(57)【要約】【課題】電力系統の周波数が変化してランナの回転速度が変化しても安定した高効率の高いポンプ運転を継続できること。【解決手段】発電電動機用のポンプ水車１０は、発電電動機１に直結された水車軸１１と、水車軸１１に固定されたランナ１２と、ランナ１２の外周に設けられたガイドベーン１３とを備えている。ガイドベーン１３は制御装置２０により駆動制御される。この制御装置２０は記憶装置２１から送られた２つ以上の回転速度に対する適正ガイドベーン開度データの中から、検出装置２３からのランナ回転速度に応じた適正ガイドベーン開度データを選定する。制御装置２０は、この選定された適正ガイドベーンデータを用いて、監視装置２２からのポンプ特性値に従って適正ガイドベーン開度を決定してガイドベーン１３を駆動する。【選択図】図１
2009221971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電電動機に直結された水車軸と、
水車軸に固定されたランナと、
ランナの外周側に設けられ、それぞれのスピンドル中心に回転可能なガイドベーンと、
ガイドベーンを駆動制御する制御装置と、を備えたポンプ水車において、
ポンプ水車のポンプ特性値に対する適正ガイドベーン開度データがあらかじめ入力された記憶装置と、
前記ポンプ特性値を監視する監視装置と、
ランナ回転速度を検出する検出装置と、を備え、
記憶装置は予め設定されたランナ回転速度範囲内の２つ以上の回転速度に対する適正ガイドベーン開度データをもち、
制御装置は記憶装置、監視装置および検出装置からの情報に基づいて、ランナの回転速度に応じた最適な適正ガイドベーン開度データを選定し、監視装置によって得られたポンプ特性値にしたがって適正ガイドベーン開度を決定して水車ポンプを運転することを特徴とするポンプ水車。
【請求項２】
制御装置は検出装置で検出されたランナ回転速度に関し、時間に対する移動平均処理をして平均ランナ回転速度を求め、この処理後の平均ランナ回転速度を用いて適正ガイドベーン開度データを選定することを特徴とする請求項１に記載のポンプ水車。
【請求項３】
発電電動機に直結された水車軸と、
水車軸に固定されたランナと、
ランナの外周側に設けられ、それぞれのスピンドル中心に回転可能なガイドベーンと、
ガイドベーンを駆動制御する制御装置と、を備えたポンプ水車において、
ポンプ水車のポンプ特性値に対する適正ガイドベーン開度データがあらかじめ入力された記憶装置と、
前記ポンプ特性値を監視する監視装置と、を備え、
制御装置は記憶装置および監視装置からの情報に基づいて、高揚程側では設定されたランナ回転速度範囲の下限回転速度に対する適正ガイドベーン開度データを適用し、低揚程側では設定されたランナ回転速度範囲幅の平均ランナ回転速度に対する適正ガイドベーン開度データを適用し、その間の揚程範囲では高揚程側と低揚程側のガイドベーン開度をポンプ特性値に対して滑らかにつないで新しい適正ガイドベーン開度データを作成し、この新しい適正ガイドベーン開度データから、監視装置によって得られたポンプ特性値にしたがって適正ガイドベーン開度を決定して水車ポンプを運転することを特徴とするポンプ水車。
【請求項４】
制御装置はポンプ水車の運転制御を行なうとともに、制御装置は定格回転速度Ｎ０のもとでの運転可能上限揚程をＨＵ０、設定されたランナ回転速度範囲の下限回転速度をＮｍｉｎとしたとき、運転可能な上限揚程ＨＵを
【数１】
2009221971.tif 000007
として、高揚程側の運転範囲を制限したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のポンプ水車。
【請求項５】
制御装置はポンプ水車の運転制御を行なうとともに、制御装置は定格回転速度Ｎ０のもとでの運転可能上限揚程をＨＵ０、任意の回転速度Ｎのもとでの運転可能な上限揚程ＨＵＮを
【数２】
2009221971.tif 000008
