(57)【要約】【課題】電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、安定した運転を継続することができる水力機械の運転方法を提供する。【解決手段】回転駆動するランナと開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法１０は、水力機械の運転中の落差Ｈとランナ回転数Ｎとを監視する監視工程１１と、ガイドベーン開度ａを調整する調整工程１２とを備えている。調整工程１２は、高揚程運転領域の下限落差をＨ１とし、ランナ回転数の許容下限値をＮ１としたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＮ≧Ｎ１の場合に、ガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０とする。調整工程１２は、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＮ＜Ｎ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整する。【選択図】図１
2007309203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、
水力機械の運転中における落差Ｈとランナ回転数Ｎとを監視する監視工程と、
監視工程で得られた落差Ｈとランナ回転数Ｎとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、
調整工程は、高揚程運転領域の下限落差をＨ１とし、ランナ回転数の許容下限値をＮ１としたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＮ≧Ｎ１の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、
逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＮ＜Ｎ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法。
【請求項２】
回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、
水力機械の運転中における落差Ｈとランナ回転数Ｎとを監視する監視工程と、
監視工程で得られた落差Ｈとランナ回転数Ｎとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、
調整工程は、低揚程運転領域の上限落差をＨ２とし、ランナ回転数の許容上限値をＮ２としたとき、「Ｈ＞Ｈ２」または「Ｈ≦Ｈ２かつＮ≦Ｎ２」の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、
Ｈ≦Ｈ２かつＮ＞Ｎ２の場合に、ａ＜ａ０となるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法。
【請求項３】
回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、
水力機械の運転中における落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとを監視する監視工程と、
監視工程で得られた落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、
調整工程は、高揚程運転領域の下限落差をＨ１とし、ガイドベーン開度に応じて設定された揚水量の許容下限値をＱ１としたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＱ≧Ｑ１の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、
逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＱ＜Ｑ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法。
【請求項４】
回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、
水力機械の運転中における落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとを監視する監視工程と、
監視工程で得られた落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、
調整工程は、低揚程運転領域の上限落差をＨ２とし、ガイドベーン開度に応じて設定された揚水量の許容上限値をＱ２としたとき、「Ｈ＞Ｈ２」または「Ｈ≦Ｈ２かつＱ≦Ｑ２」の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、
Ｈ≦Ｈ２かつＱ＞Ｑ２の場合に、ａ＜ａ０となるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法。
【請求項５】
回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、
水力機械の運転中における落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとを監視する監視工程と、
監視工程で得られた落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、
調整工程は、高揚程運転領域の下限落差をＨ１とし、ガイドベーン開度に応じて設定された軸入力の許容下限値をＰ１としたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＰ≧Ｐ１の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、
逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＰ＜Ｐ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法。
【請求項６】
回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、
水力機械の運転中における落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとを監視する監視工程と、
監視工程で得られた落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、
調整工程は、低揚程運転領域の上限落差をＨ２とし、ガイドベーン開度に応じて設定された軸入力の許容上限値をＰ２としたとき、「Ｈ＞Ｈ２」または「Ｈ≦Ｈ２かつＰ≦Ｐ２」の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、
