[go: up one dir, main page]

JPS629748B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS629748B2
JPS629748B2 JP53142354A JP14235478A JPS629748B2 JP S629748 B2 JPS629748 B2 JP S629748B2 JP 53142354 A JP53142354 A JP 53142354A JP 14235478 A JP14235478 A JP 14235478A JP S629748 B2 JPS629748 B2 JP S629748B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbine
pump
flow rate
characteristic
torque
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP53142354A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5569770A (en
Inventor
Hisao Kuwabara
Hiroshi Okumura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP14235478A priority Critical patent/JPS5569770A/en
Publication of JPS5569770A publication Critical patent/JPS5569770A/en
Publication of JPS629748B2 publication Critical patent/JPS629748B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Control Of Water Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、水車又はポンプ水車の水車運転領域
つまり、回転および流量が水車方向であるS字特
性を有するポンプ水車の制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a control device for a water turbine or a pump water turbine having an S-shaped characteristic in which the rotation and flow rate are in the direction of the water turbine.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

一般的に、ポンプ水車、特に高揚程ポンプ水車
のランナーは、ポンプ運転時に高揚程を得るため
に、充分なる遠心ポンプ作用を発揮するべく設計
される。
In general, the runners of pump turbines, particularly high head pump turbines, are designed to provide sufficient centrifugal pumping action in order to obtain high head during pump operation.

しかしながら、この設計は、ポンプ水車の水車
運転に悪影響を与える。この設計が採用されるポ
ンプ水車の特性を、所定案内羽根開度の下におけ
る単位落差当り回転数(N1)と単位落差当り流量
(Q1)との関係を表わす特性曲線により示した場
合、この特性曲線は、水車運転領域において、
N1の値の増加に伴つてQ1の値が減少する第1の
部分と、N1の値の減少に伴つてQ1の値が減少す
る第2の部分とを有する。
However, this design adversely affects the turbine operation of the pump turbine. When the characteristics of a pump-turbine to which this design is adopted are expressed by a characteristic curve representing the relationship between the number of rotations per unit head (N 1 ) and the flow rate per unit head (Q 1 ) under a predetermined guide vane opening, This characteristic curve shows that in the water turbine operation region,
It has a first part where the value of Q 1 decreases as the value of N 1 increases, and a second part where the value of Q 1 decreases as the value of N 1 decreases.

説明の便宜上、本明細書においては、前記第2
の部分を、S字特性部分と称する。更に、S字特
性部分におけるポンプ水車の特性を、以後、S字
特性と称する。
For convenience of explanation, in this specification, the second
This part is called the S-characteristic part. Further, the characteristics of the pump-turbine in the S-characteristic portion are hereinafter referred to as S-characteristics.

このS字特性の出る理由は、本来、水車運転時
には、ランナーの外周側から中心に向つて水が流
れているが、ランナーの回転上昇により水に作用
する遠心力が大きくなつて、水の流れが逆転しポ
ンプ流れに切り替ることによるものと考えられ
る。
The reason for this S-shaped characteristic is that when a water turbine is operating, water normally flows from the outer circumference of the runner toward the center, but as the runner rotates, the centrifugal force acting on the water increases, causing the water to flow. This is thought to be due to the flow being reversed and switching to pump flow.

更に、この状態に近くなるとランナー内での流
れモードが複雑に変化するためであると考えられ
る。S字特性部分における水車運転にあつては、
単位落差当りトルク(T1)もまた、単位落差当り
回転数(N1)の減少に伴い、減少する。
Furthermore, it is thought that this is because the flow mode within the runner changes in a complicated manner when approaching this state. Regarding water turbine operation in the S-shaped characteristic section,
The torque per unit head (T 1 ) also decreases as the number of revolutions per unit head (N 1 ) decreases.

通常は、ポンプ水車の水車運転は、上記第1の
部分において行われる。しかしながら、負荷しや
断時、負荷急減時、水車起動時、調相運転から水
車運転への切換時など単位落差当りの回転数
(N1)が急激に大きく増加する場合は、ポンプ水
車は、S字特性部分において運転されることにな
る。S字特性部分における運転が開始されると、
ポンプ水車の運転点はS字特性部分を一端から他
端へとたどりつつ、まず単位落差当りの流量
(Q1)と単位落差当りの回転数(N1)は減少する。
その後、今度は振子が振返するようにS字特性部
分を逆方向にたどりつつ、Q1とN1は増加する。
S字特性部分におけるこの往復運動は、案内羽根
開度が所定値以上に留まる限りほぼ永続的に継続
し、特別な手段を講じない限り終了しない。この
間、単位落差当りのトルク(T1)も、減少と増加
をくり返す。
Normally, the operation of the pump-turbine is carried out in the first part. However, if the number of rotations per unit head (N 1 ) increases suddenly and greatly, such as when the load is cut off, the load suddenly decreases, the water turbine is started, or when switching from phase adjustment operation to water turbine operation, the pump-turbine It will be operated in the S-characteristic section. When operation in the S-shaped characteristic part starts,
The operating point of the pump-turbine follows the S-shaped characteristic part from one end to the other, and first the flow rate per unit head (Q 1 ) and the number of rotations per unit head (N 1 ) decrease.
After that, Q 1 and N 1 increase while tracing the S-shaped characteristic part in the opposite direction, like a pendulum swinging back.
This reciprocating motion in the S-shaped characteristic portion continues almost permanently as long as the guide vane opening remains above a predetermined value, and will not end unless special measures are taken. During this period, the torque per unit head (T 1 ) also repeatedly decreases and increases.