として、高揚程側の運転範囲を制限したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のポンプ水車。
【請求項６】
制御装置はポンプ水車の運転制御を行なうとともに、制御装置は定格回転速度Ｎ０のもとでの軸入力−揚程特性をＰＮ０−ＨＮ０とし、設定されたランナ回転速度範囲の上限回転速度をＮｍａｘ、その上限回転速度Ｎｍａｘのもとでの軸入力−揚程特性をＰＮｍａｘ−Ｈｎｍａｘ、許容最大軸入力をＰｍａｘとしたとき、
【数３】
2009221971.tif 000009
の関係からＰＮｍａｘ＝ＰｍａｘとなるＨＮｍａｘを求め、このＨＮｍａｘを下限揚程として低揚程側の運転範囲を制限したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のポンプ水車。
【請求項７】
定格回転速度Ｎ０のもとでの軸入力−揚程特性をＰＮ０−ＨＮ０とし、任意の回転速度Ｎのもとでの軸入力−揚程特性をＰＮ−ＨＮ、許容最大軸入力をＰｍａｘとしたとき、
【数４】
2009221971.tif 000010
の関係からＰＮ＝ＰｍａｘとなるＨＮを求め、このＨＮをこの回転速度での下限揚程として低揚程側の運転範囲を制限したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のポンプ水車。
【請求項８】
制御装置は低揚程運転中において、ランナの回転速度が増大して軸入力が許容最大軸入力を超える場合、ガイドベーンを閉動作することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のポンプ水車。
【請求項９】
制御装置は設定されたランナ回転速度範囲内の回転速度に対する適正ガイドベーン開度データを用いた場合に、低揚程運転時に軸入力が許容最大軸入力を超える運転範囲では当該ガイドベーン開度データを開度を絞る方向に補正したことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のポンプ水車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電電動機用のポンプ水車に係り、とりわけ電力系統の周波数が変化してランナの回転速度が変化しても安定したポンプ運転を継続できるポンプ水車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より発電電動機用のポンプ水車を用いた揚水発電所が設置されている。とりわけ発展途上の国や地域においては、電力供給量と電力消費量とのバランスが崩れやすいため電力系統の周波数変動が大きく、機器の誤作動や特性の変化が問題となることがある。この原因としては電力供給量が不十分であることやバランスを保つための系統全体での調整が不完全であることが挙げられるが、これらの改善には時間を要することから既に稼動中の機器を安定に動作させるためには機器側で何らかの対策を実施する必要がある。
【０００３】
系統周波数の変動は揚水発電所の主要機器であるポンプ水車にも影響を与え、ランナの回転速度の変動を招く。特にポンプ運転時に系統周波数が変化すると、ポンプ水車のポンプ特性が変化して最適な運転状態から外れるだけでなく、場合によっては運転の継続が不可能になるなど受ける影響が大きい。ポンプ水車はポンプ特性すなわちポンプの運転点を表す特性パラメータを有する。この特性パラメータには流量Ｑ・揚程Ｈ・軸入力Ｐがあり、これら相互の関係は図９に示すようにガイドベーン開度によって異なる。ポンプ水車において、通常ポンプ運転時にはガイドベーン開度は揚程に応じた適正値に設定され、最も安定した高効率な運転点で運転が行なわれる。そのためポンプ水車のランナの回転速度が一定であれば、揚程に対する適正開度上の流量・軸入力が一義的に決定されることになる（図１０）。なお、適正なガイドベーン開度は揚程が高くなるにしたがって小さくなっていく。