Ｈ≦Ｈ２かつＰ＞Ｐ２の場合に、ａ＜ａ０となるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法。
【請求項７】
回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有するとともに、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となっている水力機械の運転方法において、
水力機械の運転中におけるランナ外周部の水圧脈動の大きさΔＨを監視する監視工程と、
監視工程で得られたランナ外周部の水圧脈動の大きさΔＨに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、
調整工程は、水圧脈動の閾値をΔＨ１とし、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、ΔＨ≧ΔＨ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法。
【請求項８】
回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有するとともに、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となっている水力機械の運転方法において、
水力機械の運転中におけるランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨを監視する監視工程と、
監視工程で得られたランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、
調整工程は、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、ランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨのうちランナ回転数の３０％以下の周波数領域に卓越したピークが検出された場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばポンプやポンプ水車などの水力機械の運転方法に係り、とりわけ回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ポンプやポンプ水車等の水力機械を用いて揚水運転を行なう際に運転を阻害する不安定要因が存在する。
【０００３】
まず、このような不安定要因の一つとして、高揚程運転時にランナ吸込み側に発生する逆流（二次流れ）という現象が挙げられる。このような逆流が発生すると、水力機械の機器から発生する振動や騒音が大きくなる。また、逆流が発生している状態で長時間にわたり水力機械の運転を継続すると、水力機械を損傷する危険もある。
【０００４】
このため、水力機械を運転する際、運転の範囲が逆流の発生する運転領域に入らないようにすることが必要とされる。実際の水力機械の運転にあたっては、通常、模型試験や流れ解析等により事前に詳細な水力機械の特性を把握し、運転パラメータの範囲が逆流が発生する運転領域から十分な余裕を持つように設計されている。このため、通常は仕様範囲から逸脱した運転を行わない限り、逆流限界に対して特別な配慮をする必要はない。
【０００５】
しかしながら、水力機械を作動させる電力系統の周波数（系統周波数）が変化する場合、水力機械に設けられたランナの回転数もこれに応じて変化する。このため、電力系統の周波数が変化する場合における水力機械の特性は、定格周波数でランナを回転させている場合における水力機械の特性と異なり、逆流領域に対する余裕が変化する。したがって、電力系統の周波数が変動する場合、周波数変動に応じて水力機械を運転することが必要とされる。
【０００６】
図１１および図１２に、水力機械を作動させる電力系統の定格周波数ｆ０と、定格周波数ｆ０より低い周波数ｆとにおける包絡線特性を比較する図を示す。このうち図１１は、揚程Ｈと揚水量Ｑとの関係を示す図であり、図１２は、揚程Ｈと軸入力Ｐとの関係を示す図である。
ここで、包絡線特性とは、ガイドベーン開度が適正ガイドベーン開度となっている場合における、水力機械の落差Ｈと水力機械の特性（例えば、揚水量Ｑ）との関係を連ねたものである。なお、定格周波数の下での包絡線特性は、通常運転時における水力機械の特性である。また、上述した適正ガイドベーン開度とは、落差が一定の場合における、水力機械の特性が最も良好となるガイドベーン開度のことをいう。
【０００７】
ところで、水力機械の揚程、流量、軸入力はそれぞれ系統周波数（ランナ回転数）の２乗、１乗、３乗に比例するため、系統周波数が低下すると揚程に対して流量、軸入力はともに減少する。この場合において、系統周波数が変動しても、水力機械の水車に作用する落差は変化しないため、揚程はほとんど変わらない。
【０００８】
例えば、図１１において、系統周波数がｆ０からｆに低下した場合、運転点１１１は運転点１１２に移動することになる。この結果、運転点１１２における逆流限界との余裕１１４が、運転点１１１における逆流限界との余裕１１３より小さくなり、安定した運転の継続ができなくなるおそれがある。
【０００９】
なお、このような電力系統の周波数変動は我が国では比較的少ないが、電力設備および電力系統の整備が遅れている国々では頻繁に発生する現象である。
【００１０】
次に、低揚程運転において運転を不安定とする要因について説明する。
水力機械に設けられたガイドベーンは、通常、後向き羽根である。この場合、水力機械の揚程が増加するとこれに伴って水力機械の流量および軸入力は低下する。このため、水力機械の流量および軸入力は低揚程側で最大となる。また、水力機械は、所要最大軸入力を超える運転領域で運転することは不可能であるため、通常の仕様範囲内では最大軸入力が所要最大軸入力に対して十分余裕を持つように設計されている。なお、所要最大軸入力とは、水力機械の軸入力が水力機械の電動機の容量から決められる軸入力の最大値である。
【００１１】
ところで、高揚程運転の場合と同様、低揚程運転においても系統周波数が変動する場合には、水力機械の運転状態が不安定となる。
例えば、図１２に示すように、系統周波数が定格周波数ｆ０から周波数ｆ（ｆ＞ｆ０）に増加すると、これに伴って運転に要する軸入力が増大する。すなわち、運転点１２１は運転点１２２に移動することになる。この結果、運転点１２２における逆流限界との余裕１２４が、運転点１２１における逆流限界との余裕１２３より小さくなり、安定した運転が継続できなくなるおそれがある。
【００１２】
なお、水力機械を設計する場合、定格周波数の電力により水力機械を作動させることを前提としており、若干の周波数変動や機器の製作誤差などを織り込んで軸入力が決定されている。しかしながら、周波数変動が設計の際に想定した値より大きい場合には、他の条件によっては軸入力が所要最大軸入力を超えることとなる。
