JP2890675B2 - 直流給電方式 - Google Patents

直流給電方式

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JP2890675B2 JP2132897A JP13289790A JP2890675B2 JP 2890675 B2 JP2890675 B2 JP 2890675B2 JP 2132897 A JP2132897 A JP 2132897A JP 13289790 A JP13289790 A JP 13289790A JP 2890675 B2 JP2890675 B2 JP 2890675B2
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【発明の詳細な説明】 A.(産業上の利用分野) 本発明は、直流式電気鉄道における電気車運転用電力
を供給する直流変電所設備の構成に係り、特に直流給電
方式に関する。
B.発明の概要 本発明は、交流電力を直流変換した電力をセクション
で区分された複数の電車線に供給する直流給電方式にお
いて、 一次側が交流母線に接続された変圧器の二次側を星形
結線と三角結線等のように異なる複数の二次巻線で構成
し、該二次巻線に各々複数の順変換器と複数の逆変換器
を接続し、前記順変換器の直流側を直列接続して得られ
る直流電力を電車線に供給するとともに、回生運転時の
エネルギーを前記逆変換器によって回生することによ
り、 順変換器によって高速度で電流を遮断できるように
し、従来の直流遮断器を不要とするとともに、前記順変
換器の整流作用により生じる高調波を十分に抑制できる
ようにし、且つ回生電力の有効利用を図ったものであ
る。
C.従来の技術 直流電化区間における電気車運転用電力を供給する変
電所(以下、直流変電所という。)には、三相交流の電
気を受電するための受電設備、受電した三相交流の電気
を直流に変成するための変成設備、直流に変成した電気
を電気車に供給するためのき電設備、及び、信号用、並
びに、駅舎等の電灯・動力用の高圧配電設備等がある。
最近の直流変電所の変成設備としては、シリコン整流
器が主体となっているが、比較的大容量のものが使用さ
れ、第2図のように複数のき電回線に共通に使用する方
式とされている。
第2図において発電所から送電される交流電力は受電
用断路器89R、受電用交流遮断器52Rおよび受電用母線遮
断器89BRを介して特高母線SBUSに導かれる。特高母線SB
USの交流電力は整流器用断路器89−1,89−2および整流
器用変圧器SRTR1,SRTR2を介してシリコン整流器SR1,SR2
に導かれ、直流変換される。シリコン整流器SR1,SR2の
直流出力電力は、整流器の正極用直流遮断器54P1,54P
2、直流母線DCBUS、直流遮断器54F1〜54F4および断路器
89F1〜89F4を介して、セクションS1,S2で区分された複
数のトロリー線(電車線)TUD,TDD,TUU,TDUに供給され
る。これによってトロリー線TUU,TDUとレールRU間およ
びトロリー線TUD,TDDとレールRD間の図示しない電気車
は力行運転される。前記整流器SR1,SR2の負極端は負極
用断路器89N1,89N2を介してレールRD,RUに一括接続され
ている。前記特高母線SBUSには、高圧変圧器用母線断路
器89BD、高圧配電用交流遮断器52D、高圧配電用変圧器D
TRおよび高圧変圧器二次断路器89DSを介して高圧母線HB
USが接続されている。高圧母線HBUSには、電灯・動力高
圧配電用母線断路器89BLおよび電灯・動力高圧配電用交
流遮断器52Lを介して電灯・動力高圧配電線が接続され
るとともに、信号高圧配電用母線断路器89BSおよび信号
高圧配電用交流遮断器52Sを介して信号高圧配電線が接
続される。
D.発明が解決しようとする課題 直流遮断器はき電回路の短絡事故電流を遮断する重要
な責務をもつものであり、大都市における直流変電所に
おいては、き電回線数が多いため変成設備の容量が大き
くなり、また、変電所間隔も短いためにき電回路で短絡
事故が生じたときには、直流母線を介して隣接変電所か
