(57)【要約】【課題】点検工数の増加を抑制可能とする流体装置を提供すること。【解決手段】流体装置１０は、水車１１と、水車１１に連結された発電機１２と、発電機１２からの電力を変換する発電機コントローラ１３とを有している。発電機コントローラ１３は、通常動作を継続する正常状態及び動作を停止して停止状態を継続する異常状態と異なる警告状態では、非常運転を実施する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力機械（１１）と、
前記水力機械（１１）に連結された回転電気機械（１２）と、
前記回転電気機械（１２）からの電力を変換する電力変換制御装置（１３，１４）と、
を有し、
通常動作を継続する正常状態及び動作を停止して停止状態を継続する異常状態と異なる警告状態では、非常運転を実施する、
流体装置。
【請求項２】
前記警告状態を検出する検出部（６３）を有し、前記警告状態の検出を通知する、
請求項１に記載の流体装置。
【請求項３】
前記警告状態に応じて、発生時刻、点検許容期間、対象箇所、保守部品、設置場所の少なくとも１つを通知する、
請求項２に記載の流体装置。
【請求項４】
次回の点検予定日までの点検待ち期間を取得し、点検待ち期間が点検許容期間より大きい場合は、点検待ち期間を点検許容期間以下とするように点検の実施を通知する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体装置。
【請求項５】
警告状態が検出されてからの経過時間を計測する計時部（６３）を有し、
前記計時部で計測した経過時間が点検許容期間を超えた場合に動作を停止する、
請求項２〜４の何れか１項に記載の流体装置。
【請求項６】
前記回転電気機械（１２）を冷却する冷却器（３６，３７）と、
前記回転電気機械（１２）の温度を検出するように配置された温度検出器（５３ｂ）と、
を有し、
前記電力変換制御装置（１３，１４）は、前記回転電気機械（１２）に熱伝達するように構成され、
前記温度検出器（５３ｂ）は、前記電力変換制御装置（１３，１４）から離れるように配置される、
請求項１〜５の何れか１項に記載の流体装置。
【請求項７】
前記回転電気機械（１２）と前記電力変換制御装置（１３，１４）の少なくとも１つの温度が所定値を越えた場合に、前記水力機械（１１）の有効落差（Ｈ）を増加するように前記非常運転の動作点を変更する、
請求項６に記載の流体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体装置として、例えば水車と発電機を有する水力発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５７３９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の流体装置では、定期的な点検が実施されている。しかし、流体装置に異常が発生した場合、異常の流体装置は停止されるため、上記の定期的な点検とは別に、臨時の点検作業によって流体装置を再稼働させる必要がある。このため、点検工数が増加し、メンテナンス費用が増加する。
【０００５】
本発明の目的は、点検工数の増加を抑制可能とする流体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の観点に係る流体装置は、水力機械（１１）と、前記水力機械（１１）に連結された回転電気機械（１２）と、前記回転電気機械（１２）からの電力を変換する電力変換制御装置（１３，１４）と、を有し、通常動作を継続する正常状態及び動作を停止して停止状態を継続する異常状態と異なる警告状態では、非常運転を実施する。
【０００７】
前記第１の観点の流体装置によれば、運転を継続できるので、点検等の工数増加を抑制できる。
第２の観点に係る流体装置は、前記警告状態を検出する検出部（６３）を有し、前記警告状態の検出を通知する。
【０００８】
前記第２の観点の流体装置によれば、警告状態となったことを把握でき、点検することで異常状態になる事を事前に抑制できる。
第３の観点に係る流体装置は、前記警告状態に応じて、発生時刻、点検許容期間、対象箇所、保守部品、設置場所の少なくとも１つを通知する。
【０００９】
前記第３の観点の流体装置によれば、警告状態を詳細に把握でき、点検の際の工数を低減できる。
第４の観点に係る流体装置は、次回の点検予定日までの点検待ち期間を取得し、点検待ち期間が点検許容期間より大きい場合は、点検待ち期間を点検許容期間以下とするように点検の実施を通知する。
【００１０】
前記第４の観点の流体装置によれば、非常運転で対応できる場合には点検を実施せずに済むので、点検回数を低減できる。
第５の観点に係る流体装置は、警告状態が検出されてからの経過時間を計測する計時部（６３）を有し、前記計時部で計測した経過時間が点検許容期間を超えた場合に動作を停止する。
【００１１】
前記第５の観点の流体装置によれば、非常運転し続けるのを防止できる。
第６の観点に係る流体装置は、前記回転電気機械（１２）を冷却する冷却器（３６，３７）と、前記回転電気機械（１２）の温度を検出するように配置された温度検出器と、を有し、前記電力変換制御装置（１３，１４）は、前記回転電気機械（１２）に熱伝達するように構成され、前記温度検出器（５３ｂ）は、前記電力変換制御装置（１３，１４）から離れるように配置される。
【００１２】
前記第６の観点の流体装置によれば、温度検出器（５３ｂ）により検出した温度（温度変化）により、過熱箇所（回転電気機械（１２）を冷却する冷却器か電力変換制御装置（１３，１４）か）を特定できる。
【００１３】
第７の観点に係る流体装置は、前記回転電気機械（１２）と前記電力変換制御装置（１３，１４）の少なくとも１つの温度が所定値を越えた場合に、前記水力機械（１１）の有効落差（Ｈ）を増加するように前記非常運転の動作点を変更する。
