムへ制御信号（閉指令）を出力し、ハイブリッドサーボユニットを閉方向に動作させるとともに（Ｓ４０２）、その速度偏差が所定の値以下か否か、あるいはガイドベーン開度が所定の値以下か否かを判定する（Ｓ４０３）。速度偏差が所定の値を超え、かつガイドベーン開度が所定の値を超え急閉鎖が必要な場合、アキュムレータによりガイドベーンを閉鎖する（Ｓ４０５）。速度偏差が一定以下と判定され（Ｓ４０３）、最大速度での閉鎖が必要無くなるとアキュムレータによる閉鎖を止め、ハイブリッドサーボユニットにて調速制御（開閉操作）を行う（Ｓ４０７）。【選択図】図６
2019065762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車発電機のガイドベーンの開閉を行う油圧サーボモータを、可逆ピストンポンプを駆動源とするハイブリッドサーボユニットおよびアキュムレータで駆動するハイブリッドサーボシステムであって、
前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作（急閉鎖）を行った後に、前記水車発電機の回転速度調整制御のために、前記水車発電機を停止させることなく前記ハイブリッドサーボユニットにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンを開閉操作することにより調速制御を行うことを特徴とするハイブリッドサーボシステム。
【請求項２】
前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値よりも大きく、かつガイドベーン開度が所定の値よりも大きい場合に、前記ハイブリッドサーボユニット用ソレノイドの励磁を解いて油圧回路を閉じ、前記アキュムレータ用ソレノイドの励磁を解いて油圧回路を開き、前記調速制御を行う前に前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作（急閉鎖）を行うことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項３】
前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作（急閉鎖）を行った後に、前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値以下となったときに前記ハイブリッドサーボユニットにより前記油圧サーボモータを駆動して開閉操作を行い前記調速制御を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項４】
前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作（急閉鎖）を行った後に、前記水車発電機のガイドベーン開度が所定の値以下となったときに前記ハイブリッドサーボユニットにより前記油圧サーボモータを駆動して開閉操作を行い前記調速制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項５】
前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作（急閉鎖）を行っている間、前記ハイブリッドサーボユニット用ソレノイドの励磁を解いて油圧回路を閉じ、調速制御装置からハイブリッドサーボシステムへの制御信号（閉指令）は従来のまま出力を継続させることにより、前記ハイブリッドサーボユニットにより逆止弁を備えた前記アキュムレータ充填用の油圧回路を経由して前記アキュムレータからの圧油の供給を補助し、前記アキュムレータ内の圧油の使用量を節約することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のハイブリッドサーボシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水車発電機に流入する水量を調整する弁を制御する油圧サーボモータを駆動するハイブリッドサーボユニットおよびアキュムレータの複合操作による調速制御を行うハイブリッドサーボシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
（水力発電所の油圧サーボモータの設計概要）
水力発電所では、入口弁やガイドベーン（流量調整弁）操作のため、油圧サーボモータの適用が一般的である。油圧サーボモータ操作に必要な圧油は、従来より圧油装置（集油槽、圧油タンク、ポンプ、電動機、電磁弁等で構成）から給油される。近年では、メンテナンス性や設備信頼度の向上等を目的に装置の合理化が図られ、圧油装置、空気圧縮装置、空気タンク等の補機が不要で装置構成がシンプルであって油圧が高く、保守性に優れたハイブリッドサーボシステムが普及・拡大しており、従来の圧油装置に代わって必要な圧油を供給している。
