JPH0688511B2 - 直流給電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は電気鉄道の給電装置に係り、特に交流電力を
直流電力に変換して電気車の駆動源として供給する直流
式鉄道の給電装置に関する。

B.発明の概要 この発明は直流式電気鉄道の給電装置において、力行時
の電流及び回生時の電流が同一の遮断器を流れるよう
に、その遮断器とダイオードブリツジ回路とを組み合せ
たものを上り，下り用電車線路毎に各々１組設けるとと
もにそのブリツジ回路の共通接続された各々のアノード
側と回生用母線との間に各別にストツパダイオードを接
続したことにより、 電車線側の事故等に対するシステムの信頼性を著しく向
上させることができるとともに回生電流も有効に活用で
きるようにしたものである。

C.従来の技術 従来、鉄道線路に沿つて適当な間隔で設備された直流変
電所には１組ないし数組の変換装置が設けられて構成さ
れている。また、各変換装置の直流出力側は変換装置専
用の直流高速度遮断器に接続されるとともにその装置の
交流入力側は共通の母線導体に接続されている。すなわ
ち、順電力変換装置と直流高速度遮断器とを含めた給電
系は変電所間で並列に接続されて直流変電所の直流電源
を構成している。

一方、電車線路は一般に隣接変電所間および線路別に区
分され、その区分された電車線路は各回線専用の直流高
速度遮断器を介して各変電所で、それぞれの正極母線に
接続され、レールは負極母線に接続される。

一般に前記区分された電車線路には隣接する変電所が並
列に電力を供給する給電回路として構成されている。

第２図は従来の給電装置で、１は交流電力を直流電力に
変換するサイリスタ制御素子からなる順電力変換器、２
は直流電力を交流電力に変換するサイリスタ制御素子か
らなる逆電力変換器である。３は直流母線、4a〜4dは力
行用サイリスタ遮断器（以下力行用遮断器と称す）、5a
〜5dは回生用ダイオードで、これらダイオード5a〜5dの
アノード側は力行用遮断器4a〜4dのカソードに接続され
るとともにダイオード5a〜5dのカソード側は一括接続さ
れて回生用サイリスタ遮断器６（以下回生用遮断器と称
す）のアノードに接続される。回生用遮断器６のカソー
ドは直流母線３に接続される。直流母線３には逆電力変
換器２が接続される。8a〜8dは直流断路器、9a,9b及び1
0a,10bはデツドセクシヨン11,12で区分された上り、下
り用の第１第２及び第3,第４電車線路である。

次に第２図の動作を述べる。まず、電気車の力行運転用
電力は変電所において図示しなに商用周波電源母線より
交流遮断器（図示省略）を通して受電された３相交流電
圧を変圧器（図示省略）で適当な電圧に変換し、順電力
変換器１により直流電力に変換して、区分された第1,第
２電車線路9a,9b及び第3,第４電車線路10a,10bに供給さ
れる。第４電車線路10bの電気車13は上記のように供給
される直流電力で力行運転される。

次に電気車13が回生運転時にあるとき、回生電力は第４
電車線路10bから回生用ダイオード5d及び回生用遮断器
６を経て直流母線３に供給される。この母線３に供給さ
れた回生電力は力行電気車（図示省略）が運転されてい
る例えば第１電車線路9a〜第３電車線路10aに回生され
るか、逆電力変換器２を介して電源母線に回生される。

D.発明が解決しようとする問題点 （１） 第２図のように構成された従来例において、順
電力変換器１と逆電力変換器２とが直流母線３を介して
直流逆並列接続してあるので、逆電力変換器２の転流失
敗に際して、順電力変換器１側より事故電流が供給さ
れ、事故が拡大される問題点がある。

（２） 第２図において、回生用遮断器６を遮断すると
次のような問題が発生する。

（イ） 延長給電時に、所望の饋電区間のみを饋電停止
しようとすると、隣接する他方の電車線路の饋電も停止
させてしまうので、電気車の運行に支障を生じてしま
う。

（ロ） 事故時に電車線路より流入する回生電流，延長
給電電流を回生用遮断器６のみで遮断しようとすれば、
その遮断器６の遮断容量は力行用遮断器4a〜4dが挿入さ
れる直流電路を４電路（複数の場合）とすると、少なく
とも力行用遮断器の４倍も必要とする。

（ハ） そこで回生用遮断器の遮断容量を軽減すべく、
回生電流を遮断できる程度の容量とすると、事故時に回
生車があると、回生用遮断器６で延長給電電流を遮断で
きなくなる。このため、隣接変電所側で事故点側へ流出
する電流を遮断しなければならず、事故時の保護シーケ
ンスが複雑となつて、システムの信頼性が低下してしま
う。