【００１４】
前記第７の観点の流体装置によれば、水力機械（１１）の有効落差（Ｈ）を増加（動作点の変更）により、電流・トルク・発電電力を低下して温度低下（発熱の抑制）できる。また、冷却器を流れる流量の増加により冷却性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】流体装置の概略正面図。
【図２】流体装置の概略側面図。
【図３】流体装置の概略平面図。
【図４】流体装置の制御系及び電力系統を示すブロック図。
【図５】流体装置の制御にかかる特性マップを示す説明図。
【図６】流体装置の制御にかかる特性マップを示す説明図。
【図７】流体装置の温度変化を示す波形図。
【図８】流体装置の温度変化を示す波形図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態に係る流体装置について説明する。なお、本発明は、以下に記載する例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００１７】
図１に示すように、流体装置１０の水車１１は、水平方向に延びる水流の流入管２１と、水流の流出管２２を有している。流入管２１は、配管継手２３を介して、水車１１に流体としての水を供給する水供給管１０１に接続されている。流出管２２は、配管継手２４を介して、水車１１からの水を排出する水排出管１０２に接続されている。水供給管１０１及び水排出管１０２は、水車１１に水を流通させる主管である。本実施形態の流体装置１０は、水供給管１０１、流入管２１、流出管２２、及び水排出管１０２とで形成する水流の流入経路と流出経路とが一直線上に配置されたインライン型である。
【００１８】
水車１１は、羽根車２５ａを内蔵するケーシング２５を有している。羽根車２５ａは、流入管２１と流出管２２とで形成する水流経路の途中に配設されている。羽根車２５ａは、上下方向に配置された回転軸２６の下端に接続され、その回転軸２６が接続される中心部に渦巻状に配置された複数枚のブレードを有している。羽根車２５ａは、流入管２１からの水流により複数枚のブレードが受ける圧力により回転して、回転軸２６を回転させる。この羽根車２５ａとしては、例えば渦巻きポンプのインペラを用いることができる。そして、流入管２１、流出管２２、回転軸２６に取着された羽根車２５ａ、回転軸２６の周囲を囲む中空の台座、及びケーシング２５により、水流を受けて回転軸２６を回転駆動する水車（水力機械）１１を構成する。
【００１９】
水車１１の上方には、その上下方向に配置された回転軸２６の上端に接続される発電機（回転電気機械）１２が配置されている。この発電機１２の下方に配置されたフロントカバー２７と水車１１の回転軸２６の周囲を囲む中空の台座２８とがボルト等の締結具により締結されて、水車と発電機とが取り外し可能に連結固定されている。本流体装置１０は、水車１１と発電機１２とが上下方向に配置された縦型となっている。
【００２０】
発電機１２は、水車１１の回転軸２６に連結されている。発電機１２は、羽根車２５ａにより回転駆動され、所定の交流電力（例えば三相交流電力）を発生する。
発電機１２の一側方（図２の左側方）には、発電機コントローラ１３（第１の電力変換制御装置）が配置されている。発電機コントローラ１３は、発電機１２で発電された電力、又は電源からの電力を変換、又は制御する。この発電機コントローラ１３は、例えば、発電機１２で発電した三相交流電力を直流に変換する交流直流変換器（コンバータ部）を含む。
【００２１】
また、発電機１２の他側方（図２の右側方）には、系統連系インバータ（以下、単にインバータ）１４（第２の電力変換制御装置）が配置されている。インバータ１４は、発電機コントローラ１３で変換又は制御された電力を、更に変換又は制御する。このインバータ１４は、例えば、発電機コントローラ１３により変換された直流電力を交流電力に変換する直流交流変換装置である。発電機コントローラ１３により変換された交流電力は、例えば図４に示す電力系統１６に供給される。
【００２２】
発電機コントローラ１３は、電力変換用の複数の半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）を有する。インバータ１４は、電力変換用の複数の半導体素子（例えば、ＩＧＢＴ）を有する。これらの半導体素子は、その動作に伴い発熱する。また、発電機１２は、発電動作に応じて発熱する。これらのため、流体装置１０は、発電機コントローラ１３とインバータ１４と発電機１２とを冷却する冷却系統３０を有している。
【００２３】
図１及び図２に示すように、冷却系統３０は、冷却流入配管３１，３３と冷却流出配管３２，３４と、冷却器３５，３６，３７とを有している。
冷却流入配管３１は、配管継手２３と冷却器３５との間に配設されている。冷却流入配管３１は、カプラ４１ａにより配管継手２３に設けられたバルブ２３ａに接続されるとともに、カプラ４１ｂにより冷却器３５に接続されている。冷却流出配管３２は、冷却器３５と配管継手２４との間に配設されている。冷却流出配管３２は、カプラ４２ｂにより冷却器３５に接続されるとともに、カプラ４２ａにより配管継手２４のバルブ２４ａに接続されている。カプラ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂは、例えばワンタッチカプラであり、流体装置１０における各配管の接続を容易にする。バルブ２３ａ，２４ａは、例えば手動開閉弁であり、例えば施工時やメンテナンス時に閉操作され、試験運転や運転時に開操作される。
【００２４】