【０００３】
油圧サーボモータ容量（ピストン径、ストローク、油圧）は、圧油の供給方法の種類によらず、油圧サーボモータを設置する発電所の設計諸元（落差、流量）と水車特性（型式、速度変動率、等価閉鎖時間）などからほぼ一義的に決定される。
【０００４】
高落差・大流量・短等価閉鎖時間の水車になればなるほど、油圧サーボモータはより大きな操作力と多量の油を必要とするため、そのような圧油を供給する圧油装置も大容量化しなければならない。圧油装置の容量は、油圧サーボモータの容量とガイドベーン操作に必要な単位時間当たりの最大油量とによって決まる。
【０００５】
一般的に水力発電所のガイドベーン（流量調整弁）は、下表に示すように、その目的に応じて主に３つの操作方法がある。
【０００６】
【表１】
2019065762.tif 000003
【０００７】
油圧サーボモータへ圧油を供給する装置容量（圧油装置、ハイブリッドサーボシステム）は、最も過酷な（２）事故停止操作および（３）負荷遮断時の調速制御操作ができるように設計される。
【０００８】
（２）事故停止操作は、事故発生により発電機を緊急停止する必要がある場合にガイドベーンを確実かつ急速に閉操作するものである。図１に、事故停止操作時のガイドベーンストロークおよび水車の回転速度を示すオシロ波形の例を示す。（２）事故停止操作により、ガイドベーンを急速に閉鎖し、ガイドベーンが全閉した状態を維持することにより水が断たれるため、水車は停止に向かう。
【０００９】
（３）負荷遮断時の調速制御操作は、当該発電所以外の場所で発生した事故の影響により負荷遮断が起こって発電機が単独運転となり、周波数（＝水車の回転速度）が上昇（又は低下）した場合に、水車の回転速度の偏差信号に応じて調速機にてガイドベーンを急速（あるいは低速）に開閉操作して定格回転速度に調速制御することで運転を継続させる操作である。
【００１０】
図２に、負荷遮断により速度上昇が発生した場合の調速制御操作時のガイドベーンストロークおよび水車の回転速度を示すオシロ波形の例を示す。負荷が遮断され、行き場を失った水のエネルギーにより水車の回転速度が上昇を示すと、（３）負荷遮断時の調速制御操作により、水車の回転速度を落とすため最大速度でガイドベーンが閉められる（急閉鎖）。速度が低下してくると、定格回転速度（２００ｍｉｎ-1）に調整するため、ガイドベーンの開閉を行う（調速制御）。
【００１１】
負荷遮断時に水車の回転速度が上昇した時に、速度偏差が大きな場合は（３）負荷遮断時の調速制御操作においても（２）事故停止操作と同じ操作速度（急閉鎖）が必要とされるが、速度偏差が小さくなるとガイドベーンの開閉という双方向の操作（調速制御）を行う必要がある。
【００１２】
従来、ハイブリッドサーボシステムが故障した場合のバックアップ回路としてアキュムレータが設けられる場合がある。アキュムレータは（２）事故停止操作が可能な最低限の圧油を密閉された容器内に蓄圧し、事故発生時にはこれを使用して油圧サーボモータを閉操作（急閉鎖）し、水車を停止させることができる。
【００１３】
一方で、アキュムレータは単純な閉操作などの単一方向の操作しかできず、開閉操作などの双方向の操作が必要な（１）通常操作や（３）負荷遮断時の調速制御操作には適用できない。そのためこれらの操作には双方向の操作が可能なハイブリッドサーボシステムが用いられている。
【００１４】
ハイブリッドサーボシステムは、圧油タンクがなく、必要な油圧はその都度可逆ピストンポンプから供給するので、その瞬間に必要な圧油よりも圧油ポンプの最大吐出量が大きくなくてはならない。そのため従来のハイブリッドサーボシステムでは、油圧サーボモータが大容量化すると、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、その油圧サーボモータの最大出力時に必要な油圧エネルギーに合わせて圧油ポンプおよび電動機を大容量化し、ポンプ吐出量を大きくする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第６１３９０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、ハイブリッドサーボシステムにおいては、電動機制御のアンプユニット容量の制約から、単機ハイブリッドサーボユニットの大型化には上限がある。そのため、油圧サーボモータの容量がハイブリッドサーボユニット単機容量の上限を超える場合は、ハイブリッドサーボユニット台数を増やさなければならないという課題があった。
【００１７】
