JP2006192931A

JP2006192931A - 電鉄用直流変電設備

Info

Publication number: JP2006192931A
Application number: JP2005003773A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Odaka; 英明小高
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】交流電源より変圧器、整流器及び直流母線を介して直流負荷にき電する整流器系を備えた電鉄用直流変電設備において、電流計測手段を簡素化するとともに、整流器負極断路器盤も省略して設備縮小化を図る。
【解決手段】整流器から直流母線への給電線に設けられるべき計器用直流変流器及び前記直流負荷から前記整流器への帰線に設けられるべき計器用直流変流器の双方を省略し、交流側の１相にて測定した交流電流実効値から変流比換算により交流電流計測値を、同じく交流電流平均値から変圧比換算により直流電流演算値を、そして整流器出力電圧値から計器用直流変圧器の変換比換算により直流電圧計測値を求める。整流器の負極断路器盤は省略し、整流器の内部に収納するか又は近傍に別置する。
【選択図】図１

Description

この発明は、交流電源より変圧器、整流器及び直流母線を介して直流負荷に給電する整流器系を備えた電鉄用直流変電設備に関し、特に直流計測器及びその配線まわりを大幅に省略することのできる電鉄用直流変電設備に関する。

交流電源より変圧器、整流器及び直流母線を介して直流負荷に給電する整流器系を備えた直流き電設備として、電気鉄道用の変電設備、いわゆる電鉄用直流変電所があげられる。電鉄用直流変電所においては、地上側におけるシステムダウンの極小化、点検の容易化、更新工事のボトルネックからの脱却などがますます求められるようになってきており、設備をより一層簡素化しつつ高信頼性を担保することが長期的な課題となっている。

この発明は、電鉄用直流変電所に代表される電鉄用直流変電設備において、特に整流器系の簡素化に着目したものである。すなわち、整流器系は、特高母線から交流遮断器を介して給電される整流器用変圧器と、この整流器用変圧器の出力を整流して直流に変換する整流器とを備え、この整流器の直流出力を通常は直流母線を介して複数のき電線に給電するように構成されている。

従来のこの種の直流給電設備においては、交流側に交流遮断器を配置することは当然として、直流側においても、整流器と直流母線の間に直流遮断器を挿入すると共に、負荷を通って整流器へ戻る帰線回路内にも直流遮断器を配していた（特許文献１）。しかしながら、逆弧現象に悩まされていた水銀整流器を使用していた時代はともかくとして、半導体整流器の時代の今日では、交流遮断器と直流遮断器の直列設置は必ずしも必要でないケースが出てきている。この場合に、交流断路器と直流遮断器の組合せ、又は交流遮断器と直流断路器の組合せが代替手段として考えられるが、前者は、交流断路器で変圧器の励磁電流を開閉する頻度が多い系統においては、断路器が特別仕様となって価格上昇につながるなどの問題点があるため、後者の交流遮断器と直流断路器の組み合わせを採用することも行なわれている。

ところが、直流断路器を採用した場合でも、直流計測まわりは従前と変わっておらず、不必要な機能を無くして簡素化するという課題が依然として残っている。

特開平７−１８６７８８号公報

この発明は、従来技術における上述の問題点に鑑みてなされたものであって、直流給電設備の整流器系における不必要な計測機能を省略することを課題とするものである。

すなわち、この発明は、整流器系の計測に当って次のような基本的な要件を前提としている。すなわち、
（１）整流器の交流入力電流は、理論的に不平衡はあり得ない。
（２）整流器の直流出力電流は、常に交流電流の一定倍である。
（３）直流総括電流は整流器直流出力電流の総和である。
この結果として、交流側の計測は、必ずしも全相行なう必要がなく、直流側の計測は交流側の計測値から、演算で求めればよいという基本的な図式が浮かび上がる

上記課題は、請求項１記載の発明によれば、交流電源より変圧器、整流器及び直流母線を介して直流負荷に給電する整流器系を備えた電鉄用直流変電設備において、前記整流器から直流母線へのき電線に設けられるべき計器用直流変流器及び前記直流負荷から前記整流器への帰線に設けられるべき計器用直流変流器の双方を省略し、交流側にて測定した交流電流実効値から変流比換算により交流電流計測値を、交流電流平均値から変圧比換算により直流電流演算値を、そして整流器出力電圧値から計器用直流変圧器の変換比換算により直流電圧計測値を求めることにより達成される。