【０００４】
次にポンプ水車において、ランナ回転速度が変化する場合の影響について見てみる。ポンプ水車の流量Ｑ・揚程Ｈ・軸入力Ｐは、それぞれランナ回転速度の１乗・２乗・３乗に比例するため、ポンプ特性はランナ回転速度Ｎに対して図１１のように変化する。
【０００５】
図１１に示すように、ある揚程におけるポンプ水車の運転点はランナ回転速度によって全く異なる。このため、通常は定格回転速度のもとで設定したガイドベーン開度が必ずしも適正なものではなくなって、効率低下や運転状態の不安定性の増大といった問題が生じることがある。このような運転状態の不安定性は、逆流限界・許容最大軸入力・キャビテーション特性・水圧脈動特性などと密接な関連がある。
【０００６】
これらのうち逆流限界と許容最大軸入力については、これらを超えた運転は機器の安全上の観点から短時間であっても避けなければならない。逆流はきわめて不安定な現象で、大きな振動・騒音を伴いこれが発生した状態では連続運転が不可能である。一方、許容最大軸入力は発電電動機の限界から決められるもので、これを超えた運転は発電電動機に致命的な損傷を与える恐れがある。そのためポンプ水車の設計時には、最高揚程が逆流限界揚程に対して、あるいはまた最低揚程時軸入力が許容最大軸入力に対して、それぞれ十分な余裕をもつように留意する。この余裕の取り方は実績に基づいて決定され、わずかな周波数変動や実機ポンプ水車の製作誤差による特性の変化を吸収できるものの、想定を超えた周波数変動がある場合には、通常の余裕では特性の変化をカバーできなくなる。
【０００７】
図１１は、定格回転速度Ｎ０においては最高揚程に対して余裕をもった揚程ＨＲ０であった逆流限界揚程が、ランナ回転速度の低下によるポンプ特性全体の低揚程側へのシフトに伴って低揚程側に移動して運転揚程範囲に近づいていき、回転速度が大きく低下したＮ＝Ｎｍｉｎでは逆流限界揚程ＨＲｍｉｎが最高揚程を下回って高揚程運転時に逆流が発生することを示している。図１１は反対に、ランナ回転速度Ｎが増大したＮ＝Ｎｍａｘでは、低揚程側で軸入力が許容最大軸入力Ｐｍａｘを超えており、揚程ＨＰよりも低揚程側ではこの回転速度での運転ができないことを示している。
【０００８】
ランナ回転速度を意図的に変化させることができる可変速ポンプ水車においては、ポンプ運転中にランナ回転速度を低下させる際に、ガイドベーン開度の開閉速度を調整する方法（例えば、特許文献１参照）、回転速度のアンダーシュートを防止したりすることで逆流を回避するような制御方法（例えば、特許文献２参照）がこれまでに提案されている。
【特許文献１】特開２００２−５８２９１
【特許文献２】特開平８−１４１５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ランナ回転速度の変化が外乱として与えられる定速機では、運転可能な周波数範囲を狭く制限してこれを外れた場合には運転を停止するという運用方法しか取れない。この運用方法では、周波数がごく短時間外れただけでも機器が停止され、周波数が正常範囲に戻った後で再び起動しなくてはならず、機器の稼働率を下げてしまうことになる。
【００１０】
そこで本発明は、電力系統の周波数が変化してランナの回転速度が変化しても安定した効率の高いポンプ運転を継続できるポンプ水車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】
【００１１】
本発明は、発電電動機に直結された水車軸と、水車軸に固定されたランナと、ランナの外周側に設けられ、それぞれのスピンドル中心に回転可能なガイドベーンと、ガイドベーンを駆動制御する制御装置とを備えたポンプ水車において、ポンプ水車のポンプ特性値に対する適正ガイドベーン開度データがあらかじめ入力された記憶装置と、前記ポンプ特性値を監視する監視装置と、ランナ回転速度を検出する検出装置とを備え、記憶装置は予め設定されたランナ回転速度範囲内の２つ以上の回転速度に対する適正ガイドベーン開度データをもち、制御装置は記憶装置、監視装置および検出装置からの情報に基づいて、ランナの回転速度に応じた最適な適正ガイドベーン開度データを選定し、監視装置によって得られたポンプ特性値にしたがって適正ガイドベーン開度を決定してポンプ水車を運転することを特徴とするポンプ水車である。
