JPH07110590B2 - 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
合せたものを方面別に区分された電車線路毎に各々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、かつ逆電力変換器で転流失敗事故が生じたときで
も、順電力変換器側より流入する事故電流を阻止するダ
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、鉄道線路に沿っ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３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。７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
ドは逆電力変換器２に接続されるとともに前記直流母線
７に接続される。8a〜8dは直流断路器、9a,9b及び10a,1
0bはデツドセクシヨン11,12で方面別に区分された第1,
第２及び第3,第４電車線路である。

次に第３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から断路器8c,回生用ダイオード5c及び回生
用遮断器６を経て直流母線７に供給される。この母線７
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３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７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３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）一方の電車線路で地絡事故が生じた場合、他の電
車線路から流入する回生電流および隣接する変電所から
の延長給電電流を回生用遮断器６で遮断せしめることに
なるので、他の電車線路を走行する電気車の運行に支障
が生じてしまう。

（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
ンスが複雑となって、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 本発明は、（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
クシヨンで方面別に区分された第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
続された各々のアノード側間に接続され、通常時は開放
されていて前記遮断器の１組が故障したときは閉成され
る直流断路器と、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
生用母線と前記力行用母線の間に接続されるダイオード
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とともに、（２）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方面別に区分された第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各々のアノード側間に接続さ
れ、通常時は開放されていて前記遮断器の１組が故障し
たときは閉成される直流断路器と、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
接続されて前記回生用母線に接続される２組のストツパ
ダイオードと、前記回生用母線と前記力行用母線の間に
接続されるダイオードとを備えてなることを特徴として
いる。

F.作用 上記のように延長給電時にも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。また、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がない。さらに、
順電力変換器と、逆電力変換器又は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いるので、双方
向電力変換器又は逆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。また、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同志を直流断路器
により接続して２組のダイオードブリツジ回路間で相互
に電力を融通する相互予備方式としたので、一方の遮断
器が故障しても、他方の遮断器を通して全電車線路に給
電できる。上記の他に事故時の延長給電電流は事故回線
と接続される遮断器で遮断されるので、延長給電電流を
供給する隣接変電所でしや断する必要はなくなる。

G.実施例 G₁．第１の発明の実施例 第１図は第１の発明の一実施例を示す回路図で、第３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ダイオードブリツシ回路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
７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７、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。

前記ダイオード22aと22bの共通接続点26は直流断路器8a
を介して第１電車線路9aに接続される。前記ダイオード
22cと22dの共通接続点27は直流断路器8bを介して第２電
車線路9bに接続される。前記ダイオード42aと42bの共通
接続点46は直流断路器8cを介して第４電車線路10bに接
続される。前記ダイオード42cと42dの共通接続点47は直
流断路器8dを介して第３電車線路10a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
続されるとともにダイオード31のアノードに接続され
る。この回生用母線29には直流を交流に変換する逆電力
変換器２が接続される。前記ダイオード31のカソードは
前記力行用母線７に接続される。前記２組のダイオード
ブリツジ回路21及び41の共通接続された点25及び45間に
は直流断路器39が介挿される。この直流断路器39は通常
開放状態にあり、第１及び第２サイリスタ遮断器23及び
43のどちらかが故障したときに閉成される。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４
電車線路9a,10b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2,第３電車線路9b,10aに供給される。

また、第４電車線路10bに発生した回生電流は直流断路
器8c→ダイオード42a→サイリスタ遮断器43→ダイオー
ド42d→直流断路器8dを介して第３電車線路10aに供給さ
れるか、ダイオード42a→力行用母線７→サイリスタ遮
断器23→ダイオード22bか22d→直流断路器8aか8bを介し
て第１か第２電車線路9a,9b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1,第２及び第３電車線路9a,9b及び10a
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を通って流れ、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３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だけで制御
できるために回生用遮断器が不要となる等の利点があ
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４電
車線路10bに回生電気車13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2,第３電車線路9b,1
0a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健全回線の第２サイリスタ遮断器43
を通して事故点Ｆ側へ電流が供給されることがない。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電車線路9a,9b）のみを饋電停止さ
せる場合であっても、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、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31が力行用母線７と回生用母線
29間に介挿されているので、逆電力変換器２が転流失敗
しても、前記ダイオード31により逆電力変換器２側へ事
故電流が流入するのが防止できる。これにより逆電力変
換器２の転流失敗があっても事故の拡大を未然に防止で
きる。

また、上記実施例ではダイオードブリツジ回路21,41の
共通接続点25,45を結ぶ電路に介挿されている直流断路
器39を、例えば第１サイリスタ遮断器23が故障したとき
に閉成させれば、第１サイリスタ遮断器23に接続されて
いる第1,第２電車線路9a,9bに、第２サイリスタ遮断器4
3側より直流断路器39を介して給電することができる。
これによりシステム自体の信頼性を向上させることがで
きる。また、第２サイリスタ遮断器43が故障したときに
直流断路器39を閉成させれば、前記同様にして第１サイ
リスタ遮断器23側より給電することができ、相互予備給
電が可能となる。

G₂．第２の発明の実施例 次に第２の発明の実施例を第２図とともに説明する。第
２図において第１図と同一部分は同一符号を持って示
し、その説明は省略する。第２図において第１図と異な
る点は逆電力変換器２の代わりに、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30が接続さ
れていることであり、その他の部分は第１図と同一構成
となっている。

上記実施例において力行，回生，事故発生時の動作は第
１図の回路と同様になるのでその説明は省略するが、双
方向電力変換器30を順電力変換動作させた場合、該変換
器30から流れる力行電流は次の経路で流れる。すなわち
双方向電力変換器30→ダイオード31→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４電車線路9a,10b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2,第３電車線路9b,10aに供給される。このよ
うに双方向電力変換器30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。また、ダイオード31が
力行用母線７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30が逆電力変換動作時に転流失敗して
も、前記ダイオード31により双方向変換器30側へ事故電
流が流入するのが防止できる。これにより双方向電力変
換器30の逆電力変換動作時の転流失敗があっても事故の
拡大を未然に防止できる。

尚、前記第１の発明において、ダイオード31を削除して
力行用切母線７と回生用母線29を切り離して構成しても
良い。

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。従って、
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逆電力変換器又
は双方向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逆電力変換器又は双
方向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、遮断器の個数が少なくなるため、保護シーケンスが
簡単になるので信頼性が向上する。

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.2組の遮断器のうちどちらか一方の遮断器が故障した
場合でも相互予備方式を用いたので、故障した遮断器側
に接続されている電車線路に対しても他方の遮断器側よ
り直流断路器を通して給電することができ、システム自
体の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の一実施例を示す回路図、第２図は
第２の発明の一実施例を示す回路図、第３図は従来例を
示す回路図である。 １……順電力変換器、２……逆電力変換器、７……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、30……双方向電力変換器、31…
…ダイオード、39……直流断路器。

Claims (2)

【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
   ンで方面別に区分された第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
   た各々のアノード側間に接続され、通常時は開放されて
   いて前記遮断器の１組が故障したときは閉成される直流
   断路器と、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
   線と前記力行用母線の間に接続されるダイオードと、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。
2. 【請求項２】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
   で方面別に区分された第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
   た各々のアノード側間に接続され、通常時は開放されて
   いて前記遮断器の１組が故障したときは閉成される直流
   断路器と、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前記回生用母
   線に接続される２組のストツパダイオードと、前記回生
   用母線と前記力行用母線の間に接続されるダイオードと
   を備えてなることを特徴とする直流給電装置。