図４に、ハイブリッドサーボユニットを２台用いたハイブリッドサーボシステム２００の構成を示す。このハイブリッドサーボシステム２００は、並列接続されたハイブリッドサーボユニット２１０−１、２１０−２によって油圧サーボモータ１０４を駆動することにより、ケーシング１０１に格納された水車ランナ１０２を囲むように設置された流量調整用のガイドベーン１０３の開閉操作を行うことができる。ガイドベーン１０３の開閉操作は、電動機２１４−１、２１４−２で可逆ピストンポンプ２１３−１、２１３−２を駆動して複動型シリンダを備えた油圧サーボモータ１０４に圧油を供給することで、ガイドリング１０５を介して行われる。
【００１８】
ガイドベーン１０３を開閉操作するには、ソレノイド２１５ａ〜２１５ｄを励磁して油圧回路を開き、ソレノイド２１５ｅを励磁して油圧回路を閉じ、可逆ピストンポンプ２１３−１、２１３−２を開方向または閉方向に回転させることにより、油圧サーボモータ１０４の閉側から開側にまたは開側から閉側に送油する。油圧サーボモータ１０４と可逆ピストンポンプ２１３−１、２１３−２とを接続する油圧回路内の油量は、集油槽２１１との間でシャトル弁２１２−１、２１２−２を介して調整する。
【００１９】
ハイブリッドサーボユニット台数の増加は補機点数を増やし、システムを複雑化させることとなり、設備を合理化しコスト競争力ある水力発電所を目指す上で、経済性・保守性を悪くし、また設備信頼度を低下させる要因となっていた。
【００２０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アキュムレータとハイブリッドサーボモータを複合操作することで、ハイブリッドサーボユニット容量又は台数の増加を伴わずに、必要とされる大量の圧油を高速に供給することが可能なハイブリッドサーボユニットおよびアキュムレータの複合操作による調速制御を行うハイブリッドサーボシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の課題を解決するために、本発明は、水車発電機のガイドベーンの開閉を行う油圧サーボモータを、可逆ピストンポンプを駆動源とするハイブリッドサーボユニットおよびアキュムレータで駆動するハイブリッドサーボシステムであって、前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作（急閉鎖）を行った後に、前記水車発電機の回転速度調整制御のために、前記水車発電機を停止させることなく前記ハイブリッドサーボユニットにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンを開閉操作することにより調速制御を行うことを特徴とする。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のハイブリッドサーボシステムにおいて、前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値よりも大きく、かつガイドベーン開度が所定の値よりも大きい場合に、前記ハイブリッドサーボユニット用ソレノイドの励磁を解いて油圧回路を閉じ、前記アキュムレータ用ソレノイドの励磁を解いて油圧回路を開き、前記調速制御を行う前に前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作（急閉鎖）を行うことを特徴とする。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のハイブリッドサーボシステムにおいて、前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作（急閉鎖）を行った後に、前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値以下となったときに前記ハイブリッドサーボユニットにより前記油圧サーボモータを駆動して開閉操作を行い前記調速制御を行うことを特徴とする。
【００２４】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３に記載のハイブリッドサーボシステムにおいて、前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作（急閉鎖）を行った後に、前記水車発電機のガイドベーン開度が所定の値以下となったときに前記ハイブリッドサーボユニットにより前記油圧サーボモータを駆動して開閉操作を行い前記調速制御を行うことを特徴とする。