さらに、前述した「整流器の交流入力電流は、理論的に不平衡はあり得ない」という前提の下に、交流側の測定は１相のみとすることができる。すなわち、交流電源より変圧器、整流器及び直流母線を介して複数の直流負荷に給電する複数の整流器系を備えた電鉄用直流変電設備において、前記整流器から直流母線への給電線に設けられるべき計器用直流変流器及び前記直流負荷から前記整流器への帰線に設けられるべき計器用直流変流器の双方を省略し、交流側の１相にて測定した交流電流実効値から変流比換算により交流電流計測値を、同じく交流電流平均値から一定定数（１．５）を乗じ、変圧比換算により直流電流演算値を、そして整流器出力電圧値から計器用直流変圧器の変換比換算により直流電圧計測値を求めるようにする（請求項２記載の発明）。

また、各整流器系において演算により求められた直流電流演算値を、他の整流器系に相互に伝送することにより、各整流器系ごとに帰線の直流総括電流を演算・表示させることが可能となる（請求項３記載の発明）。

請求項１ないし3記載の発明により求められた交流電流値、直流電流値、直流電圧値及び直流総括電流値は、各整流器系において、同一パターン（目盛値やフルスケール値または単位はそれぞれ異なっても、視覚的に類似して見えるパターン）の目盛盤にて切替表示させることが簡素化の観点から好ましい（請求項４記載の発明）。

そして、このように、交流電源より変圧器、整流器及び直流母線を介して複数の直流負荷に給電する直流給電設備において、前記整流器から直流母線への給電線に設けられるべき計器用直流変流器及び前記直流負荷から前記整流器への帰線に設けられるべき計器用直流変流器の双方を省略し、交流側の計測値から演算により直流側計測値を求めるようにすることによって、負極断路器は整流器内または整流器近傍に単独で収納又は設置することが可能となり、従来の負極断路器盤を省略することが可能となる（請求項５記載の発明）。

この発明によれば、直流電流を実際に計測することを止めて交流側の計測値から演算により求めるようにしたため、計器用直流変流器が不要となり、この変流器のための導線の引き回しが不要となるので、設備全体の簡素化が図れる。

さらに、交流側の計測も、整流器の交流入力電流については、理論的に不平衡はあり得ないということに鑑みて、１相分のみとすることにより、設備全体のより一層の簡素化が図れることになる。

また、直流計測用の変流器等が不要となったために、負極断路器を単独で別途設置するか、あるいは整流器の中に一緒に組込んで収納することにより負極断路器盤の省略が可能となり、設備の一層の簡素化が図れることになる。

この発明のその他の効果については、実施例の説明において更に明らかとなるであろう。

図１はこの発明の実施例の結線図で、電鉄用直流変電所の整流器系の一部を示すものである。以下の説明において、整流器系は複数あるうちの二つを例にとって示してある。図１において、ＴＲ１は１号整流器系の整流器用変圧器で、整流器ＳＲ１を介して直流母線ＤＣＢに直流電力を供給する。整流器ＳＲ１は、半導体整流器とそれに付随するスナバ回路、アレスタＤＣＬＡ及び負極断路器８９Ｎ１等を一つの装置として構成したもので、この負極断路器は、従来は特別な負極断路器盤（ＮＤＳ盤）として別盤構成とされていたものである。
２号整流器系も同様に整流器用変圧器ＴＲ２、負極断路器８９Ｎ２を内蔵する整流器ＳＲ２等を備えるなど１号整流器系と同様な構成となっている。

各整流器系の整流器の出力は正極断路器８９Ｐ１、８９Ｐ２を介して直流母線ＤＣＢに供給され、出力電圧は計器用直流変圧器ＤＣＰＴにより直流電圧値が測定される。ここで注目すべきことは、整流器の出力を直流母線に供給する線路、及び負荷からの帰線ＮＬ並びに各整流器への帰線ＮＬ１、ＮＬ２内に計器用直流変流器が挿入されていないことである。ここでは、正極断路器を含む回路の枠内に概略的に、直流電流値を意味するＡが交流側の計測値から換算によって得られることを表示しているが、詳細については後述する。

