JPS5914371B2 - 給電系の短絡保護方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流式電気鉄道の給電系で短絡事故等を生じた
場合に、この短絡事故より給電系を保護する短絡保護方
法に係り、特に保護装置そのものの構成を簡素化し、し
かも高速度で事故区間のみを選択遮断する新規な短絡保
護方法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に於ては、保守上の簡素化さら
には信頼性の向上化等を図る意味で、例えば機棉的操作
機構を主体として構成した直流式高速度遮断器の代わり
にサイリスタ遮断器を、さらにはシリコン整流器の代わ
りにサイリスタ整流器を用いるという様に全て無接点化
が図られつつある。

かかる給電系の代表的な構成を第１図に示す。

この第１図は給電系に散在する変電所群で相隣り合う２
変電所の構成を示したもので、同図で１はサイリスタを
純ブリツジ接続して構成したサイリスタ整流器で、この
サイリスタ整流器（順電力変換装置とも呼称されている
）はよ（知られている様に入力される商用周波の交流電
力を直流電力に順電力変換するもので、２は直流正極母
線で、この直流正極母線下に上り線、下り線等の回線毎
に分割されたサイリスタ遮断器３、〜３４ と、断路器
５、〜５４ との直流電路が夫々接続される。

なおサイリスタ遮断器は図示する様にダイオード４、〜
４．が夫々逆並列接続され、この様にダイオードを逆並
列接続した理由はサイリスク遮断器そのものに直流式高
速度遮断器と同程度の機能を持たせる意味からでさらに
サイリスタ遮断器には図示はしないがサージを抑制する
為のスナバ−回路と、転流コンデンサー転流リアクトル
−補助サイリスタより成る強制消弧回路が夫々並列接続
される。

６，７は図示しないカ行車両に所要のカ行パワーを供給
する為のき電線で、６□及び７□は軌条を示す。

８は各軌条６１，７□と順電力変換装置の直流側負極母
線とを接続する負極母線である。

９、は直流正極母線２に短絡事故を生じた場合に変電所
Ａそのものを保護する為の第１の直流過電流継電器で、
９２〜９．は回線毎に分割した直流電路に夫々挿入され
る直流過電流継電器でこれら継電器は回線に短絡事故を
生じた場合に当該事故回線のをを選択遮断する為のもの
である。

さて、この様に構成される変電所の常時の動作は従来周
知であるのでこの説明は省略するものとし、ここでは所
定の短絡保護方法に関してのみを説明するものとする。

従来の短絡保護方法では変電所のき電光の所定箇所に配
置した直流過電流継電器側々に、所定の機能を負わせて
いるので充分に短絡事故時の保護は達成される。

しかし乍らここで問題となるのは、例えば変電所Ａに近
接するき電線６下で図示０点で短絡事故を生じて、との
き電線と並列される他方の健全き電線下に回生車両があ
って、この回生車両より回生用ダイオード４３ （！、
たは４□ ）→直流正極母線２→サイリスタ遮断器３４
→断路器５４→事故点■の経路を通して回生電力が流れ
込む場合、この回生電力と順電力変換装置１側より流入
する事故電流とを事故回線側のサイリスタ遮断器３４
で遮断しなければならないので、サイリスク遮断器は必
然的に大容量のものを適用しなければいけない。

さらに第２の問題点として直流過電流継電器群そのもの
かき電電圧・１５００Ｖもの高電圧にさらされる事であ
る。

周知の様に直流過電継電器は検出部と比較−判定部より
構成され、検出部は直流変流器を用いて変流器の二次回
路に交流電源を挿入し、被検出電流の直流電流に交流電
流を重畳して、この重畳した電流を絶縁トランスを介し
て上記比較−判定部に入力して、この入力信号レベルと
基準レベルとを比較−判定して所定の保護判断を行なう
ものであるから、検出部と比較判定部と全絶縁する絶縁
トランスそのものが、上記重畳した電流波形に含まれる
直流分によって偏磁−飽和しない事と、さらには１５０
０Ｖもの高電圧に充分に耐え得る様な絶縁を図らねばな
らない事より、非常に大型としなければならない事であ
る。

この様に絶縁トランスが大型になると、絶縁トランスそ
のもののインダクタンスと、さらには高電圧になればな
るほどトランスの漏洩磁束が増加すると云う一人因子に
よって検出部より比較−判定部に導びかれる上記重畳し
た電流波形の立上り率が鈍くなって、事故電流の如き電
流波形の立上り率が非常に急峻な場合は、特に比較−判
定部で電流の変化分をとらえる様な方法であれば上記因
子が大きく影響して、確実に事故と判定する迄にはある
所要の時間を要する事である。

従って検出そのものに長時間を要すると云う事は、取り
も直さず事故電流はその検出遅れ時間に見合った分だけ
増大するものであるから、サイリスタ遮断器の遮断容量
を大きくしなければならず必然的に変電所の設備費その
ものが非常に高価なものになってしまう事である。

