(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮空気及び油を操作動力源とし機器を制御する水力発電所の補機の制御方式であって、操作動力源を確保するための空気圧縮装置及び圧油装置と、前記空気圧縮装置及び圧油装置を運転制御する補機制御装置と、操作動力源の物理量を測定し電気量に変換する検出装置と、プラント全体を統括して監視・制御・保護する水力発電所向け制御装置において、前記各検出装置からの伝送信号と前記プラント制御装置からの前記伝送信号と同じ時系列のプロセスデータと前記補機自体の前記伝送信号と同じ時系列の運転状況から導かれる特性である前記補機の運転特性とから当該補機の今後の運転状態を予測した運転マニュアルを作成する学習機能と、前記各検出装置からの検出値と前記作成した運転マニュアルとをもとに前記検出装置の異常を判定する異常判断機能とを内蔵した手段を設け、前記検出装置の異常と判定された場合は前記作成された運転マニュアルに従って、前記補助制御装置により前記空気圧縮装置及び圧油装置を運転制御させることを特徴とする水力発電所向け制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の水力発電所向け制御装置において、前記異常判断機能にて前記検出装置の異常と判断された場合、前記作成された運転マニュアルに従って、主機の起動条件である空気圧及び油圧を成立させることを特徴とする水力発電所向け制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の水力発電所向け制御装置において、前記異常判断機能にて前記検出装置の異常と判断された場合、前記検出装置の異常を運転員に知らせることを特徴とする水力発電所向け制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の水力発電所向け制御装置において、前記異常判断機能にて前記検出装置の異常と判断された場合、当該異常を示す警報項目及び内容を記録することを特徴とする水力発電所向け制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の何れかに記載の水力発電所向け制御装置において、前記検出装置の異常を判定する異常判断機能が、各検出点に対し複数個設置した検出装置からの伝送信号と前記作成した運転マニュアルとから判定することを特徴とする水力発電所向け制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水力発電所向けの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電所の運用上、油の補給，空気の補給等その状況下に応じて必要な設備機器等を運転させる必要がある。このような設備機器は、水車発電機，遮断器，主要変圧器が主機と呼ばれるのに対し補機と呼ばれ、その責務は非常に重要である。
【０００３】
これら補機の種類や制御方式としては、昭和４７年１月２５日社団法人電気共同研究会発行の電気共同研究第２７巻第９号“水力発電所標準一人制御方式”の３１頁から３５頁に記載されていて、一般的に良く知られている。
【０００４】
図５は前記した補機の中で主機の運転・停止に拘わらず常時運転し、更に検出装置を用いて物理量を制御する圧縮空気発生装置及び圧油装置を示した従来例であり、その構成及び運転の概要を説明する。
【０００５】
圧縮空気発生装置は圧縮空気を発生するための空気圧縮機１、発生した圧縮空気を溜める空気タンク２、空気タンク２内の空気圧を検出する気圧検出装置３、空気圧縮機１への運転指令（電源供給）を行なう補機制御装置４にて構成される。
【０００６】
又、圧油装置は油を送るための圧油ポンプ５、油圧を確保するための圧油タンク６、圧油ポンプ５と圧油タンク６の間には油圧の過剰加圧を防止し圧油ポンプ運転による電力損失を少なくするためのアンローダバルブ７、圧油タンク６内の油圧を検出する油圧検出装置８、圧油タンク６内の油面を検出する油面検出装置１２、装置油を溜めておく集油タンク９、圧油ポンプや給気弁への運転指令（電源供給）を行なう補機制御装置１０にて構成され、空気タンク２と圧油タンク６との間には圧油タンク６へ圧縮空気を供給するための給気弁１１が設けられている。
【０００７】
