特許 5714629 ダム排砂門開閉制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5714629

(24)【登録日】2015年3月20日

(45)【発行日】2015年5月7日

(54)【発明の名称】ダム排砂門開閉制御装置

(51)【国際特許分類】

   E02B 7/20 20060101AFI20150416BHJP

   E02B 8/00 20060101ALI20150416BHJP

【ＦＩ】

   E02B7/20 105

   E02B7/20 106

   E02B7/20 107

   E02B8/00

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-42600(P2013-42600)

(22)【出願日】2013年3月5日

(65)【公開番号】特開2014-169590(P2014-169590A)

(43)【公開日】2014年9月18日

【審査請求日】2013年7月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107467

【弁理士】

【氏名又は名称】員見 正文

(72)【発明者】

【氏名】川口 敬司

(72)【発明者】

【氏名】守屋 満弘

(72)【発明者】

【氏名】岡田 道徳

(72)【発明者】

【氏名】矢野 貴裕

【審査官】 苗村 康造

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０４０３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９５４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２１７３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３４３４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７５８２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｂ ７／２０〜９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水車発電機のトリップ時にダムに設けられたダム排砂門を開いて下流河川への責任放流量を確保するためのダム排砂門開閉制御装置であって、
前記責任放水量を示すＡＬＲ設定値が格納されたＡＬＲ設定値メモリと、
前記水車発電機からトリップ信号が入力されると、前記ＡＬＲ設定値メモリから読み出した前記ＡＬＲ設定値と前記ダムに設けられたダム水位計から入力されるダム水位とに基づいて所定の制御曲線を用いて排砂門開度を演算して、該演算した排砂門開度に基づいて前記ダム排砂門の開閉制御を行うための前記ダム排砂門開閉制御手段とを具備し、
前記所定の制御曲線が、前記ＡＬＲ設定値によって示される前記責任放水量から前記ダム水位をパラメータとして前記排砂門開度を演算するためのものである、
ことを特徴とする、ダム排砂門開閉制御装置。

【請求項2】

逆調整池式水力発電所に設置された水車発電機（３）のトリップ時にダム排砂門（６）を開いて下流河川（７）への責任放流量を確保するためのダム排砂門開閉制御装置（１０）であって、
前記責任放水量を示すＡＬＲ設定値が格納されたＡＬＲ設定値メモリ（１４）と、
前記水車発電機からトリップ信号（Ｓ_TR）が入力されると、前記ＡＬＲ設定値メモリから読み出した前記ＡＬＲ設定値と前記調整池式水力発電所の逆調整池（１）に設けられたダム水位計（１３０）から入力されるダム水位とに基づいて所定の制御曲線を用いて排砂門開度を演算して、該演算した排砂門開度に基づいて前記ダム排砂門の開閉制御を行うための前記ダム排砂門開閉制御手段とを具備し、
前記所定の制御曲線が、前記ＡＬＲ設定値によって示される前記責任放水量から前記ダム水位をパラメータとして前記排砂門開度を演算するためのものである、
ことを特徴とする、ダム排砂門開閉制御装置。

【請求項3】

前記所定の制御曲線が、横軸を前記排砂門開度とし、縦軸を前記逆調整池と前記下流河川との間に設けられた排砂水路（５）の流量とし、前記ダム水位をパラメータとするダム排砂門ＱＨカーブであり、
前記ダム排砂門開閉制御手段が、前記ＡＬＲ設定値によって示される前記責任放水量を前記排砂水路の流量に変換して、該変換した排砂水路の流量と前記ダム水位とに基づいて前記ダム排砂門ＱＨカーブを用いて前記排砂門開度を演算する排砂門開度演算手段を備える、
ことを特徴とする、請求項２記載のダム排砂門開閉制御装置。