不発明はこの点に鑑みて発明されたものであって、本願
の特徴とすべき事は、第１に回生電流を遮断する遮断器
を主回路に挿入して事故時の遮断を早めた点と、第２に
当該変電所のき電光に流入する電流もしくはき電線より
当該変電所の順電力変換装置側へ帰還する電流を監視し
て、所定の保護を行なう直流過電流継電器の如き事故電
流検出装置は低電圧側の帰還回路へ挿入して事故電流を
高速度で検出する点とにあり、以下第２図に示す実施例
に基づき詳述する。

第２図の実施例で第１図と同一のものは同一符号を附し
ており、同図で９□。

及び９□１は軌条６□。７□と負極母線８との帰還ルー
プに押入した事故電流検出装置で、この事故電流検出装
置としては一般に用いられている直流過電流継電器を適
用してもよく、何れにしろ事故電流検出装置の配置場所
は図示する様に帰還ループであるので、この帰還ループ
はよく知られている様にき電線の上部に位置する高電圧
側の主回路とは異なり低電圧側であり、この為に事故電
流検出装置として直流過電流継電器を用いた場合でも、
検出部と比較−判定部とを絶縁する絶縁トランスは、上
記した直流偏磁を生じないと云う点を考慮したとしても
第１図に見られる従来装置に比し充分に小型化が可能と
なって、絶縁トランスの二次側出力、即ち比較−判定部
に導びかれる電流信号の波形そのものがなまってしまう
様な事は決してない。

なお事故電流検出装置の動作原理としては、検出信号に
対しての応答性を高め且つ検出精度を高めると云う事よ
り、事故電流の増加率或は変化率変化分に応動する様な
ものであればよい。

さらに第２図の実施例では事故電流検出装置を負極母線
と軌条間とに挿入した場合を示したが、例えば負極母線
と頭重力変換装置の図示しない直流負極側母線との間に
挿入してもよ（、この場合は軌条より当該変電所の頭重
力変換装置側へ帰還する全電流を監視する様な形となる
ので事故電流検出装置は単に１個のみ挿入すればよい。

１０はき電線下に回生運転時の回生車両があれば、この
回生車両より当該変電所側−・回生される回生電力を遮
断したり、さらには隣接変電所よりの廻り込み電力を遮
断する為の直流スイッチで、この直流スイッチとしては
従来用いられている直流高速度遮断器さらにはサイリス
タ遮断器を適用する事が一応前えられるが、保守上の面
及び遮断時間の面で後者のサイリスタ遮断器を適用する
のが最も望ましい。

次に事故回線のみを選択遮断する直流電路の回路毎に挿
入される事故回線選択保護継電装置９□〜９、であるが
、この事故回線選択保護継電装置は第１図に示す従来装
置と同様に直流過電流継電器が適用され、その動作原理
としては事故電流（き電電流）の増加分或は事故電流の
絶対値に応動する様に配慮すればよい。

なお直流スイッチ１０が挿入される回路であるが、常時
は隣接変電所よりの廻り込み電力、さらには回生車両よ
りの回生電力の入力を許容する必要性より、ストッパー
ダイオード群４、〜４４の極性は図示する様に各直流電
路でのサイリスタ遮断器と継路器との橋絡点より直流正
極母線２側とし、これらストッパーダイオード群４１〜
４４０カソード同士を接続した橋絡点と直流正極母線間
に直流スイッチ１０を挿入して変電所の給電系は構成さ
れる。

さて、以上の様に構成される本発明の動作を述べると、
例えば図示０点でき電線６を支持する碍子が何らかの原
因でリークして短絡事故を生じ、しかもとのき電線６下
に回生運転時の車両があった様な場合、帰還ループに挿
入される事故電流検出装置９１ｏｙ ９１１が常時は
頭重力変換装置１→直流正極母線２→サイリスタ遮断器
３□〜３４→断路器５、〜５４→き電線６，７→力行車
両（図示せず）→軌条６１． ？、→負極母線８→順
電力変換装置１の直流負極側母線→頭重力変換装置１の
負極側サイリスク群の経路を介して流れる電流の変化率
或は変化分を監視しているので、事故を生ずると事故電
流の変化率或は変化分に事故電流検出装置９□０．或は
９□１が即座に応動動作して、事故電流検出装置より頭
重力変換装置１及び直流スイッチ１０に所定の指令信号
が発せられる事になる。

かかる事故検出の場合、事故電流検出装置が帰還ループ
と云う低電圧側に挿入しであるので前述した理由により
略１ｍＢと云う高速度を以って検出できる。

さて頭重力変換装置１に所定の指令信号が入力されると
、頭重力変換装置１では所定のゲートシフト或はゲート
ブロックを行なって当該変電所を停止すると同時に、常
時はＯＮ状態にあって回生車両よりの回生電力を他方の
カ行車両にカ行パワーとして供給するか、さらには隣接
変電所よりの廻り込み電力の入力を許容してこの廻り込
み電力を他方のカ行車両にカ行パワーとして供給する直
流スイッチ１０を瞬時にＯＦＦして、事故回線に連なる
回生車両よりの回生電流を遮断する。

