JPH0688513B2 - 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
式電気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ストツパダイオードを接続し
て相手側の遮断器より電流が流入しないようにし、かつ
双方向電力変換器の逆電力変換時に事故が生じたときで
も、主の順電力変換器側より流入する事故電流を阻止す
るストツパーダイオードを設けたことにより、 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の一例であり、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,4b,4c,4d,4e,4fは力行用サイリスタ遮断器（以下力
行用遮断器と称す）、5a,5b,5c,5d,5e,5fは回生用ダイ
オードである。これらダイオード5a,5b,5c,5d,5e,5fの
アノード側は力行用遮断器4a,4b,4c,4d,4e,4fのカソー
ドに接続されるとともにダイオード5a,5b,5c,5d,5e,5f
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,8
b,8c,8d,8e,8fは直流断路器、9a,9b,9c,9d,9e,9fはデツ
ドセクシヨン11a,11b,11c,11dで区分された上り，下り
用の電車線路である。第２図の給電装置は、セクシヨン
オーバー対策を施したいわゆるダブルセクシヨン方式で
ある。すなわち、セクシヨンで区分された電車線路のう
ち一方の電車線路で地絡事故が生じても、電気車が前記
セクシヨンを通過する際に電車線路間の電位差によつて
アークが発生することの無いようにし、これによつてセ
クシヨンおよび電気車のパンタグラフが前記アークによ
り損焼することを防止したものである。

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い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、区分された電車線
路9a,9b,9c及び9d,9e,9fにより電気車12に供給される。
電気車12は上記のように供給される直流電力で力行運転
される。

次に電車線路9e下に存在する電気車12が回生運転時にあ
るとき、回生電力は電車線路9eから直流断路器8e,回生
用ダイオード5e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）が運転されている電車線路9a,9b,9c,9
d,9fに回生されるか、逆電力変換器２を介して商用周波
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
直接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〜4fが挿入さ
れる直流電路を６電路とすると、少なくとも力行用遮断
器の６倍も必要とする。

（ハ） そこで回生用遮断器６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６電路の場合、各直流電路に力行
用遮断器4a〜4f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
する設備費が厖大になる。

E.問題点を解決するための手段 この発明は交流電力を直流電力に変換する順電力変換器
と、 回生用母線に接続され、直流電力を交流電力にあるいは
交流電力を直流電力に変換する双方向電力変換器と、 前記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、 これら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、 これら第1,第２電車線路との間に両線路とはデツドセク
シヨンにより区分されて設けられるとともに、前記第3,
第４電車線路との間に両線路とはデツドセクシヨンによ
り区分されて設けられ、且つ前記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各別に接続され
る第5,第６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
もにカソードが一括して前記回生用母線に接続される２
組の第１ストツパダイオードと、 前記力行用母線と回生用母線の間に接続される第２スト
ツパダイオードとを備えたことを特徴としている。

F.作 用 上記のように順電力変換器，双方向電力変換器およびダ
ブルセクシヨンで区分された複数の電車線路を備えた直
流給電装置において、延長給電時に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、他方の遮断器は導通状態にあるので、該遮断器側
の電車線路の延長給電を接続できる。また、２組のダイ
オードブリツジ回路に各々遮断器とストツパダイオード
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
回路側から事故点へ電流が流入することがない。さら
に、順電力変換器と双方向電力変換器とを接続する電路
にダイオードを介挿して双方向電力変換器の逆電力変換
運転時に転流失敗しても前記ダイオードにより順電力変
換器から流入される事故電流を阻止できる。双方向電力
変換器を順電力変換動作させて力行電力を力行用母線に
供給させれば順電力変換器の容量を軽減できるとともに
順電力変換器の故障時にも力行電力を補償できるため、
変電所を停電させることがなくなる。