気圧検出装置３で計測された物理量が、検出装置内部に空気圧縮機の起動用として予め設定された値と比較し、条件成立であれば補機起動指令３ａの信号を出力する。補機制御装置４に入力された補機起動指令３ａの信号により補機制御装置４内の主制御リレー４ｘを動作させ、操作電源４ａを空気圧縮機１に供給する。操作電源４ａの供給で空気圧縮機１が起動し、規定空気圧となるまで空気タンク２へ圧縮空気を補給する。
【０００８】
又、油圧検出装置８で計測された物理量が、検出装置内部圧油ポンプの起動用として予め設定された値と比較され、条件成立であれば補機起動指令８ａの信号を出力する。補機制御装置１０に入力された補機起動指令８ａの信号により補機制御装置１０内の主制御リレー１０ｘを動作させ、操作電源１０ａを圧油ポンプ５に供給する。操作電源１０ａの供給で圧油ポンプ５が起動され、規定油圧となるまで圧油タンク６に油が補給される。
【０００９】
油圧検出装置８で計測された物理量が、検出装置内部に給気弁開用として予め設定した値と比較し条件成立であれば給気弁開指令８ｄの信号を、油面検出装置１２で計測された物理量が、検出装置内部に給気弁の開用として予め設定した値と比較し条件成立であれば給気弁開指令１２ａの信号を出力する。
【００１０】
補機制御装置１０に入力された給気弁開指令８ｄと給気弁開指令１２ａの両条件成立にて補機制御装置１０内の主制御リレー１０ｙを動作させ、操作電源１０ｂを給気弁１１に供給する。操作電源１０ｂの供給で給気弁１１が開き、圧縮空気を規定の油圧や油面となるまで圧油タンク６内へ補給する。油圧がアンロードの域となった場合、アンローダバルブ７による油圧調整を実施し圧油タンク６内の油圧を規定値へ制御する。
【００１１】
なお、気圧検出装置３には空気圧規定値以上で条件成立となる主機起動条件３ｂ、油圧検出装置８には油圧規定値以上で条件成立となる主機起動条件８ｂと油圧低下で条件成立となる主機急停止指令８ｃが装備されており、それらの信号をプラント制御装置１３へ入力して主機の起動ロックや保護停止を行ない主機の運転を制限している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来方式にて採用されてきた物理量を計測する検出装置は、リミットスイッチのような接点を兼ね備えた機械式の検出装置が主流であったが、これらの検出装置は周囲環境（油霧，水滴，塵埃等）によって汚損され、経年と共にメンテナンス周期が短くなって、保守に要する人手が掛かり信頼度も落ちてくる。
【００１３】
近年では、これら検出装置の保守業務の省略化という観点と、検出装置技術の発達に伴い物理量を電気量に変換する検出装置（以下、センサと称す）を採用する発電所が新設・既設を問わず主流となってきている。
【００１４】
しかしながら、この電気式センサの普及に伴い従来考慮する必要のなかった温度，水没，湿度，誘導・サージ，電源等によるセンサの異常や故障も発生しており、これらは運用上大事故に繋がる場合もあった。
【００１５】
前記従来の技術で説明した圧縮空気発生装置の例では、空気タンクに設置された気圧センサ自体の故障やセンサからの信号伝送ルートに何等かの異常が発生した場合、気圧が正常値にも拘わらずセンサからの出力信号は“ゼロ”となりその信号を予め設定された設定値と比較する比較回路にて気圧低下と誤って判断し、気圧を規定値に戻そうと空気圧縮機へ起動指令を出し続ける。
【００１６】
その結果、無人の発電所であれば、巡視員が発電所へ来所し手動で停止するまで空気圧縮機を運転し続けることとなり、場合によっては機器破損となる。しかも、センサ故障の判断は容易ではないため、発見されないこともありうる。しかも、主機の起動前であれば、空気圧低下要素が動作するため起動条件が成立せず、運転が不可能となる。
【００１７】
又、圧油装置の場合は、装置途中に設置された油圧センサ自体の故障やセンサからの信号伝送ルートに何等かの異常が発生した場合、油圧が正常値であるにも拘わらずセンサからの出力信号は“ゼロ”となり、その信号を予め設定された設定値と比較する比較回路にて油圧低下と誤って判断し、主機を急停止（＃８６−２）させる。圧油装置自体は油圧を規定値に戻そうと圧油ポンプへ起動指令を出し続ける。
【００１８】
