JPH0429525A - 直流給電方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【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。

Ｂ９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ずることにより、
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
新路器８９Ｒ１受電用交流遮断器５２Ｒおよび受電用母
線断路器８９ＢＲを介して特高母線５ＢＵＳに導かれる
。特高母線５ＢＵＳ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５ＲＴＲＩ、５ＲＴ
Ｒ２を介してシリコン整流器ＳＲＩ、ＳＲ２に導かれ、
直流変換される。ノリコン整流器ＳＲＩ、ＳＲ２の直流
出力電力は、整流器の正極用直流遮断器５４Ｐ１５４Ｐ
２、直流母線ＤＣＢＵＳ、直流遮断器５４Ｆ１〜５４Ｆ
４および断路器８９Ｆ１〜８９Ｆ４を介して、セクショ
ンＳｌ、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、ＴＤＬＩ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
い電気車はカ行運転される。前記整流器ＳＲＩ、ＳＲ２
の負極端は負極用新路器８９ＮＩ、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５ＢＵＳには、高圧変圧器用母線断路器８
９ＢＤ、高圧配電用交流遮断器５２Ｄ、高圧配電用変圧
器ＤＴＲおよび高圧変圧器二次断路器８９ＤＳを介して
高圧母線ＨＢＵＳ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５
２Ｓを介して信号高圧配電線が接続される。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 直流遮断器はき主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、き主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主回路で短絡事
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２
０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、敵方
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。

Ｅ９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、直流側か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。

Ｆ０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
流給電方式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Ｈ
ＢＵＳには変成器用交流遮断器５２−１，５ｉ２，５２
−３．５２−４を介して変成器用変圧器ｌ、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ク整流器用二次巻線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。前記サイリスク整流器用二次巻線１１．１
２゜１３．１４には、各巻線毎に２個のサイリスク整流
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。

４４ａ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。サイリスク整流器３１ａ、３２ａ、３３ａ、
３４ａの各正側出力端は正極用断路器８９Ｐ１，８９Ｐ
２，８９Ｐ３゜８９Ｐ４を介してトロリー線Ｔ［ＪＤ、
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
力端は負極用新路器８９Ｎ＋、８９Ｎ２．８９Ｎ３，８
９Ｎ４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４Ｉａ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、４４３の各正極端
は正極用断路器８９Ｐ１．８９Ｐ２８９Ｐ３．８９Ｐ４
を介してトロリー線ＴＵＤＴｔ、ｉＵ、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８９Ｎ］、８９Ｎ２．８９Ｎ３．８９Ｎ
４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Ｈ
ＢＵＳから変成器用交流遮断器５２−１５２−２．５２
−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、３
１ｂ、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８９Ｐ１，８９Ｐ２，８９Ｆ３．８９Ｐ４を介
して各トロリー線ＴＵＤ、ＴＵＵ、ＴＤＤ、ＴＤＵ下に
存在する電気車（図示省略）に供給される。

このように各端型回線毎に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端型電圧を得ているので、サ
イリスク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ｌ／２に低減される。いま直
流端型回路（トロリー線ＴＵＤ、ＴＵＵ、ＴＤＤ、ＴＤ
Ｕ）、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、トロリー線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、他の端型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、Ｔ
ＤＵについても同様である。尚各端型口線毎に２組のイ
ンパーク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のサイリスク整流器用二次巻線１１．１２．１３，１
４、インバータ用二次巻線２＋、２２．２３．２４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、公害防止上の効果が得られる
。

尚上記実施例ではサイリスタ整流器、インバータを各端
型回線毎に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、４３
ｂ、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、電気車が変電所端型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ＨＢＵＳ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、端型回線における
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。

Ｈ１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
によって回生ず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
わずられ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
鏡型回線における回生電力を他の鏡型回線および高圧配
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ｔＢ電電線線毎
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゜１
３．１４・・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、３
１ｂ、３２ａ、３２ｂ、３３ａ、３３ｂ。 ３４ａ、３４ｂ・・・サイリスタ整流器、４１ａ、４１
ｂ、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、ＴＵＵ、ＴＤＤ、ＴＤｔＪ・・・トロリー
線、ＲＤ、ＲＵ・・・レール、Ｎ・・・直流負極母線、
ＨＢＵＳ・・・交流高圧母線、Ｓ、、Ｓ、・・・セクシ
ョン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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。