冷却流入配管３３は、配管継手２３と図２に示す冷却器３６，３７との間に配設されている。冷却流入配管３３は、カプラ４３ａにより配管継手２３に設けられたバルブ２３ｂに接続される。冷却流入配管３３は、共用配管３３ａと、共用配管３３ａから分岐されて冷却器３６，３７（図２参照）に接続される分岐配管３３ｂ，３３ｃを有している。分岐配管３３ｂ，３３ｃは、それぞれカプラ４３ｂ，４３ｃにより冷却器３６，３７に接続されている。冷却流出配管３４は、図２に示す冷却器３６，３７と配管継手２４との間に配設されている。冷却流出配管３４は、カプラ４４ｂ，４４ｃにより冷却器３６，３７に接続される分岐配管３４ｂ，３４ｃと、分岐配管３４ｂ，３４ｃを合流する共用配管３４ａと、を有し、共用配管３４ａはカプラ４４ａにより配管継手２４のバルブ２４ｂに接続されている。カプラ４３ａ〜４３ｃ，４４ａ〜４４ｃは、例えばワンタッチカプラであり、流体装置１０における各配管の接続を容易にする。バルブ２３ｂ，２４ｂは、例えば手動開閉弁であり、例えば施工時やメンテナンス時に閉操作され、試験運転や運転時に開操作される。
【００２５】
なお、図１及び図２では、冷却器３５は発電機１２の上に配設しているように示されているが、例えば、発電機１２の周囲に蛇行して配設された冷却管により構成される。冷却流入配管３１は、水供給管１０１に流れる水の一部を冷却用の流体（冷却流体）として冷却器３５に供給する。冷却流出配管３２は、冷却器３５からの水を水排出管１０２に戻す（排出する）。この冷却用の流体により、発電機１２を冷却する。
【００２６】
冷却器３６は、発電機コントローラ１３と発電機１２との間に配設されている。冷却器３７は、インバータ１４と発電機１２との間に配設されている。冷却流入配管３３は、水供給管１０１に流れる水の一部を冷却用の流体（冷却流体）として冷却器３６，３７に供給する。冷却流出配管３４は、冷却器３５，３６からの水を水排出管１０２に戻す（排出する）。この冷却用の流体により、発電機１２と発電機コントローラ１３とインバータ１４とを冷却する。
【００２７】
次に、流体装置１０の制御に係る構成を説明する。
図４に示すように、流入管２１には、流量計５１が配設されている。流量計５１は、水車１１に供給される流体（水）の流量Ｑを測定する。
【００２８】
水車１１の流入側には圧力センサ５２ａが設けられ、水車１１の流出側には圧力センサ５２ｂが設けられている。圧力センサ５２ａは、水車１１の一次圧力ｐ１を測定する。圧力センサ５２ｂは、水車１１の二次圧力ｐ２を測定する。
【００２９】
図１，図２及び図３に示すように、発電機１２には、発電機１２の温度を検出する温度センサ５３ａ，５３ｂが配設されている。図１に示す温度センサ５３ａは、例えば、回転軸２６を支持するベアリング（図示略）の温度を検出するように配置されている。図２に示す温度センサ５３ｂは、発電機１２の巻線の温度を検出するように配置されている。本実施形態において、この温度センサ５３ｂは、図３に示すように、発電機コントローラ１３と、インバータ１４とから離れた位置に配置される。例えば、発電機１２の中心を通り、発電機コントローラ１３とインバータ１４とが配置される方向と直交する方向であって、発電機１２の周辺に配置される。
【００３０】
図２に示すように、発電機コントローラ１３とインバータ１４にはそれぞれ、温度センサ５４，５５が配設される。温度センサ５４は、発電機コントローラ１３に含まれるパワーデバイス（ＩＧＢＴ等）の温度を検出するように配置されている。温度センサ５５は、インバータ１４に含まれるパワーデバイス（ＩＧＢＴ等）の温度を検出するように配置されている。
【００３１】
水車１１には、水位センサ５６が配設されている。水位センサ５６は、水車１１における漏水等による水位の変化を検出するように配置されている。水車１１において、例えば、羽根車２５ａが取着された回転軸２６とケーシング２５との間をシールするＯリング等のシール部材の劣化による漏水が生じる場合がある。このため、水位センサ５６による検出により、漏水等による水位の変化を検出する。
【００３２】
図４に示すように、インバータ１４の出力側には電力計５７が配設されている。電力計５７は、インバータ１４の出力電力、つまり発電電力を検出する。なお、電力計５７に替えて、電圧計と電流計とが配設されてもよい。
【００３３】
次に、発電機コントローラ１３の構成例を説明する。
図４に示すように、発電機コントローラ１３（第１の電力変換制御装置）は、ＡＣ／ＤＣコンバータ部（以下、単にコンバータ部）６１と、コンバータ部６１を制御する発電機制御部６２を有している。コンバータ部６１は、発電機１２により発電された交流電力を、直流電力に変換する。その直流電力は、インバータ１４に供給される。インバータ１４は、解列部１５を介して電力系統１６に接続される。電力系統１６は、例えば商用電源である。解列部１５は、インバータ１４と電力系統１６との間を開閉する。この解列部１５は、例えば電磁リレーが用いられる。
【００３４】
図５は、発電機制御部６２に予め記憶された特性マップＭを示す。発電機制御部６２は、この特性マップＭに基づいて、コンバータ部６１を制御する。この特性マップＭは、縦軸を水車１１の有効落差（Ｈ）、横軸を水車１１に供給される流量（Ｑ）としている。この特性マップＭにおいて、発電機１２に負荷をかけずトルク零値（Ｔ＝０）とした場合の無拘束速度曲線と、回転数零値（Ｎ＝０）の等速度曲線との間の領域を水車１１が水流により回転する水車領域とする。発電機１２は、この水車領域において、水車１１により回転駆動されるのを基本とする。
【００３５】
水車領域において、複数の等トルク曲線は、無拘束速度曲線（Ｔ＝０）に沿い、マップ上、流量Ｑの増大に応じてトルク値も増大する。また、複数の等速度曲線は回転数零値(Ｎ=０)の等速度曲線に沿い、有効落差Ｈが大きくなるほど回転数も上昇する。更に、破線で示した等発電電力曲線は下に凸な二次曲線であって、有効落差Ｈ及び流量Ｑの増大に応じて発電電力も増大する。この複数の等発電電力曲線の頂点を結ぶ曲線（最大電力曲線（Ｅ））は、発電機１２にて最高発電電力又は最大効率を得る最大発電電力・効率曲線である。