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のハイブリッドサーボシステムにおいて、前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作（急閉鎖）を行っている間、前記ハイブリッドサーボユニット用ソレノイドの励磁を解いて油圧回路を閉じるが、調速制御装置からハイブリッドサーボシステムへの制御信号（閉指令）は従来のまま出力を継続することにより、前記ハイブリッドサーボユニットにより逆止弁を備えた前記アキュムレータ充填用の油圧回路を経由して前記アキュムレータからの圧油の供給を補助し、前記アキュムレータ内の圧油の使用量を節約することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、アキュムレータとハイブリッドサーボユニットを複合操作することで、ハイブリッドサーボユニットの単機容量または台数、および場合によってはアキュムレータの容量または本数を増加させずに、高落差・大流量・短等価閉鎖時間の水力発電所に適用する油圧サーボモータの大容量化に伴い必要とされる大量の圧油を高速に供給することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】事故停止操作時のガイドベーンストロークおよび水車の回転速度を示すオシロ波形の例を示す図である。
【図２】負荷遮断時の調速制御操作時のガイドベーンストロークおよび水車の回転速度を示すオシロ波形の例を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、油圧サーボモータの容量の増大に伴うハイブリッドサーボユニットの容量または構成の変化を説明する図である。
【図４】ハイブリッドサーボユニットを２台用いたハイブリッドサーボシステム２００の構成を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る水車発電機用のアキュムレータ複合操作のハイブリッドシステムの構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る水車発電機用のアキュムレータ複合操作のハイブリッドシステムにおける負荷遮断時の調速制御操作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
大容量油圧サーボモータの負荷遮断時の調速制御（急閉鎖と開閉操作）に対して、従来、単一方向の単純な閉操作しかできないアキュムレータ３１７の適用は不可能であり、油圧サーボモータの容量に見合ったハイブリッドサーボユニット容量・台数が必要であったが、本発明では、小容量・単ユニットのハイブリッドサーボユニット３１０とアキュムレータ３１７を複合的に操作することで、従来と同様の調速制御を実現する。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３０】
図５に、本発明の一実施形態に係る水車発電機用のアキュムレータ複合操作のハイブリッドシステムの構成を示す。本発明のハイブリッドサーボシステム３００は、ケーシング１０１に格納された水車ランナ１０２を囲むように設置された流量調整用のガイドベーン１０３の急閉鎖および開閉操作を行うことができる。ガイドベーン１０３の開閉操作は、電動機３１４で可逆ピストンポンプ３１３を駆動して複動型シリンダを備えた油圧サーボモータ１０４に圧油を供給することで、ガイドリング１０５を介して行われる。閉鎖機構としては、アキュムレータを用いることができる。
【００３１】
ガイドベーン１０３を開閉操作するには、ソレノイド３１５ａ、３１５ｂを励磁して油圧回路を開き、ソレノイド３１５ｄを励磁して油圧回路を閉じ、可逆ピストンポンプ３１３を開方向または閉方向に回転させることにより、油圧サーボモータ１０４の閉側から開側にまたは開側から閉側に送油する。油圧サーボモータ１０４と可逆ピストンポンプ３１３とを接続する油圧回路内の油量は、集油槽３１１との間でシャトル弁３１２を介して調整する。
【００３２】
尚、油圧回路については、ＮＣ（Ｎｏｒｍａｌ  Ｃｌｏｓｅ、常時閉）のソレノイド３１５ａ〜３１５ｃ、ＮＯ（Ｎｏｒｍａｌ  Ｏｐｅｎ、常時開）のソレノイド３１５ｄ、および逆止弁３１６を図５のように配置することで、通常時の操作に加え、操作電源が断となった場合であっても、自動的に確実にアキュムレータ３１７の圧油を用いてガイドベーン１０３を閉鎖することを可能としている。
【００３３】
次に、各操作時の動作について説明する。尚、ソレノイド３１５ｄは、電源故障時以外は常に励磁し油圧回路を閉じておく。
【００３４】
電源故障等が発生した場合などの異常時は、全てのソレノイド３１５ａ〜３１５ｄの励磁が解け、図５の状態となる。これは、アキュムレータ３１７の圧油を油圧サーボモータ１０４閉側に送油し、油圧サーボモータ１０４の開側の圧油を集油槽３１１へ戻すことでガイドベーン１０３を閉操作する油圧回路が自然と構成されるようになっており、電源が無くなっても安全に水車を停止できる。
【００３５】
ハイブリッドサーボユニット３１０の容量は、（１）通常操作に必要な容量で設計し、アキュムレータ３１７の容量は、（２）事故停止操作および（３）負荷遮断時の閉操作（急閉鎖）に必要な容量で設計する。
【００３６】
（負荷遮断時の調速制御操作）
