(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車発電機の回転速度と、ガイドベーン開度信号及びランナベーン開度信号を取り込み、前記ガイドベーン開度信号が調速機制御に取り込まれると、ガイドベーン開度とランナベーン開度を適正な関係曲線のオンカム特性で制御する水車ランナベーンの制御方法において、
水力発電設備の負荷遮断時に、水車発電機の回転速度が定格より大きい第１の所定値以上に上昇した場合、前記オンカム特性による制御を切離し、前記ランナベーン開度が第２の所定値未満のときは該第２の所定値までランナベーン開度を開いて保持し、その後前記回転速度が前記第１の所定値より降下したときに前記オンカム特性による制御を再開すると共に、
水力発電設備の負荷遮断時に、水車発電機の回転速度が定格より大きい第１の所定値以上に上昇した場合、前記オンカム特性による制御を切離し、前記ランナベーン開度が第２の所定値以上のときはランナベーン開度を現在値で保持するか、または前記第２の所定値までランナベーン開度を閉じて保持し、その後前記回転速度が前記第１の所定値より降下したときに前記オンカム特性による制御を再開することを特徴とする水車ランナベーンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水車ランナベーンの制御方法および制御装置に係り、特に負荷遮断等の過渡状態における可動翼水車ランナベーンの制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電設備では、水車発電機やこれに附帯する関連機器及び制御機器等に障害が発生した場合、これら機器や電力系統を保護するために、発電運転中の発電機を電力系統から切離す、いわゆる負荷遮断が発生し、無負荷運転へ移行する。
【０００３】
この負荷遮断の過程では、水車発電機が分担していた電力系統負荷が開放される。水車発電機は無負荷状態となり、回転速度が上昇し過渡状態となる。過渡状態では、水車発電機の振動等が大きくなり、水車発電機及び構成要素部品の損傷等の懸念がある。
【０００４】
このため負荷遮断等の過度状態では、水車の流量を調整する機構である水車案内羽（以下、ガイドベーンという）を、すばやく無負荷開度以下に閉鎖し、水車発電機の回転速度上昇を抑制するようにしている。
【０００５】
この種の制御方法については、例えば特許文献１に記載のものがある。ここでは負荷遮断時、ガイドベーン閉鎖開始時にはガイドベーン閉鎖速度を速くし、ガイドベーン閉鎖の途中でガイドベーン閉鎖速度を遅くする。また、ランナベーン閉鎖開始時にはランナベーン閉鎖速度を速くし、ランナベーン閉鎖の途中でランナベーン閉鎖速度を遅くする。すなわち、負荷遮断時のガイドベーン開度とランナベーン開度とは適正な関係（オンカム特性という）に保たれ、安全に運転できる。
【０００６】
【特許文献１】特開平７-８３１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来の水車ランナベーン制御ではガイドベーンが閉鎖した場合、ガイドベーン開度とランナベーン開度との関係（オンカム特性）に従い、ランナベーンも閉動作する。このようにランナベーンが閉動作することで、水車の回転上昇を抑制する効果が減少してしまう。また、ランナベーンが閉じることで、下流側の水圧脈動の影響を受けやすく、過渡状態が激しい場合には、ランナベーンの下流側で水柱分離が発生する可能性がある。水柱分離後の水の再結合時に発生する異常水圧上昇をランナベーンが受けた場合は、ランナベーン等を損傷させる恐れがある。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、水力発電設備で負荷遮断時の過渡現象が発生した場合に、水車発電機に生じる振動等による機器の損傷を防止できる水車ランナベーンの制御方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための本発明は、負荷遮断時に調速機制御に取り込んでいる遮断器の開閉信号と水車発電機の回転速度から過渡状態を判定し、ランナベーンをオンカム特性から切離し、開度保持させるか、または予め設定した開度まで開／閉することで、ランナベーン下流側からの水圧脈動を受け難くしたものである。
【００１０】
本発明の水車ランナベーンの制御方法は、水車発電機の回転速度と、ガイドベーン開度信号及びランナベーン開度信号を取り込み、前記ガイドベーン開度信号が調速機制御に取り込まれると、ガイドベーン開度とランナベーン開度を適正な関係曲線のオンカム特性で制御するものにおいて、水力発電設備の負荷遮断時に、水車発電機の回転速度が定格より大きい第１の所定値以上に上昇した場合、前記オンカム特性による制御を切離し、前記ランナベーン開度が第２の所定値未満のときは該第２の所定値までランナベーン開度を開いて保持し、その後前記回転速度が前記第１の所定値より降下したときに前記オンカム特性による制御を再開することを特徴とする。
【００１１】
また、水力発電設備の負荷遮断時に、水車発電機の回転速度が定格より大きい第１の所定値以上に上昇した場合、前記オンカム特性による制御を切離し、前記ランナベーン開度が第２の所定値以上のときはランナベーン開度を現在値で保持するか、または前記第２の所定値までランナベーン開度を閉じて保持し、その後前記回転速度が前記第１の所定値より降下したときに前記オンカム特性による制御を再開することを特徴とする。