【００３６】
そして、特性マップＭには、予め測定し作成した総落差−管路抵抗曲線（システムロスカーブＳ）が流動抵抗曲線として記録されている。このシステムロスカーブＳは、流体装置１０が接続された管路の抵抗に応じた曲線であって、流量Ｑ=０のとき有効落差Ｈが総落差Ｈｏであり、流量Ｑの増大に応じて有効落差Ｈが二次曲線的に減少する特性を持つ。システムロスカーブＳの曲率は、流体装置１０が接続された配管系統に固有の値を持つ。流体装置１０の水車１１は、このシステムロスカーブＳ上の点を運転点として動作する。
【００３７】
発電機制御部６２は、流量指令決定部７１、流量制御器７２、トルク指令決定部７３、トルク制御器７４、ＰＷＭ制御器７５を有している。流量指令決定部７１は、目標流量ＱＴ＊と状態検出部６３で検出した流体装置１０の運転状態とに基づいて流量指令値Ｑ＊を生成する。流量制御器７２は、流量指令値Ｑ＊に基づいて、目標トルクを設定する。トルク指令決定部７３は、目標トルクと状態検出部６３で検出した流体装置１０の運転状態とに基づいて、トルク指令値Ｔ＊を生成する。トルク制御器７４は、発電機１２のトルクＴをトルク指令決定部７３からのトルク指令値Ｔ＊となるように、トルク制御を行う。これにより、発電機１２には、所定の負荷がかかることになる。ＰＷＭ制御器７５は、トルク制御器７４の出力と状態検出部６３で検出した流体装置１０の運転状態とに基づいて、コンバータ部６１に含まれる半導体素子（例えばＩＧＢＴ）に供給するゲート信号を生成する。例えば、ＰＷＭ制御器７５は、所定のキャリア周波数に基づいて半導体素子を間欠的にオンオフするようにゲート信号を生成する。
【００３８】
また、発電機コントローラ１３は、状態検出部６３（計時部）、使用時間積算部６４、表示部６５を有している。
状態検出部６３は、流体装置１０の運転状態を検出する。流体装置１０の運転状態としては、正常状態、警告状態、異常状態が設定される。正常状態は、流体装置１０に異常が無い状態である。つまり、流体装置１０の継続的な運転が可能な状態にある。異常状態は、流体装置１０に動作の継続が不可能な異常が有る状態である。つまり、流体装置１０は、運転を非常停止する状態にある。警告状態は、正常状態と異常状態の何れでも無い状態である。例えば、警告状態は、流体装置１０に異常があるが、運転の時限的な継続が可能な状態を指す。つまり、警告状態は、将来的に停止しなければならなくなる異常が流体装置１０に発生している状態である。時限的な継続は、例えば、異常を発見してから、停止しなければならないまでの期間である。
【００３９】
状態検出部６３は、流体装置１０の運転状態が、上述の正常状態、異常状態、警告状態の何れであるかを検出する。そして、状態検出部６３は、検出した運転状態を出力する。状態検出部６３が出力する流体装置１０の運転状態は、警告状態、異常状態の要因、要因の状態を示す値を含む。
【００４０】
発電機制御部６２は、状態検出部６３の検出した運転状態に応じて、コンバータ部６１を制御する。上述したように、運転状態は、正常状態、警告状態、異常状態を含む。
正常状態の場合、発電機制御部６２は、現在の運転（正常運転）を継続する。正常運転は、例えば、図４に示す特性マップＭにおいて最大発電電力を得るように設定した動作点にて流体装置１０を運転することである。なお、正常運転として、所定圧力を得るように動作点を設定した圧力制御を行うようにしてもよい。また、正常運転として、所定流量を得るように動作点を設定した流量制御を行うようにしてもよい。
【００４１】
異常状態の場合、発電機制御部６２は、流体装置１０の運転を停止して停止状態を継続する。
警告状態の場合、発電機制御部６２は、正常運転より機能的に低い非常運転を行う。非常運転は、警告状態の要因において、時限的な継続を延長するように又は警告状態を解消するように、コンバータ部６１等を制御する。例えば、温度上昇により警告状態になった場合、温度上昇を緩和させるように又は温度を低減させるように流体装置１０を制御する。
【００４２】
流体装置１０を非常運転していると、流体装置１０の運転状態が変化する場合がある。状態検出部６３は、継続して流体装置１０の運転状態を検出し、運転状態を出力する。発電機制御部６２は、状態検出部６３の検出した運転状態に応じて、流体装置１０を制御する。
【００４３】
運転状態が警告状態から正常状態へと変化した、つまり正常状態に戻った場合、状態検出部６３は、流体装置１０の運転状態（正常状態）を出力する。また、状態検出部６３は、警告状態の経過時間をリセットする。発電機制御部６２は、その運転状態に基づいて、正常運転にて流体装置１０を制御する。運転状態が警告状態から異常状態へと変化した場合、状態検出部６３は、流体装置１０の運転状態（異常状態）を出力する。発電機制御部６２は、その運転状態に基づいて、流体装置１０を停止する。
【００４４】
運転状態が警告状態のまま継続する場合、状態検出部６３は、警告状態と判断してからの経過時間に基づいて、流体装置１０の制御を決定する。例えば、状態検出部６３は、点検許容期間を記憶している。点検許容期間は、例えば、非常運転が許可される期間、点検を行うことなく運転を継続できる期間である。警告状態の経過時間が点検許容期間より小さい（経過時間＜点検許容期間）場合、状態検出部６３は、非常運転を継続するとともに、次の点検（例えば、月次の定期点検）にて点検を行うよう、運転状態（例えば、警告状態にて運転中）を外部へ通知する。一方、警告状態の経過時間が点検許容期間よりも大きい（経過時間＞点検許容期間）場合、状態検出部６３は、流体装置１０の運転を停止するよう運転状態（異常状態）を出力するとともに、運転状態（例えば、警告状態の後に運転停止）を外部へ通知する。なお、外部へ通知するときは、警告状態の内容や異常状態の内容を、運転状態と併せて通知してもよい。