（ニ） 上記のように４電路の場合、各直流電路に力行
用遮断器4a〜4dが挿入されるので、変電所が非常に不経
済になる。

（ホ） また、変電所設備が大きくなるので、建設に対
する設備費が尨大になる。

E.問題点を解決するための手段 この発明は順電力変換器に力行用母線を接続し、この力
行用母線に２組のダイオードブリツジ回路を設け、これ
らブリツジ回路の共通接続されたカソード側とアノード
側間に各別に遮断器を接続し、前記共通接続されたカソ
ード側を力行用母線に接続し、デツドセクシヨンで区分
された複線を形成する第１から第４電車線路に前記２組
のダイオードブリツジ回路の各辺を構成するダイオード
のカソードとアノードとの共通接続点を各別に接続し、
前記２組のダイオードブリツジ回路の共通接続されたア
ノード側に２組のストツパダイオードのアノード側を各
別に接続するとともにそのカソード側を共通接続して回
生用母線を介して逆電力変換器に接続したものである。

F.作用 上記のように力行用母線と回生用母線とを分離させてい
るため、逆電力変換器の転流失敗時にも遮断器を遮断す
れば逆電力変換器の転流失敗による事故拡大を未然に防
止できるようになる。また、延長給電時にも２組の遮断
器のうち一方だけ遮断させて所望の饋電区間のみを饋電
停止した場合でも、他方の遮断器は導通状態にあるの
で、他方の電車線路の延長給電を継続できる。さらに２
組のダイオードブリツジ回路に各々遮断器を設けている
ので、一方のブリツジ回路に接続される電車線路側に地
絡事故が発生した場合でも、ストツパダイオードを介し
てダイオードブリツジ回路を接続しているから事故回線
側のブリツジ回路の遮断器を遮断させれば、健全回線の
ブリツジ回路側から事故回線に事故電流が流入すること
はなく、事故の拡大を未然に防止できる。

G.実施例 第１図はこの発明の一実施例を示す回路図で、第２図と
同一部分は同一符号を付して説明する。

第１図において、21及び41は図示極性のように配設され
た４個のダイオード22a〜22d及び42a〜42dから構成され
る第１及び第２ダイオードブリツジ回路である。この第
１及び第２ダイオードブリツジ回路21及び41におけるダ
イオード22a,22c及び42a,42cのカソード側は力行用母線
３に接続される。23及び43は第１及び第２のサイリスタ
遮断器（この遮断器は直流高速度遮断器でもよい）で、
第１及び第２サイリスタ遮断器23及び43のアノード側は
力行用母線３、すなわちダイオード22a,22c及び42a,42c
のカソードを共通接続した点24及び44に接続される。ま
た、第１及び第２サイリスタ遮断器23及び43のカソード
側はダイオード22b,22d及び42b,42dのアノードを共通接
続した点25及び45に接続される。

前記第１及び第２ダイオードブリツジ回路21及び41のダ
イオード22aと22b及び42aと42bの共通接続点26及び46は
直流断路器8a及び8cを介して第１及び第３電車線路9a及
び10aに接続される。また、前記第１及び第２ダイオー
ドブリツジ回路21及び41のダイオード22cと22d及び42c
と42dの共通接続点27及び47は直流断路器8b及び8dを介
して第２及び第４電車線路9b及び10bに接続される。

28及び48はストツパダイオードで、このダイオード28及
び48のアノード側は各々の共通接続点25及び45に接続さ
れ、そのカソード側は一括接続されて回生用母線29に接
続される。回生用母線29には逆電力変換器２が接続され
る。なお、順電力変換器１はダイオード整流器を示した
が、サイリスタ整流器であってもよい。

次に上記実施例の動作を述べる。

サイリスタ遮断器23,43は通常閉成状態にしておくと、
順電力変換器１の力行電はサイリスタ遮断器23,43→ダ
イオード22b,42b→直流断路器8a,8cを介して第1,第３電
車線路9a,10aに供給されるとともにサイリスタ遮断器2
3,43→ダイオード22d,42d→直流断路器8b,8dを介して第
2,第４電車線路9b,10bに供給される。

また、第１電車線路9aに発生した回生電流は直流断路器
8a→ダイオード22a→サイリスタ遮断器23→ダイオード2
2d→直流断路器8bを介して第２電車線路9bに供給される
か、ダイオード22a→力行用母線３→サイリスタ遮断器4
3→ダイオード42bか42d→直流断路器8cか8dを介して第
３か第４電車線路10a,10bに供給されるか、あるいはス
トツパダイオード28,48を介して回生用母線29に供給さ
れる。なお、第2,第３及び第４電車線路9b,10a及び10b
に生じた回生電流も同様に第1,第２ダイオードブリツジ
回路21,41を通つて流れ、各電車線路あるいは回生用母
線29に供給される。