【００１２】
本発明は、発電電動機に直結された水車軸と、水車軸に固定されたランナと、ランナの外周側に設けられ、それぞれのスピンドル中心に回転可能なガイドベーンと、ガイドベーンを駆動制御する制御装置とを備えたポンプ水車において、ポンプ水車のポンプ特性値に対する適正ガイドベーン開度データがあらかじめ入力された記憶装置と、前記ポンプ特性値を監視する監視装置とを備え、制御装置は記憶装置および監視装置からの情報に基づいて、高揚程側では設定されたランナ回転速度範囲の下限回転速度に対する適正ガイドベーン開度データを適用し、低揚程側では設定されたランナ回転速度範囲幅の平均ランナ回転速度に対する適正ガイドベーン開度データを適用し、その間の揚程範囲では高揚程側と低揚程側のガイドベーン開度をポンプ特性値に対して滑らかにつないで新しい適正ガイドベーン開度データを作成し、この新しい適正ガイドベーン開度データから、監視されたポンプ特性値にしたがって適正ガイドベーン開度を決定してポンプ水車を運転することを特徴とするポンプ水車である。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明によれば、ポンプ運転中にランナ回転速度が変化しても、安定した高効率のポンプ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】
【００１４】
第１の実施の形態
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１（ａ）（ｂ）は本発明による発電電動機用のポンプ水車の第１の実施の形態を示す図である。
【００１５】
まず図１（ｂ）により、揚水発電所に設置される発電電動機用のポンプ水車について述べる。揚水発電所には発電電動機１が設置され、この発電電動機１にポンプ水車１０が連結されている。
【００１６】
ポンプ水車１０は、発電電動機１に直結した水車軸１１と、水車軸１１に固定された回転体としてのランナ１２と、ランナ１２の外周側に設けられ、それぞれのスピンドル１３ａを中心に回転可能なガイドベーン１３とを備えている。
【００１７】
このガイドベーン１３は後述のように制御装置２０により駆動制御される。すなわち、制御装置２０には、ポンプ水車１０のポンプ特性値（流量Ｑ、揚程Ｈ、軸入力Ｐ）に対する適正ガイドベーン開度データが予め入力された記憶装置２１と、ポンプ水車１０のポンプ特性値を監視する監視装置２２と、ランナ回転速度を検出する検出装置２３とが接続されている。
【００１８】
この場合、記憶装置２１は、予め設定されたランナ回転速度範囲内に２つ以上、例えば５つの回転速度に対する適正ガイドベーン開度データを有している。そしてこれら記憶装置２１、監視装置２２、および検出装置２３からの情報に基づいて、制御装置２０は適正ガイドベーン開度を決定し、ガイドベーン１３を駆動制御する。
【００１９】
具体的には制御装置２０は、決定した適正ガイドベーン開度に基づいて、駆動機構１３ｂを介してスピンドル１３ａを回動させてガイドベーン１３を駆動し、ガイドベーン１３の開度を調整する。
【００２０】
なお、制御装置２０は、同時にポンプ水車１０全体の運転制御も行なうようになっている。
【００２１】
次に制御装置２０における制御方法について述べる。
【００２２】