図６に、本発明の一実施形態に係る水車発電機用のハイブリッドサーボユニット３１０およびアキュムレータ３１７の複合操作を用いた負荷遮断時の調速制御操作を説明するフローチャートを示す。調速制御装置が水車の定格回転速度と実際の回転速度に一定以上の速度偏差があることを検出し（Ｓ４０１）、負荷遮断による回転速度上昇を受け調速制御装置からハイブリッドサーボシステムへ制御信号（閉指令）が出力され、ハイブリッドサーボユニット３１０は閉方向に動作する（Ｓ４０２）。これと同時に水車の速度偏差が所定の値以下であり、あるいはガイドベーン開度が所定の値以下であるか否かを判定する（Ｓ４０３）。
【００３７】
速度偏差が所定の値を超えかつガイドベーン開度が所定の値を超え、急閉鎖が必要な場合、ハイブリッドサーボユニット用のソレノイド３１５ａ・３１５ｂの励磁を解き油圧回路を閉じ、アキュムレータ３１７用のソレノイド３１５ｃの励磁を解き油圧回路を開く（Ｓ４０４）。これにより、ガイドベーン１０３はアキュムレータ３１７により閉鎖される。またこの時も、調速制御装置からの制御信号（閉指令）は継続されているため（Ｓ４０２）、ハイブリッドサーボユニット３１０は閉方向に動作を続けるため、逆止弁３１６を備えたアキュムレータ充填用の油圧回路を経由しアキュムレータ３１７から油圧サーボモータ１０４への圧油の供給を補助する（Ｓ４０５）。これにより、アキュムレータ３１７の容量を小さくまたは本数を低減することが可能となる。
【００３８】
その後、速度偏差が所定の値以下と判定され（Ｓ４０３）、あるいはガイドベーン開度が所定の値以下と判定され、最大速度での閉鎖が不要になると、ハイブリッドサーボユニット用のソレノイド３１５ａ・３１５ｂを励磁して油圧回路を開け、アキュムレータ３１７用のソレノイド３１５ｃを励磁し油圧回路を閉じる（Ｓ４０６）。これによりアキュムレータ３１７によるガイドベーン１０３の閉鎖を止め、ハイブリッドサーボユニット３１０にて調速制御（開閉操作）を行う（Ｓ４０７）。
【００３９】
このような複合操作により、高落差・大流量の発電所に適用される大容量の油圧サーボモータ１０４に対して、（１）通常操作を基に容量設計された小容量のハイブリッドサーボユニット３１０を用いて、（３）負荷遮断時の急閉鎖および調速制御が可能となる。尚、（２）事故停止操作は、アキュムレータ３１７にて急閉鎖を行うことができる。
【００４０】
このようにして本発明のアキュムレータ複合操作のハイブリッドシステムでは、高落差・大流量・短等価閉鎖時間の発電所に必要な大きな油圧サーボモータに対して、ハイブリッドサーボのユニット容量またはユニット台数を低減できる。
【００４１】
（２）事故停止操作には、従来と同様に、構造が単純で、可動部が少なくメンテナンスフリーであるアキュムレータ３１７にてガイドベーン閉操作を行うため、仮にハイブリッドサーボユニット３１０が故障しても確実な閉操作が可能である。
【００４２】
また、ハイブリッドサーボユニット台数は通常操作が行える台数あればよいので、大容量の油圧サーボモータを使用する場合もシンプル（小容量・少ユニット数）な装置にてシステムを構成できる。その結果、発電所の設備信頼度が向上するとともに、補機点数が減ることで保守コストを低減できる。
【００４３】
これまで、高落差・大流量・短等価閉鎖時間の水力発電所の中には、配置スペースの関係から設置可能なハイブリッドサーボユニット数に制約があり、設置可能なハイブリッドサーボユニット数では要求される容量を確保することができず、ハイブリッドサーボを適用できなかったケースもあった。しかし、本発明のハイブリッドサーボシステムを使用することで、これまでハイブリッドサーボユニットを適用できなかった水力発電所に対してもハイブリッドシステムの採用が可能となる。
【００４４】
このシステムは、メンテナンスフリーで物理的に故障が発生しにくいアキュムレータと、広く市場に普及している汎用品であって安価に短納期で入手可能なソレノイドのみで構成することができ、複雑な制御回路や操作盤等を要しない。そのため、障害発生時の復旧時間を非常に短くできる。さらに、水力発電所のオーバーホールや、操作機構部の更新工事に合わせて、事後的に本発明の応用が可能である。また、イニシャルコストを低減するのみならず、長期運用においてメンテナンスコストも低減できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０１  ケーシング
１０２  水車ランナ
１０３  ガイドベーン
１０４  油圧サーボモータ
１０５  ガイドリング
２００、３００  圧油装置
２１０−１、２１０−２、３１０  ハイブリッドサーボユニット
２１１、３１１  集油槽
２１２−１、２１２−２、３１２  シャトル弁
２１３−１、２１３−２、３１３  可逆ピストンポンプ
２１４−１、２１４−２、３１４  電動機
２１５ａ〜２１５ｅ、３１５ａ〜３１５ｄ  ソレノイド
３１６  逆止弁
３１７  アキュムレータ
【図１】
2019065762.tif 000004