ポンプ水車の運転は、S字特性部分を避けて行
われることが望ましい。なぜならば、S字特性部
分における運転は、ポンプ水車本体におけると同
様に、水圧鉄管とドラフトチユーブ内に大きな水
圧上昇と大きな水圧降下を含めて異常な水圧変動
をひき起こし、強烈なウオーターハンマーや時に
は水柱分離を招くからである。負荷しや断は、例
えばポンプ水車に結合される発電機と主変圧器と
の間をしや断器でしや断して、発電機からの電力
を電力系統に供給しないようにした時に生ずる。
またウオーターハンマーは、水圧鉄管又はドラフ
トチユーブの一方又はその両方が長い場合には、
大きな振幅になることに注意を払う必要がある。
It is desirable to operate the pump-turbine while avoiding the S-shaped characteristic portion. This is because operation in the S-shaped characteristic part causes abnormal water pressure fluctuations in the penstock and draft tube, including a large water pressure rise and a large water pressure drop, as well as in the pump-turbine itself, resulting in severe water hammer and sometimes This is because it leads to water column separation. A load disconnection occurs, for example, when a disconnector is used to disconnect the generator connected to a pump-turbine and the main transformer, so that the power from the generator is not supplied to the power grid. .
In addition, water hammers can be used if either or both of the penstock and draft tubes are long.
Care must be taken to avoid large amplitudes.

水車運転領域においてS字特性を有するポンプ
水車の特性を、第1図Aおよび第1図Bに示す。
第1図Aにおいては、ポンプ水車の特性が、案内
羽根開度をパラメーターにとり、単位落差当りの
回転数(N1)と単位落差当りの流量(Q1)との関
係として示されている。一方、第1図Bにおいて
はポンプ水車の特性が、同じパラメーターによ
り、単位落差当りの回転数(N1)と単位落差当り
のトルク(T1)との関係として示されている。
N1,Q1およびT1は次の式により表現される。
The characteristics of a pump water turbine having S-shaped characteristics in the water turbine operation region are shown in FIGS. 1A and 1B.
In FIG. 1A, the characteristics of the pump-turbine are shown as the relationship between the number of revolutions per unit head (N 1 ) and the flow rate per unit head (Q 1 ), using the guide vane opening as a parameter. On the other hand, in FIG. 1B, the characteristics of the pump-turbine are shown using the same parameters as the relationship between the number of revolutions per unit head (N 1 ) and the torque per unit head (T 1 ).
N 1 , Q 1 and T 1 are expressed by the following equations.

N1=N/√,Q1=Q/√,T1=T/H上
式において、符号N,QおよびTは、それぞれ、
ポンプ水車の回転数、流量、およびトルクを示
し、Hはポンプ水車の有効落差を示す。
N 1 = N/√, Q 1 = Q/√, T 1 = T/H In the above formula, the symbols N, Q and T are respectively,
It shows the rotation speed, flow rate, and torque of the pump-turbine, and H indicates the effective head of the pump-turbine.

特性曲線1および1′は、所定の比較的大きな
案内羽根開度の下で得られる。特性曲線2および
2′は、それよりも小さな案内羽根開度の下で得
られる。特性曲線3および3′は更にそれよりも
小さい案内羽根開度の下で得られる。
Characteristic curves 1 and 1' are obtained under certain relatively large guide vane openings. Characteristic curves 2 and 2' are obtained under smaller guide vane openings. Characteristic curves 3 and 3' are also obtained at smaller guide vane openings.

特性曲線1のa―h部分においては、Q1の値
は、N1の減少に伴い減少する。上述のように、
この曲線部分a―hを、本明細書においては、S
字特性部分と称する。同様に、曲線部分b―i
は、特性曲線2のS字特性部分であり、曲線部分
c―jは、特性曲線3のS字特性部分である。一
見して明らかなように、特性曲線1のS字特性部
分a―hは、特性曲線2のS字特性部分b―iよ
り長く、特性曲線2のS字特性部分b―iは、特
性曲線3のS字特性部分c―jよりも長い。この
ことは、案内羽根開度が小さくなるとS字特性部
分の長さが短くなることを意味する。
In the ah section of characteristic curve 1, the value of Q 1 decreases as N 1 decreases. As mentioned above,
In this specification, this curve portion ah is referred to as S
This is called the character characteristic part. Similarly, curved portion b-i
is an S-shaped characteristic portion of characteristic curve 2, and curve portion cj is an S-shaped characteristic portion of characteristic curve 3. As is clear at first glance, the S-shaped characteristic portions ah of the characteristic curve 1 are longer than the S-shaped characteristic portions b-i of the characteristic curve 2; It is longer than the S-shaped characteristic portion c-j of No. 3. This means that as the guide vane opening becomes smaller, the length of the S-shaped characteristic portion becomes shorter.

第1図Aにおけると同様に、第1図Bにおいて
も、曲線部分a′―h′,b′−i′,およびc′−j′は、

れぞれ特性曲線1′,2′および3′のS字特性部
分である。
As in FIG. 1A, in FIG. 1B, the curved sections a'-h', b'-i', and c'-j' are
These are S-shaped characteristic portions of characteristic curves 1', 2' and 3', respectively.

第1図Bは、第1図Aと密接な関係がある。例
えば、第1図Aの曲線3上のQ1=Q1X,N1=N1X
を満たす点xは、第1図Bの曲線3′上の点X′に
対応している。点x′は、T1=T1X′,N1=N1X
(=N1X)を満たす点である。同様に、第1図A
における点a,b,c,d,e,f,h,iおよ
びjはそれぞれ第1図Bにおける点a′,b′,c′,
d′,e′,f′,h′,i′およびj′に対応している。
FIG. 1B is closely related to FIG. 1A. For example, Q 1 =Q 1X , N 1 =N 1X on curve 3 in Figure 1A
The point x that satisfies the above corresponds to the point X' on the curve 3' in FIG. 1B. Point x' is T 1 = T 1X ', N 1 = N 1X '
This is a point that satisfies (=N 1X ). Similarly, Figure 1A
Points a, b, c, d, e, f, h, i and j in FIG. 1B are respectively points a', b', c',
It corresponds to d′, e′, f′, h′, i′ and j′.