図１（ａ）に、本発明の実施例１によるポンプ運転時の適正ガイドベーン開度データ群とランナ回転速度に応じたガイドベーン開度の決定方法を示す。ランナ回転速度Ｎは、定格速度Ｎ０を含む下限回転速度Ｎｍｉｎ〜上限回転速度Ｎｍａｘの範囲内で変動するものとする。この回転速度変動範囲は電力系統周波数変動幅によって決まるものであるが、周波数変動幅が過大でポンプ水車の運転に支障をきたすような場合には、運転可能なランナ回転速度範囲を適正な範囲に設定する必要がある。
【００２３】
本実施の形態では、上述のように記憶装置２１に、下限回転速度Ｎｍｉｎと上限回転速度Ｎｍａｘの間で５つの回転速度における適正ガイドベーン開度データ群が設定されている。そして制御装置２０では、検出装置２３にて検出されたランナ回転速度に応じて５つの適正ガイドベーン開度データの中から最適な適正開度データが選定される。制御装置２０では、このように選定された適正開度データを用いて、監視装置２２で監視されている揚程にしたがって適正なガイドベーン開度が決定される。例えば、揚程Ｈ、定格回転速度Ｎ０で運転する際は、Ｎ０における適正ガイドベーン開度データが選定されて、ガイドベーン１３は開度ａ０となる。系統周波数が低下してランナ回転速度がＮ２近傍になった場合、Ｎ２における適正開度データが選定されて、ガイドベーン１３はこの運転点での最適な開度ａ２へ閉操作される。
【００２４】
逆にランナ回転速度が増加した場合には、ガイドベーン１３は開操作されることになる。以上のことから明らかなように、本実施の形態によれば、電力系統の周波数変化によりランナ回転速度が変化しても、ガイドベーン１３は常に最適なガイドベーン開度をもつことになり、安定した高効率なポンプ運転を行うことができる。なお、記憶装置２１にあらかじめ入力する適正開度データが多いほどきめ細かなガイドベーン開度制御が可能となり、より安定した運転が行えるようになる。
【００２５】
また、適正ガイドベーン開度データを選定するためのランナ回転速度の値は、瞬時瞬時の回転速度を用いて周波数変動に迅速に追従してもよく、あるいは時間に対する移動平均をとることで小刻みにガイドベーン開度を変動しないで済むようにしてもよい。
【００２６】
第２の実施の形態
次に本発明の第２の実施の形態について図２により説明する。図２に示す第２の実施の形態は、制御装置２０による制御方法が異なるのみであり、他の構成は図１（ａ）（ｂ）に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００２７】
図２に、本発明の実施例２によるポンプ運転時の適正ガイドベーン開度データとガイドベーン開度の決定方法を示す。ランナ回転速度Ｎは、定格速度Ｎ０を含む下限回転速度Ｎｍｉｎ〜上限回転速度Ｎｍａｘの範囲内で変動する。
【００２８】
制御装置２０は記憶装置２１からの適正ガイドベーン開度データを用いて、運転中のランナ回転速度Ｎに関わらず、揚程Ｈ２よりも高揚程側では下限回転速度Ｎｍｉｎ相当の適正開度データを適用し、揚程Ｈ１よりも低揚程側では回転速度変化幅の中央値（Ｎｍａｘ＋Ｎｍｉｎ）／２相当の適正開度データを適用し、揚程Ｈ１と揚程Ｈ２の間で滑らかな開度変化となるような修正した適正ガイドベーン開度データを作成する。制御装置２０では、この適正開度データを用いて、監視装置２２で監視されている揚程にしたがって適正なガイドベーン開度が決定される。例えば、揚程Ｈでは適正開度データにしたがってガイドベーン開度ａにて運転されることになる。
【００２９】
ランナ回転速度の変動に対して一つの適正ガイドベーン開度データで対応する場合、どの回転速度になっても最適なガイドベーン開度からの乖離を小さくするには、回転速度変化幅の中央値（Ｎｍａｘ＋Ｎｍｉｎ）／２相当の適正開度データを適用すればよい。しかしながら高揚程側では逆流限界を考慮してガイドベーン開度を設定する必要がある。
【００３０】