【００１３】
このような２つの揚水運転時における不安定要因のうち、前者、すなわち逆流に対する余裕を判定する方法として、揚水機に加わる落差、揚水量、軸トルク、回転速度、軸入力およびガイドベーン開度のうち少なくとも３つの要素の状態を検出し、検出した３つの要素のうちの２つをパラメータとする座標系を設定して現在の運転点を決定し、予め求めた逆流突入点と照合して逆流に対する余裕を判定する方法が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１９５９１９号公報
【非特許文献１】ターボ機械協会著、「ハイドロタービン」、第２版、日本工業出版株式会社、１９９１年８月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１に記載された逆流判定方法は、逆流に対する余裕を判定する方法であるが、逆流に対する余裕が小さくなった場合にどのような運転を行うかについては記載されていない。
【００１５】
また、逆流を生じさせない運転を行うためには、現在の運転点を正確に知ることは必ずしも必要でない。すなわち、逆流に対する余裕が小さくなった際に速やかに余裕を拡大するような運転方法が実用上は必要とされる。
【００１６】
さらに、低揚程運転時に系統周波数が変動し、これに伴って軸入力が瞬間的に増大することに対処するための運転方法については、従来から明らかにされていない。
【００１７】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、電力系統の周波数変動等により高揚程運転時に逆流余裕が減少して運転状態が不安定となった場合や、低揚程運転時に軸入力が所要最大軸入力に近くなって運転状態が不安定となった場合に、この状態を検知して、速やかに安定した運転状態に回復させることができる水力機械の運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、水力機械の運転中における落差Ｈとランナ回転数Ｎとを監視する監視工程と、監視工程で得られた落差Ｈとランナ回転数Ｎとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、調整工程は、高揚程運転領域の下限落差をＨ１とし、ランナ回転数の許容下限値をＮ１としたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＮ≧Ｎ１の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＮ＜Ｎ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法である。
【００１９】
本発明は、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、水力機械の運転中における落差Ｈとランナ回転数Ｎとを監視する監視工程と、監視工程で得られた落差Ｈとランナ回転数Ｎとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、調整工程は、低揚程運転領域の上限落差をＨ２とし、ランナ回転数の許容上限値をＮ２としたとき、「Ｈ＞Ｈ２」または「Ｈ≦Ｈ２かつＮ≦Ｎ２」の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、Ｈ≦Ｈ２かつＮ＞Ｎ２の場合に、ａ＜ａ０となるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法である。
【００２０】
本発明は、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、水力機械の運転中における落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとを監視する監視工程と、監視工程で得られた落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、調整工程は、高揚程運転領域の下限落差をＨ１とし、ガイドベーン開度に応じて設定された揚水量の許容下限値をＱ１としたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＱ≧Ｑ１の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＱ＜Ｑ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法である。
【００２１】
本発明は、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、水力機械の運転中における落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとを監視する監視工程と、監視工程で得られた落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、調整工程は、低揚程運転領域の上限落差をＨ２とし、ガイドベーン開度に応じて設定された揚水量の許容上限値をＱ２としたとき、「Ｈ＞Ｈ２」または「Ｈ≦Ｈ２かつＱ≦Ｑ２」の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、Ｈ≦Ｈ２かつＱ＞Ｑ２の場合に、ａ＜ａ０となるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法である。
【００２２】
本発明は、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、水力機械の運転中における落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとを監視する監視工程と、監視工程で得られた落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、調整工程は、高揚程運転領域の下限落差をＨ１とし、ガイドベーン開度に応じて設定された軸入力の許容下限値をＰ１としたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＰ≧Ｐ１の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＰ＜Ｐ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法である。
【００２３】