直流母線ＤＣＢからは、それぞれフィーダー（き線）用の直流遮断器５４Ｆ１〜５４Ｆ４及び５４ＦＺ、断路器８９Ｆ１〜８９Ｆ４及び８９ＦＺ１〜８９ＦＺ４を介して、各方面の上り、下り用電車線に直流電力が供給されるが、直流母線の負荷側は公知の構成であるので、詳細は割愛する。

図２は、図１の実施例における交流側、直流側の計測手法を概括的に示したもので、より簡略的に描かれた整流器用変圧器ＴＲ１、ＴＲ２の１次側（交流側）１相から、計器用変流器により交流電流値が測定され、それぞれ１−Ｉａｃ、２−Ｉａｃへ交流電流計測値として入力されるさまを示している。直流側はＤＣＰＴにより直流電圧値が測定され、それぞれ１−Ｖａｃ、２−Ｖａｃへ直流電圧計測値として入力される。図２には直流側電流Ｉｄが示されているが、この直流電流値は実際には測定されない。

図３はこの発明における交流電流、直流電圧、直流電流等の計測装置の一例のブロック図であり、左側が１号整流器系の計測装置、右側が２号整流器系のそれを示しており、いずれも同一の構成となっている。

今、１号整流器系の計測装置である１号整流器系液晶メーターを例にとって説明すると、図２の変圧器１次側にて測定され１−Ｉａｃから入力された交流電流測定値は、計器用変流器の変流比の設定に基づき、交流電流計測値に変換されて、その計測値が液晶表示されると共に外部計測用アナログ出力として出力される。

段落０００８において説明したように、電鉄用直流変電設備における整流器の直流出力電流は、常に交流電流の一定倍であると看做せるので、図２の変圧器１次側にて測定され１−Ｉａｃより伝送された交流電流測定値は、整流器用電圧器の１次／２次変圧比に基づく換算係数を乗じられて、直流電流演算値として、その計測値が液晶表示されると共に同様に外部計測用アナログ出力として出力される。

一方、図２の変圧器２次側にて測定され１−Ｖｄｃより伝送された直流電圧測定値は、計器用変圧器の変圧比の設定に基づき、直流電圧計測値に変換されて、その計測値が液晶表示されると共に外部計測用アナログ出力として出力される。

演算により求められた直流電流演算値は、ＲＳ−４８５半２重２線式伝送方式により、他の（ここでは２号）整流器系との間で相互に送受信され、そこで自己の直流電流演算値と合算されて総括電流演算値となって外部計測用にアナログ出力される。

これらの交流電流値、直流電流値、直流電圧値及び直流総括電流値等は、各整流器系において、図４に示すように、同一パターン（目盛値やフルスケール値または単位はそれぞれ異なっても、視覚的に類似して見えるパターン）の計器面にて切替表示される。

図４において、（イ）は整流器交流側電流用のメーターの計器面で、主監視が現在値、副監視が最大値となっていて、この例では現在値が８０．０アンペア、最大値が１００．０ＡＣアンペアとして表示されている。（ロ）は整流器直流側電流用のメーターの計器面で、同様に主監視が現在値、副監視が最大値となっていて、この例では現在値が３２．０キロアンペア、最大値が３．８０ＤＣキロアンペアとして表示されている。（ハ）は各フィーダーへの直流電流の合算値（総括値）である直流トータル電流用のメーターの計器面で、同様に主監視が現在値、副監視が最大値となっていて、この例では現在値が９．６０キロアンペア、最大値が１２．００ＤＣキロアンペアとして表示されている。一方、整流器直流側電圧は、（ニ）に示すように、主監視が現在値、副監視が最大値となっていて、最大スケールが１０００ＤＣボルトのところ、現在値７５０ボルトが表示されている。整流器直流側電圧は、最小値も監視されるべきであるので、（ホ）に示すように主監視を現在値、副監視を最小値として、最小値７５０ボルトのところ現在値５００ＤＣボルトと表示されている。これらは、現在値がすべて丸めた数値となっているところからも読み取れるように、実施例の説明用の数値であり、これらの数値が同時に表示され得る実際の系統が存在するわけではない。