図９からも明らかなように、一般的に高揚程側の特性はガイドベーン開度を小さく絞った方がより伸びる傾向にあり、逆流限界揚程についても同様な傾向になる。すなわち、適正開度から外れた運転をせざるを得ないとき、ガイドベーン開度が適正開度よりも大きくなる場合は逆流による不安定性が増大するのに対して、適正開度よりも小さな場合は効率の悪化は別として逆流による不安定性が増大することはない。このことから、高揚程側の運転においてはガイドベーン開度が本来の適正開度よりも開け方向となることは望ましくなく、閉め方向にしておくことで逆流限界に対する安全性を確保することができる。
【００３１】
このような点を考慮して、本実施の形態においては、高揚程側では設定されたランナ回転速度範囲内であればどの回転速度になっても、常にその回転速度における適正開度よりも閉め方向となるように適正ガイドベーン開度データが設定されている。以上のことから明らかなように、本実施の形態によれば、電力系統の周波数変化によりランナ回転速度が変化しても、常に運転の安定性や効率の低下を最小限に抑制した運転を行うことができる。
【００３２】
第３の実施の形態
次に本発明の第３の実施の形態について、図３により説明する。図３に示す第３の実施の形態は、図１（ａ）（ｂ）に示す第１の実施の形態および図２に示す第２の実施の形態に対して、制御装置２０による以下の制御方法を加えたものである。
【００３３】
図３に、本発明の実施例３によるポンプ運転の運転可能上限揚程の決定方法を示す。この図はランナ回転速度Ｎが定格速度Ｎ０を含む下限回転速度Ｎｍｉｎ〜上限回転速度Ｎｍａｘの範囲内で変動するものとして、流量Ｑ−揚程Ｈで５つの回転速度におけるポンプ特性を示したものである。定格回転速度Ｎ０では最高揚程がポンプ特性上の運転可能な上限揚程ＨＵ０であるとすると、このときの運転点ＯＰ０はランナ回転速度ＮがＮｍｉｎに低下するとＯＰｍｉｎに移動するため運転可能上限揚程はＨＵとなる。このときＨＵとＨＵ０の間には、
【数１】
2009221971.tif 000003
の関係が成り立つ。
【００３４】
制御装置２０は、ランナの回転速度に関わらず運転可能な上限揚程を下限回転速度Ｎｍｉｎ相当の上限揚程に制限してポンプ水車１０を運転する。本実施の形態によれば、電力系統の周波数変化によりランナ回転速度が変化しても、逆流を回避した安定した運用が可能になる。
【００３５】
第４の実施の形態
次に本発明の第４の実施の形態について、図４により説明する。図４に示す第４の実施の形態は、図１（ａ）（ｂ）に示す第１の実施の形態および図２に示す第２の実施の形態に対して、制御装置２０による以下の制御方法を加えたものである。
【００３６】
図４に、本発明の実施例４によるポンプ運転の運転可能上限揚程の決定方法を示す。この図はランナ回転速度Ｎが定格速度Ｎ０を含む下限回転速度Ｎｍｉｎ〜上限回転速度Ｎｍａｘの範囲内で変動するものとして、流量Ｑ−揚程Ｈで５つの回転速度におけるポンプ特性を示したものである。定格回転速度Ｎ０では最高揚程がポンプ特性上の運転可能な上限揚程ＨＵ０であるとすると、このときの運転点ＯＰ０はランナ回転速度ＮがＮ１、Ｎ２、Ｎｍｉｎに低下していくとＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰｍｉｎに移動し、それに伴って運転可能上限揚程ＨＵＮがＨＵ１、  ＨＵ２、ＨＵｍｉｎへと変化する。このときＨＵＮとＨＵ０の間には、
【数２】
2009221971.tif 000004
の関係が成り立つ。
【００３７】
制御装置２０は、運転中に検出装置２３で検出されたランナ回転速度に応じて上限揚程ＨＵＮを決定し、監視装置２２で監視されている揚程がこの上限揚程を超える場合には速やかにポンプ水車１０の運転を停止する。
【００３８】
本実施の形態によれば、電力系統の周波数変化によりランナ回転速度が変化しても、逆流を回避した安定した運用が可能になるとともに、ランナ回転速度に応じて上限揚程が決定されることから、運用可能な揚程範囲を拡大することができる。
【００３９】
第５の実施の形態
