JPS5832053B2 - 直流式電気鉄道の給電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流電源としてサイリスク整流器を使用した直
流式電気鉄道の給電方法に係り、特にき電率を含めた給
電系全体の構成として極力、無接点化を推し進めて保守
面での煩雑化を解消し、信頼性を高める様にした新規な
給電系を提供しようとするものである。

直流式電気鉄道の給電系として、例えば順電力変換装置
としてシリコン整流器を、一方事故時等に際して事故区
間を他の健全母線より開路するものとして直流式高速度
遮断器を適用している事は周知の通りである。

この様な給電系に於ては直流式高速度遮断器そのものが
メカを主体にした有接点の構成のもので、保守面での煩
雑化、さらには事故区間を開路するに要する遮断時間が
長くなり事故の拡大を招来してしまう等の理由により、
近時サイリスクスイッチを適用した給電系が提唱されて
いる。

この種、無接点化を推し進めた給電系として代表的な構
成例を第１図に示す。

同図でＡは回生能力を有しない変電所を示し、同様にＢ
は回生能力を有する変電所を示したものでこれら変電所
群が線路の亘長に応じて適宜配置しである。

第１図に戻って１は各変電所に給電する商用周波の三相
電源母線で、この入力電源母線下に交流遮断器群２、〜
２．と変圧器群３、〜３５とが夫々接続され、４１〜４
４は交流入力電力を直流電力に変換するコンバータ群（
サイリスタ整流器）でサイリスタ素子をグレーツ結線し
て構成される。

４、は回生用インバータで電気車よりの回生電力を交流
入力電源側へフィードバックする為のもので、上記コン
バータ群と同様にサイリスク素子をグレーツ結線して構
成される。

５□〜５５はコンバータの直流出力側、インバータの直
流入力側に挿入される断路器群で、これら断路器群の一
端は図示する様に直流正極母線Ｃ１，Ｃ２に接続され、
この直流正極母線下に５１ｏ−８１３，５２ｏ−８２３
で示すサイリスク素子群と、Ｄｌｏ”Ｄ１３及びＤ２０
〜Ｄ２３で示すダイオード素子群とを夫々逆並列接続し
て構成したサイリスク遮断器群が接続され、これらサイ
リスク遮断器群は従来周知の直流式高速度遮断器と機能
上は同程度もしくはそれ以上の機能を持たせるべく配慮
しである。

６１０〜６．３及び６□０〜６□３はき電線８０，８２
と直接接続される遮断器群を示し、７１，７□は負極母
線を示しその一端は図示する様に線路９□、９２と接続
され、他端はコンバータ側、インバータ側と接続される
。

Ｄｌ及びＤ２は夫々電気車を示す。

この様に構成して戊る従来例では、例えば従来周知の直
流式高速度遮断器を置換えるものとして図示する様なサ
イリスタ遮断器を適用したものであるから、保守上の煩
雑化を解消できる事は勿論の事、事故時に際して事故区
間の遮断を従来装置に比し著しく短縮できるので事故の
拡大を未然に防止でき、効果的な対策を早急に打出せる
等その利点は非常に大きい。

さらにＢ変電所にみられる様に回生能力を備えてあって
、例えば回生運転時にある電気車の回生電力を商用周波
電源母線１側え回生できるようにしたものであれば、仮
に回生車両をＤ２の電気車であると仮想すると、電気車
Ｄ２よりの回生電力は、電気車Ｄ２→き電線８□→Ｂ変
電所の断路器６□３→回生用ストッパーダイオードＤ２
３→直流正極母線Ｃ２→断路器５．→インパーク４５→
変圧器３５→交流遮断器２５の経路を通して電源母線１
側え回生されると共に、電気車Ｄ２→き電線８２→断路
器６□３→ストツパ一ダイオードＤ２３→直流正極母線
Ｃ２→力行用サイリスク遮断器５２２（又は８２０ ）
→断路器６□２（又は６□。

）の経路を通して、き電線８、下の図示しないカ行車両
にカ行パワーとして供給される。

このように回生電力が商用周波電源母線側え回生され、
さらにカ行車両にカ行パワーとして供給されるのでエネ
ルギーの有効利用が図れると共に、例えばＢ変電所で４
３−４４のサイリスク整流器とインバータ４５とを所定
の方法で適宜調整すれば、デッドセクション間の電位差
を略零とすることができ定常時の電圧制御性が優れてい
る。