曲線Nrは、無負荷流量曲線である。曲線1,
2,3と曲線Nrとの交点α,β,γは、それぞ
れ、曲線1′,2′,3′と直線T1=0との交点
α′,β′,γ′に対応している。
Curve Nr is a no-load flow rate curve. curve 1,
Intersection points α, β, and γ between curves 2 and 3 and curve Nr correspond to intersections α', β', and γ' between curves 1', 2', and 3' and straight line T 1 =0, respectively.

次に、特性曲線1と1′を参照しながらポンプ
水車の水車運転(発電運転)について説明を行
う。上述したように特性曲線1と1′に対応する
特性は、案内羽根開度を比較的大きな値にした時
に得られる。通常は、ポンプ水車の水車運転は、
特性曲線1の上部、すなわち、S字特性部分a―
hより上部の曲線部分において行われる。しかし
ながら、もし例えばポンプ水車に加わつている負
荷が突然失われた場合は、ポンプ水車の回転数
(N)が急激に増加するので、N1の値も急激に増
加する。こうして、ポンプ水車は、S字特性部分
において運転され始まる。S字特性部分における
運転の間は、ポンプ水車の回転数(N)の減少及
び有効落差Hの上昇によりN1の値が減少し、こ
れにつれてQ1の値もまた減少する。いまHの値
が一定であると仮定すれば、Q1の値の減少は、
それに対応してポンプ水車流量(Q)が減少する
ことを意味する。現実には、Hの値、すなわち水
圧鉄管に結合するポンプ水車入口とドラフトチユ
ーブに結合するポンプ水車出口との水頭差は、流
量Qの減少と同時に増加する。このようにして一
旦N1の値が減少すると、流量Qが減少し、流量
Qの減少は、ポンプ水車の有効落差Hの増加をも
たらす。この有効落差Hの増加は、更にN1の減
少をもたらし、N1の減少は、更にQ1の減少をも
たらす。このようにして、一旦S字特性部分にお
ける運転が始まると、Q1とN1は、S字特性部分
をQ1減少方向、すなわち点aから点dの方向に
たどりつつ、加速度的に、しかも連続的に減少す
る。Q1とN1は、正帰還制御回路におけると同様
に、加速度的に、しかも連続的に減少することが
理解できる。
Next, referring to characteristic curves 1 and 1', the operation of the pump turbine (power generation operation) will be explained. As described above, the characteristics corresponding to characteristic curves 1 and 1' are obtained when the guide vane opening is set to a relatively large value. Normally, the operation of a pump-turbine is as follows:
The upper part of the characteristic curve 1, that is, the S-shaped characteristic part a-
This is done in the curved portion above h. However, if, for example, the load applied to the pump-turbine is suddenly lost, the number of revolutions (N) of the pump-turbine increases rapidly, and the value of N 1 also increases rapidly. Thus, the pump turbine begins to operate in the S-characteristic section. During operation in the S-characteristic section, the value of N 1 decreases due to the decrease in the rotation speed (N) of the pump-turbine and the increase in the effective head H, and accordingly the value of Q 1 also decreases. Now assuming that the value of H is constant, the decrease in the value of Q 1 is
This means that the pump turbine flow rate (Q) decreases correspondingly. In reality, the value of H, ie the head difference between the pump-turbine inlet connected to the penstock and the pump-turbine outlet connected to the draft tube, increases at the same time as the flow rate Q decreases. In this way, once the value of N 1 decreases, the flow rate Q decreases, and a decrease in the flow rate Q results in an increase in the effective head H of the pump-turbine. This increase in effective head H results in a further decrease in N 1 , which in turn results in a further decrease in Q 1 . In this way, once the operation in the S-shaped characteristic section begins, Q 1 and N 1 will move along the S-shaped characteristic section in the decreasing direction of Q 1 , that is, in the direction from point a to point d. Continuously decreasing. It can be seen that Q 1 and N 1 decrease at an accelerated rate and continuously, as in the positive feedback control circuit.

ポンプ水車の運転点がS字特性部分を点aから
点hまでたどり終えると、上記の現象は、負帰還
制御回路におけると同様に次第に緩和されなが
ら、その後、反転し、やがて点hからS字特性部
分をQ1増加方向、すなわち点hから点aへたど
ることになる。S字特性部分を逆方向にたどるの
も矢張り正帰還制御回路と同様の様式で行われ
る。
When the operating point of the pump-turbine completes tracing the S-shaped characteristic part from point a to point h, the above phenomenon is gradually alleviated in the same way as in the negative feedback control circuit, and then reverses, and eventually changes from point h to S-shaped. The characteristic part will be traced in the direction of Q 1 increase, ie from point h to point a. Tracing the S-shaped characteristic portion in the opposite direction is also performed in the same manner as the arrow positive feedback control circuit.

案内羽根開度が一定と仮定すると、ポンプ水車
が一度S字特性部分で運転され始めると、上記の
往復運動は、ほぼ永続的に繰り返される。前で説
明したように、このような運転は望ましいもので
はない。なぜならば、水力発電所各水路系統に異
常な水圧変化をもたらし、強烈なウオーターハン
マーと、時には水柱分離現象とをもたらすからで
ある。
Assuming that the guide vane opening is constant, once the pump-turbine starts operating in the S-characteristic section, the above-mentioned reciprocating motion is repeated almost permanently. As explained above, such operation is undesirable. This is because it causes abnormal water pressure changes in each waterway system of a hydroelectric power plant, resulting in intense water hammer and sometimes water column separation phenomena.

S字特性部分における運転に伴うこのような悪
影響は、S字特性部分の長さが短くなれば減少す
ることに注目すべきである。例えば、もし案内羽
根開度を小さくして、より短いS字特性部分b―
iを有する特性曲線2にしたがつてポンプ水車を
運転するならば、S字特性に伴う悪影響は軽減さ
れる。
It should be noted that these adverse effects associated with driving in an S-shaped section are reduced as the length of the S-shaped section is reduced. For example, if the guide vane opening is made smaller, the S-shaped characteristic part b-
If the pump-turbine is operated according to characteristic curve 2 with i, the negative effects associated with the S-characteristic are reduced.