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8dを介して第１及び第３電車線路9a及
び9d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4
2dの共通接続点27及び47は直流断路器8b及び8eを介して
第２及び第４電車線路9b及び9eに接続される。さらに前
記ダイオード22bと22d及び42bと42dの共通接続点54及び
64は直流断路器8c及び8fを介して第５及び第６電車線路
9c及び9f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。この回生用母線29には直流を交流に、あるい
は交流を直流に変換する双方向電力変換器34が接続され
る。前記ダイオード28及び48のカソード側の一括接続点
35は図示極性のダイオード32を介して力行用母線３に接
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,8dを介して第1,第３
電車線路9a,9d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,8eを介し
て第2,第４電車線路9b,9eに供給され、且つサイリスタ
遮断器23,43→直流断路器8c,8fを介して第5,第６電車線
路9c,9fに供給される。

また、例えば第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22d→直流断路器8bを介して第２電車線路9bに供
給されるか、直流断路器8a→ダイオード22a→サイリス
タ遮断器23→直流断路器8cを介して第５電車線路9cに供
給されるか、直流断路器8a→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42d→直流
断路器8dか8eを介して第３か第４電車線路9d,9eに供給
されるか、直流断路器8a→ダイオード22a→力行用母線
３→サイリスタ遮断器43→直流断路器8fを介して第６電
車線路9fに供給されるか、あるいは直流断路器8a→ダイ
オード22a→サイリスタ遮断器23か力行用母線3,サイリ
スタ遮断器43→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,第４電車線路9
b,9d,9e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〜9f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４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〜9f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だけで制御できるために、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、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電
車線路9bに回生電気車12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６電車線路9c〜9f
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
通して流れることはなく、さらに双方向電力変換器の順
変換動作時の力行電流も事故点側へ流れることがない。
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を用いた延長給電時に、所望の
饋電区間（第1,第2,第５電車線路9a,9b,9c）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,第６電車線路9d,9e,9f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
率を向上させることができる。

上記の他に、ダイオード32が力行用母線３と回生用母線
29間に介挿されているので、双方向電力変換器34が逆電
力変換動作時に転流失敗しても、前記ダイオード32によ
り双方向電力変換器34側へ電流が流入するのを防止でき
る。これにより双方向電力変換器34の逆電力変換動作時
の転流失敗があつても事故の拡大を未然に防止できる。
双方向電力変換器34を順電力変換動作させて力行電流を
供給させれば、順電力変換器１の容量の軽減を図ること
ができるし、それの故障時にも変電所を停電させること
なく力行電流を供給できる。

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間にダイオードを介挿したの
で、逆電力変換動作時の転流失敗時にも双方向電力変換
器側へ流入する順電力変換器よりの事故電流はダイオー
ドで阻止できるために双方向電力変換器の事故の拡大を
未然に防止できる。

e.従来例に比較して回生用遮断器と、４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、遮断器の個数が減少するため、保護シーケンスが簡
単になるので信頼性が向上する。

f.双方向電力変換器の順電力変換動作により力行電力を
供給できるので、順電力変換器の電力容量を軽減できる
とともに、順電力変換器が故障したときでも力行電力が
供給できるので変電所を停電させることがない。

g.回生電気車が第１〜第６電車線路のうちいずれの電車
線路に存在しても各電車線路の力行電気車又は回生用母
線に供給することができる。このため回生電力を有効に
活用することができ、省エネルギータイプの給電システ
ムが実現できる。

h.電気車から発せられる回生電力の回生時に電車線路で
地絡事故が発生しても、遮断器で事故電流および回生電
流を遮断することができる。このため事故点を即座に解
放することができ、事故の影響を最小限にとどめること
ができる。

【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
来例を示す回路図である。 １……順電力変換器、３……力行用母線、9a,9b,9c,9d,
9e,9f……第１から第６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、28,32,48……ストツパダイオード、29……回生
用母線、34……双方向電力変換器。

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、 回生用母線に接続され、直流電力を交流電力にあるいは
   交流電力を直流電力に変換する双方向電力変換器と、 前記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、 これら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、 これら第1,第２電車線路との間に両線路とはデツドセク
   シヨンにより区分されて設けられるとともに、前記第3,
   第４電車線路との間に両線路とはデツドセクシヨンによ
   り区分されて設けられ、且つ前記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各別に接続され
   る第5,第６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
   もにカソードが一括して前記回生用母線に接続される２
   組の第１ストツパダイオードと、 前記力行用母線と回生用母線の間に接続される第２スト
   ツパダイオードとを備えたことを特徴とする直流給電装
   置。