【００１２】
ちなみに、前記第１の所定値は定格回転速度の１０５％、前記第２の所定値は６５％のランナベーン開度である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、負荷遮断時にランナベーンをオンカム特性から切離し、開度保持または予め設定した開度まで開動作または閉動作させて、効果的に回転上昇を抑制し、ランナベーン下流の水圧脈動による水車発電機への振動等の影響を軽減する。これにより、水車発電機等の損傷を効果的に回避できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。図１は水車ランナベーン制御装置の機能構成を示す。水車ランナベーン制御装置の本体部分である調速機制御装置１１は、水車発電機運転停止信号１、オンカム特性を決定するための水位信号２、並列用遮断器開閉信号３、水車発電機の回転速度信号４、ガイドベーン開度信号５、ランナベーン開度信号６を取り込む。そして調速機制御装置１１は、ガイドベーン制御信号７とランナベーン制御信号８を出力して、ガイドベーン１２とランナベーン１３を制御している。
【００１５】
通常の発電運転では、ガイドベーン開度信号５が調速機制御装置１１に取り込まれると、オンカム特性で関係付けられたランナベーン開度となるように制御され、ランナベーン制御信号８が出力される。
【００１６】
本実施例の調速機制御装置１１は、負荷遮断時に取り込まれる遮断器開閉信号３と水車発電機の回転速度４から過渡状態を判定し、ランナベーン１３をオンカム特性から切離し、ランナベーン開度を個別に制御する調速機制御プログラム２０を備えている。
【００１７】
図２に、一実施例による調速機制御プログラムの処理手順を示す。調速機制御プログラム２０は発電運転中に負荷遮断が生じることで起動する。まず、遮断器開閉信号３から遮断器の開放を確認すると（ｓ１０１）、水車の回転速度４が定格を超える第１の所定値（ここでは定格速度の１０５％）以上に達したことを検知して（ｓ１０２）、オンカム特性による制御を切離す（ｓ１０３）。このとき、ランナベーン開度が第２の所定値（ここではランナベーン開度＝５６％）以上か未満かによって、ランナベーン開度の制御が分かれる（ｓ１０４）。
【００１８】
ランナベーン開度が第２の所定値未満の時、ランナベーン制御Ａが実行される。ランナベーン制御Ａは現在のランナベーン開度を第２の所定値まで、ゆっくりと開動作し、その開度を保持する（ｓ１０５）。その後、水車の回転速度４が低下して第１の所定値未満になると（ｓ１０９）、切離していたオンカム特性を投入してオンカム制御を再開する（ｓ１１０）。
【００１９】
図３はランナベーン制御Ａでの水車の動作を示す特性図である。遮断器が開放されると水車の回転速度が上昇して、ガイドベーンが閉動作する。これに伴って、従来のランナベーンはオンカム特性に従って閉動作していた。
【００２０】
本実施例ではオンカム特性から切離され、ランナベーンの個別制御が可能になるので、ランナベーン開度はゆっくりと開いて第２の所定値に保持され、水車の回転速度の上昇を抑制する。この結果、水車の回転速度が第１の所定値より低下すると、再びオンカム特性が投入されるので、ランナベーン開度はオンカム特性に従って低下する。
【００２１】
一方、処理ステップｓ１０５において、ランナベーン開度が第２の所定値以上の時は、開度保持機能の有無を判定し（ｓ１０６）、判定結果によってランナベーン制御Ｂとランナベーン制御Ｃに分かれる。ランナベーン制御Ｂは現在のランナベーン開度をゆっくりと絞り、第２の所定値に保持する（ｓ１０７）。ランナベーン制御Ｃはランナベーン開度を現在値で保持する（ｓ１０８）。
【００２２】
図４はランナベーン制御Ｂでの水車の動特性を示す。遮断器が開放して、回転速度の上昇に伴いガイドベーン開度が閉方向に制御される。これに伴って、第２の所定値以上のランナベーン開度も閉動作するが、回転速度が第１の所定値に達すると、オンカム制御が切離されるので、ランナベーンは第２の所定値の開度で保持されて、水車の回転速度の上昇が抑制される。
【００２３】
図５はランナベーン制御Ｃでの水車の道徳性を示す。遮断器が開放して、回転速度の上昇に伴いガイドベーン開度が閉方向に制御されるが、オンカム制御が切離されるので、ランナベーン開度は現状を保持する。これにより、水車回転速度の急激な上昇は抑制される。
【００２４】
以上に説明した水車ランナベーン制御方式は、カプラン、バルブ、斜流等の可動翼水車に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例による水車制御装置の機能構成図。
【図２】本発明の一実施例による水車制御方法の手順を示すフローチャート。
【図３】ランナベーン制御Ａの動特性を示す説明図。
【図４】ランナベーン制御Ｂの動特性を示す説明図。
【図５】ランナベーン制御Ｃの動特性を示す説明図。
【符号の説明】
【００２６】
１…水車発電機運転停止信号、２…水位信号、３…遮断器開閉信号、４…回転速度、５…ガイドベーン開度信号、６…ランナベーン開度信号、７…ガイドベーン制御信号、８…ランナベーン制御信号、１０…ランナベーン制御、１１…調速機制御装置、２０…調速機制御プログラム。
【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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