S字特性部分におけるポンプ水車の運転は、ポ
ンプ水車のトルクTにも悪影響を与える。S字特
性部分においてN1の値が減少すると、第1図B
に示すように、T1の値が減少する。ここで再び
第1図Aに示にされる特性曲線1上の点aとh
は、第1図Bに示される特性曲線1′上の点a′と
h′にそれぞれ対応することに注意しなければなら
ない。
The operation of the pump-turbine in the S-shaped characteristic portion also has an adverse effect on the torque T of the pump-turbine. When the value of N 1 decreases in the S-shaped characteristic part, Fig. 1B
As shown in , the value of T 1 decreases. Now again points a and h on the characteristic curve 1 shown in FIG.
is the point a' on the characteristic curve 1' shown in Figure 1B.
It must be noted that each corresponds to h′.

運転状態がS字特性部分をT1減少方向にたど
つている時は前述のごとく有効落差Hは上昇し続
けdH/dt>0となりT1の減少は、ポンプ水車トルク Tの減少を意味する。更に、ポンプ水車トルクT
の減少が、ポンプ水車回転数Nの減少をもたらす
ことは明白である。ポンプ水車回転数Nが減少す
ると、それに対応してN1が減少し、次にT1が更
に減少することになる。尚この間に前記したよう
に有効落差Hが増加しているのでこの加速傾向は
益々強まる。このようにして、ポンプ水車は、特
性曲線1を、Q1減少方向にたどる間、同時に特
性曲線1′を点a′から点h′へとたどつていること
になる。そのたどり方は、正帰還制御回路の場合
と同様である。その後、S字特性部分をたどり終
えてh′点で勾配が逆転すると、負帰還作用即ち安
定化作用が働きh′点を若干行き過ぎた所でたどる
方向が反転し、特性曲線1′を点h′から点a′の方
向へと、たどることになる。明らかに、上述した
ようなトルク変化は、不利益である。
When the operating condition follows the S-shaped characteristic part in the direction of decreasing T1 , the effective head H continues to rise as described above, and dH/dt>0, and a decrease in T1 means a decrease in pump-turbine torque T. . Furthermore, the pump turbine torque T
It is clear that a decrease in N results in a decrease in the pump turbine rotational speed N. A decrease in the pump-turbine rotational speed N results in a corresponding decrease in N 1 and then a further decrease in T 1 . Meanwhile, as the effective head H is increasing as described above, this acceleration tendency becomes even stronger. In this way, while the pump-turbine follows the characteristic curve 1 in the direction of decreasing Q 1 , it simultaneously traces the characteristic curve 1' from point a' to point h'. The way to trace this is the same as in the case of a positive feedback control circuit. After that, when the slope reverses at point h' after tracing the S-shaped characteristic part, a negative feedback or stabilizing effect is activated, and the direction of tracing is reversed at a point slightly past point h', and the characteristic curve 1' is moved to point h'. ′ in the direction of point a′. Obviously, torque variations as described above are disadvantageous.

一般に、負荷しや断があると、通常は、ポンプ
水車の調速機の作用により、案内羽根は、閉じら
れる。調速機は、実回転数が設定回転数(通常は
発電機の同期回転数)よりも高いときは常に案内
羽根を閉じる方向に操作するが、S字特性を有す
るポンプ水車では、こういう通常の案内羽根閉鎖
を許すとS字特性を助長する恐れがある。
Generally, when there is a load or break, the guide vanes are normally closed by the action of the speed governor of the pump turbine. The governor always operates the guide vanes in the direction of closing when the actual rotation speed is higher than the set rotation speed (usually the synchronous rotation speed of the generator), but in a pump-turbine with S-shaped characteristics, this normal If the guide vane is allowed to close, there is a risk that the S-shaped characteristic will be promoted.

負荷しや断があつたとしても、単位落差当りの
回転数(N1)が第1図Aの点aに至るまでは、ポ
ンプ水車の運転状態はS字特性部分には入つてい
ない。S字特性部分における運転は、負荷しや断
からある時間経過した後に始まる。負荷しや断か
らS字特性部分に突入するまでのある時間の間
は、案内羽根は急速に閉じる方が望ましい。なぜ
ならば、この急速な閉め込み操作により、ポンプ
水車の特性は、S字特性部分に起因する悪影響を
緩和させる方向に移行するからである。例えば、
案内羽根を閉じると(すなわち、案内羽根開度の
減少)により、第1図Aの特性曲線1で表わされ
るポンプ水車の特性は、特性曲線2で表わされる
特性に移行する。この移行により、特性曲線2
は、特性曲線1よりも小さなS字特性部分を有し
ているので、それだけ問題となる悪影響が緩和さ
れる。
Even if the load is on or off, the operating state of the pump-turbine does not fall into the S-shaped characteristic region until the number of revolutions per unit head (N 1 ) reaches point a in Figure 1A. Operation in the S-characteristic section begins after a certain period of time has elapsed since the load was interrupted. It is desirable for the guide vanes to close rapidly during a period of time from the moment the load breaks to when the S-characteristic section is entered. This is because, due to this rapid closing operation, the characteristics of the pump-turbine shift to a direction that alleviates the adverse effects caused by the S-shaped characteristic portion. for example,
By closing the guide vanes (ie, reducing the opening of the guide vanes), the characteristics of the pump-turbine represented by characteristic curve 1 in FIG. 1A change to those represented by characteristic curve 2. This transition causes characteristic curve 2
has an S-shaped characteristic portion smaller than that of characteristic curve 1, so that the adverse effects of the problem are alleviated accordingly.