これに対してき電線側の事故時の保護動作について述べ
るに、例えばカ行運転時にある電気車Ｄ１側の近傍でき
電線８、を支持する碍子がリークする地絡事故等を生じ
た場合、サイリスク遮断器Ｓ１□−断路器６１２の直流
電路に挿入される図示しない過電流継電器で事故を生じ
た旨を検出して、この検出信号を基にＡ変電所のサイリ
スク整流器４１．４２のゲートを最小限の位置までゲー
トシフトして、電源母線１側より流入する事故電流を限
流すると共に、この電源母線側よりの事故電流を８１２
のサイリスク遮断器で直ちに遮断する。

このようにＡ変電所より事故点側え流入する事故電流を
遮断して、事故点側の断路器６１□を通して流れる事故
電流が略零になった時点で断路器６１□を開極して、事
故回線のみを選択遮断すると共に４、−４□の各サイリ
スク整流器をＯＮｔ、て給電を再開させる。

しかし乍らＡ変電所の給電を再開しても回生運転時にあ
る電気車Ｄ２よりの回生電力が、電気車Ｄ２→断路器６
２３→ダイオードＤ２３→直流正極母線Ｃ２→サイリス
ク遮断器Ｓ２０→断路器６□。

→き電線８、→Ａ変電所付近の図示しない事故点の経路
を通して流れ続ける。

さらにＢ変電所のサイリスク整流器４３及び４４→断路
器５３及び５４→直流正極母線Ｃ２→サイリスク遮断器
Ｓ２０→断路器６２０→き電線８１→Ａ変電所付近の図
示しない事故点の経路を通して、事故点側えＢ変電所よ
りの廻り込み電力が流入する。

これら回生電力と廻り込み電力とを遮断するのが、事故
点に連なるＢ変電所のサイリスク遮断器Ｓ２０であるが
、このサイリスク遮断器８２０は回生電力と廻り込み電
力とを加え合せた遮断容量をもたせねばならないので、
一般には複数のサイリスク素子を並列接続したスタック
体で構成されるものであるが、強制消弧回路と保護装置
とを含めれば遮断器単体でも高価なものとなる。

ましてや高価なサイリスク遮断器をＢ変電所だけでも４
個も使用しているので、■変電肩当りの設備費が非常に
高騰化することは明らかである。

本発明はこの点に鑑みて発明されたものであって、特に
本発明の特徴とすべき事は、例えばサイリスク遮断器を
−き電線１個適用する様に給電系の構成を配慮し、さら
に上記サイリスク遮断器の機能として回生用インバータ
が転流失敗した場合に生ずる過電流を遮断する機能をも
負わせ、さらに回生車両の回生パワーを電源側或はカ行
車両側へと回生できる様にしたものであって、以下第２
図に示す実施例に基づき詳述する。

本実施例で先ず回生機能を有しないＡ変電所の構成を述
べてみるに、第１図と同一のものは同一符号を附してお
り、例えば直流正極母線Ｃ１下に連なる直流遮断器、即
ちサイリスク遮断器は図示する様にき電線８、のみに給
電するものと、他方のき電線８２のみに給電するものと
に夫々符号Ｓ２４ ＋ ８２５で示す如く分割して配置
し、第１のサイリスク遮断器Ｓ２４の直流出力側には通
流方向が図示の如く規定されたストツノクーダイオード
Ｄ１４゜Ｄ１５と、断路器６．、 ｌ ６１□との各直
列回路を接続して、同様に第２のサイリスク遮断器Ｓ２
５の直流出力側には通流方向が図示の如く規定されたス
トッパーダイオードＤ１６．Ｄ１□と、断路器６□２゜
６１３との各直列回路を接続して、さらに上記ストッパ
ーダイオード群ＤＩ４〜Ｄ１□のカソードと直流正極母
線Ｃ１間に通流方向が図示の如く規定されたダイオード
群ＤＩＯ””Ｄ１３を介挿して給電系を構成したもので
ある。

次に回生機能を備えたＢ変電所の構成を述べてみるに、
このＢ変電所に於ては直流正極母線Ｃ２下に接続される
機器の構成はＡ変電所と全く同一で、回生電力のループ
に直流正極母線Ｃ２下に連なるサイリスク遮断器８２６
゜８２７が介挿される様に回生ループを配慮して、これ
らサイリスク遮断器Ｓ２６或はＳ２□で回生用インバー
タ４５の転流失敗時に生ずる過電流を遮断する様にした
ものである。

Ｃ３は回生用母線でこの母線下に回生電力を導ひく為の
ダイオードＤ２６゜Ｄ２９が挿入されており、Ｌは過電
流を制限する為のりアクドルでこのリアクトルは回生ル
ープのインピーダンスが高ければ削除しても動作上は何
ら支障はない。