この様にき電線の給電を停止し且つ回生車両よりの回生
電流と、隣接変電所より事故点に流入する廻り込み電力
とを遮断すると、その後、事故電流は事故回線の回路エ
ネルギーが消滅するまで持続するので、かかる事故電流
が継続して流れる事を事故回線に挿入される選択遮断保
護継電装置９５が監視していて、事故電流の増加分或は
事故電流の絶対値が基準レベルに達した事を確認すると
、当該選択遮断保護軽重装置９．より事故回路に連なる
サイリスク遮断器３４０図示しない補助サイリスタにト
リップ指令（補助サイリスタの点弧指令）を与えると同
時に、当該サイリスタ遮断器に連なる継路器５４ に所
定の開極指令を与えて、事故回線のみを選択遮断する様
にする。

しかして事故回路が選択遮断され断路器５４が確実に開
極した事を確認すると、給電を停止している当該変電所
の頭重力変換装置１と直流スイッチ１０とに再起動指令
を与えて、健全回線のき電線下に連なるカ行車両に所要
のカ行エネルギーを供給して常時の動作に入らせる。

なお、前述したき電線側の事故時に際して、例えば事故
発生と同時に頭重力変換装置を停止せずに、頭重力変換
装置のＯＮ動作を継続したままで事故回線に連なるサイ
リスタ遮断器を選択遮断しても、所期の目的は充分に達
成できる。

以上の様に本発明はカ行パワーが順電力変換装置の直流
負極側母線へと帰還する帰還ループに、き電果に流入す
る総電流を監視する事故電流検出装置を設けると共に、
各回線毎の直流電路には夫夫回線選択遮断装置を設け、
さらに隣接変電所よりの廻り込み電力さらには回生車両
よりの回生電力の入力を夫々許容する直流スイッチを、
直流正極母線と回線毎に分割挿入されるサイリスタ遮断
器の直流出力側との間に設けて、所定の選択遮断保護方
法を行なう様にしだものであるから以下に示す様に種々
の効果を奏するものである。

■ き電果に流入する総電流を監視する事故電流検出装
置を低電圧側の帰還ループに挿入する様にしたものであ
るから、事故電流検出装置の絶縁トランスは非常に小型
化でき、これにより事故検出と事故遮断とが高速度でし
かも高精度で行なう事ができる。

■ 上記０項に記載した理由によってサイリスタ遮断器
は遮断容量の小さいものを適用でき、変電所の設備費そ
のものが一層コスト面で有利となる。

■ 隣接変電所よりの廻り込み電力或は回生車両よりの
回生電力を遮断する直流スイッチを給電系に設ける様に
したものであるから、短絡事故を生じたき電線下に回生
車両があった場合でも１、事故回線のみを瞬時に遮断で
き直流式電気鉄道の給電系全体の連用効率及び信頼性を
一層高める等ができる。

■ １変電所に適用する事故電流検出装置と事故回線選
択遮断保護継電装置とを含めた保護継電器の個数は、本
願と従来装置とでは何ら変らないが、本願は前者の事故
電流検出装置を低電圧の負極母線側に挿入したものであ
るから、上記の項の利点と相俟って所定の短絡保護を高
速度で行なう事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサイリスタ遮断器を使用した代表的な直流式電
気鉄道の給電系に適用する従来の短絡保護方法を示す具
体的な回路構成図、第２図は本発明による一実施例を示
す具体的な回路構成図。 １は頭重力変換装置、２は直流正極母線、３１〜３４は
サイリスタ遮断器、５、〜５４は断路器６及び７はき電
線、６、及び７□は軌条、８は負極母線、９２〜９．は
事故回線選択保護継電装置９□０及び９１１は事故電流
検出装置、１０は直流スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 順電力変換装置の出力側に設けられる直流正極母線
   に、サイリスタ遮断器と断路器よりなる複数の直流電路
   を接続すると共に、前記サイリスタ遮断器に回生用ダイ
   オードを各別に並列接続し、前記順電力変換装置の直流
   出力電流を監視する事故電流検出装置と、前記直流電路
   に流れる直流電流を各別に監視する選択遮断保護継電装
   置との各出力を基にき電線側の事故を判別し、事故点に
   連なる直流電路のサイリスタ遮断器のみを選択遮断する
   ようにしたものにおいて、前記複数の回生用ダイオード
   のカソード側共通接続点と直流正極母線間に、回生電力
   または隣接変電所よりの廻り込み電力を遮断する電流ス
   イッチを接続し、かつ前記事故電流検出装置を、各軌条
   と前記順電力変換装置の負極母線とを接続する負極母線
   側へ挿入して、この事故電流検出装置の出力信号と前記
   選択遮断保護継電装置の出力信号とを基に、事故点に連
   なる直流電路のサイリスタ遮断器を選択遮断し、該遮断
   器と直列接続されが断路器を開極したことを特徴とする
   給電系の短絡保護方法。