【００４５】
通知する運転状態は、発生時刻、点検許容期間、対象箇所、保守部品、設置場所、の少なくとも１つを含む。発生時刻は、異常又は警告が発生した時刻、つまり状態検出部６３が異常状態又は警告状態を検出した時刻である。点検許容期間は、点検を行うことなく運転を継続できる期間である。対象箇所は、異常又は警告が発生した箇所であり、保守部品は、その異常又は警告が発生した箇所を交換、修繕するための部品である。設置場所は、流体装置１０を設置した場所である。これらのうちの少なくとも１つを含む運転状態を通知することで、単なる異常又は警告の発生のみを通知する場合と比べ、運転状態をより詳細に把握することができ、点検修理の工数を削減できる。
【００４６】
使用時間積算部６４は、流体装置１０の使用時間を積算し、その使用時間を出力する。また、使用時間積算部６４は、状態検出部６３のリセット信号に応答して使用時間をリセット（０クリア）し、そのクリアした時間（＝０）から、流体装置１０の使用時間を積算する。
【００４７】
表示部６５は、状態検出部６３から通知された流体装置１０の運転状態を表示する。表示部６５としては、例えば、複数の表示灯（例えば、ＬＥＤ）、ＬＣＤ等の表示パネル、等を用いることができる。複数の表示灯の場合、流体装置１０の運転状態に応じた表示灯を点灯、または運転状態に応じた色にて点灯する。表示パネルの場合、運転状態を、文字，色にて表示する。
【００４８】
上述したように、状態検出部６３は、外部へ流体装置１０の運転状態を通知する。例えば、状態検出部６３は通信機能を有し、外部の通信回線（有線式又は無線式）と接続され、その通信回線を介して流体装置１０の運転状態を外部へ送信する。通信回線は、例えば、監視装置に接続される。監視装置は、通信回線を介して運転状態を受信し、流体装置１０の運転状態を表示器に表示する。なお、通信回線を介して例えば保守員の端末に流体装置１０の運転状態が送信されてもよい。
【００４９】
次に、状態検出の詳細を説明する。
流体装置１０の運転状態は、警告状態、異常状態の要因、要因の状態を示す値を含む。状態検出部６３は、流体装置１０の所定位置に設置された各種の検出器（センサ）に基づいて、流体装置１０の運転状態を検出する。
【００５０】
次に、状態検出部６３が検出する警告状態の例と、対応する非常運転の方法（動作点の変更）について説明する。
［ベアリング過熱］
状態検出部６３は、図１に示す温度センサ５３ａにより検出した温度に基づいて、ベアリング過熱を検出する。例えば、状態検出部６３は、温度センサ５３ａにより検出した温度としきい値温度とを比較し、ベアリング過熱を検出する。この場合、非常運転としては、図１に示す水車１１（羽根車２５ａ）の回転数を下げることがあげられる。例えば、図５に示す特性マップＭにおいて、回転数Ｎを小さくするように動作点を変更する。これは、回転数の低下により、ベアリングの温度を低下させるように作用する。
【００５１】
［パワーデバイス過熱］
状態検出部６３は、図２に示す温度センサ５４，５５により検出した温度に基づいて、パワーデバイス（ＩＧＢＴ等）の過熱を検出する。例えば、状態検出部６３は、温度センサ５４，５５により検出した温度と、しきい値温度とを比較し、パワーデバイス過熱を検出する。この場合、非常運転としては、例えば、電流、トルク、又は発電電力を下げることがあげられる。例えば、図５に示す特性マップＭにおいて、トルクＴを小さくするように動作点を変更する。また、非常運転として、ＰＷＭ制御器７５において、キャリア周波数を下げることや、変調方式を変更（三相変調から二相変調）するようにしてもよい。これらは、パワーデバイスの温度を低下させるように作用する。
【００５２】
また、非常運転として、有効落差Ｈを増加させるように動作点を変更してもよい。有効落差Ｈは、図４に示す圧力センサ５２ａにより検出した一次圧力ｐ１と、圧力センサ５２ｂにより検出した二次圧力ｐ２との差（＝ｐ１−ｐ２）により得られる。この場合、図１に示す冷却流入配管３３に流入する流量を増加させ、冷却器３６，３７の冷却能力を高くする。これにより、パワーデバイスを冷却する。
【００５３】
［発電機過熱］
状態検出部６３は、図２に示す温度センサ５３ｂにより検出した温度に基づいて、発電機１２の過熱（巻線の過熱）を検出する。例えば、状態検出部６３は、検出した温度としきい値温度とを比較し、発電機過熱を検出する。この場合、非常運転としては、上述のパワーデバイス過熱と同様に、例えば、電流、トルク、又は発電電力を下げることがあげられる。また、非常運転として、鉄損を下げる、例えば、回転数を下げることや、キャリア周波数を下げる。また、上述のパワーデバイス過熱と同様に、非常運転として、有効落差Ｈを増加させるように動作点を変更してもよい。
【００５４】
［漏水］
状態検出部６３は、流体装置１０の使用期間、又は水位センサ５６により検出した水位に基づいて、漏水を検出する。漏水は、例えば、Ｏリング等のシール部材の劣化により生じる。この場合、非常運転としては、有効落差Ｈを下げる、流量Ｑを下げるように動作点を変更することがあげられる。
【００５５】
［冷却配管の詰まり］
状態検出部６３は、図２に示す温度センサ５３ｂ，５４，５５により検出した温度に基づいて、冷却配管の詰まりを検出する。例えば、状態検出部６３は、冷却不良しきい値を記憶する。この冷却不良しきい値は、上述の過熱を検出するためのしきい値（過熱保護用しきい値）より低い値に設定される。状態検出部６３は、検出した温度と冷却不良しきい値とを比較し、冷却配管の詰まりを検出する。この場合、非常運転としては、上述の［パワーデバイス過熱］［発電機過熱］と同じ対応があげられる。
【００５６】
［発電電力上限値の超過］