次に、ポンプ水車が、S字特性部分をQ1減少
方向にたどりつつ運転されている時は、急速な案
内羽根の閉め込みは行うべきではないことに注意
するべきである。なぜならば、急速な閉め込みに
より、運転状態はたとえば特性曲線2上のb点か
ら特性曲線3上のj点に向つて斜めに走ることに
なり動的に見れば特性曲線の勾配(dQ1/dN1)が
強められたことになり、S字特性の影響がより強
くあらわれるからである。もしも、S字特性部分
を流量減少方向にたどつている時に、上記急速閉
め込みを行うとすれば、S字特性部分の悪影響は
極めて強烈に出現することになる。
Next, it should be noted that rapid closing of the guide vanes should not be performed when the pump turbine is operated following the S-shaped characteristic section in the direction of Q 1 decrease. This is because, due to rapid closing, the operating state runs diagonally from point b on characteristic curve 2 to point j on characteristic curve 3, and from a dynamic viewpoint, the slope of the characteristic curve (dQ 1 / dN 1 ) is strengthened, and the influence of the S-shaped characteristic appears more strongly. If the rapid confinement is performed while the S-shaped characteristic portion is being followed in the flow rate decreasing direction, the adverse effects of the S-shaped characteristic portion will be extremely severe.

ところで、前記したように案内羽根開度が所定
値以上に留る限り一度S字特性部分に突入すると
ほぼ永続的に一定の周期をもつてS字特性部分を
Q1減少方向に辿つた後すぐ増加方向に振返し又
減少方向に辿る。すなわちポンプ水車にとつて案
内羽根を急速に閉め込んではならない機会は、負
荷しや断後の所定時間に限定されるわけではなく
てくり返し出現する。このため、その全ての機会
において、不利益なる異常水圧変化を防がなけれ
ばならない。
By the way, as mentioned above, as long as the guide vane opening remains above a predetermined value, once the guide vane enters the S-characteristic part, it will almost permanently move through the S-characteristic part with a constant period.
Q 1 After following the direction of decrease, immediately turn back to the direction of increase and then trace it back to the direction of decrease. In other words, for a pump-turbine, the opportunities to prevent the guide vanes from closing rapidly are not limited to a predetermined period of time after the load is cut off, but occur repeatedly. Therefore, it is necessary to prevent disadvantageous abnormal water pressure changes at all opportunities.

この異常水圧変動を軽減または回避するため、
本発明者はS字特性部分を流量減少方向またはト
ルク減少方向に辿る時は案内羽根を現状の開度よ
り開動作させ、S字特性部分を流量増加方向また
はトルク増加方向を辿るようになつたら案内羽根
を急速に閉鎖させる技術を特願昭52―59213、特
願昭52―59214で提案している。
In order to reduce or avoid this abnormal water pressure fluctuation,
The present inventor has proposed that when the S-shaped characteristic portion is traced in the direction of decreasing flow rate or in the direction of decreasing torque, the guide vanes are opened from the current opening degree, and when the S-shaped characteristic portion is traced in the direction of increasing flow rate or torque. A technique for rapidly closing the guide vanes was proposed in Japanese Patent Applications 52-59213 and 59214.

しかしながら、S字特性部分を流量減少方向ま
たはトルク減少方向に辿つて案内羽根を開動作さ
せている時電源喪失の事故が生ずると、案内羽根
を開閉操作する制御装置の圧油切換電磁弁が切換
わり、案内羽根を急速に閉鎖してしまう。このた
め、異常水圧変動が増大するという問題を生ず
る。
However, if a power loss accident occurs while the guide vane is being opened by following the S-shaped characteristic portion in the direction of decreasing flow rate or decreasing torque, the pressure oil switching solenoid valve of the control device that opens and closes the guide vane will switch. However, the guide vane closes rapidly. For this reason, a problem arises in that abnormal water pressure fluctuations increase.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、S字
特性部分を流量減少方向またはトルク減少方向に
辿つて案内羽根を開動作させている時電源喪失の
事故が生じても、異常水圧変動を軽減することを
目的とするものである。
The present invention was developed in view of the above circumstances, and reduces abnormal water pressure fluctuations even if a power loss accident occurs when the guide vane is opened by following the S-shaped characteristic portion in the direction of decreasing flow rate or decreasing torque. The purpose is to

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

即ち、本発明の特徴とするところは、水車運転
領域において、ポンプ水車の単位落差当りの回転
数N1と単位落差当りの流量Q1および単位落差当
りの発生トルクT1とすれば、 N1=N/√,Q1=Q/√,T1=T/H (但し、N,Q,TおよびHは、ポンプ水車の
回転数、流量、トルクおよび有効落差を示す)の
ように現され、横軸の回転数N1と縦軸の流量Q1
および発生トルクT1との関係を示すポンプ水車
の特性曲線図で、回転数N1、流量Q1、発生トル
クT1が共に減少するS字特性を有し、ポンプ水
車の運転状態がS字特性上を流量減少方向又はト
ルク減少方向に辿る時は案内羽根を現状の開度よ
り開動作し、ポンプ水車の運転状態がS字特性上
を流量増加方向又はトルク増加方向に辿る時は案
内羽根を急速に閉鎖する如く構成したポンプ水車
の制御装置において、S字特性を流量減少方向又
はトルク減少方向へ辿つていることを検出する検
出装置と、この検出装置で検出した信号で案内羽
根を開動作させる圧油切換電磁弁と、前記案内羽
根を開動作中に上記圧油切換電磁弁の電源が喪失
したとき案内羽根を緩やかに閉動作させるよう作
用する上記と別の圧油切換電磁弁とよりなるポン
プ水車の制御装置にある。
That is, the feature of the present invention is that in the water turbine operating range, if the rotation speed per unit head of the pump turbine is N 1 , the flow rate per unit head Q 1 , and the generated torque per unit head T 1 , then N 1 = N/√, Q 1 = Q/√, T 1 = T/H (N, Q, T, and H indicate the rotation speed, flow rate, torque, and effective head of the pump-turbine). , the rotation speed N 1 on the horizontal axis and the flow rate Q 1 on the vertical axis
This is a characteristic curve diagram of a pump-turbine showing the relationship between rotational speed N 1 , flow rate Q 1 , and generated torque T 1 , which has an S-shaped characteristic in which the rotation speed N 1 , flow rate Q 1 , and generated torque T 1 all decrease, and the operating state of the pump-turbine is S-shaped. When the flow rate decreases or the torque decreases on the characteristics, the guide vanes are opened from the current opening, and when the pump turbine operation status follows the S-shaped characteristics in the flow rate increase direction or torque increase direction, the guide vanes are opened. In a control device for a pump-turbine configured to rapidly close the guide vane, there is a detection device that detects that the S-shaped characteristic is being followed in the direction of decreasing flow rate or decreasing direction of torque, and a signal detected by this detection device that opens the guide vane. a pressure oil switching solenoid valve to operate, and another pressure oil switching solenoid valve operating to gently close the guide vane when power to the pressure oil switching solenoid valve is lost while the guide vane is opening; The control system for pump water turbines consists of:

第1図Aおよび第1図Bから理解できるよう
に、ポンプ水車の運転がS字特性部分においてな
されている時は、∂Q1/∂N1>0および∂T1
∂N1>0の関係が満たされている。S字特性部
分がQ1減少方向にたどられている時には、dN1
dt<0およびQ1/dt<0の関係が満たされてい
る。ここでtは時間である。dQ1/dt<0の時に
は、Q即ちポンプ水車への流入水量が減少してい
る訳で結果として上流側の水圧鉄管の下端(ポン
プ水車端)水圧Pは上昇しdP/dt>0の関係が
成立する。ところで発明者は上記S字特性内での
ポンプ水車の挙動を明らかにし、これに基づいて
S字特性部分を生ずるポンプ水車の検出方法につ
いてもいくつか便利な方法を発見した。即ち、ポ
ンプ水車の運転状態が、S字特性部分をQ1減少
方向にたどつていることの検出は、例えば回転数
検出器、落差検出器、流量検出器とコンピユータ
を組合せ次の3つの条件のうち少くとも1つの条
件が満足していることを検出することによつて行
うことができる。
As can be understood from FIGS. 1A and 1B, when the pump-turbine is operated in the S-shaped characteristic section, ∂Q 1 /∂N 1 >0 and ∂T 1 /
The relationship ∂N 1 >0 is satisfied. When the S-shaped characteristic part is traced in the direction of decreasing Q 1 , dN 1 /
The relationships dt<0 and Q 1 /dt<0 are satisfied. Here t is time. When dQ 1 /dt<0, Q, that is, the amount of water flowing into the pump-turbine is decreasing, and as a result, the water pressure P at the lower end of the penstock (pump-turbine end) on the upstream side increases, and the relationship dP/dt>0. holds true. By the way, the inventor has clarified the behavior of a pump-turbine within the above-mentioned S-shaped characteristic, and based on this, has discovered several convenient methods for detecting a pump-turbine that produces an S-shaped characteristic part. In other words, it can be detected that the operating state of the pump-turbine is following the S-shaped characteristic part in the Q1 decreasing direction by combining a rotation speed detector, a head detector, a flow rate detector, and a computer under the following three conditions. This can be done by detecting that at least one of the following conditions is satisfied.

(A) dN1/dt<0とdQ1/dt<0が同時に成立す
る。
(A) dN 1 /dt<0 and dQ 1 /dt<0 hold simultaneously.

(B) dN1/dt<0とdP/dt>0が同時に成立す
る。
(B) dN 1 /dt<0 and dP/dt>0 hold simultaneously.

(C) dT1/dt<0とdN1/dt<0が同時に成立す
る。
(C) dT 1 /dt<0 and dN 1 /dt<0 hold simultaneously.

このポンプ水車S字特性部分をQ1減少方向に
辿つていることの精密な検出のためには、上記の
条件AからCまでのどれかの条件が満たされてい
ることを検出する。
In order to accurately detect that this pump-turbine S-shaped characteristic part is following the Q1 decreasing direction, it is detected that any one of the above conditions A to C is satisfied.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明の一実施例を第2図及び第3図によ
つて説明する。負荷しや断によりポンプ水車の回
転速度が上昇すると調速機の作用で制御油圧20
が排油され、リレーサーボモーターピストン17
はその上側に常時かけられている圧油PO2によつ
て下動し、ストツパー26がサーボモーター閉時
間調整用ナツト16―1および16―2に当たる
位置で止まる。するとリレーサーボモーターピス
トン17と直結された主配圧弁プランジヤー18
も下側方向に移動し、主配圧弁19に常時かけら
れている圧油PO3は管路22へ導かれ、管路21
は排油管路23―2へ連通されるので、案内羽根
サーボモーターシリンダ24のピストン25は、
閉時間調整ナツト16―1および16―2によつ
て規定される閉鎖速度により閉方向に動作する。
その後、S字特性を流量減少方向へ辿つているこ
とを条件式(A),(B),(C)のいずれかの方法で検出す
ると接点30が閉じ、圧油PO1の流路を切換える
電磁弁1の電磁石S1が付勢され、第2図に示す
シリンダ4のピストン3が上動し、ストツパー5
がレバー6によつて上方へ引き上げられる。この
時ポンプ水車の回転速度は依然として定格値より
かるかに上にあるので制御圧油20は排油された
ままである。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 2 and 3. When the rotational speed of the pump-turbine increases due to load interruption, the control hydraulic pressure increases to 20% by the action of the speed governor.
The oil is drained and the relay turbo motor piston 17
is moved downward by pressure oil PO 2 that is constantly applied to the upper side thereof, and stops at the position where the stopper 26 hits the servo motor closing time adjustment nuts 16-1 and 16-2. Then, the main pressure distribution valve plunger 18 which is directly connected to the relay turbo motor piston 17
The pressure oil PO 3 that is constantly applied to the main pressure distribution valve 19 is guided to the pipe 22, and the pressure oil PO 3 is guided to the pipe 21.
is communicated with the drain oil pipe 23-2, so the piston 25 of the guide vane servo motor cylinder 24 is
It operates in the closing direction according to the closing speed defined by the closing time adjusting nuts 16-1 and 16-2.
After that, when it is detected by any of the methods of conditional expressions (A), (B), and (C) that the S-shaped characteristic is being followed in the flow rate decreasing direction, the contact 30 closes and the flow path of the pressure oil PO 1 is switched. The electromagnet S1 of the solenoid valve 1 is energized, the piston 3 of the cylinder 4 shown in FIG. 2 moves upward, and the stopper 5
is pulled upward by lever 6. At this time, the rotational speed of the pump turbine is still far above the rated value, so the control pressure oil 20 remains drained.