【請求項4】

前記ダム排砂門開閉制御手段が、
前記水車発電機から前記トリップ信号が入力されると、前記ＡＬＲ設定値メモリから読み出した前記ＡＬＲ設定値と前記ダム水位計から入力される前記ダム水位とに基づいて前記ダム排砂門ＱＨカーブを用いて前記排砂門開度を演算するための排砂門開度演算部（１５）と、
該排砂門開度演算部によって演算された前記排砂門開度と現在の排砂門開度との差分である排砂門開度偏差を求めるための排砂門開度偏差検出部（１６）と、
該排砂門開度偏差検出部によって求められた前記排砂門開度偏差に基づいて前記現在の排砂門開度を修正し、該修正した排砂門開度となるように前記ダム排砂門の開閉制御を行うための排砂門制御部（１７）と、
を備えることを特徴とする、請求項３記載のダム排砂門開閉制御装置。

【請求項5】

前記水車発電機の運転時に、前記ＡＬＲ設定値メモリから読み出した前記ＡＬＲ設定値と前記ダム水位計から入力される前記ダム水位とに基づいて所定の他の制御曲線を用いてガイドベーン開度を演算して、該演算したガイドベーン開度に基づいて前記水車発電機のガイドベーンの開閉制御を行うためのガイドベーン開閉制御手段をさらに具備し、
前記所定の他の制御曲線が、前記ＡＬＲ設定値によって示される前記責任放水量から前記ダム水位をパラメータとして前記ガイドベーン開度を演算するためのものである、
ことを特徴とする、請求項２乃至４いずれかに記載のダム排砂門開閉制御装置。

【請求項6】

前記所定の他の制御曲線が、横軸を前記ガイドベーン開度とし、縦軸を前記逆調整池と前記水車発電機との間に設けられた導水路（２）の流量とし、前記ダム水位をパラメータとするＰＱＨカーブであり、
前記ガイドベーン開閉制御手段が、前記ＡＬＲ設定値によって示される前記責任放水量を前記導水路の流量に変換して、該変換した導水路の流量と前記ダム水位とに基づいて前記ＰＱＨカーブを用いて前記ガイドベーン開度を演算することを特徴とする、請求項５記載のダム排砂門開閉制御装置。

【請求項7】

前記ガイドベーン開閉制御手段が、
前記ＡＬＲ設定値と前記ダム水位とに基づいて前記ＰＱＨカーブを用いて前記ガイドベーン開度を演算するためのガイドベーン開度演算部（１１）と、
該ガイドベーン開度演算部によって演算された前記ガイドベーン開度と現在のガイドベーン開度との差分であるガイドベーン開度偏差を求めるためのガイドベーン開度偏差検出部（１２）と、
該ガイドベーン偏差検出部によって求められた前記ガイドベーン開度偏差に基づいて前記現在のガイドベーン開度を修正し、該修正したガイドベーン開度となるように前記水車発電機の前記ガイドベーンの開閉制御を行うためのガイドベーン制御部（１３）と、
を備えることを特徴とする、請求項６記載のダム排砂門開閉制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、逆調整池式水力発電所に設置された水車発電機のトリップ時にダム排砂門の開閉制御を行うのに好適なダム排砂門開閉制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ダム式水力発電所では、下流河川７に責任放流（河川維持流量および水利流量（生活用水・農業用水・工業用水など）の確保）を行うために、図４に示すような逆調整池式水力発電所を設けている。

【0003】

そのため、逆調整池式水力発電所では、常時は、水車発電機３のガイドベーン開閉制御（水車発電機負荷制御）を行うための水車発電機負荷制御装置（ＡＬＲ）１２０からガイドベーン開度制御信号Ｓ_GVを水車発電機３に出力して、水車発電機３のガイドベーン開度を自動制御することにより、決められた水量で水車発電機３を運転している。