本発明は、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法において、水力機械の運転中における落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとを監視する監視工程と、監視工程で得られた落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、調整工程は、低揚程運転領域の上限落差をＨ２とし、ガイドベーン開度に応じて設定された軸入力の許容上限値をＰ２としたとき、「Ｈ＞Ｈ２」または「Ｈ≦Ｈ２かつＰ≦Ｐ２」の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となるようにし、Ｈ≦Ｈ２かつＰ＞Ｐ２の場合に、ａ＜ａ０となるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法である。
【００２４】
本発明は、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有するとともに、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となっている水力機械の運転方法において、水力機械の運転中におけるランナ外周部の水圧脈動の大きさΔＨを監視する監視工程と、監視工程で得られたランナ外周部の水圧脈動の大きさΔＨに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、調整工程は、水圧脈動の閾値をΔＨ１とし、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、ΔＨ≧ΔＨ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法である。
【００２５】
本発明は、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有するとともに、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となっている水力機械の運転方法において、水力機械の運転中におけるランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨを監視する監視工程と、監視工程で得られたランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨに基づいてガイドベーン開度ａを調整する調整工程とを備え、調整工程は、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、ランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨのうちランナ回転数の３０％以下の周波数領域に卓越したピークが検出された場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整することを特徴とする水力機械の運転方法である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、高揚程運転中に電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、吸込み側の逆流発生領域に対する余裕を確保して、安定した運転を継続することができる。
【００２７】
また、本発明によれば、低揚程運転中に電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、軸入力の所要最大軸入力に対する余裕を確保して、安定した運転を継続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
第１の実施の形態
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。
ここで、図１は、本発明の第１の実施の形態を示すフロー図であり、図２は、ガイドベーン開度を一定とした場合における揚程特性を示す図である。また、図３は、ガイドベーン開度と逆流限界揚程の関係を示す図であり、図４は、ガイドベーン開度を一定とした場合における軸入力特性を示す図である。さらに、図５は、揚程を一定とした場合におけるガイドベーン開度と軸入力との関係を示す図である。
【００２９】
まず、図１により、本発明による水力機械の高揚程側における運転方法の概略について説明する。
図１に示すように、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法１０は、水力機械の運転中における落差Ｈとランナ回転数Ｎとを監視する監視工程１１と、ガイドベーン開度ａを調整する調整工程１２とを備えている。
このうち監視工程１１において、水力機械の運転中における落差Ｈとランナ回転数Ｎとを監視する。次に調整工程１２において、監視工程１１で得られた落差Ｈとランナ回転数Ｎとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する。
【００３０】
この場合、調整工程１２においては、高揚程運転領域の下限落差をＨ１とし、ランナ回転数の許容下限値をＮ１としたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＮ≧Ｎ１の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０とする。また、調整工程１２においては、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＮ＜Ｎ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整する。
【００３１】
次に、本発明による水力機械の低揚程側における運転方法の概略について図１を用いて説明する。
高揚程側における運転方法と同様、まず監視工程１１において、水力機械の運転中における落差Ｈとランナ回転数Ｎとを監視する。次に、上記調整工程１２において、Ｈ＜Ｈ１と判断された場合、監視工程１１で得られた落差Ｈとランナ回転数Ｎとに基づいてさらに調整工程１３に移りガイドベーン開度ａを調整する。
この場合、調整工程１３において、低揚程運転領域の上限落差をＨ２とし、ランナ回転数の許容上限値をＮ２としたとき、「Ｈ＞Ｈ２」または「Ｈ≦Ｈ２かつＮ≦Ｎ２」の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０とする。また、調整工程１３においては、Ｈ≦Ｈ２かつＮ＞Ｎ２の場合に、ａ＜ａ０となるようにガイドベーン開度ａを調整する。
【００３２】
上記において、本実施の形態による水力機械の運転方法の概略を述べたが、以下この水力機械の運転方法を更に詳述する。
【００３３】
図１に示すように、監視工程１１おいて、揚水運転中の水力機械における落差Ｈとランナ回転数Ｎとを監視する。