上記ストツパー5が引き上げられたことにより
ロツド13を介して主配圧弁プランジヤー18も
上昇する。このため主配圧弁19の圧油PO3は管
路21へ導かれ、管路22を排油管路23―1へ
導くので、案内羽根サーボモーターピストン25
はレバー6の上限位置によつて規定される開動作
速度によつて開方向に動作する。更にS字特性を
流量増加方向へ辿り始めると接点30が開き、電
磁弁1の電磁石S1は消勢され、ピストン3は下
動する。したがつて負荷しや断当初と同じ状態に
なり、案内羽根サーボモーターピストン25は、
前記閉時間調整用ナツト16―1および16―2
によつて規定される閉鎖速度により閉方向に動作
する。この時も、ポンプ水車の回転速度は依然と
して定格回転より上にあるので、制御圧油20は
排油されたままである。
As the stopper 5 is pulled up, the main pressure regulating valve plunger 18 also rises via the rod 13. Therefore, the pressure oil PO 3 of the main pressure distribution valve 19 is guided to the pipe 21, and the pipe 22 is led to the drain oil pipe 23-1, so that the guide vane servo motor piston 25
moves in the opening direction at an opening speed defined by the upper limit position of the lever 6. Further, when the S-shaped characteristic begins to be followed in the direction of increasing flow rate, the contact point 30 opens, the electromagnet S1 of the solenoid valve 1 is deenergized, and the piston 3 moves downward. Therefore, the load will be in the same state as when it was disconnected, and the guide vane servo motor piston 25 will be
The closing time adjustment nuts 16-1 and 16-2
It moves in the closing direction with the closing speed defined by . At this time, since the rotational speed of the pump-turbine is still above the rated rotation, the control pressure oil 20 remains drained.

電磁弁2の電磁石S2は電源が正常なかぎり常
時付勢されるごとく構成されており、シリンダ9
のピストン8は常時下端まで押し下げられてい
る。ピストン8によつて上下動されるレバー11
は、その下限位置においてはストツパー10の動
作即ち主配圧弁プランジヤー18の動作を何ら妨
げない位置にくるように構成されている。尚、7
はレバー6の支点、12はレバー11の支点、1
4―1,14―2はサーボモーター開時間調整用
ナツト、15―1,15―2は植込みボルト、第
3図のPは直流正電源、Nは直流負電源を夫々示
すものである。
The electromagnet S2 of the solenoid valve 2 is configured so that it is always energized as long as the power supply is normal.
The piston 8 is always pushed down to the lower end. Lever 11 moved up and down by piston 8
is configured such that at its lower limit position it does not interfere with the operation of the stopper 10, that is, the operation of the main pressure regulating valve plunger 18. In addition, 7
is the fulcrum of lever 6, 12 is the fulcrum of lever 11, 1
4-1 and 14-2 are nuts for adjusting the opening time of the servo motor, 15-1 and 15-2 are stud bolts, P in FIG. 3 is a DC positive power supply, and N is a DC negative power supply, respectively.