【0004】

また、水車発電機３を点検で停止させる場合には、以下のようにして、ダム排砂門６を開いて逆調整池１（貯水池）から排砂水路５を介して下流河川７に放流することにより、責任放流量を確保している。
（１）作業員がダム排砂門６を現地手動操作で開く。
（２）ダム排砂門制御盤１１０が設置されている場合には、ダム排砂門制御盤１１０が、水車発電機負荷制御装置１２０からのガイドベーン開度信号Ｓ_AGVに基づいて求めた水車発電機使用水量とダム水位計１３０からダム水位信号Ｓ_DLによって示される逆調整池１の水位（以下、「ダム水位」と称する。）とに基づいて排砂門開度を算出し、算出した排砂門開度となるようにダム排砂門６の開閉を行うためのダム排砂門モータ（不図示）を駆動して、ダム排砂門６を自動で開く。

【0005】

さらに、水車発電機３がトリップ（非常停止）した場合には、以下のようにして、ダム排砂門６を開いて逆調整池１から排砂水路５を介して下流河川７に放流することにより、責任放流量を確保している。
（１）制御員が制御所（遠方）からダム排砂門６を開く。
（２）ダム排砂門制御盤１１０が設置されている場合には、ダム排砂門制御盤１１０が、水車発電機３からトリップ信号Ｓ_TRが入力されると、過大放流を防止のために、ダム排砂門６を所定の開度（たとえば、リミットスイッチにより機械式に決まった位置）まで開いたのちに制御員が制御所からダム排砂門６の開操作または閉操作を行って流量調整する。

【0006】

なお、下記の特許文献１には、水車の異常発生時には水車および放流弁を適正に制御して安定した運転制御を可能とするために、水車を水車駆動制御部によりガイドベーン開度を変更して流水量を調整する一方、放流弁を放流弁駆動制御部により放流弁開度を変更して流水量を調整するようにし、水車駆動制御部および放流弁駆動制御部にガイドベーン開度および放流弁開度が常時入力するようにし、水車の内部事故などの異常発生時には、水車のガイドベーンを閉止して駆動を停止する一方、放流弁の開度を異常発生時における水車のガイドベーン開度（流水量）に対応する開度とするようにした水力発電設備が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００３−３４３４１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、従来の逆調整池式水力発電所における責任放流方法では、ダム排砂門制御盤１１０が設置されている場合でも、水車発電機３のトリップ時には、過大放流を防止のために、ダム排砂門制御盤１１０によってダム排砂門６を所定の開度まで開いたのちに制御員が制御所から責任放流開度までダム排砂門６の開操作または閉操作を行う必要があるという問題があった。

【0009】

上記の特許文献１に開示された水力発電設備では、以下に示すような問題がある。
（１）ガイドベーン開度から流水量を再演算するため、演算値に誤差が生じる。
（２）演算値で放流弁を制御するため、再度誤差が生じる。
（３）水車制御機能と流水量の再演算による放流弁制御機能との二重制御機能になっている。