【図２】
2019065762.tif 000005
【図３】
2019065762.tif 000006
【図４】
2019065762.tif 000007
【図５】
2019065762.tif 000008
【図６】
2019065762.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月19日(2018.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車発電機のガイドベーンの開閉を行う油圧サーボモータを、ポンプを駆動源とするハイブリッドサーボユニットおよびアキュムレータで駆動するハイブリッドサーボシステムであって、
前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値よりも大きく、かつガイドベーン開度が所定の値よりも大きくなったとき、前記油圧サーボモータと前記ハイブリッドサーボユニットとを接続する第１の油圧回路上に配置された第１の弁を閉じ、前記油圧サーボモータと前記アキュムレータとを接続する第２の油圧回路上に配置された第２の弁を開き、前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作を行い、
前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値以下又は前記水車発電機のガイドベーン開度が所定の値以下となったとき、前記第２の弁を閉じ、前記アキュムレータを用いた前記ガイドベーンの閉操作を止め、前記第１の弁を開き、前記ハイブリッドサーボユニットにより前記油圧サーボモータを駆動して開閉操作を行って前記水車発電機の調速制御を行うことを特徴とするハイブリッドサーボシステム。
【請求項２】
前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作を行っている間、前記第１の弁は閉じられているが、調速制御装置からハイブリッドサーボシステムへの制御信号（閉指令）は従来のまま出力を継続させることにより、前記ハイブリッドサーボユニットにより逆止弁を備えた前記アキュムレータ充填用の油圧回路を経由して前記アキュムレータからの圧油の供給を補助し、前記アキュムレータ内の圧油の使用量を節約することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項３】
前記第１の弁および前記第２の弁が電磁弁であり、前記第１の弁は電磁弁のソレノイドを励磁することにより弁が開き、かつソレノイドの励磁を解くことにより弁が閉じ、前記第２の弁は前記電磁弁のソレノイドを励磁することにより弁が閉じ、かつソレノイドの励磁を解くことにより弁が開くことにより、操作電源が断となった場合に、自動的にアキュムレータの圧油を用いてガイドベーンを閉鎖することを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッドサーボシステム。
【請求項４】
前記ポンプが可逆ピストンポンプであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッドサーボシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
（２）事故停止操作は、事故発生により水車発電機を緊急停止する必要がある場合にガイドベーンを装置の設計最大速度で閉操作（以下、「急閉鎖」という）するものである。図１に、事故停止操作時のガイドベーンストロークおよび水車の回転速度を示すオシロ波形の例を示す。（２）事故停止操作により、ガイドベーンを急速に閉鎖し、ガイドベーンが全閉した状態を維持することにより水が断たれるため、水車発電機は停止に向かう。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
（３）負荷遮断時の調速制御操作は、当該発電所以外の場所で発生した事故の影響により負荷遮断が起こって発電機が単独運転となり、周波数（＝水車発電機の回転速度）が上昇（又は低下）した場合に、水車発電機の回転速度の偏差信号に応じて調速機にてガイドベーンを急速（あるいは低速）に開閉操作して水車発電機を定格回転速度に調速制御する（以下、「調速制御」という）ことで運転を継続させる操作である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
図２に、負荷遮断により速度上昇が発生した場合の調速制御操作時のガイドベーンストロークおよび水車発電機の回転速度を示すオシロ波形の例を示す。負荷が遮断され、行き場を失った水のエネルギーにより水車発電機の回転速度が上昇を示すと、（３）負荷遮断時の調速制御操作により、水車発電機の回転速度を落とすため設計最大速度でガイドベーンが閉められる（急閉鎖）。回転速度が低下してくると、定格回転速度（２００ｍｉｎ-1）に調整するため、ガイドベーンの開閉を行う（調速制御）。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