らも流入するために極めて大きい値となる。すなわち第
2図の変電所におけるシリコン整流器1組当たりの容量
は、これにより運転される電気車の列車編成、運転間隔
等により異なるが、一般的には3000kw,4000kw,あるいは
6000kw等が使用されており、大都市における直流変電所
では4000kwの整流器を4組(合計16,000kw)設置したも
のもある。また、大都市における直流変電所では、き電
回線が20回線をこえるものがあり、隣接変電所との間隔
も短く、2km前後となっている。従って、このような線
区の直流き電回路で短絡事故が生じた場合には、事故点
に全ての整流器から電流が流出すること、及び、直流母
線に接続されている他の回線を介して隣接変電所からの
電流が流れ込むことにより、非常に大きな電流となり、
数万アンペアから10万アンペア程度に達することが考え
られる。
このため、これら変電所に使用される直流遮断器には
きびしい責務が要求され、その形状も大形のものとなっ
ている。また、直流の事故電流を遮断したときには、大
きなアークが生じるため、直流遮断器の接触子の損耗が
激しいため、接触子の点検・取り替え等の保全作業に多
くの人手を要している。さらに整流器の素子も前記事故
電流に充分耐え得ることが要求される。
本発明は、変成設備、及び、き電設備の構成方法を改
良して短絡事故時の電流が過大にならないようにし、設
備の負担を軽減するとともに、整流器、及び、インバー
タによる高調波の発生抑制、および電気車の回生エネル
ギーの有効利用を行い、良質な電力を経済的に供給でき
る直流給電方式を提供することを目的としたものであ
る。
F.課題を解決するための手段 本発明は、交流電力を直流電力に変換し、該直流電力
をセクションで区分された複数の電車線に供給する直流
給電方式において、各饋電回線毎に設けられ、一次側が
交流高圧母線に接続されるとともに、結線の異なる複数
の順変換器用二次巻線および結線の異なる複数の逆変換
器用二次巻線を有する変圧器と、交流側が前記変圧器の
複数の順変換器用二次巻線に各々接続され、直流側が各
饋電回線毎の電車線とレール間に直列に接続された複数
の順変換器と、交流側が前記変圧器の複数の逆変換器用
二次巻線に各々接続され、直流側が各饋電回線毎の電車
線とレール間に直列に接続された複数の逆変換器とを備
え、前記順変換器によって電力の供給および電流遮断を
行い、前記逆変換器によって電力の回生を行うことを特
徴としている。
F.作用 各電車線には、各饋電回線毎に設けられた変圧器およ
び直列接続された順変換器を介して電力が供給される。
直流饋電回路で短絡事故が発生すると、当該事故発生側
の順変換器を構成する半導体素子を制御して電流を遮断
する。すると電流は高速度で遮断されるので、短絡電流
が過大な値にならないうちに遮断することができる。こ
のため従来のような直流遮断器を設ける必要はなく経済
的である。また順変換器を構成する半導体素子の電流負
担は軽減される。所定の電車線下の電気車が回生運転を
行ったときのエネルギーは逆変換器を介して他の饋電回
線側に供給することができ、電力の有効利用が図れる。
前記順変換器,逆変換器は各々直流側において直列接続
されるので、順変換器,逆変換器の各半導体素子の電圧
負担は著しく軽減される。変圧器の二次側の複数の巻線
は異なる結線で構成されているので、高調波の発生は抑
制される。変圧器,順変換器,逆変換器は各饋電回線毎
に設けられるので、列車の運転に合わせて使用,停止す
ることができ、無負荷損失を低減することができる。
G.実施例 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を説明す
る。第1図において第2図と同一部分は同一符号をもっ
て示しその説明は省略する。第1図においてMTRは電源
が特別高圧の場合に高圧に降圧するための主変圧器であ
り、その二次側は受電用母線断路器89BRを介して交流高
圧母線HBUSに接続されている。交流高圧母線HBUSには変
成器用交流遮断器52−1,52−2,52−3,52−4を介して変
成器用変圧器1,2,3,4の一次巻線が各々接続されてい
る。変成器用変圧器1,2,3,4の二次側は、一方を星形結