上記のように力行電流を各電車線路9a,9b及び10a,10bに
供給するとき、２組の第1,第２サイリスタ遮断器23,43
が介挿されるだけで制御できるから、高価なサイリスタ
遮断器が第２図のものより２組省略できる利点がある。
これにより給電装置を安価に製作できるようになる。ま
た、各電車線路9a,9b及び10a,10bに発生した回生電流を
制御するときも、第1,第２サイリスタ遮断器23,43と第
1,第２ダイオードブリツジ回路21,41のダイオード22a〜
22d及び42a〜42dとストツパダイオード28,48だけ制御で
きるために回生用遮断器が不要となる利点がある。

さらに、力行電流及び回生電流とも第1,第２サイリスタ
遮断器23,43を通ることになるから、その遮断器23,43を
開放させれば、力行及び回生の両電流の遮断が２組のサ
イリスタ遮断器23,43で行うことができるので、保護シ
ーケンスを簡素化できる。このように力行及び回生の両
電流を遮断できる機能を有するサイリスタ遮断器を用い
ることにより、例えば第１図の第１電車線路9aのＦ点で
地絡事故が発生したとき、サイリスタ遮断器23を開放さ
せれば、力行電流は遮断させる。その後、直流断路器8a
を開放させ、サイリスタ遮断器23を再び閉成すれば、第
２電車線路9bに回生電気車14が運転されていても回生電
流は前述のように回生用母線29か第3,第４電車線路10a,
10bに供給される。なお、上記地絡事故時に第1,第２ダ
イオードブリツジ回路21,41はストツパダイオード28,48
を介して接続されているために、第１サイリスタ遮断器
23を開放させるだけで事故電流が第２サイリスタ遮断器
43を通して流れることがない。これにより事故の拡大を
未然に防止できる。

上記第1,第２ダイオードブリツジ回路21,41と第1,第２
サイリスタ遮断器23,43を用いて延長給電時に、所望の
饋電区間（第1,第２電車線路9a,9b）のみを饋電停止さ
せる場合、第１サイリスタ遮断器23を開放させるだけで
あるから、第3,第４電車線路10a,10b側の饋電区間には
延長給電を継続でき、電気車の円滑な運行が可能とな
る。

上記延長給電時に、事故が発生した場合、事故回線に接
続されるサイリスタ遮断器23あるいは43で遮断するの
で、延長給電電流を供給する隣接変電所で遮断する必要
はない。従って保護シーケンスの一層の単純化として、
事故の影響を最小限にとどめることができ、電気車の運
行効率を向上させることができる。

上記実施例では力行母線３と回生用母線29とを分離させ
ているので、逆電力変換器２の転流失敗時に逆電力変換
器２に流入される順電力変換器１からの事故電流は第1,
第２サイリスタ遮断器23,43で遮断できるので、逆電力
変換器２の事故の拡大を未然に防止できる。

次に本発明の他の実施例を第３図とともに説明する。第
３図は本発明を方面別饋電方式（複数の電車線路を一方
面，他方面に別けて各方面毎に饋電する方式）の給電装
置に適用した実施例を示す。第３図において第１図と異
なる点は、ダイオード22cと22dの共通接続点27が直流断
路器8bを介して第３電車線路10aに接続されていること
と、ダイオード42aと42bの共通接続点46が直流断路器8c
を介して第２電車線路9bに接続されていることであり、
他の部分は第１図と同一に構成されている。第３図にお
いてサイリスタ遮断器23,43を第１図の場合と同様に通
常閉成状態にしておくと、順電力変換器１の力行電流は
サイリスタ遮断器23,43→ダイオード22b,42b→直流断路
器8a,8cを介して第1,第２電車線路9a,9bに供給されると
ともにサイリスタ遮断器23,43→ダイオード22d,42d→直
流断路器8b,8dを介して第3,第４電車線路10a,10bに供給
される。

また、第１電車線路9aに発生した回生電流も第１図の場
合と同様に直流断路器8a→ダイオード22a→サイリスタ
遮断器23→ダイオード22d→直流断路器8bを介して第３
電車線路10aに供給されるか、ダイオード22a→力行用母
線３→サイリスタ遮断器43→ダイオード42bから42d→直
流断路器8cか8dを介して第２か第４電車線路9b,10bに供
給されるか、あるいはストツパダイオード28,48を介し
て回生用母線29に供給される。なお、第2,第３及び第４
電車線路9b,10a及び10bに生じた回生電流も同様に第1,
第２ダイオードブリツジ回路21,41を通つて流れ各電車
線路あるいは回生用母線29に供給される。