次に、調整工程１２、１３において、監視工程１１にて計測された現在の落差Ｈが比較的最高揚程に近い高揚程運転領域に該当するか、または、比較的最低揚程に近い低揚程運転領域に該当するかを判定する。具体的には、予め設定された高揚程運転領域の下限落差Ｈ１および予め設定された低揚程運転領域の上限落差Ｈ２と、測定された落差Ｈとを比較する。もし落差Ｈが高揚程運転領域にも低揚程運転領域にも入らない場合、すなわちＨ２＜Ｈ＜Ｈ１となる場合には、電力系統の周波数が変動しても逆流余裕および軸入力余裕ともに十分確保できると考えられる。したがって、ガイドベーン開度ａを落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０としたまま水力機械の運転を継続する（符号１３ｂ）。
【００３４】
次に、判定の結果、高揚程運転領域に該当するとされる場合、すなわちＨ≧Ｈ１となる場合には、ランナ回転数Ｎと許容下限回転数Ｎ１（＜Ｎ０＝定格回転数）とを比較する。この結果、Ｎ≧Ｎ１であれば、仮にＮ＜Ｎ０であるとしてもランナ回転数が定格回転数から大きくは離れていることはない。したがって、逆流余裕が確保できていると判断して、ガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０としたまま水力機械の運転を継続する（符号１２ａ）。逆に、Ｎ＜Ｎ１であればランナ回転数Ｎが定格回転数Ｎ０から離れているため、逆流余裕が小さくなっていると判断して以下の対策を講じる（符号１２ｂ）。
【００３５】
図２に、ガイドベーン開度ａを一定とした場合における揚程特性を示す。ここで図２において、揚程特性２１、２２、２３、２４は、それぞれガイドベーン開度がａ１、ａ２、ａ３、ａ４である場合における揚程Ｈと揚水量Ｑとの関係を示す図である。
【００３６】
一般に、ガイドベーン開度ａが一定の場合におけるポンプの特性は、ガイドベーンの角度とランナ出口における流れ角度との関係から、ガイドベーン開度ａが小さいほど効率の極大点は高揚程（小流量）側に位置するようになっている。
【００３７】
すなわち、図２に示すように、揚程特性の効率の極大点２５１、２５２、２５３、２５４は、ガイドベーン開度ａ１、ａ２、ａ３、ａ４が小さいほど高揚程側に位置するようになっている。また、ガイドベーンの失速限界は高揚程側に移るため、高揚程側の特性が向上して低揚程側の特性が低下する。一方、ランナ吸込み側に逆流が発生する流量は、ガイドベーン開度ａによりほとんど変わらない。このため、図３に示すように、逆流限界揚程は最高揚程時の適正ガイドベーン開度ａＨｍａｘよりも小さなガイドベーン開度ａｒで最大となる。このようにして、高揚程運転においてＮ＜Ｎ１となった場合には、ガイドベーン開度ａをａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘの範囲内の開度に絞ることで、逆流余裕を確保することが可能となる（符号１２ｂ）。
【００３８】
一方、低揚程運転領域に該当する場合、すなわちＨ≦Ｈ２となる場合には、ランナ回転数Ｎを許容上限回転数Ｎ２（＞Ｎ０＝定格回転数）と比較する。Ｎ≦Ｎ２であればＮ＞Ｎ０であったとしてもランナ回転数が定格回転数から大きくは離れておらず、軸入力の増大は小さいと判断して適正ガイドベーン開度ａ０での運転を継続する（符号１３ｂ）。逆にＮ＞Ｎ２であればランナ回転数Ｎが定格回転数Ｎ０から離れていることとなり、以下のように軸入力と所要最大軸入力の余裕が小さくなっていると判断して軸入力を減少させるようになっている（符号１３ａ）。
【００３９】
図４に示すガイドベーン開度一定のもとにおける水力機械の軸入力特性から明らかなように、低揚程側の任意の揚程において、ガイドベーン開度ａが小さくなると軸入力Ｐが減少する。このような関係、すなわち揚程Ｈを一定とした場合におけるガイドベーン開度ａと軸入力Ｐとの関係を図５に示す。図５に示すように、軸入力Ｐは適正ガイドベーン開度ａ０付近で最大となり、ガイドベーン開度ａに対して上に凸となるような傾向を示す。
【００４０】
このため、Ｎ＞Ｎ２である場合には、ガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０より小さな開度に絞ることにより、軸入力Ｐの増大を緩和して所要最大軸入力との余裕を確保することが可能となる（符号１３ａ）。
【００４１】
上述した方法は、水力機械のガイドベーン開度ａが適正ガイドベーン開度ａ０で運転中に周波数変動が発生した場合の対処方法である。なお、水力機械を動作させる電力に大きな周波数変動が生じてガイドベーン開度ａを小さく設定した後においても、上述した図１に示す方法と同様の運転方法を行なうことができる。すなわち、高揚程運転領域においてＮ＜Ｎ１または低揚程運転領域においてＮ＞Ｎ２であればガイドベーン開度ａを絞ったまま運転を継続し（符号１２ｂ、１３ａ）、回転数がＮ≧Ｎ１またはＮ≦Ｎ２に復帰した場合にはガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０に戻して効率的な運転を再開する（符号１２ａ、１３ｂ）。
【００４２】
なお、本実施の形態において、上述した高揚程側における運転方法または上述した低揚程側における運転方法のみを行なっても良い。
【００４３】
このように、本実施の形態によれば、高揚程運転中に電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、吸込み側の逆流発生領域に対する余裕を確保して、安定した運転を継続することができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、低揚程運転中に電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、軸入力の所要最大軸入力に対する余裕を確保して、安定した運転を継続することができる。
【００４５】
第２の実施の形態
次に、本発明による水力機械の運転方法の第２の実施の形態について図６を参照して説明する。
ここで、図６は、本発明の第２の実施の形態を示すフロー図である。
【００４６】
まず、図６により本発明による水力機械の高揚程側における運転方法の概略について説明する。
図６に示すように、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法６０は、水力機械の運転中における落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとを監視する監視工程６１と、ガイドベーン開度ａを調整する調整工程６２とを備えている。
このうち監視工程６１において、水力機械の運転中における落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとを監視する。次に調整工程６２において、監視工程６１で得られた落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する。
【００４７】