次に本発明の第５の実施の形態について、図５により説明する。図５に示す第５の実施の形態は、図１（ａ）（ｂ）に示す第１の実施の形態および図２に示す第２の実施の形態に対して、制御装置２０による以下の制御方法を加えたものである。
【００４０】
図５に、本発明の実施例５によるポンプ運転の運転可能下限揚程の決定方法を示す。この図はランナ回転速度Ｎが定格速度Ｎ０を含む下限回転速度Ｎｍｉｎ〜上限回転速度Ｎｍａｘの範囲内で変動するものとして、軸入力Ｐ−揚程Ｈで５つの回転速度におけるポンプ特性を示したものである。許容最大軸入力Ｐｍａｘは発電電動機の容量から制限されるもので、軸入力が許容最大軸入力を超える運転範囲では運転ができなくなる。
【００４１】
制御装置２０は、ランナの回転速度に関わらず、運転可能な下限揚程ＨＬを上限回転速度Ｎｍａｘ相当の下限揚程に制限して運用する。すなわち定格回転速度Ｎ０のもとでの軸入力−揚程特性をＰＮ０−ＨＮ０とし、上限回転速度Ｎｍａｘのもとでの軸入力−揚程特性をＰＮｍａｘ−ＨＮｍａｘとすると、
【数３】
2009221971.tif 000005
の関係が成り立ち、制御装置２０はこのＰＮｍａｘ−ＨＮｍａｘ特性からＰＮｍａｘ＝ＰｍａｘとなるＨＮｍａｘを求めてこれを運転可能な下限揚程ＨＬとしてポンプ水車１０を運転する。
【００４２】
本実施の形態によれば、電力系統の周波数変化によりランナ回転速度が変化しても、軸入力が許容最大軸入力を超えることなく安定した運用が可能になる。
【００４３】
第６の実施の形態
次に本発明の第６の実施の形態について、図６により説明する。図６に示す第６の実施の形態は、図１（ａ）（ｂ）に示す第１の実施の形態および図２に示す第２の実施の形態に対して、制御装置２０による以下の制御方法を加えたものである。
【００４４】
図６に、本発明の実施例６によるポンプ運転の運転可能下限揚程の決定方法を示す。この図はランナ回転速度Ｎが定格速度Ｎ０を含む下限回転速度Ｎｍｉｎ〜上限回転速度Ｎｍａｘの範囲内で変動するものとして、軸入力Ｐ−揚程Ｈで５つの回転速度におけるポンプ特性を示したものである。定格回転速度Ｎ０のもとでの軸入力−揚程特性をＰＮ０−ＨＮ０とし、任意の回転速度Ｎのもとでの軸入力−揚程特性をＰＮ−ＨＮとすると、
【数４】
2009221971.tif 000006
の関係があり、このＰＮ−ＨＮ特性からＰＮ＝ＰｍａｘとなるＨＮを求めてこれをその回転速度での運転可能な下限揚程ＨＬＮとする。
【００４５】
制御装置２０は、運転中に検出装置２３で検出されたランナ回転速度に応じて下限揚程ＨＬＮを決定し、監視装置２２で監視されている揚程がこの下限揚程を下回る場合には速やかに運転を停止する。
【００４６】
本実施例によれば、電力系統の周波数変化によりランナ回転速度が変化しても、軸入力が許容最大軸入力を超えることなく安定した運用が可能になる。またランナ回転速度に応じて下限揚程が決定されることから運用可能な揚程範囲を拡大することができる。
【００４７】
第７の実施の形態
次に本発明の第７の実施の形態について、図７により説明する。図７に示す第７の実施の形態は、図１（ａ）（ｂ）に示す第１の実施の形態に対して、制御装置２０による以下の制御方法を加えたものである。
【００４８】
低揚程運転中にランナ回転速度が増加して軸入力が許容最大軸入力を超える事態に対応するため、運転可能な下限揚程を設定してこれを下回る場合にポンプ水車の運転を停止する運転方法を第５の実施の形態および第６の実施の形態に示した。これに対して本実施の形態では、運転中のガイドベーン開度を閉動作して軸入力を低下させて運転を継続しようとするものである。
【００４９】
図７に本実施の形態によるポンプ運転方法を示す。図７に示すように揚程Ｈにおいて適正ガイドベーン開度で運転中の軸入力Ｐがランナ回転速度の増大により許容最大軸入力を超える場合、ガイドベーン開度を適正開度から絞って開度ａ１にすると軸入力がＰ１まで低下する。
【００５０】