上記のように方面別饋電方式であつても第１図と同様
に、力行電流および回生電流は２組の第1,第２サイリス
タ遮断器23,43によつて制御できる。このため高価なサ
イリスタ遮断器が第２図のものより３組省略できる利点
がある。これにより給電装置を安価に製作できるように
なる。また、力行及び回生の両電流の遮断が２組のサイ
リスタ遮断器23,43で行うことができるので、保護シー
ケンスを簡素化できる。このように力行及び回生の両電
流を遮断できる機能を有するサイリスタ遮断器を用いる
ことにより、例えば第３図の第１電車線路9aのＦ点で地
絡事故が発生したとき、サイリスタ遮断器23を開放させ
れば、力行電流は遮断される。その後、直流断路器8aを
開放させ、サイリスタ遮断器23を再び閉成すれば、第2,
第3,第４電車線路9b,10a,10bには前記地絡事故の影響を
受けること無く電流が供給される。また、第１図と同様
にストツパダイオード28,48を接続しているので、前記
地絡事故時に事故電流が直流違れ込むのを防止できる。

さらに第1,第２ダイオードブリツジ回路21,41と第1,第
２サイリスタ遮断器23,43を用いた延長給電時に、所望
の饋電区間（例えば第1,第３電車線路9a,10a）のみを饋
電停止させる場合、第１サイリスタ遮断器23を開放させ
るだけであるから、第2,第４電車線路9b,10b側の饋電区
間には延長給電を継続でき、電気車の円滑な運転が可能
となる。

上記延長給電時に、事故が発生した場合、事故回線に接
続されるサイリスタ遮断器23あるいは43で遮断するの
で、延長給電電流を供給する隣接変電所で遮断する必要
はない。従つて保護シーケンスの一層の単純化と、事故
の影響を最小限にとどめることでき、電気車の運行効率
を向上させることができる。

上記実施例では力行母線３と回生用母線29とを分離させ
ているので、逆電力変換器２の転流失敗時に逆電力変換
器２に流入させる順電力変換器１からの事故電流は第1,
第２サイリスタ遮断器23,43で遮断できるので、逆電力
変換器２の事故の拡大を未然に防止できる。

H.発明の効果 以上述べたように、この発明によれば次のような効果が
得られる。

a.延長給電時に所望の饋電区間のみを饋電停止した場合
でも、他方の電車線路側の饋電区間には延長給電を継続
でき電気車の円滑な運行が可能となる。

b.延長給電時における事故のとき、延長給電電流は事故
回線と接続される遮断器で遮断するので、延長給電電流
を供給する隣接変電所で遮断する必要はない。従つて、
保護シーケンスの一層の単純化と事故の影響を最小限に
とどめることができ、電気車の運行効率の向上を図るこ
とができる。

c.ストツパダイオードを設けたので、一方の電車線路側
で地絡事故が発生したときでも、２組の遮断器のうち事
故側の一方の遮断器を遮断させれば、他方の遮断器側か
ら事故電流が流入することはなく、事故の拡大を未然に
防止できる。

d.力行用母線と回生用母線を分離したので、逆電力変換
器の転流失敗時に逆電力変換器側へ流入する順電力変換
器よりの事故電流も遮断器で遮断できるために逆電力変
換器事故の拡大を未然に防止できる。

e.従来例に比較して回生用遮断器と、２組の力行用遮断
器が不要となるので、設備費は非常に有利となる。ま
た、遮断器が不要となるため、保護シーケンスが簡単に
なるので信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は従
来例を示す回路図、第３図はこの発明の他の実施例を示
す回路図である。 １……順電力変換器、２……逆電力変換器、３……力行
用母線、9a,9b,10a,10b……第１から第４電車線路、21,
41……第1,第２ダイオードブリツジ回路、23,43……第
1,第２サイリスタ遮断器、28,48……ストツパダイオー
ド、29……回生用母線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電力を直流電力に変換する順電力変換
   器と、この順電力変換器に接続された力行用母線と、こ
   の力行用母線に共通接続されたカソード側が接続される
   ２組のダイオードブリツジ回路と、この２組のダイオー
   ドブリツジ回路に各別に設けられ、これらブリツジ回路
   の共通接続された、アノード側と前記力行用母線に接続
   されたカソード側間に接続される２組の遮断器と、前記
   ２組のダイオードブリツジ回路の各辺を構成するダイオ
   ードのカソードとアノードとが共通接続された接続点に
   各別に接続されるとともに複線を形成するデツドセクシ
   ヨンで区分された第1,第２及び第3,第４電車線路と、前
   記２組のダイオードブリツジ回路の共通接続されたアノ
   ード側にそれぞれのアノードが各別に接続されるととも
   にカソードが共通接続されて回生用母線に接続される２
   組のストツパダイオードと前記回生用母線に接続される
   逆電力変換器とを備えてなることを特徴とする直流給電
   装置。