この場合、調整工程６２においては、高揚程運転領域の下限落差をＨ１とし、ガイドベーン開度に応じて設定された揚水量の許容下限値をＱ１としたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＱ≧Ｑ１の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０とする。また、調整工程６２においては、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＱ＜Ｑ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整する。
【００４８】
次に、本発明による水力機械の低揚程側における運転方法の概略について図６を用いて説明する。
高揚程側における運転方法と同様、まず監視工程６１において、水力機械の運転中における落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとを監視する。次に、上記調整工程６２において、Ｈ＜Ｈ１と判断された場合、監視工程６１で得られた落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとに基づいてさらに調整工程６３に移りガイドベーン開度ａを調整する。
この場合、調整工程６３において、低揚程運転領域の上限落差をＨ２とし、ガイドベーン開度に応じて設定された揚水量の許容上限値をＱ２としたとき、「Ｈ＞Ｈ２」または「Ｈ≦Ｈ２かつＱ≦Ｑ２」の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０とする。また、調整工程６３においては、Ｈ≦Ｈ２かつＱ＞Ｑ２の場合に、ａ＜ａ０となるようにガイドベーン開度ａを調整する。
【００４９】
上記において、本実施の形態による水力機械の運転方法の概略を述べたが、以下この水力機械の運転方法を更に詳述する。
【００５０】
図６に示すように、監視工程６１において、揚水運転中の水力機械における落差Ｈと揚水量Ｑとガイドベーン開度ａとを監視する。
次に、調整工程６２、６３において、監視工程６１にて計測された現在の落差Ｈが比較的最高揚程に近い高揚程運転領域に該当するか、または、比較的最低揚程に近い低揚程運転領域に該当するかを判定する。具体的には、予め設定された高揚程運転領域の下限落差Ｈ１および予め設定された低揚程運転領域の上限落差Ｈ２と、測定された落差Ｈとを比較する。もし落差Ｈが高揚程運転領域にも低揚程運転領域にも入らない場合、すなわちＨ２＜Ｈ＜Ｈ１となる場合には、電力系統の周波数が変動しても逆流余裕および軸入力余裕ともに十分確保できると考えられる。したがって、ガイドベーン開度ａを落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０としたまま水力機械の運転を継続する（符号６３ｂ）。
【００５１】
次に、判定の結果、高揚程運転領域に該当するとされる場合、すなわちＨ≧Ｈ１となる場合には、揚水量Ｑをガイドベーン開度に応じて設定された許容下限揚水量Ｑ１と比較する。この結果、Ｑ≧Ｑ１であれば、逆流余裕が確保できていると判断して、ガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０としたまま水力機械の運転を継続する（符号６２ａ）。逆に、Ｑ＜Ｑ１であればガイドベーン開度ａをａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘの範囲内の開度に絞ることで、逆流余裕を確保することが可能となる（符号６２ｂ）。
【００５２】
一方、低揚程運転領域に該当する場合、すなわちＨ≦Ｈ２となる場合には、揚水量Ｑを許容上限揚水量Ｑ２と比較する。Ｑ≦Ｑ２であれば、軸入力の増大は小さいと判断して適正ガイドベーン開度ａ０での運転を継続する（符号６３ｂ）。逆にＱ＞Ｑ２であれば、ガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０より小さな開度に絞る（符号６３ａ）。これにより、水力機械を作動させる電力系統の周波数が定格周波数から増加しても、軸入力Ｐの増大を緩和して所要最大軸入力との余裕を確保することが可能となる。
【００５３】
上述した方法は、水力機械のガイドベーン開度ａが適正ガイドベーン開度ａ０で運転中に周波数変動が発生した場合の対処方法である。なお、水力機械を動作させる電力に大きな周波数変動が生じてガイドベーン開度ａを小さく設定した後においても、上述した図６に示す方法と同様の運転方法を行なうことができる。すなわち、高揚程運転領域においてＱ＜Ｑ１または低揚程運転領域においてＱ＞Ｑ２であればガイドベーン開度ａを絞ったまま運転を継続し（符号６２ｂ、６３ａ）、揚水量がＱ≧Ｑ１またはＱ≦Ｑ２に復帰した場合にはガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０に戻して効率的な運転を再開する（符号６２ａ、６３ｂ）。
【００５４】
なお、本実施の形態において、上述した高揚程側における運転方法または上述した低揚程側における運転方法のみを行なっても良い。
【００５５】
このように、本実施の形態によれば、高揚程運転中に電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、吸込み側の逆流発生領域に対する余裕を確保して、安定した運転を継続することができる。
【００５６】
また、本実施の形態によれば、低揚程運転中に電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、軸入力の所要最大軸入力に対する余裕を確保して、安定した運転を継続することができる。
【００５７】
第３の実施の形態
次に、本発明による水力機械の運転方法の第３の実施の形態について図７を参照して説明する。
ここで、図７は、本発明の第３の実施の形態を示すフロー図である。
【００５８】
まず、図７により本発明による水力機械の高揚程側における運転方法の概略について説明する。
図７に示すように、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有する水力機械の運転方法７０は、水力機械の運転中における落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとを監視する監視工程７１と、ガイドベーン開度ａを調整する調整工程７２とを備えている。
このうち監視工程７１において、水力機械の運転中における落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとを監視する。次に調整工程７２において、監視工程７１で得られた落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとに基づいてガイドベーン開度ａを調整する。
【００５９】