線、他方を三角結線で構成したサイリスタ整流器用二次
巻線11,12,13,14と、一方を星形結線、他方を三角結線
で構成したインバータ用二次巻線21,22,23,24とを有し
ている。前記サイリスタ整流器用二次巻線11,12,13,14
には、各巻線毎に2個のサイリスタ整流器31aと31b,32a
と32b,33aと33b,34aと34bの各交流側が接続されてい
る。前記インバータ用二次巻線21,22,23,24には、各巻
線毎に2個のインバータ41aと41b,42aと42b,43aと43b,4
4aと44bの各交流側が接続されている。前記サイリスタ
整流器31aと31b,32aと32b,33aと33b,34aと34bの各直流
側は各々直列接続されている。サイリスタ整流器31a,32
a,33a,34aの各正側出力端は正極用断路器89P1,89P2,89P
3,89P4を介してトロリー線TUD,TUU,TDD,TDUに各々接続
されている。サイリスタ整流器31b,32b,33b,34bの各負
側出力端は負極用断路器89N1,89N2,89N3,89N4および直
流負極母線Nを介してレールRD,RUに接続されている。
インバータ41aと41b,42aと42b,43aと43b,44aと44bの各
直流側は各々直列接続されている。インバータ41a,42a,
43a,44aの各正極端は正極用断路器89P1,89P2,89P3,89P4
を介してトロリー線TUD,TUU,TDD,TDUに各々接続されて
いる。インバータ41b,42b,43b,44bの各負極端は負極用
断路器89N1,89N2,89N3,89N4および直流負極母線Nを介
してレールRD,RUに接続されている。さらに交流高圧母
線HBUSには交流遮断器52L,52Sを介して電灯・動力高圧
配電線,信号高圧配電線が各々接続されている。
上記のように構成された装置において、交流高圧母線
HBUSから変成器用交流遮断器52−1,52−2,52−3,52−4
および変成器用変圧器1,2,3,4を介して導かれる交流電
力はサイリスタ整流器31a,31b,32a,32b,33a,33b,34a,34
bによって直流電力に変換される。前記直流電力は正極
用断路器89P1,89P2,89P3,89P4を介して各トロリー線TU
D,TUU,TDD,TDU下に存在する電気車(図示省略)に供給
される。このように各饋電回線毎に2組のサイリスタ整
流器の直流側を直列接続して所定の饋電電圧を得ている
ので、サイリスタ整流器の整流素子にかかる逆電圧は、
整流器を1組のみで構成する場合の1/2に低減される。
いま直流饋電回路(トロリー線TUD,TUU,TDD,TDU)、例
えばトロリー線TUDで短絡事故が発生すると、サイリス
タ整流器31a,31bの各サイリスタを位相制御し、ゲート
を絞り込む。すると短絡電流は過大な値にならないうち
に高速度で遮断される。このため従来方式における直流
遮断器を省略することができるとともに、サイリスタ整
流器31a,31bの各整流素子等の電流負担を軽減すること
ができる。また、トリロー線TUD下の電気車が回生運転
を行ったときの直流電力はインバータ41a,41bによって
交流電力に変換され、他の饋電回線や高圧配電線負荷に
供給される。このため回生電力を有効に利用することが
できる。上記の動作はトロリー線TUU,TDD,TDUについて
も同様である。尚各饋電回線毎に2組のインバータの直
流側を直列接続しているので、インバータを構成する各
半導体素子にかかる逆電圧は1組の場合の1/2に低減さ
れる。また変成器用変圧器1,2,3,4のサイリスタ整流器
用二次巻線11,12,13,14、インバータ用二次巻線21,22,2
3,24の各一方を星形結線に、各他方を三角結線にしてい
るので、高調波の発生は抑制され、公害防止の効果が得
られる。
尚上記実施例ではサイリスタ整流器,インバータを各
饋電回線毎に2組ずつ設けているが、組数を増加すれば
それだけ整流素子にかかる逆電圧を低減することがで
き、より価格の低い素子の使用が可能となる。また前記
インバータ41a,41b,42a,42b,43a,43b,44a,44bは、電力
の回生によって電気車の円滑な制動効果を得ることや回