状態検出部６３は、図４に示す電力計５７により検出した電力に基づいて、発電電力上限値の超過を検出する。なお、電圧計と電流計とにより電力を得るようにしてもよい。この場合、非常運転としては、上述のパワーデバイス過熱と同様に、例えば、電流、トルク、又は発電電力を下げるように動作点を変更することがあげられる。
【００５７】
［発電機の過トルクしきい値の超過］
状態検出部６３は、発電機１２の出力に基づいてトルクを検出し、検出したトルクに基づいて、発電機の過トルクしきい値の超過を検出する。この場合、非常運転としては、上述のパワーデバイス過熱と同様に、例えば、電流、トルク、又は発電電力を下げるように動作点を変更することがあげられる。
【００５８】
［流量上限値の超過］
状態検出部６３は、図４に示す流量計５１により検出した流量Ｑに基づいて、流量上限値の超過を検出する。この場合、非常運転としては、流量Ｑを下げるように動作点を変更することがあげられる。
【００５９】
［寿命］
状態検出部６３は、図４に示す使用時間積算部６４により積算した使用時間に基づいて、ベアリングやシール部材等の寿命を検出する。この場合、非常運転としては、有効落差Ｈを下げる、流量Ｑを下げるように動作点を変更することがあげられる。
【００６０】
次に、警告状態と非常運転の一例として、上述の［冷却配管の詰まり］について詳述する。
上述したように、状態検出部６３は、図２に示す温度センサ５３ｂ，５４，５５により検出した温度に基づいて、冷却配管の詰まりを検出する。なお、温度センサ５３ｂ，５４，５５により検出する温度、つまり、発電機１２と発電機コントローラ１３とインバータ１４の温度上昇は、冷却配管（冷却流入配管３１，３３と冷却流出配管３２，３４）における異物の詰まりと、冷却配管に流体（水）が流れないことにより生じる。つまり、流体装置１０の施工時に、冷却配管の施工不良（接続不良、バルブ２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの開操作ミス）も、この［冷却配管の詰まり］として検出できる。例えば、稼動前のテスト動作において、上述の［冷却配管の詰まり］を検出することで、施工不良を検出できる。また、稼働後において、［冷却配管の詰まり］を検出することで、異物の詰まりを検出できる。なお、［冷却配管の詰まり］は、流体が供給される冷却器３５，３６，３７における配管の詰まりも含む。
【００６１】
検出方法としては、例えば時間あたりの温度変化（ｄＴ／ｄｔ）を用いてもよい。この場合、ｄＴ／ｄｔが冷却不良しきい値より大きくなった場合、［冷却配管の詰まり］と判定することができる。
【００６２】
また、発電機１２の温度センサ５３ｂは、図２及び図３に示すように、発電機コントローラ１３と、インバータ１４とから離れた位置に配置される。このため、温度センサ５３ｂは、発電機コントローラ１３とインバータ１４の温度変化の影響を受けにくい。また、発電機コントローラ１３とインバータ１４の温度センサ５４，５５は、それぞれパワーデバイスの近傍に配置され、発電機１２の温度変化の影響を受けにくい。従って、温度センサ５３ｂ，５４，５５それぞれの温度変化により、冷却流入配管３１，３３と冷却流出配管３２，３４のいずれが施工不良又は異物の詰まりがあるかを判定することができる。なお、異物の詰まりが原因の場合、非常運転として、有効落差Ｈを増加させるように動作点を変更することで、冷却流入配管３３に流入する流量を増加させて冷却流入配管３３を洗浄でき、異物を除去できる場合がある。
【００６３】
状態検出部６３は、使用時間積算部６４が積算した使用時間と、各種検出器の出力等とに基づいて、運転状態を検出する。流体装置１０は、定期的な点検（例えば、月次点検、年次点検、等）の実施が求められる。状態検出部６３は、点検の時期（点検の周期）を記憶している。状態検出部６３は、使用時間と点検の周期に基づいて、次の点検が実施されるまでの期間（点検待ち期間）を得る。そして、点検待ち期間が点検許容期間（例えば、１週間）よりも長い場合、状態検出部６３は、異常状態を発電機制御部６２と外部とに通知する。発電機制御部６２は、通知された異常状態に基づいて、発電を停止する。
【００６４】
また、点検待ち期間が点検許容期間（例えば、１週間）よりも短い場合、状態検出部６３は、警告状態を発電機制御部６２と外部とに通知する。発電機制御部６２は、通知された警告状態に基づいて、非常運転を実施する。
【００６５】
なお、状態検出部６３は、点検待ち期間が点検許容期間よりも長い場合、点検待ち期間を点検許容期間以下とするように、点検の実施を促すように通知してもよい。この場合、慌てて点検を行う必要がなく、流体装置１０の点検計画を立てることができ、例えば、定期点検の時期をずらすことで、点検の回数の増加を抑制できる。また、近くに配設された他の流体装置１０と合わせて行うように計画することで、点検の工数（点検実施のための移動や人員）を低減できる。そして、経過時間が点検許容期間を超えた場合、状態検出部６３は、異常状態を示す運転状態を通知する。この通知により、流体装置１０が停止する。これにより、非常運転し続けることを防止できる。
【００６６】
次に、発電機１２の温度センサ５３ｂの変化を一例として、非常運転について、説明する。
図７は、温度センサ５３ｂにより検出した温度の変化、つまり発電機１２の温度変化を示す。温度が上昇して冷却不良しきい値を超えると、上述の状態検出部６３は、警告状態として例えば［発電機過熱］を検出し、警告状態を示す運転状態を通知する。発電機制御部６２は、通知された運転状態（警告状態）に基づいて、例えば、電流を低下させ、発電電力を抑制する。例えば、正常運転時の発電電力の定格値を２２ｋＷとした場合、非常運転時には発電電力を１１ｋＷに低下させる。発電電力の抑制により、発電機１２の温度が低下する。
【００６７】