なお、本実施例では回生用インバータ４５の交流出力側
のインバータ用トランスを削除した例を示したが、この
理由は回生用インバータの制御いかんによっては動作上
、何ら支障のない事を実験で確認した結果に基づいたも
のであって、この様にインバータ用トランスを不要とす
る事によって一層機器構成を簡素化できるが、従来周知
の給電系の如くインバータ用トランスを挿入しても何ら
支障はない。

さて、この様に構成して戊る本実施例の動作を述べると
、先ず定常時は交流に力電源母線１より与えられる交流
電力をコンバータ４１〜４４で直流電力に変換して所望
の直流電源電圧を得、この直流電力を直流正極母線Ｃ１
，Ｃ２→サイリスク遮断ｈ ８２４〜Ｓ２□→ストツパ
一ダイオード群Ｄ１４〜Ｄ１７ ｔ Ｄ２４〜Ｄ２７→
断路器ｓｔｏ 〜６１３．６２０〜６２３の経路を介し
てき電線８□、８２に給電して、各電気車り、、Ｄ２を
カ行駆動さく例えば一方の電気車Ｄｌがカ行運転時にあ
り、他方の電気車Ｄ２が回生運転時にある様な場合、電
気車Ｄ２の回生電力はき電線８□→Ｂ変電所の断路器６
２３→ダイオ一ドＤ２３→直流正極母線Ｃ２→サイリス
ク遮断器Ｓ２６→ダイオードＤ２６→回生母線Ｃ３→断
路器５５→リアクトルＬ→回生用インバータ４５の経路
を介して交流電源母線１側へ回生されると共に、電気車
Ｄ２→き電線８２→Ｂ変電所の断路器６２３→ダイオー
ドＤ２３→直流正極母線Ｃ２→サイリスク遮断器Ｓ２６
→ストツパーダイオードＤ２４或はＤ２５→断路器６□
０或は６□１→き電線８１の経路を介してカ行運転時に
ある電気車りいさらにはき電線８□に接続される図示し
ないカ行運転時にある電気車にカ行エネルギーとして供
給される仕組となっている。

さらに電気車Ｄ２が回生運転時にあって、この回生運転
時に、例えばカ行運転時にある電気車Ｄ１の近傍で地絡
事故が発生したような場合、本実施例では先ず事故点に
近接するＡ変電所のカ行用ストッパーダイオードＤ１５
−断路器６１１の直流電路に挿入される図示しない過電
流継電器よりの事故検出信号を以って、Ａ変電所の各サ
イリスク整流器４１−４□をゲートシフトして電源母線
１側より流入する事故電流を限流すると共に、この事故
電流をＡ変電所のカ行用サイリスク遮断器５２４（直流
スイッチとも呼称されている）で遮断する。

この動作と並行してＢ変電所側では、前記図示しない過
電流継電器よりの事故検出信号を基に各サイリスク整流
器４３−４４をゲートシフトして電源母線側より事故点
え流入する廻り込み電力を限流すると共に、この限流さ
れた廻り込み電力をＢ変電所のカ行用サイリスク遮断器
Ｓ２６で遮断する。

このように事故点に近接するＡ変電所及びＢ変電所の各
カ行用サイリスク遮断器Ｓ２４ ｔ Ｓ２６で事故点に
流入する事故電流を遮断して、Ａ変電所であれば６１、
の断路器を通して流れる電流が、同様にＢ変電所であれ
ば６□０の断路器を通して流れる電流がそれぞれ略零に
なった時点で、Ａ変電所の断路器６．１及びＢ変電所の
断路器６□０を各々開極して、両変電所の事故回線のみ
を他の健全回線より選択遮断した後に、両変電所Ａ、Ｈ
の各サイリスク整流器のゲート位相を順次進めて行って
各き電線側え所望のカ行電力を給電する。

なおＡ変電所及びＢ変電所にあっては、事故回線のみを
選択遮断した後に今迄遮断状態にある各カ行用サイリス
ク遮断器Ｓ２４．Ｓ２６にそれぞれ所望のＯＮゲート信
号を与えて、これら遮断器Ｓ２４．Ｓ２６を再投入して
健全回線側の各断路器６１ｏ及び６□１を通してき電線
側え所望のカ行パワーを供給することは申す迄もない。

さらに前述したき電線側の地絡事故時に際して、例えば
回生運転時にある電気車Ｄ２よりの回生電力は、電気車
Ｄ２→き電線８□→断路器６□３→第１の回生用ストッ
パーダイオードＤ２３→直流正極母線Ｃ２→力行用サイ
リスク遮断器Ｓ２６→力行用ストッパーダイオードＤ２
４→断路器６２０→事故点の経路を通して、事故点側え
流れ込もうとするが、このように事故点側え流れ込もう
とする回生電力はカ行用サイリスク遮断器Ｓ２６で遮断
されるので何ら問題はない。