【0010】

本発明の目的は、水車発電機のトリップ時の下流河川への責任放流量を自動的に確保することができるダム排砂門開閉制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の第１のダム排砂門開閉制御装置は、水車発電機のトリップ時にダムに設けられたダム排砂門を開いて下流河川への責任放流量を確保するためのダム排砂門開閉制御装置であって、前記責任放水量を示すＡＬＲ設定値が格納されたＡＬＲ設定値メモリと、前記水車発電機からトリップ信号が入力されると、前記ＡＬＲ設定値メモリから読み出した前記ＡＬＲ設定値と前記ダムに設けられたダム水位計から入力されるダム水位とに基づいて所定の制御曲線を用いて排砂門開度を演算して、該演算した排砂門開度に基づいて前記ダム排砂門の開閉制御を行うための前記ダム排砂門開閉制御手段とを具備し、前記所定の制御曲線が、前記ＡＬＲ設定値によって示される前記責任放水量から前記ダム水位をパラメータとして前記排砂門開度を演算するためのものであることを特徴とする。
本発明の第２のダム排砂門開閉制御装置は、逆調整池式水力発電所に設置された水車発電機（３）のトリップ時にダム排砂門（６）を開いて下流河川（７）への責任放流量を確保するためのダム排砂門開閉制御装置（１０）であって、前記責任放水量を示すＡＬＲ設定値が格納されたＡＬＲ設定値メモリ（１４）と、前記水車発電機からトリップ信号（Ｓ_TR）が入力されると、前記ＡＬＲ設定値メモリから読み出した前記ＡＬＲ設定値と前記調整池式水力発電所の逆調整池（１）に設けられたダム水位計（１３０）から入力されるダム水位とに基づいて所定の制御曲線を用いて排砂門開度を演算して、該演算した排砂門開度に基づいて前記ダム排砂門の開閉制御を行うための前記ダム排砂門開閉制御手段とを具備し、前記所定の制御曲線が、前記ＡＬＲ設定値によって示される前記責任放水量から前記ダム水位をパラメータとして前記排砂門開度を演算するためのものであることを特徴とする。
ここで、前記所定の制御曲線が、横軸を前記排砂門開度とし、縦軸を前記逆調整池と前記下流河川との間に設けられた排砂水路（５）の流量とし、前記ダム水位をパラメータとするダム排砂門ＱＨカーブであり、前記ダム排砂門開閉制御手段が、前記ＡＬＲ設定値によって示される前記責任放水量を前記排砂水路の流量に変換して、該変換した排砂水路の流量と前記ダム水位とに基づいて前記ダム排砂門ＱＨカーブを用いて前記排砂門開度を演算する排砂門開度演算手段を備えてもよい。
前記ダム排砂門開閉制御手段が、前記水車発電機から前記トリップ信号が入力されると、前記ＡＬＲ設定値メモリから読み出した前記ＡＬＲ設定値と前記ダム水位計から入力される前記ダム水位とに基づいて前記ダム排砂門ＱＨカーブを用いて前記排砂門開度を演算するための排砂門開度演算部（１５）と、該排砂門開度演算部によって演算された前記排砂門開度と現在の排砂門開度との差分である排砂門開度偏差を求めるための排砂門開度偏差検出部（１６）と、該排砂門開度偏差検出部によって求められた前記排砂門開度偏差に基づいて前記現在の排砂門開度を修正し、該修正した排砂門開度となるように前記ダム排砂門の開閉制御を行うための排砂門制御部（１７）とを備えてもよい。
前記水車発電機の運転時に、前記ＡＬＲ設定値メモリから読み出した前記ＡＬＲ設定値と前記ダム水位計から入力される前記ダム水位とに基づいて所定の他の制御曲線を用いてガイドベーン開度を演算して、該演算したガイドベーン開度に基づいて前記水車発電機のガイドベーンの開閉制御を行うためのガイドベーン開閉制御手段をさらに具備し、前記所定の他の制御曲線が、前記ＡＬＲ設定値によって示される前記責任放水量から前記ダム水位をパラメータとして前記ガイドベーン開度を演算するためのものであってもよい。
前記所定の他の制御曲線が、横軸を前記ガイドベーン開度とし、縦軸を前記逆調整池と前記水車発電機との間に設けられた導水路（２）の流量とし、前記ダム水位をパラメータとするＰＱＨカーブであり、前記ガイドベーン開閉制御手段が、前記ＡＬＲ設定値によって示される前記責任放水量を前記導水路の流量に変換して、該変換した導水路の流量と前記ダム水位とに基づいて前記ＰＱＨカーブを用いて前記ガイドベーン開度を演算してもよい。
前記ガイドベーン開閉制御手段が、前記ＡＬＲ設定値と前記ダム水位とに基づいて前記ＰＱＨカーブを用いて前記ガイドベーン開度を演算するためのガイドベーン開度演算部（１１）と、該ガイドベーン開度演算部によって演算された前記ガイドベーン開度と現在のガイドベーン開度との差分であるガイドベーン開度偏差を求めるためのガイドベーン開度偏差検出部（１２）と、該ガイドベーン偏差検出部によって求められた前記ガイドベーン開度偏差に基づいて前記現在のガイドベーン開度を修正し、該修正したガイドベーン開度となるように前記水車発電機の前記ガイドベーンの開閉制御を行うためのガイドベーン制御部（１３）とを備えてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明のダム排砂門開閉制御装置は、以下に示す効果を奏する。
（１）水車発電機のトリップ時にＡＬＲ設定値およびダム水位に基づいてダム排砂門の開閉制御を行うことにより、水車発電機のトリップ時の下流河川への責任放流量を自動的に確保することができるとともに、下流河川の水位変動を大幅に抑制することができる。
（２）水車発電機のトリップ時のダム排砂門の開閉制御を行う際に、制御所における制御員による操作をなくすことができるため、業務の効率化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施例によるダム排砂門開閉制御装置１０の構成を示す図である。