この場合、調整工程７２においては、高揚程運転領域の下限落差をＨ１とし、ガイドベーン開度に応じて設定された軸入力の許容下限値をＰ１としたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＰ≧Ｐ１の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０とする。また、調整工程７２においては、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、Ｈ≧Ｈ１かつＰ＜Ｐ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整する。
【００６０】
次に、本発明による水力機械の低揚程側における運転方法の概略について図７を用いて説明する。
高揚程側における運転方法と同様、まず監視工程７１において、水力機械の運転中における落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとを監視する。次に、上記調整工程７２において、Ｈ＜Ｈ１と判断された場合、監視工程７１で得られた落差Ｈと軸入力Ｐとガイドベーン開度ａとに基づいてさらに調整工程７３に移りガイドベーン開度ａを調整する。
この場合、調整工程７３において、低揚程運転領域の上限落差をＨ２とし、ガイドベーン開度に応じて設定された軸入力の許容上限値をＰ２としたとき、「Ｈ＞Ｈ２」または「Ｈ≦Ｈ２かつＰ≦Ｐ２」の場合に、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０とする。また、調整工程７３においては、Ｈ≦Ｈ２かつＰ＞Ｐ２の場合に、ａ＜ａ０となるようにガイドベーン開度ａを調整する。
【００６１】
上記において、本実施の形態による水力機械の運転方法の概略を述べたが、以下この水力機械の運転方法を更に詳述する。
【００６２】
図７に示すように、監視工程７１において、揚水運転中の水力機械における落差Ｈ、軸入力Ｐ、およびガイドベーン開度ａを監視する。
次に、調整工程７２、７３において、監視工程７１にて計測された現在の落差Ｈが比較的最高揚程に近い高揚程運転領域に該当するか、または、比較的最低揚程に近い低揚程運転領域に該当するかを判定する。具体的には、予め設定された高揚程運転領域の下限落差Ｈ１および予め設定された低揚程運転領域の上限落差Ｈ２と、測定された落差Ｈとを比較する。もし落差Ｈが高揚程運転領域にも低揚程運転領域にも入らない場合、すなわちＨ２＜Ｈ＜Ｈ１となる場合には、電力系統の周波数が変動しても逆流余裕および軸入力余裕ともに十分確保できると考えられることから、ガイドベーン開度ａを落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０としたまま水力機械の運転を継続する（符号７３ｂ）。
【００６３】
次に、判定の結果、高揚程運転領域に該当するとされる場合、すなわちＨ≧Ｈ１となる場合には、軸入力Ｐをガイドベーン開度に応じて設定された許容下限軸入力Ｐ１と比較する。この結果、Ｐ≧Ｐ１であれば、逆流余裕が確保できていると判断して、ガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０としたまま水力機械の運転を継続する（符号７２ａ）。逆に、Ｐ＜Ｐ１であればガイドベーン開度ａをａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘの範囲内の開度に絞ることで、逆流余裕を確保することが可能となる（符号７２ｂ）。
【００６４】
一方、低揚程運転領域に該当する場合、すなわちＨ≦Ｈ２となる場合には、軸入力Ｐを許容上限軸入力Ｐ２と比較する。Ｐ≦Ｐ２であれば、軸入力の増大は小さいと判断して適正ガイドベーン開度ａ０での運転を継続する（符号７３ｂ）。逆にＰ＞Ｐ２であれば、ガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０より小さな開度に絞る（符号７３ａ）。これにより、電力系統の周波数が定格周波数から増加しても、軸入力Ｐの増大を緩和して所要最大軸入力との余裕を確保することが可能となる。
【００６５】
上述した方法は、水力機械のガイドベーン開度ａが適正ガイドベーン開度ａ０で運転中に周波数変動が発生した場合の対処方法である。なお、水力機械を動作させる電力に大きな周波数変動が生じてガイドベーン開度ａを小さく設定した後においても、上述した図７に示す方法と同様の運転方法を行なうことができる。すなわち、高揚程運転領域においてＰ＜Ｐ１または低揚程運転領域においてＰ＞Ｐ２であればガイドベーン開度ａを絞ったまま運転を継続し（符号７２ｂ、７３ａ）、軸入力がＰ≧Ｐ１またはＰ≦Ｐ２に復帰した場合にはガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０に戻して効率的な運転を再開する（符号７２ａ、７３ｂ）。
【００６６】
なお、本実施の形態において、上述した高揚程側における運転方法または上述した低揚程側における運転方法のみを行なっても良い。
【００６７】
このように、本実施の形態によれば、高揚程運転中に電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、吸込み側の逆流発生領域に対する余裕を確保して、安定した運転を継続することができる。
【００６８】
また、本実施の形態によれば、低揚程運転中に電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、軸入力の所要最大軸入力に対する余裕を確保して、安定した運転を継続することができる。
【００６９】
第４の実施の形態
次に、本発明による水力機械の運転方法の第４の実施の形態について図８および図９を参照して説明する。
ここで、図８は、本発明の第４の実施の形態を示すフロー図であり、図９は、揚程とランナ外周部の水圧脈動の大きさとの関係を示す図である。
【００７０】
まず、図８により本発明による水力機械の運転方法の概略について説明する。
本実施の形態において、水力機械のガイドベーン開度ａは落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となっている。水力機械の運転方法８０は、ランナ外周部の水圧脈動ΔＨを監視し、これが閾値ΔＨ1よりも大きくなった場合に逆流余裕が小さくなったと判断して、ガイドベーン開度を絞ることで逆流余裕を確保するものである。
【００７１】
すなわち、図８に示すように、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有するとともに、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となっている水力機械の運転方法８０は、水力機械の運転中におけるランナ外周部の水圧脈動の大きさΔＨを監視する監視工程８１と、ガイドベーン開度ａを調整する調整工程８２とを備えている。