従って地絡事故時の回生電力は、電気車Ｄ２→き電線８
□→断路器６２３→第１の回生用ストッパーダイオード
Ｄ２３→直流正極母線Ｃ２→サイリスク遮断１ｓ２７→
第２の回生用ストッパーダイオードＤ２９→回生母線Ｃ
３→断路器５５→回生用インバータ４５の経路を通して
、商用周波電源母線側え回生されると共に、電気車Ｄ２
→き電線８２→断路器６□３→第１の回生用ストッパー
ダイオードＤ２３→直流正極母線Ｃ２→第２の力行用サ
イリスク遮断器Ｓ２□→力行用ストッパーダイオードＤ
２６（又はＤ２□）→断路器６□２（又は６２３）の経
路を通して、事故区間に隣接するき電線８゜下の図示し
ないカ行車両にカ行パワーとして供給され、エネルギー
の有効利用を図っている。

なお本実施では電車線路に沿ってインバータを設備する
変電所とインバータを設備しない変電所とを交互に配置
した給電系の例を示したが、インバータを設置しようが
しまいが、要するに各変電所の直流正極母線下に連なる
カ行供給ループに挿入するカ行用サイリスク遮断器を、
２組のみ挿入する構成として変電所の主機器の配置を極
力簡素化した点にある。

以上の様に本発明に於ては、単に２組のカ行用サイリス
ク遮断器を用いて構成したもので以下に示すように種々
の効果を奏すものである。

■ 回生機能を有する変電所であれ有しない変電所であ
れ、カ行用サイリスク遮断器は単に２組のみ適用するよ
うにしたので、き電線側の事故時であっても所望のカ行
パワーを健全き電線側え供給でき、運用効率が向上する
ばかりでなく、き電線の事故時でも回生電力を電源母線
側及び健全き電線側え供給できるので、エネルギーの有
効利用が図れる給電装置を実現することができる。

■ 上記■項の理由により、サイリスク遮断器の保護装
置そのものを簡素化でき一層コスト面で有利な給電シス
テムを提供できる。

■ 回生用インバータの転流失敗時に生ずる過電流を、
主回路のサイリスク遮断器で遮断する様にしたものであ
るから、直流遮断器を新たに用意する必要なく上記の、
■項の効果と相俟って非常に経済的な給電系を実現でき
るばかりでなく、より一層効果的な保護励調をとる事が
できる。

■ 回生運転時にある電気車の回生電力は全て交流入力
電源側と、カ行運転時にある他の電気車とに供給し得る
給電系としているので、省エネルギーという時流に呼応
した給電系を実現できるＯ ■ 故障区間に並設される健全き電線に当該変電所が給
電を停止しても隣接変電所より給電する給電系であるの
で、給電系全体の運用効率を非常に高める事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサイリスク遮断器を適用した直流式電気鉄道の
給電系を示す代表的な回路構成例、第２図は本発明によ
る一実施例を示す給電系の具体例。 ４１〜４４はコンバータ、４．は回生用インバータ、８
２４〜Ｓ２□はサイリスク遮断器、Ｄ１４〜Ｄ１７゜Ｄ
２４〜Ｄ２７はストッパーダイオード、６、ｏ〜６１３
゜６２０〜６２３は断路器、Ｃ１，Ｃ２は直流正極母線
、Ｃ３は回生用母線、Ｄｌ、Ｄ２は電気車、７０，７□
はは負極母線、８１，８２はき電線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 商用周波電源母線より入力される交流電力を直流電
   力に順変換して直流正極母線側え供給するサイリスク整
   流器と、回線別に分割されカ行用ストッパーダイオード
   と断路器よりなる直流電路で、デッドセクションを挟ん
   で対峠する直流電路をそれぞれ並列接続して２対のカ行
   供給電路を形成すると共に、これら２対のカ行供給電路
   で前記カ行用ストッパーダイオードのアノード側橋絡点
   と前記直流正極母線間にそれぞれ接続され、且つカ行供
   給電路側え所望のカ行電力を供給する第１、第２のカ行
   用サイリスク遮断器と、前記複数の直流電路でカ行用ス
   トッパーダイオードと断路器との各橋絡点と前記直流正
   極母線間に接続され、回生電力を前記正極母線側え導び
   く回生用ストッパーダイオード群とで構成したことを特
   徴とする直流式電気鉄道の給電装置。