そして、温度が発電電力復帰しきい値より低くなると、状態検出部６３は、警告状態から正常状態へと変化した、つまり正常状態に復帰したと判定し、その正常状態を示す運転状態を通知する。発電機制御部６２は、通知された運転状態（正常状態）に基づいて所定の動作点にて流体装置１０を制御し、発電電力を復帰させる。
【００６８】
その後、温度が上昇して冷却不良しきい値を超えると、上述の状態検出部６３は、警告状態として例えば［発電機過熱］を検出し、警告状態を示す運転状態を通知する。さらに、温度が発電電力復帰しきい値より低くなると、状態検出部６３は、警告状態から正常状態へと変化した、つまり正常状態に復帰したと判定し、その正常状態を示す運転状態を通知する。
【００６９】
このように、発電電力の抑制により、発電機１２の温度が低下する場合、正常状態よりも発電電力は低くなるものの、発電を継続することができる。このため、温度上昇により流体装置１０を停止する場合と比べ、積算の発電電力量を増加させることができる。また、この非常運転により、流体装置１０に対する臨時点検を行わなくてよいため、臨時点検の頻度を低減できる。
【００７０】
別の例として、図８に示すように、温度が上昇して冷却不良しきい値を超えると、上述の状態検出部６３は、警告状態として例えば［発電機過熱］を検出し、警告状態を示す運転状態を通知する。発電機制御部６２は、通知された運転状態（警告状態）に基づいて、例えば、電流を低下させ、発電電力を抑制する。
【００７１】
非常動作における設定値によっては、温度が低下しない場合がある。例えば、正常運転時の発電電力の定格値を２２ｋＷとし、それより低い発電電力、例えば２１ｋＷとすると、図８に示すように、温度が上昇する。この場合、温度が上昇して過熱保護用しきい値に達する。このような場合は、異常状態となって、流体装置１０は運転を停止する。このため、非常運転が継続する時間が短くなる。従って、非常運転では、温度が上昇しないように発電電力を設定することが好ましく、温度が低下するように発電電力を設定することがより好ましい。
【００７２】
状態検出部６３は、運転状態として異常状態を検出し、この運転状態を通知する。発電機制御部６２は、その運転状態（異常状態）に基づいて、流体装置１０の運転を停止する。このように、運転状態に応じて、流体装置１０を停止させることができる。
【００７３】
次に、発電機コントローラ１３，インバータ１４と冷却器３６，３７における異常の検出について説明する。
発電機コントローラ１３は冷却器３６を介して発電機１２と接続され、インバータ１４は冷却器３７を介して発電機１２と接続されている。従って、発電機コントローラ１３の熱は、冷却器３６を介して発電機１２へと伝達し、インバータ１４の熱は、冷却器３７を介して発電機１２へと伝達する。発電機１２の温度センサ５３ｂは、発電機１２の温度と、冷却器３６，３７を介して発電機コントローラ１３，インバータ１４より伝わる温度とを検出する。
【００７４】
例えば、発電機コントローラ１３が過熱し、冷却器３６が正常な場合、発電機コントローラ１３の熱は、発電機１２へと伝達し難い。このため、発電機１２に設けられた温度センサ５３ｂにより検出される温度の変化は少ない。この場合、発電機コントローラ１３の温度センサ５４により、発電機コントローラ１３の過熱（パワーデバイス過熱）を検出できる。一方、発電機コントローラ１３が正常であって、冷却器３６に異常が生じた場合、発電機コントローラ１３の温度センサ５４により検出される温度が上昇する。発電機コントローラ１３の熱は、発電機１２へと伝達するため、温度センサ５３ｂにより検出される温度が上昇する。この場合、冷却器３６の異常（冷却配管の詰まり）を検出できる。インバータ１４及び冷却器３７についても同様である。このように、異常箇所（発電機コントローラ１３，インバータ１４か、冷却器３６，３７か）を特定できる。
【００７５】
次に、流量、圧力を制御する場合について説明する。
水車１１としてポンプ逆転水車を用いた場合、図５に示す特性マップＭにおいて、水車１１は、システムロスカーブＳ上の動作点で動作する。このため、トルクＴを下げる（上げる）こと、回転数Ｎを上げる（下げる）こと、流量Ｑを下げる（上げる）こと、有効落差Ｈを上げる（下げる）ことは、同じ意味となる。このため、警告状態として［パワーデバイス過熱］や［モータ過熱］を検出した場合、水車の動作点を変更することで、流量を下げることができる。このため、電動弁を用いることなく、発電電力を低下させることができる。
【００７６】
なお、図４に破線で示すように、電動弁８１を水車１１の二次側又は一次側に配設し、発電機コントローラ１３に電動弁制御部８２を設け、電動弁８１の開度を制御する。これにより、警告状態に応じた非常運転を行うことができる。例えば、警告状態として［漏水］や［寿命］を検出した場合、流量Ｑと有効落差Ｈとを同時に下げるように、複数の制御を同時に行うことが必要となる。この場合、電動弁８１の開度を調整することにより、図６に示すように、システムロスカーブＳ１を変更できる。これにより、トルクＴを下げることと、回転数Ｎを下げることと、流量Ｑを下げることと、有効落差Ｈを下げること、を同時に行うことができる。このため、複数の要因による非常動作において、発電電力を低下させた非常運転を行うことができる。
【００７７】
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）流体装置１０は、水車１１と、水車１１に連結された発電機１２と、発電機１２からの電力を変換する発電機コントローラ１３とを有している。発電機コントローラ１３は、通常動作を継続する正常状態及び動作を停止して停止状態を継続する異常状態と異なる警告状態では、非常運転を実施する。非常運転により運転を継続できるため、点検等の工数の増加を抑制できる。また、非常運転により発電を継続できるため、積算の発電電力量を増加できる。
【００７８】