制御装置２０はこの特性を利用して軸入力が許容最大軸入力を下回るまでガイドベーンを閉動作することで、ポンプ運転を継続する。ただし、適正開度から絞った開度では効率の悪化が著しくまた水圧脈動が急激に増大するため、連続運転は避けるべきで、ランナ回転速度の増大が収まるまでの緊急避難的な運転に限定した方が好ましい。
【００５１】
第８の実施の形態
次に本発明の第８の実施の形態について、図８により説明する。図８に示す第８の実施の形態は、図１（ａ）（ｂ）に示す第１の実施の形態に対して、制御装置２０による以下の制御方法を加えたものである。
【００５２】
図８に、本実施の形態によるガイドベーン開度データの作成方法を示す。軸入力Ｐはガイドベーン開度を絞ることで低下する。このため、制御装置２０において、適正開度の運転では軸入力Ｐが許容最大軸入力Ｐｍａｘを超える場合、ランナ回転速度における適正ガイドベーン開度データは、そのときの揚程よりも低揚程側で絞り込んだものに補正される。
【００５３】
すなわち図８において、ランナ回転速度がＮｍａｘのとき、適正ガイドベーン開度の運転では揚程ＨＰよりも低揚程側で軸入力Ｐが許容最大軸入力Ｐｍａｘを超えることになるため、制御装置２０は揚程ＨＰよりも低揚程側で軸入力Ｐが許容最大軸入力Ｐｍａｘを超えないようにガイドベーン開度を小さくするよう補正したガイドベーン開度データを用いる。本実施の形態によれば、制御装置２０は補正したガイドベーン開度データを用いることにより、電力系統の周波数変化によりランナ回転速度が変化しても、軸入力が許容最大軸入力を超えることなく運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１（ａ）は本発明によるポンプ水車の第１の実施の形態における制御装置の制御方法を示す図。図１（ｂ）は本発明によるポンプ水車を示す概略図。
【図２】図２は本発明によるポンプ水車の第２の実施の形態における制御装置の制御方法を示す図。
【図３】図３は本発明によるポンプ水車の第３の実施の形態における制御装置の制御方法を示す図。
【図４】図４は本発明によるポンプ水車の第４の実施の形態における制御装置の制御方法を示す図。
【図５】図５は本発明によるポンプ水車の第５の実施の形態における制御装置の制御方法を示す図。
【図６】図６は本発明によるポンプ水車の第６の実施の形態における制御装置の制御方法を示す図。
【図７】図７は本発明によるポンプ水車の第７の実施の形態における制御装置の制御方法を示す図。
【図８】図８は本発明によるポンプ水車の第８の実施の形態における制御装置の制御方法を示す図。
【図９】図９は一般的なガイドベーン開度ごとのポンプ特性を示す図。
【図１０】図１０は一般的なガイドベーン開度ごとのポンプ特性と適正開度上の特性を示す図。
【図１１】図１１はランナ回転速度の変化によるポンプ特性への影響を示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１  発電電動機
１０  ポンプ水車
１１  水車軸
１２  ランナ
１３  ガイドベーン
１３ａ  スピンドル
２０  制御装置
２１  記憶装置
２２  監視装置
２３  検出装置
Ｎ  ランナ回転速度
Ｎｍａｘ  ランナ回転速度変化範囲の上限回転速度
Ｎｍｉｎ  ランナ回転速度変化範囲の下限回転速度
Ｑ  流量
Ｈ  揚程
ＨＵ  運転可能上限揚程
ＨＬ  運転可能下限揚程
ＨＵＮ  ランナ回転速度Ｎにおける運転可能上限揚程
ＨＬＮ  ランナ回転速度Ｎにおける運転可能下限揚程
ＨＲＮ  ランナ回転速度Ｎにおける逆流限界揚程
ＯＰＮ  ランナ回転速度Ｎのおける運転可能上限揚程の運転点
Ｐ  軸入力
Ｐｍａｘ  許容最大軸入力
ａ  ガイドベーン開度
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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