JPH07110591B2 - 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直列回路とダイオード
ブリツジ回路とを組み合せたものを２組構成し、これら
によつてダブルセクシヨンで区分され複線を形成する第
１〜第６電車線路の力行電流，回生電流および事故電流
を制御するように構成したことにより、 電車線路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、ダブルセクシヨンで
区分された複数の電車線路からの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、順電力変換器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４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４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４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４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４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〜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
る設備費が尨大になる。

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、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組のダイ
オード直列回路と、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た回生
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直流電力を交流電力に変換する逆
電力変換器と、前記力行用母線と回生用母線の間に接続
されるダイオードと、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組のダイオード直列回路の各共通接続点に各別に接
続される第5,第６電車線路とを備えたことを特徴として
いる。

F.作用 一方面側の電車線路、例えば第１又は第３電車線路で地
絡事故が発生した場合、一方のダイオードブリツジ回路
に設けられた遮断器を開放すれば事故点へ流入する電流
を遮断できる。

このとき他方面側の電車線路に接続される遮断器を開放
する必要はないので、一方面側の電車線路で発生した地
絡事故の影響を受けることなく給電が継続される。ま
た、電力回生機能を有する変電所であつても２組のスト
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、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。

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４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,42a,42
c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
42cと42dの共通接続点47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22cと22dの共通
接続点27は直流断路器8dを介して第３電車線路9d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8eを介して第４電車線路9eに接続される。前記第
１ダイオードブリツジ回路21のカソード側共通接続点24
とアノード側共通接続点25の間には、図示極性のダイオ
ード31と32を直列接続して成る第１のダイオード直列回
路30が接続されている。ダイオード31と32の共通接続点
33は直流断路器8cを介して第５電車線路9cに接続され
る。前記第２ダイオードブリツジ回路41のカソード側共
通接続点44とアノード側共通接続点45の間には、図示極
性のダイオード51と52を直列接続して成る第２のダイオ
ード直列回路50が接続されている。ダイオード51と52の
共通接続点53は直流断路器8fを介して第６電車線路9f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あつてもよい。

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,42d,22d,42b,32,52→直流断路器8a,8b,8
d,8e,8c,8fを介して第1,第2,第3,第4,第5,第６車線路9
a,9b,9d,9e,9c,9fに供給される。また第４電車線路9eに
発生した回生電流は直流断路器8e→ダイオード42a→サ
イリスタ遮断器23,43→ダイオード22b,42d,22d,32,52→
直流断路器8a,8b,8d,8c,8fを介して第1,第2,第3,第5,第
６電車線路9a,9b,9d,9c,9fに供給される。尚第1,第2,第
3,第5,第６電車線路9a,9b,9d,9c,9fに発生した回生電流
も同様に第1,第2,ダイオードブリツジ回路21,41,ダイオ
ード直列回路30,50およびサイリスタ遮断器23,43を通つ
て流れ、各電車線路に供給される。

上記のように力行電流を各電車線路9a,9b,9c,9d及び9e,
9fに供給するとき、２組の第1,第２サイリスタ遮断器2
3,43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４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,9b,9c,9d及び9e,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及び第1,
第２のダイオード直列回路30,50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２〜
第６電車線路9b,9d,9e,9c,9fに力行電流および回生電流
が供給される。

上記第1,第２ダイオードブリツジ回路21,41,ダイオード
直列回路30,50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3,第５電車線
路9a,9d,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2,第4,第６
電車線路9b,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。

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つて示
し、その説明は省略する。第２図において第１と異なる
点は、回生電流を逆電力変換器２側へ回生できるように
したものであり、28,48は各々ストツパダイオードであ
る。ストツパダイオード28,48のアノード側は前記共通
接続点25,45に各々接続され、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58の
アノードに接続される。ダイオード58のカソードは前記
力行用母線３に接続される。前記回生用母線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。

上記実施例において力行運転時の動作は第１図の回路と
同様になるのでその説明は省略する。第４電車線路9eに
発生した回生電流は直流断路器8e→ダイオード42a→サ
イリスタ遮断器23,43→ダイオード22b,42d,22d,32,52→
直流断路器8a,8b,8d,8c,8fを介して第1,第2,第3,第5,第
６電車線路9a,9b,9d,9c,9fに供給されるか、直流断路器
8e→ダイオード42a→サイリスタ遮断器43→ストツパダ
イオード48→回生用母線29を介して逆電力変換器２へ回
生される。尚、第1,第2,第3,第５及び第６電車線路9a,9
b,9d,9c及び9f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,ダイオード直列回路30,50,サ
イリスタ遮断器23,43及びストツパダイオード28,48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。

また、Ｆ点での地絡事故発生時の動作も第１図と同様に
なるが第1,第２ダイオードブリツジ回路21,41がストツ
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い。これ
により事故の拡大を未然に防止できる。

さらに、ダイオード58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、逆電力変換器２が転流失敗して
も、前記ダイオード58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の転流失敗があつても事故の拡大を未然に防止でき
る。

G₃．第３の発明の実施例 次に第３の発明の実施例を第３図とともに説明する。第
３図において第２図と同一部分は同一符号を持つて示
し、その説明は省略する。第３図において第２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34が接続さ
れていることであり、その他の部分は第２図と同一構成
となつている。

上記実施例において力行，回生，事故発生時の動作は第
２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34を順電力変換動作させた場合、該変換
器34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34→ダイオード58→サイリスタ遮断器
23,43→ダイオード22b,42d,22d,42b,32,52→直流断路器
8a,8b,8d,8e,8c,8fを介して第1,第2,第3,第4,第5,第６
電車線路9a,9b,9d,9e,9c,9fに供給される。

このように双方向電力変換器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。また、ダイオー
ド58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58により双方向変換器34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。

尚、前記第２の発明において、ダイオード58を削除して
力行用母線３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、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。

【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図は第３の発
明の一実施例を示す回路図、第４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、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、28,48……ストツパダ
イオード、29……回生用母線、30,50……ダイオード直
列回路、58……ダイオード、34……双方向電力変換器。

Claims (3)

【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
   のダイオード直列回路と、 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組のダイオード直列
   回路の各共通接続点に各別に接続される第5,第６電車線
   路とを備えた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、 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
   のダイオード直列回路と、 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直流電力を交流電力に変換す
   る逆電力変換器と、 前記力行用母線と回生用母線の間に接続されるダイオー
   ドと、 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組のダイオード直列
   回路の各共通接続点に各別に接続される第5,第６電車線
   路とを備えたことを特徴とする直流給電装置。
3. 【請求項３】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
   のダイオード直列回路と、 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、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組のダイオード直列
   回路の各共通接続点に各別に接続される第5,第６電車線
   路とを備えたことを特徴とする直流給電装置。