ガイドベーン１０３を開閉操作するには、電磁弁２１５ａ〜２１５ｄのソレノイドを励磁して油圧回路を開き、電磁弁２１５ｅのソレノイドを励磁して油圧回路を閉じ、可逆ピストンポンプ２１３−１、２１３−２を開方向または閉方向に回転させることにより、油圧サーボモータ１０４の閉側から開側にまたは開側から閉側に送油する。油圧サーボモータ１０４と可逆ピストンポンプ２１３−１、２１３−２とを接続する油圧回路内の油量は、集油槽２１１との間でシャトル弁２１２−１、２１２−２を介して調整する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様は、水車発電機のガイドベーンの開閉を行う油圧サーボモータを、ポンプを駆動源とするハイブリッドサーボユニットおよびアキュムレータで駆動するハイブリッドサーボシステムであって、前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値よりも大きく、かつガイドベーン開度が所定の値よりも大きくなったとき、前記油圧サーボモータと前記ハイブリッドサーボユニットとを接続する第１の油圧回路上に配置された第１の弁を閉じ、前記油圧サーボモータと前記アキュムレータとを接続する第２の油圧回路上に配置された第２の弁を開き、前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作を行い、前記水車発電機の回転速度偏差が所定の値以下又は前記水車発電機のガイドベーン開度が所定の値以下となったとき、前記第２の弁を閉じ、前記アキュムレータを用いた前記ガイドベーンの閉操作を止め、前記第１の弁を開き、前記ハイブリッドサーボユニットにより前記油圧サーボモータを駆動して開閉操作を行って前記水車発電機の調速制御を行うことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明の別の態様は、さらに前記アキュムレータにより前記油圧サーボモータを駆動して前記ガイドベーンの閉操作を行っている間、前記第１の弁は閉じられているが、調速制御装置からハイブリッドサーボシステムへの制御信号（閉指令）は従来のまま出力を継続させることにより、前記ハイブリッドサーボユニットにより逆止弁を備えた前記アキュムレータ充填用の油圧回路を経由して前記アキュムレータからの圧油の供給を補助し、前記アキュムレータ内の圧油の使用量を節約することを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の別の態様は、さらに前記第１の弁および前記第２の弁が電磁弁であり、前記第１の弁は電磁弁のソレノイドを励磁することにより弁が開き、かつソレノイドの励磁を解くことにより弁が閉じ、前記第２の弁は前記電磁弁のソレノイドを励磁することにより弁が閉じ、かつソレノイドの励磁を解くことにより弁が開くことにより、操作電源が断となった場合に、自動的にアキュムレータの圧油を用いてガイドベーンを閉鎖することを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
本発明の別の態様は、さらに前記ポンプが可逆ピストンポンプであることを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図５に、本発明の一実施形態に係る水車発電機用のアキュムレータ複合操作のハイブリッドシステムの構成を示す。図５は電源喪失時の状態を示し、ハイブリッドサーボシステムが故障した場合のアキュムレータによるガイドベーン急閉鎖時の状態と同じである。本発明のハイブリッドサーボシステム３００は、ケーシング１０１に格納された水車ランナ１０２を囲むように設置された流量調整用のガイドベーン１０３の急閉鎖および開閉操作を行うことができる。ガイドベーン１０３の開閉操作は、電動機３１４でポンプ３１３を駆動して複動型シリンダを備えた油圧サーボモータ１０４に圧油を供給することで、ガイドリング１０５を介して行われる。閉鎖機構としては、アキュムレータを用いることができる。ポンプ３１３は可逆ピストンポンプとすることで駆動源の構成を簡略化し、コンパクトにすることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
ガイドベーン１０３を開閉操作するには、弁３１５ａ、３１５ｂを開き、弁３１５ｄを閉じ、可逆ピストンポンプ３１３を開方向または閉方向に回転させることにより、油圧サーボモータ１０４の閉側から開側にまたは開側から閉側に送油する。油圧サーボモータ１０４と可逆ピストンポンプ３１３とを接続する油圧回路内の油量は、集油槽３１１との間でシャトル弁３１２を介して調整する。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