生エネルギーの有効利用を図るだけでなく、電気車が変
電所饋電引き出し口付近における電車線のセクションを
通過するときに生じるセクション間の差電圧を吸収する
作用もある。
また、各変成器用変圧器1,2,3,4の一次側の交流母線H
BUSの電圧を、特高とせず高圧としているのは、機器の
絶縁を容易とするとともに、饋電回線における回生電力
をインバータを介して高圧配電線負荷にも供給できるよ
うにするためである。
H.発明の効果 以上のように本発明によれば、一次側が交流母線に接
続された変圧器の二次側を星形結線と三角結線等のよう
に異なる複数の二次巻線で構成し、該二次巻線に各々複
数の順変換器と複数の逆変換器を接続し、前記順変換器
の直流側を直列接続して得られる直流電力を電車線に供
給するとともに、回生運転時のエネルギーを前記逆変換
器によって回生するようにしたので次のような優れた効
果が得られる。
(1)従来のような直流遮断器を省略することができる
ので、変電所建物の床面積の縮小を図ることができる。
また無接点化が図れるので接触子の点検・取り替え等の
わずらわしい保全作業が不要となる。
(2)複数の順変換器,逆変換器は直流側において各々
直列接続しているので整流素子の電圧負担を軽減するこ
とができる。また電流遮断時間を短くできるので短絡事
故時の電流が過大にならないうちに遮断することがで
き、整流素子の電流負担が軽減できる。このため順変換
器,逆変換器を低価格の素子によって構成することがで
きる。
(3)変圧器の二次側は、結線の異なる複数の巻線で構
成しているので、高調波の発生を抑制することができ
る。
(4)逆変換器を設けているので、電気車のセクション
通過時の電気的ショックを抑制することができる。また
饋電回線における回生電力を他の饋電回線および高圧配
電線の負荷に有効に利用することができる。
(5)変圧器,順変換器,逆変換器を各饋電回線毎に設
けるので、列車の運転に合わせて使用,停止することが
でき、無負荷損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す回路図、第2図は従来
の給電装置の一例を示す回路図である。 1,2,3,4…変成器用変圧器、11,12,13,14…サイリスタ整
流器用二次巻線、21,22,23,24…インバータ用二次巻
線、31a,31b,32a,32b,33a,33b,34a,34b…サイリスタ整
流器、41a,41b,42a,42b,43a,43b,44a,44b…インバー
タ、52−1〜52−4…変成器用交流遮断器、54F1〜54F4
…直流遮断器、89P1〜89P4,89N1〜89N4…断路器、TUD,T
UU,TDD,TDU…トロリー線、RD,RU…レール,N…直流負極
母線、HBUS…交流高圧母線、S1,S2…セクション。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B60M 3/00 - 3/06 H01F 30/12 - 30/14 H02J 1/00 - 1/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電力を直流電力に変換し、該直流電力
    をセクションで区分された複数の電車線に供給する直流
    給電方式において、 各饋電回線毎に設けられ、一次側が交流高圧母線に接続
    されるとともに、結線の異なる複数の順変換器用二次巻
    線および結線の異なる複数の逆変換器用二次巻線を有す
    る変圧器と、 交流側が前記変圧器の複数の順変換器用二次巻線に各々
    接続され、直流側が各饋電回線毎の電車線とレール間に
    直列に接続された複数の順変換器と、 交流側が前記変圧器の複数の逆変換器用二次巻線に各々
    接続され、直流側が各饋電回線毎の電車線とレール間に
    直列に接続された複数の逆変換器とを備え、 前記順変換器によって電力の供給および電流遮断を行
    い、前記逆変換器によって電力の回生を行うことを特徴
    とする直流給電方式。
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