【図2】ＰＱＨカーブおよびダム排砂門ＱＨカーブについて説明するための図である。

【図3】図１に示したダム排砂門開閉制御装置１０を図４に示した水車発電機負荷制御装置１２０およびダム排砂門制御盤１１０の代わりに使用できることについて説明するための図である。

【図4】従来の逆調整池式水力発電所における責任放流方法について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

上記の目的を、水車発電機のトリップ時にＡＬＲ設定値およびダム水位に基づいてダム排砂門ＱＨカーブを用いてダム排砂門の開閉制御を行うことにより実現した。

【実施例1】

【0015】

以下、本発明のダム排砂門開閉制御装置の実施例について図面を参照して説明する。
本発明のダム排砂門開閉制御装置は、水車発電機負荷制御装置１２０がＡＬＲ設定値（責任放流量）およびダム水位に基づいてＰＱＨカーブ（図２（ａ）に示すように、横軸をガイドベーン開度とし、縦軸を導水路２の流量とし、ダム水位をパラメータとした制御曲線）を用いて水車発電機使用水量を責任放流量に保つようにガイドベーン開閉制御を行う機能を備えていることに鑑みて、水車発電機３のトリップ時にＡＬＲ設定値およびダム水位に基づいてダム排砂門ＱＨカーブ（図２（ｂ）に示すように、横軸を排砂門開度とし、縦軸を排砂水路５の流量とし、ダム水位をパラメータとした制御曲線）を用いてダム排砂門６の開閉制御を行うことにより、水車発電機３のトリップ時の下流河川７への責任放流量を自動的に確保できるようにすることを特徴とする。

【0016】

そのため、本発明の一実施例によるダム排砂門開閉制御装置１０は、図１に示すように、ガイドベーン開度演算部１１（以下、「ＧＶ開度演算部１１」と称する。）と、ガイドベーン開度偏差検出部１２（以下、「ＧＶ開度偏差検出部１２」と称する。）と、ガイドベーン制御部１３（以下、「ＧＶ制御部１３」と称する。）と、制御所からの指令値に基づくＡＬＲ設定値を示すＡＬＲ設定値データが格納されているＡＬＲ設定値メモリ１４と、排砂門開度演算部１５と、排砂門開度偏差検出部１６と、排砂門制御部１７とを具備する。

【0017】

ここで、ＧＶ開度演算部１１、ＧＶ開度偏差検出部１２、ＧＶ制御部１３およびＡＬＲ設定値メモリ１４は、図４に示した水車発電機負荷制御装置１２０と同様に、ＡＬＲ設定値およびダム水位に基づいてＰＱＨカーブを用いて水車発電機３のガイドベーン開閉制御を行う機能を実現するためのものである。

【0018】

すなわち、ＧＶ開度演算部１１は、ＡＬＲ設定値メモリ１４から読み出したＡＬＲ設定値データによって示されるＡＬＲ設定値と逆調整池１に設置されたダム水位計１３０からのダム水位信号Ｓ_DLによって示されるダム水位とに基づいてＰＱＨカーブを用いてガイドベーン開度を演算する（ＡＬＲ設定値によって示される責任放水量を導水路２の流量に変換して、変換した導水路２の流量とダム水位とに基づいてＰＱＨカーブを用いてガイドベーン開度を演算する）ためのものである。

【0019】

ＧＶ開度偏差検出部１２は、ＧＶ開度演算部１１によって演算されたガイドベーン開度とＧＶ制御部１３からのガイドベーン開度信号Ｓ_AGVによって示される現在のガイドベーン開度との差分であるガイドベーン開度偏差を求めるためのものである。