尚、油圧回路については、弁３１５ａ〜３１５ｄを電磁弁とし、ＮＣ（Ｎｏｒｍａｌ  Ｃｌｏｓｅ、常時閉）の電磁弁３１５ａ・３１５ｂ、ＮＯ（Ｎｏｒｍａｌ  Ｏｐｅｎ、常時開）の電磁弁３１５ｃ・３１５ｄ、および逆止弁３１６を図５のように配置することで、通常時の操作に加え、操作電源が断となった場合であっても、自動的に確実にアキュムレータ３１７の圧油を用いてガイドベーン１０３を閉鎖することを可能としている。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
次に、各操作時の動作について説明する。ここで、ポンプ３１３は可逆ピストンポンプ、弁３１５ａ・３１５ｂがＮＣの電磁弁、３１５ｃ・３１５ｄがＮＯの電磁弁であるものとする。尚、電磁弁３１５ｃ・３１５ｄのソレノイドは、通常時は常に励磁し油圧回路を閉じておく。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
電源故障等が発生した場合などの異常時は、全ての電磁弁３１５ａ〜３１５ｄのソレノイドの励磁が解け、図５の状態となる。これは、アキュムレータ３１７の圧油を油圧サーボモータ１０４閉側に送油し、油圧サーボモータ１０４の開側の圧油を集油槽３１１へ戻すことでガイドベーン１０３を閉操作する油圧回路が自然と構成されるようになっており、電源が無くなっても安全に水車を停止できる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
速度偏差が所定の値を超えかつガイドベーン開度が所定の値を超え、急閉鎖が必要な場合、ハイブリッドサーボユニット用の電磁弁３１５ａ・３１５ｂのソレノイドの励磁を解き油圧回路を閉じ、アキュムレータ３１７用の電磁弁３１５ｃ・３１５ｄのソレノイドの励磁を解き油圧回路を開く（Ｓ４０４）。これにより、ガイドベーン１０３はアキュムレータ３１７により閉鎖される。またこの時も、調速制御装置からの制御信号（閉指令）は継続されているため（Ｓ４０２）、ハイブリッドサーボユニット３１０は閉方向に動作を続けるため、逆止弁３１６を備えたアキュムレータ充填用の油圧回路を経由しアキュムレータ３１７から油圧サーボモータ１０４への圧油の供給を補助する（Ｓ４０５）。これにより、アキュムレータ３１７の容量を小さくまたは本数を低減することが可能となる。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
その後、速度偏差が所定の値以下と判定され（Ｓ４０３）、あるいはガイドベーン開度が所定の値以下と判定され、最大速度での閉鎖が不要になると、ハイブリッドサーボユニット用の電磁弁３１５ａ・３１５ｂのソレノイドを励磁して油圧回路を開け、アキュムレータ３１７用の電磁弁３１５ｃ・３１５ｄのソレノイドを励磁し油圧回路を閉じる（Ｓ４０６）。これによりアキュムレータ３１７によるガイドベーン１０３の閉鎖を止め、ハイブリッドサーボユニット３１０にて調速制御（開閉操作）を行う（Ｓ４０７）。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
このシステムは、メンテナンスフリーで物理的に故障が発生しにくいアキュムレータと、広く市場に普及している汎用品であって安価に短納期で入手可能な電磁弁のみで構成することができ、複雑な制御回路や操作盤等を要しない。そのため、障害発生時の復旧時間を非常に短くできる。さらに、水力発電所のオーバーホールや、操作機構部の更新工事に合わせて、事後的に本発明の応用が可能である。また、イニシャルコストを低減するのみならず、長期運用においてメンテナンスコストも低減できる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
１０１  ケーシング
１０２  水車ランナ
１０３  ガイドベーン
１０４  油圧サーボモータ
１０５  ガイドリング
２００、３００  ハイブリッドサーボシステム
２１０−１、２１０−２、３１０  ハイブリッドサーボユニット
２１１、３１１  集油槽
２１２−１、２１２−２、３１２  シャトル弁
２１３−１、２１３−２、３１３  可逆ピストンポンプ
２１４−１、２１４−２、３１４  電動機
２１５ａ〜２１５ｅ、３１５ａ〜３１５ｄ  電磁弁
３１６  逆止弁
３１７  アキュムレータ
【手続補正２０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2019065762.tif 000010
【手続補正２１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2019065762.tif 000011