その結果、無人の発電所であれば、巡視員が発電所へ来所し手動で停止するまで圧油ポンプを運転し続けることとなり、場合によっては機器破損となる。しかも、センサ故障の判断は容易ではないため、発見されないこともありうる。これが主機の起動前であれば、急停止保護装置（＃８６−２）を不要動作させてしまう訳であるから当然起動条件が成立せず、運転が不可能となる。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、補機の制御に使用されているセンサ故障や信号伝送ルートに異常が発生した場合であっても、補機の不要動作をなくし、主機の運転に支障をきたすことのない水力発電所向け制御装置を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の［請求項１］に係る水力発電所向け制御装置は、圧縮空気及び油を操作動力源とし機器を制御する水力発電所の補機の制御方式であって、操作動力源を確保するための空気圧縮装置及び圧油装置と、前記空気圧縮装置及び圧油装置を運転制御する補機制御装置と、操作動力源の物理量を測定し電気量に変換する検出装置と、プラント全体を統括して監視・制御・保護する水力発電所向け制御装置において、前記各検出装置からの伝送信号と前記プラント制御装置からの前記伝送信号と同じ時系列のプロセスデータと前記補機自体の前記伝送信号と同じ時系列の運転状況から導かれる特性である前記補機の運転特性とから当該補機の今後の運転状態を予測した運転マニュアルを作成する学習機能と、前記各検出装置による検出値と前記作成した運転マニュアルとをもとに前記検出装置の異常を判定する異常判断機能を内蔵した手段を設け、前記検出装置の異常と判定された場合は前記作成された運転マニュアルに従って、前記補助制御装置により前記空気圧縮装置及び圧油装置を運転制御するよう構成した。
【００２１】
そして作用について説明すると、圧縮空気発生装置内に設けられた気圧センサ及び圧油装置内に設けられた油圧センサ及び油面センサにより測定されたデータと、プラント制御装置から与えられる主機側の運転モードやガイドベーンの開度，入口弁の開閉，ブレーキ印加等のプロセスデータ、補機の運転状態を基に補機の今後の運転状態を予測した運転マニュアルを作成する。そして、センサ異常と判断した場合、運転マニュアルに従い補機の起動停止を行ない、主機の保護停止要素ロックによる運転継続及び安全に停止できる。
【００２２】
本発明の［請求項２］に係る水力発電所向け制御装置は、［請求項１］において、前記異常判断機能にて検出装置異常と判断された場合、主機の起動条件である空気圧及び油圧を成立させるようにした。したがって作用としては、センサ異常と判断された場合、保護停止要素をロックすることで主機の起動条件を成立させる。そのため、センサ異常であっても運転マニュアルにより補機を運転させ、主機の運転を可能とした。
【００２３】
本発明の［請求項３］に係る水力発電所向け制御装置は、［請求項１］において、前記異常判断機能にて検出装置異常と判断された場合、検出装置の異常を運転員に知らせるようにした。したがって作用としては、センサ異常と判断した場合は外部へ警報を出力する。そして、運転員にその警報を知らせる。
【００２４】
本発明の［請求項４］に係る水力発電所向け制御装置は、［請求項１］において、前記異常判断機能にて検出装置異常と判断された場合、当該警報項目及び内容を記録するようにした。したがって作用としては、異常検出された場合、その項目及び内容を前記補助装置へ記録する。そのため、運転員はその履歴が確認できる。
【００２５】
本発明の［請求項５］に係る水力発電所向け制御装置は、［請求項１］ないし［請求項４］の何れかにおいて、前記検出装置の異常を判定する異常判断機能が、各検出点に対し複数個設置した検出装置からの伝送信号と運転マニュアルとから判定するようにした。したがって作用としては、検出装置を各検出点に対し複数個設置し、それらの伝送信号と運転マニュアルとから検出装置の異常を判断する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明による水力発電所向け制御装置の第１の実施の形態を示す構成図である。図１において、図５と同一機能部分については同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態では、気圧検出装置３，油圧検出装置８，油面検出装置１２は制御対象の物理量を電気信号として出力するセンサとし、補機制御盤（図示しない）内に設置した補助装置１４，補助装置１５に入力する。
【００２７】
補助装置へは常時、プラント制御装置１３から出力されたプラント側のプロセスデータ１３ａ，１３ｂとセンサからの伝送信号３ｃ，８ｅ，１２ｂを入力している。それらのデータを基に運転マニュアルを作成する。
【００２８】
異常判断機能の処理にてセンサ異常を判断し、運転マニュアルに従い補機起動指令３ａ，８ａ及び給気弁開指令１５ａを出力する。その他、主機起動要素や保護停止要素を補機制御装置４，１０内にて検出し、必要によりプラント制御装置へ主機起動条件３ｂ，８ｂや主機急停止指令８ｃを出力する。