【0020】

ＧＶ制御部１３は、ＧＶ開度偏差検出部１２によって求められたガイドベーン開度偏差に基づいて現在のガイドベーン開度を修正して、修正したガイドベーン開度となるように水車発電機３のガイドベーン開閉制御を行うためのガイドベーン開度制御信号Ｓ_GVを生成するためのものである。
ＧＶ制御部１３によって生成されたガイドベーン開度制御信号Ｓ_GVは、水車発電機３に出力される。

【0021】

これにより、図４に示した水車発電機負荷制御装置１２０と同様に、水車発電機３の運転中の下流河川７への責任放流量を自動的に確保することができる。

【0022】

排砂門開度演算部１５、排砂門開度偏差検出部１６および排砂門制御部１７は、水車発電機３のトリップ時にＡＬＲ設定値およびダム水位に基づいてダム排砂門ＱＨカーブを用いてダム排砂門６の開閉制御を行う機能を実現するためのものである。

【0023】

すなわち、排砂門開度演算部１５は、水車発電機３からトリップ信号Ｓ_TRが入力されると、ＡＬＲ設定値メモリ１４から読み出したＡＬＲ設定値データによって示されるＡＬＲ設定値とダム水位計１３０からのダム水位信号Ｓ_DLによって示されるダム水位とに基づいてダム排砂門ＱＨカーブを用いて排砂門開度を演算する（ＡＬＲ設定値によって示される責任放水量を排砂水路５の流量に変換して、変換した排砂水路５の流量とダム水位とに基づいてダム排砂門ＱＨカーブを用いて排砂門開度を演算する）ためのものである。

【0024】

排砂門開度偏差検出部１６は、排砂門開度演算部１５によって演算された排砂門開度と排砂門制御部１７からの排砂門開度信号Ｓ_ASSによって示される現在の排砂門開度との差分である排砂門開度偏差を求めるためのものである。

【0025】

排砂門制御１７は、排砂門開度偏差検出部１６によって求められた排砂門開度偏差に基づいて現在の排砂門開度を修正して、修正した排砂門開度となるようにダム排砂門６の開閉制御をするための排砂門開度制御信号Ｓ_SSを生成するためのものである。
排砂門制御１７によって生成された排砂門開度制御信号Ｓ_SSは、ダム排砂門６の開閉を行うためのダム排砂門モータ（不図示）に出力される。

【0026】

これにより、水車発電機３のトリップ時の下流河川７への責任放流量を自動的に確保することができる。

【0027】

なお、図４に示したダム排砂門制御盤１１０の水車発電機３のトリップ時の機能以外のすべての機能をダム排砂門開閉制御装置１０に追加することにより、図３に示すようにダム排砂門開閉制御装置１０を水車発電機負荷制御装置１２０およびダム排砂門制御盤１１０の代わりに使用することができる。

【0028】

また、本発明のダム排砂門開閉制御装置は、高ダム直下の責任放流用発電所や責任放流バルブについても適用することができる。

【符号の説明】

【0029】

１ 逆調整池
２ 導水路
３ 水車発電機
４ 放水路
５ 排砂水路
６ ダム排砂門
７ 下流河川
１０ ダム排砂門開閉制御装置
１１ ＧＶ開度演算部
１２ ＧＶ開度偏差検出部
１３ ＧＶ制御部
１４ ＡＬＲ設定値メモリ
１５ 排砂門開度演算部
１６ 排砂門開度偏差検出部
１７ 排砂門制御部
１１０ ダム排砂門制御盤
１２０ 水車発電機負荷制御装置
１３０ ダム水位計
Ｓ_AGV ガイドベーン開度信号
Ｓ_ASS 排砂門開度信号
Ｓ_DL ダム水位信号
Ｓ_GV ガイドベーン開度制御信号
Ｓ_SS 排砂門開度制御信号
Ｓ_TR トリップ信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】