このうち監視工程８１において、水力機械の運転中におけるランナ外周部の水圧脈動の大きさΔＨを監視する。次に調整工程８２において、監視工程８１で得られたランナ外周部の水圧脈動の大きさΔＨに基づいてガイドベーン開度ａを調整する。
【００７２】
この場合、調整工程８２において、水圧脈動の閾値をΔＨ１とし、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、ΔＨ≧ΔＨ１の場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整する（符号８２ａ）。一方、調整工程８２において、ΔＨ＜ΔＨ１の場合にはガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０としたまま運転を継続する（符号８２ｂ）。
【００７３】
次に、図９により、調整工程８２がランナ外周部の水圧脈動の大きさをΔＨに基づいて逆流余裕を判断する原理について説明する。
図９に示すように、揚程Ｈに対して水圧脈動の大きさΔＨが変動する。この水圧脈動ΔＨは、ランナ吸込み側逆流が発生する点９１より低揚程側において、ガイドベーン旋回失速の発生により急激に増大する。このガイドベーンの旋回失速を吸込み側逆流の前兆と捉えて、このガイドベーンの旋回失速を検知することにより逆流余裕の縮小の判定を行うことができる。すなわち、高揚程運転中に電力系統の周波数が変動して揚程Ｈが増加した場合、揚程Ｈの増加とともに水圧脈動の大きさΔＨが増加し、この水圧脈動の大きさΔＨが閾値ΔＨ１以上となった場合にガイドベーン開度を調節して逆流余裕を確保する。
【００７４】
このように、本実施の形態によれば、高揚程運転中に電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、吸込み側の逆流発生領域に対する余裕を確保して、安定した運転を継続することができる。
【００７５】
第５の実施の形態
次に、本発明による水力機械の運転方法の第５の実施の形態について図１０を参照して説明する。
ここで、図１０は、本発明の第５の実施の形態を示すフロー図である。
【００７６】
まず、図１０により本発明による水力機械の運転方法の概略について説明する。
本実施の形態において、水力機械のガイドベーン開度ａは落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となっている。水力機械の運転方法１００は、ランナ外周部の水圧脈動ΔＨの周波数ｆΔＨを監視し、ランナ回転数の３０％以下の周波数領域に卓越したピークが検出された場合に逆流余裕が小さくなったと判断して、ガイドベーン開度ａを絞ることで逆流余裕を確保するものである。
【００７７】
すなわち、図１０に示すように、回転駆動するランナと、ランナの外周側に設けられた開度調節可能なガイドベーンとを有するとともに、ガイドベーン開度ａが落差Ｈに応じた適正ガイドベーン開度ａ０となっている水力機械の運転方法１００は、水力機械の運転中におけるランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨを監視する監視工程１０１と、ガイドベーン開度ａを調整する調整工程１０２とを備えている。
このうち監視工程１０１において、水力機械の運転中におけるランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨを監視する。次に調整工程１０２において、監視工程１０１で得られたランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨに基づいてガイドベーン開度ａを調整する。
【００７８】
この場合、調整工程１０２において、逆流限界揚程が最大となるガイドベーン開度をａｒとし、最高揚程時の適正ガイドベーン開度をａＨｍａｘとしたとき、ランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨのうちランナ回転数の３０％以下の周波数領域に卓越したピークが検出された場合に、ａｒ≦ａ＜ａＨｍａｘとなるようにガイドベーン開度ａを調整する（符号１０２ａ）。一方、調整工程１０２において、ランナ外周部の水圧脈動の周波数ｆΔＨのうちランナ回転数の３０％以下の周波数領域に卓越したピークが検出されなかった場合には、ガイドベーン開度ａを適正ガイドベーン開度ａ０としたまま運転を継続する（符号１０２ｂ）。
【００７９】
なお、本実施の形態は、一般にガイドベーンの旋回失速の周波数はランナ回転周波数の３０％以下となることが知られていることから、旋回失速の発生を水圧脈動の周波数特性から検知するものである。
【００８０】
このように、本実施の形態によれば、高揚程運転中に電力系統の周波数が変動してランナ回転数が変化した場合であっても、吸込み側の逆流発生領域に対する余裕を確保して、安定した運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明による水力機械の運転方法の第１の実施の形態を示すフロー図。
【図２】ガイドベーン開度を一定とした場合における揚程特性を示す図。
【図３】ガイドベーン開度と逆流限界揚程の関係を示す図。
【図４】ガイドベーン開度を一定とした場合における軸入力特性を示す図。
【図５】揚程を一定とした場合におけるガイドベーン開度と軸入力との関係を示す図。
【図６】本発明による水力機械の運転方法の第２の実施の形態を示すフロー図。
【図７】本発明による水力機械の運転方法の第３の実施の形態を示すフロー図。
【図８】本発明による水力機械の運転方法の第４の実施の形態を示すフロー図。
【図９】揚程とランナ外周部の水圧脈動の大きさとの関係を示す図。
【図１０】本発明による水力機械の運転方法の第５の実施の形態を示すフロー図。
【図１１】水力機械の揚程と揚水量との関係を示す図。
【図１２】水力機械の揚程と軸入力との関係を示す図。
【符号の説明】
【００８２】
１０、６０、７０、８０、１００    水力機械の運転方法
１１、６１、７１、８１、１０１    監視工程
１２、６２、７２、８２、１０２    調整工程
１３、６３、７３、８３、１０３    調整工程
１１１、１１２、１２１、１２２    運転点
１１３、１１４、１２３、１２４    逆流限界との余裕
【図１】
2007309203.tif 000003
【図２】
2007309203.tif 000004
【図３】
2007309203.tif 000005
【図４】
2007309203.tif 000006
【図５】
2007309203.tif 000007
【図６】
2007309203.tif 000008
【図７】
2007309203.tif 000009
【図８】
2007309203.tif 000010
【図９】
2007309203.tif 000011
【図１０】
2007309203.tif 000012
【図１１】
2007309203.tif 000013
【図１２】
2007309203.tif 000014