上記構成において、負荷しや断時、特に案内羽
根を急閉鎖すべき時でないS字特性を流量減少方
向に辿つている時に電源喪失が生じると、電磁弁
1の電磁石S1は消勢されて油路が切換わり、ピ
ストン3は押し下げられてレバー6が降下する。
このため案内羽根の開動作は行われなくなる。し
かし、電磁弁2の電磁石S2も消勢されて油路が
切換わるためピストン8が押し上げられ、レバー
11が上動する。このためレバー11がロツド1
3に取付けられたストツパー10と接触し、ロツ
ド13の降下量を制限する。したがつて主配圧弁
19の圧油PO3が管路22を介して案内羽根サー
ボモーターシリンダ24へ流れる量が制限される
のでピストン25はゆるやかに閉方向に移動す
る。
In the above configuration, if the power supply is lost when the load is interrupted, especially when the guide vane is following an S-shaped characteristic in the direction of decreasing flow rate, which is not a time when the guide vane should be suddenly closed, the electromagnet S1 of the solenoid valve 1 is deenergized and the The path is switched, the piston 3 is pushed down, and the lever 6 is lowered.
Therefore, the opening operation of the guide vanes is no longer performed. However, since the electromagnet S2 of the solenoid valve 2 is also deenergized and the oil passage is switched, the piston 8 is pushed up and the lever 11 is moved upward. Therefore, the lever 11 is
3 and limits the amount of descent of the rod 13. Therefore, the amount of pressure oil PO 3 from the main pressure regulating valve 19 flowing to the guide vane servo motor cylinder 24 through the pipe line 22 is restricted, so the piston 25 moves slowly in the closing direction.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、S字特性部分を流量減少方向
またはトルク減少方向に辿つて案内羽根を開動作
させている時、電源喪失の事故が生じても、案内
羽根が急速に閉鎖することがなく、異常水圧変動
を軽減することができる。
According to the present invention, when the guide vanes are opened by following the S-shaped characteristic portion in the direction of decreasing flow rate or decreasing torque, even if an accident of power loss occurs, the guide vanes will not close rapidly. , it is possible to reduce abnormal water pressure fluctuations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図Aおよび第1図Bは、ポンプ水車特有の
S字特性の説明図、第2図は本発明を実現するた
めの制御装置の概略図、第3図は第2図電磁弁の
電磁石の制御回路図である。 1,2…電磁弁、3,8…ピストン、6,11
…レバー、19…主配圧弁、24…案内羽根サー
ボモーターシリンダ、30…接点。
Fig. 1A and Fig. 1B are explanatory diagrams of the S-shaped characteristics peculiar to pump-turbine, Fig. 2 is a schematic diagram of a control device for realizing the present invention, and Fig. 3 is an electromagnet of the solenoid valve shown in Fig. 2. FIG. 1, 2... Solenoid valve, 3, 8... Piston, 6, 11
...Lever, 19...Main pressure distribution valve, 24...Guide vane servo motor cylinder, 30...Contact.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 水車運転領域において、ポンプ水車の単位落
差当りの回転数N1と単位落差当りの流量Q1およ
び単位落差当りの発生トルクT1とすれば、 N1=N/√,Q1=Q/√,T1=T/H
(但し、N,Q,TおよびHは、ポンプ水車の回
転数、流量、トクルおよび有効落差を示す)のよ
うに現され、横軸の回転数N1と縦軸の流量Q1
よび発生トクルT1との関係を示すポンプ水車の
特性曲線図で、回転数N1、流量Q1、発生トルク
T1が共に減少するS字特性を有し、ポンプ水車
の運転状態がS字特性上を流量減少方向又はトル
ク減少方向に辿る時は案内羽根を現状の開度より
開動作し、ポンプ水車の運転状態がS字特性上を
流量増加方向又はトルク増加方向に辿る時は案内
羽根を急速に閉鎖する如く構成したポンプ水車の
制御装置において、S字特性を流量減少方向又は
トルク減少方向へ辿つていることを検出する検出
装置と、この検出装置で検出した信号で案内羽根
を開動作させる圧油切換電磁弁と、前記案内羽根
を開動作中に上記圧油切換電磁弁の電源が喪失し
たとき案内羽根を緩やかに閉動作させるよう作用
する上記と別の圧油切換電磁弁とよりなることを
特徴とするポンプ水車の制御装置。
[Claims] 1 In the water turbine operation range, if the number of rotations per unit head of the pump turbine is N 1 , the flow rate per unit head Q 1 , and the generated torque per unit head T 1 , then N 1 = N/√ , Q 1 =Q/√, T 1 =T/H
(However, N, Q, T, and H indicate the rotation speed, flow rate, torque, and effective head of the pump-turbine.) The horizontal axis represents the rotation speed N 1 and the vertical axis represents the flow rate Q 1 and generated torque. A characteristic curve diagram of a pump-turbine showing the relationship between T 1 , rotation speed N 1 , flow rate Q 1 , and generated torque.
When the operating condition of the pump- turbine follows the S-curve characteristic in the direction of decreasing flow rate or decreasing torque, the guide vanes are opened from the current opening degree, and the pump-turbine is In a pump-turbine control device configured to rapidly close the guide vanes when the operating state follows the S-shaped characteristic in the direction of increasing flow rate or increasing torque, the control device for a pump-turbine is configured to rapidly close the guide vanes when the operating state follows the S-shaped characteristic in the direction of decreasing flow rate or decreasing torque. a pressure oil switching solenoid valve that opens a guide vane based on a signal detected by the detection device; and a pressure oil switching solenoid valve that opens the guide vane when power is lost to the pressure oil switching solenoid valve while the guide vane is opening. A control device for a pump water turbine, comprising a pressure oil switching solenoid valve different from the one described above, which acts to gently close a guide vane.
JP14235478A 1978-11-20 1978-11-20 Pump turbine control device Granted JPS5569770A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14235478A JPS5569770A (en) 1978-11-20 1978-11-20 Pump turbine control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14235478A JPS5569770A (en) 1978-11-20 1978-11-20 Pump turbine control device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5569770A JPS5569770A (en) 1980-05-26
JPS629748B2 true JPS629748B2 (en) 1987-03-02

Family

ID=15313414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14235478A Granted JPS5569770A (en) 1978-11-20 1978-11-20 Pump turbine control device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5569770A (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2275882A1 (en) 2009-07-14 2011-01-19 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Device for assembling a clockwork movement
CN103306888B (en) * 2013-06-21 2015-10-07 国家电网公司 A kind of hydraulic control main distributing valve with sequence closing function
ES2690579T3 (en) * 2014-12-04 2018-11-21 Ge Renewable Technologies Procedure to stabilize the rotation speed of a hydraulic machine with S characteristics and installation to convert hydraulic energy into electrical energy

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5569770A (en) 1980-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4475334A (en) Method of and system for controlling hydraulic turbine
JPH0370874A (en) variable speed pump system
JP2004124862A (en) Pump turbine and governor for pump turbine
US6336322B1 (en) Method of controlling a pump turbine
US4354800A (en) Method of controlling pump turbine
JP6380722B1 (en) Hydroelectric power generation control system and control method
JPS6147981B2 (en)
JPS629748B2 (en)
US6602044B1 (en) Pump turbine, method of controlling thereof, and method of stopping thereof
US4382745A (en) Method of controlling wicket gates of a pump-turbine
JPH10306766A (en) Pump turbine
US3960463A (en) Method of starting operation for a pump or a pump turbine
CN100387831C (en) pump turbine
JPS6135381B2 (en)
JPS6147980B2 (en)
JPS629747B2 (en)
JP4223645B2 (en) Pump turbine
KR840001726B1 (en) Method of controlling punp-turbine
JP3395024B2 (en) Method and apparatus for controlling guide blade closing speed of pump turbine
JP2001342939A (en) Pump turbine
JP4269449B2 (en) Pump turbine
JP2001041142A (en) Hydraulic power plant for hydraulic plant with surge tank
JP4006149B2 (en) Pump turbine
JP2002021700A (en) Pump turbine
JP3247129B2 (en) Control device for water turbine