また、これらの計器面は、必ずしもすべてが同時に表示される必要はなく、必要に応じて切り替え表示とすることができるようにすれば、トータルの計器面を少なくすることが可能となる。事故の発生する可能性が少ない系統にあっては、計器面を一つにして、切り替えボタンを押すことにより次々と各計器面を表示させるようにすれば足りる場合もあるので、スペースの限られる場所においてこのような表示方式は効果が発揮される。

図５は、この発明により負極断路器盤（ＮＤＳ盤）を省略することができることを説明するための機器配置図である。従来は、整流器の出力電流を計測していた関係で、（イ）に示すごとく、整流器ＳＲの負極断路器も整流器出力導体を収納する列盤の中に負極断路器盤ＮＤＳとして組み込んでいたが、この列盤は膨大な主回路ケーブルが出入りするだけの共通盤であるので、もはや独立の盤として並設する必要はなくなり、（ロ）に示すようにＮＤＳ盤を省略し、負極断路器単体を整流器ＳＲの中に収納（図示せず）するか、あるいは、別体として、適当な場所に付設しておくだけでよい。この結果として、共通盤の中の引き回しケーブルは著しくシンプル化され、設備の簡素化に大きく貢献できることになる。

この発明は、電鉄用直流変電所という特有な対象において、多大な効果を発揮するものであるが、直流負荷が多数存在して整流器系を複数設けなければならないような系統においても利用が可能である。

この発明の実施例の系統結線図。この発明の実施例における交流側及び直流側の電流、電圧の計測手法を概括的に示す回路接続図。この発明の実施例における計測装置のブロック図。この発明の実施例における表示装置のメーターの計器面を示す図。この発明の実施例における整流器負極断路器まわりの機器配置図

符号の説明

ＴＲ１、ＴＲ２整流器用変圧器
ＳＲ１、ＳＲ２整流器
８９Ｎ１、８９Ｎ２負極断路器
８９Ｐ１、８９Ｐ２正極断路器
ＮＬ、ＮＬ１、ＮＬ２帰線
ＤＣＰＴ計器用直流変圧器

Claims

交流電源より変圧器、整流器及び直流母線を介して直流負荷に給電する整流器系を備えた電鉄用直流変電設備において、前記整流器から直流母線への給電線に設けられるべき計器用直流変流器及び前記直流負荷から前記整流器への帰線に設けられるべき計器用直流変成器の双方を省略し、交流側にて測定した交流電流実効値から変流比換算により交流電流計測値を、同じく交流電流平均値から変圧比換算により直流電流演算値を、そして整流器出力電圧値から計器用直流変成器の変換比換算により直流電圧計測値を求めることを特徴とする電鉄用直流変電設備。
交流電源より変圧器、整流器及び直流母線を介して直流負荷に給電する整流器系を備えた電鉄用直流変電設備において、前記整流器から直流母線への給電線に設けられるべき計器用直流変流器及び前記直流負荷から前記整流器への帰線に設けられるべき計器用直流変流器の双方を省略し、交流側の１相にて測定した交流電流実効値から変流比換算により交流電流計測値を、同じく交流電流平均値から変圧比換算により直流電流演算値を、そして整流器出力電圧値から計器用直流変圧器の変換比換算により直流電圧計測値を求めることを特徴とする電鉄用直流変電設備。
請求項１または２記載の電鉄用直流変電設備において、複数の直流負荷における直流電流演算値を各整流器系相互に伝送することにより、整流器系ごとに帰線の直流総括電流を演算・表示させることを特徴とする電鉄用直流変電設備。
交流電流値、直流電流値、直流電圧値及び直流総括電流値を、同一パターンの目盛盤にて切替表示させることを特徴とする請求項３記載の電鉄用直流変電設備。
交流電源より変圧器、整流器及び直流母線を介して直流負荷に給電する整流器系を備えた電鉄用直流変電設備であって、前記整流器から直流母線へのき電線に設けられるべき計器用直流変流器及び前記直流負荷から前記整流器への帰線に設けられるべき計器用直流変流器の双方を省略し、交流側にて測定した計測値から演算により直流側計測値を求めるようにしたものにおいて、整流器出力側の負極断路器を整流器内または整流器近傍に収納又は設置することを特徴とする電鉄用直流変電設備。