【００２９】
図２は補機制御装置４内に設けられた補助装置１４のブロック図である。プラント側のプロセスデータ１３ａ及び気圧検出装置３からの伝送信号３ｃを入力し、検出装置異常警報１４ｃ又は補機の起動指令３ａ又は主機の起動条件３ｂを出力するインターフェースを持つ。
【００３０】
補助装置１４の学習機能Ｓ２はプラント制御装置１３からの入力データと補機の運転状況を加味し内蔵する演算プログラムにより運転マニュアルを作成するための各種演算を実行し、情報を演算処理結果記憶部Ｓ３へ伝達する。
【００３１】
演算処理結果記憶部Ｓ３は学習機能Ｓ２によって作成された運転マニュアルを記憶しておき、検出装置の異常を運転マニュアルにて記憶されているデータと比較監視するための異常判断機能Ｓ５にて判定し、検出装置の異常時には異常処置制御部Ｓ４へ伝達する。
【００３２】
異常処置制御部Ｓ４は検出装置からの伝送信号のみで異常判断するデータチェック部Ｓ１又は異常判断機能Ｓ５より異常信号を受信した場合、演算処理結果記憶部Ｓ３の記憶停止と演算処理結果記憶部Ｓ３からの運転マニュアルにより検出装置異常警報１４ｃ，補機起動指令３ａ，主機起動条件３ｂへ必要な信号を伝達する。
【００３３】
異常判断機能Ｓ５は演算処理結果記憶部Ｓ３からの運転マニュアルと常時入力されてくるデータを比較し、結果が監視の範囲を逸脱していれば異常と判断し異常処置制御部Ｓ４へ伝達する。
【００３４】
比較部Ｓ８，Ｓ１１は予め決められた設定値とデータチェック部Ｓ１からの正常な信号を比較し、条件成立であれば異常判断機能Ｓ５からの正常信号と論理積Ｓ９をとり補機起動指令３ａや、主機起動条件３ｂとして出力する。
【００３５】
又、異常処置制御部Ｓ４からの操作信号も前記Ｓ９からの信号と論理和Ｓ１０をとり補機起動指令３ａや、主機起動条件３ｂとして出力する。又、異常信号を異常処置制御部Ｓ４から検出装置異常警報１４ｃを出力する。
【００３６】
図３は補機制御装置１０内に設けられた補助装置１５のブロック図である。プラント側のプロセスデータ１３ｂ及び油圧検出装置８と油面検出装置１２からの伝送信号８ｅ及び１２ｂを入力し、検出装置異常警報１５ｄ，補機の起動指令８ａ，主機の起動条件８ｂ，主機の急停止指令８ｃを出力するインターフェースを持つ。
【００３７】
学習機能Ｓ２は前記入力データと補機の運転状況を加味し、内蔵する演算プログラムにより運転マニュアルを作成するための各種演算を実行し、情報を演算処理結果記憶部Ｓ３へ伝達する。演算処理結果記憶部Ｓ３は学習機能Ｓ２によって圧油ポンプと給気弁の各々個別に作成された運転マニュアルを記憶しておき、検出装置の異常を運転マニュアルにて記憶されているデータと比較監視するための異常判断機能Ｓ５，Ｓ１９にて判断し、検出装置の異常時には異常処置制御部Ｓ４，Ｓ１７へ伝達する。
【００３８】
異常処置制御部Ｓ４，Ｓ１７は検出装置からの伝送信号のみで異常判断するデータチェック部Ｓ１，Ｓ２３、又は異常判断機能Ｓ５，Ｓ１９より異常信号を受信した場合、演算処理結果記憶部Ｓ３の記憶停止と演算処理結果記憶部Ｓ３からの運転マニュアルにより、検出装置異常警報１５ｄ，補機起動指令８ａ，主機起動条件８ｂ，主機急停止指令８ｃ，給気弁開指令１５ａへ必要な信号を伝達する。
【００３９】
異常判断機能Ｓ５，Ｓ１９は演算処理結果記憶部Ｓ３からの運転マニュアルと現に入力されてくるデータとを比較し、結果が監視の範囲を逸脱していれば異常と判断し異常処置制御部Ｓ４，Ｓ１７へ伝達する。
【００４０】
比較部Ｓ８，Ｓ１１，Ｓ１３は予め決められた設定値とデータチェック部Ｓ１からの正常な信号を比較し、条件成立であれば異常判断機能Ｓ５からの正常信号と論理積Ｓ９をとり、この論理積Ｓ９からの信号と異常処置制御部Ｓ４からの信号と論理和Ｓ１０をとり、補機起動指令８ａや、主機起動条件８ｂ，主機急停止指令８ｃとして出力する。
【００４１】
比較部Ｓ１５は予め決められた設定値とデータチェック部Ｓ１からの正常な信号を比較し、条件成立であれば異常判断機能Ｓ５からの正常信号と論理積Ｓ９をとり、比較部Ｓ２４は予め決められた設定値とデータチェック部Ｓ２３からの正常な信号とを比較し、条件成立であれば異常判断機能Ｓ１９からの正常信号と前記比較部Ｓ１５を介した論理積Ｓ９からの信号で論理積Ｓ９をとり、給気弁開指令１５ａとして出力する。
【００４２】
又、異常処置制御部Ｓ１７からの操作信号も前記Ｓ９からの信号と論理和Ｓ１０をとり給気弁開指令１５ａとして出力する。又、異常信号を異常処置制御部Ｓ１７から検出装置異常警報１５ｄを出力する。