（２）発電機コントローラ１３の状態検出部６３は、流体装置１０の運転状態を検出し、通知する。この通知により、流体装置１０の運転状態を把握できる。そして、運転状態として警告状態が通知された場合、点検を行うことで、異常状態になることを事前に抑制できる。
【００７９】
（３）状態検出部６３が通知する警告状態は、発生時刻、点検許容期間、対象箇所、保守部品、設置場所の少なくとも１つを含む。このため、警告状態を詳細に把握でき、点検の際の工数を低減できる。
【００８０】
（４）状態検出部６３は、点検の時期（点検の周期）を記憶している。状態検出部６３は、使用時間と点検の周期に基づいて、次の点検が実施されるまでの期間（点検待ち期間）を得る。点検待ち期間が点検許容期間よりも長い場合、点検待ち期間を点検許容期間以下とするように、点検の実施を促すように通知する。この場合、例えば、定期点検の時期をずらすことで、臨時の点検を慌てて行うことがなくなり、点検の回数を低減できる。
【００８１】
（５）発電機コントローラ１３は冷却器３６を介して発電機１２と接続され、インバータ１４は冷却器３７を介して発電機１２と接続されている。従って、発電機コントローラ１３の熱は、冷却器３６を介して発電機１２へと伝達し、インバータ１４の熱は、冷却器３７を介して発電機１２へと伝達する。発電機１２の温度センサ５３ｂは、発電機１２の温度と、冷却器３６，３７を介して発電機コントローラ１３，インバータ１４より伝わる温度とを検出する。これにより、異常箇所（発電機コントローラ１３，インバータ１４か、冷却器３６，３７か）を特定できる。
【００８２】
（その他の実施形態）
尚、上記実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・図７に示すように、温度に応じて自動的に非常運転から正常運転に復帰するようにしたが、手動により正常運転に復帰するようにしてもよい。
【００８３】
・非常運転において、段階的に発電電力を低下させるようにしてもよい。
・流量に替えて圧力を制御する構成としてもよい。
・発電機コントローラ１３にコンバータ部６１を含み、インバータ１４とは別構成としたが、発電機コントローラ１３とインバータ１４とを一体構成としてもよい。
【００８４】
・以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の主旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。
【符号の説明】
【００８５】
１１  水車（水力機械）
１２  発電機（回転電気機械）
１３  発電機コントローラ（電力変換制御装置）
１４  インバータ（電力変換制御装置）
５３ｂ  温度センサ（温度検出器）
３６，３７  冷却器
６３  状態検出部（検出部、計時部）
【図１】
2019115086.tif 000003
【図２】
2019115086.tif 000004
【図３】
2019115086.tif 000005
【図４】
2019115086.tif 000006
【図５】
2019115086.tif 000007
【図６】
2019115086.tif 000008
【図７】
2019115086.tif 000009
【図８】
2019115086.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月17日(2019.4.17)
【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】
水力機械（１１）と、
前記水力機械（１１）に連結された回転電気機械（１２）と、
前記回転電気機械（１２）からの電力を変換する電力変換制御装置（１３，１４）と、
を有し、
正常状態では、通常動作を継続する正常運転を実施し、
動作を停止して停止状態を継続する異常状態と異なる警告状態では、時限的な継続を延長するように又は前記警告状態を解消するように非常運転を実施する、
流体装置。
【請求項２】
前記警告状態を検出する検出部（６３）を有し、前記警告状態の検出を通知する、
請求項１に記載の流体装置。
【請求項３】
前記警告状態に応じて、発生時刻、点検許容期間、対象箇所、保守部品、設置場所の少なくとも１つを通知する、
請求項２に記載の流体装置。
【請求項４】
次回の点検予定日までの点検待ち期間を取得し、点検待ち期間が点検許容期間より大きい場合は、点検待ち期間を点検許容期間以下とするように点検の実施を通知する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体装置。
【請求項５】
警告状態が検出されてからの経過時間を計測する計時部（６３）を有し、
前記計時部で計測した経過時間が点検許容期間を超えた場合に動作を停止する、
請求項２〜４の何れか１項に記載の流体装置。
【請求項６】
前記回転電気機械（１２）を冷却する冷却器（３６，３７）と、
前記回転電気機械（１２）の温度を検出するように配置された温度センサ（５３ｂ）と、
を有し、
前記電力変換制御装置（１３，１４）は、前記回転電気機械（１２）に熱伝達するように構成され、
前記温度センサ（５３ｂ）は、前記電力変換制御装置（１３，１４）から離れるように配置される、
請求項１〜５の何れか１項に記載の流体装置。
【請求項７】
前記電力変換制御装置（１３，１４）の温度を検出するように配置された温度センサ（５４，５５）をさらに備え、
前記温度センサ（５３ｂ）により検出される前記回転電気機械（１２）の温度と前記温度センサ（５４，５５）により検出される前記電力変換制御装置（１３，１４）の温度の少なくとも１つが所定値を越えた場合に、前記水力機械（１１）の有効落差（Ｈ）を増加するように前記非常運転の動作点を変更することによって、前記冷却器（３６，３７）に流入する冷却用の流体の流量を増加させる
請求項６に記載の流体装置。