【００４３】
図４はセンサからの伝送信号とプラント制御装置からのプロセスデータ及び補機自体の運転状況から、前記データを学習機能にて主機の運転モードに対する補機の運転特性として記憶させ、前記運転特性から今後補機の運転すべき状態を表す圧縮空気発生装置運転マニュアルを作成した例である。
【００４４】
気圧検出装置３からの伝送信号３ｃ及びプラント制御装置１３からのプロセスデータ１３ａと補機の運転状況を入力し、伝送信号３ｃの測定された物理量は縦軸であるＹ１軸へ時系列的に記憶させ、補機の運転状況は運転しているか否かを縦軸であるＹ２軸へ前記同様時系列的に記憶させる。又、プロセスデータ１３ａは主機の起動指令から停止，停止中の運転モードをＸ軸へ前記時系列の時間データとして使用する。これらを補機の運転特性としてグラフ化する。
【００４５】
上記グラフ化した運転特性からＡとＢ間の運転モード（例えばＡ：主機起動指令，Ｂ：入口弁開指令）に対する補機の運転回数と間隔及び１回あたりの運転時間、測定した物理量の最大値と最低値を算出し、今後補機の運転すべきデータとして運転マニュアル化する。同様にＢからＣ間、ＣからＤ間、ＤからＥ間、その他（例えば主機停止中）のモードを運転マニュアル化する。
【００４６】
本実施の形態によれば、センサの故障（伝送路異常含む）が発生した場合でも学習機能により作成された運転マニュアルから、主機の運転モードに応じた補機の運転を実行するので、主機起動前であれば起動を可能とし、主機運転中であれば不要停止させることなく運転を継続することが出来る。
【００４７】
又、補機も運転マニュアルによる運転となるので、不要な連続運転を防止し機器の破損等を防止できる。なお、運転マニュアルは試運転時等に１回のみ作成する事を基本とするが、定期点検や機器の更新にて運転マニュアルも更新しても良い。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればセンサ本体やその信号伝送路の異常や故障等により、補機又は主機の起動停止ができない場合、警報を発生させることができると同時に自動的に学習機能からの運転制御が可能となり主機や補機を運転継続又は安全に停止できる。又、保守員は不適合が発生しているか容易に認識でき、速やかに対応処置をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る補機制御装置の第１実施の形態を示す構成図。
【図２】第１実施の形態の補助装置のブロック図。
【図３】第１実施の形態の補助装置のブロック図。
【図４】第１実施の形態の学習機能による補機運転マニュアル作成例。
【図５】従来例の構成図。
【符号の説明】
１        空気圧縮機
２        空気タンク
３        気圧検出装置
４，１０        補機制御装置
５        圧油ポンプ
６        圧油タンク
７        アンローダバルブ
８        油圧検出装置
９        集油タンク
１１      給気弁
１２      油面検出装置
１３      プラント制御装置
１４，１５      補助装置
３ａ，８ａ      補機起動指令
３ｂ，８ｂ      主機起動条件
３ｃ      空気圧伝送信号
４ｘ，１０ｘ      補機電源供給用主制御リレー
４ａ，１０ａ      補機起動操作電源
８ｃ      主機急停止指令
８ｅ        油圧伝送信号
１０ｙ      給気弁電源供給用主制御リレー
１０ｂ      給気弁開操作電源
８ｄ，１２ａ，１５ａ      給気弁開指令
１２ｂ      油面伝送信号
１３ａ，１３ｂ      プラント側プロセスデータ
１４ｃ，１５ｄ      検出装置異常警報
Ｓ１，Ｓ２３      データチェック部
Ｓ２      学習機能
Ｓ３      演算処理結果記憶部
Ｓ４，Ｓ１７      異常処置制御部
Ｓ５，Ｓ１９      異常判断機能
Ｓ８      比較部（補機起動指令）
Ｓ９      論理積
Ｓ１０      論理和
Ｓ１１      比較部（主機起動条件）
Ｓ１３      比較部（主機急停止指令）
Ｓ１５，Ｓ２４      比較部（給気弁開指令）
【図１】
0004434515.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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