JPS6215138A - 直流給電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 ご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。

Ｂ１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ッ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、そのブリッ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ッ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
ストッパ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。

Ｃ１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、順電力変換器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で、■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ク制御素子か
らなる逆電力変換器である。

３は直流母線、４３〜４ｄ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〜８ｄは直流断路器、９ａ、　９ｂ
及びｌＯａ、　ｌＯｂはデッドセクション１１．１２で
区分された上り、下り用の第１゜第２及び第３．第４電
車線路である。

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ｌ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ｔａｂから回生用ダイオード５ｄ及び回生用
遮断器６を経て直流母線３に供給される。

コノ母線３に供給された回生電力は力行電気車（図示省
略）が運転されている例えば第１電車線路９゜〜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。

Ｄ１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ｌと逆電力変換器２とが直流母線３を介して直
接逆並列接続しであるので、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、所望の端型区間のみを端型停止し
ようとすると、隣接する他方の電車線路の端型も停止さ
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〜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
る設備費が魅大になる。

Ｅ１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
ダイオードブリッジ回路と、この２組のダイオードブリ
ッジ回路に各別に設けられ、これらブリッジ回路の共通
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
ダイオードブリッ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ッドセクションで
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ッ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２組のストッパダイオードと
、前記２組のストッパダイオードの共通接続されたカソ
ード側と前記回生用母線を接続するとともにそのカソー
ド側と前記力行用母線との間に接続されるダイオードと
より構成されたものである。

Ｆ１作用 上記のように延長給電時にも条組の遮断器のうち一方だ
け遮断させて所望の鏡型区間のみを端型停止した場合で
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ッジ回路に各々遮断器を設
けているので、一方のブリッ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、ストッパダイオー
ドを介してダイオードブリッジ回路を接続しているから
事故回線側のブリッジ回路の遮断器を遮断させれば、健
全回線のブリッ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器作させて力
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〜４
２ｄから構成される第１及び第２ダイオードブリッジ回
路である。この第１及び第２ダイオードブリツン回路２
１及び４１におけるダイオード２２ａ、　２２ｃ及び４
２ａ、　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のサイリスク遮断器（
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４
２ａ、　４２ｃのカソードを共通接続した点２４及び４
４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ダイオードブリッジ回路２１及び４１
のダイオード２２ａと２２ｂ及び４２ａと４２ｂの共通
接、読点２６及び４６は直流断路器８ａ及び８ｃを介し
て第１及び第３電車線路９ａ及び１０ａに接続される。

また、前記第１及び第２ダイオードブリッジ回路２１及
び４１のダイオード２２ｃと２２ｄ及び４２ｃと４２ｄ
の共通接続点２７及び４７は直流断路器８ｂ及びＥｄを
介して第２及び第４電車線路９ｂ及び１０ｂに接続され
る。

２８及び４８はストッパダイオードで、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３０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は図示極性のダイオード３１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、サイリスク整流器で
もよい。

次に上記実施例の動作を述べる サイリスク遮断器２３．４３は通常閉成状態にしておく
と、順電力変換器ｌの力行電流はサイリスク遮断器２３
．４３→ダイオード２２ｂ、　４２ｂ→直流断路器８ａ
、　８ｃを介して第１．第３電車線路９ａ、　１０ａ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４電車線路９ｂ、　１０ｂに供給される。

また、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→サイリスク遮断器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、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８ｃか８ｄを介して第３か第４電車線路１０
ａ、　１０ｂに供給されるか、あるいはストッパダイオ
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及び第４電車線路９ｂ。

１０ａ及び１０ｂ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１
０ａ、　１０ｂに供給するとき、２組の第１．第２サイ
リスタ遮断器２３．４’３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ｌＯａ、　１０ｂに発生した回生電流を制御すると
きも、第１．第２サイリスク遮断器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２
２ａ〜２２ｄ及び４２ａ〜４２ｄとストッパダイオード
２８．４８だけ制御できるために回生用遮断器か不要と
なるの利点がある。

さらに、力行電流及び回生電流とも第１．第２サイリス
ク遮断器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ク遮
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
、直流新路器８ａを開放させ、サイリスク遮断器２３を
再び閉成すれば、第２電車線路９ｂに回生電気車１４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２
９か、第３．第４電車線路１０ａ、　１０ｂ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はストッパダイオード２８゜４８を
介して接続されているために、第１サイリスク遮断器２
３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、所望の端型区間（第１．第２電車線路９ａ、　９
ｂ）のみを端型停止させる場合、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電車線路
１０ａ、　ｌＯｂ側の端型区間（ζ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３ｏ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。双方向電力変換器３０を頭重力変換動作さ
せて力行電流を供給させれば、順電力変換器ｌ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墨。

Ｈ１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端型区間のみを鏡型停止した場
合でも、他方の電車線路側の端型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，ストッ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、遮断器が不要となるため、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頭重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。 ■・・・順電力変換器、３・・・力行用母線、９ａ、　
９ｂ。 １０ａ、　ｌＯｂ・・・第１から第４電車線路、２１．
４１＝−第１゜第２ダイオードブリッジ回路、２３．４
３・・・第１．第２サイリスク遮断器、２８．４８・・
・ストッパダイオード、２９・・・回生用母線、３０・
・・双方向電力変換器、３１第２図 手続補正書０．） 昭和６１年　６月２３日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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
   オードブリッジ回路と、この２組のダイオードブリッジ
   回路に各別に設けられ、これらブリッジ回路の共通接続
   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
   ードブリッ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ッドセクションで区分さ
   れた第１、第２及び第３、第４電車線路と、前記２組の
   ダイオードブリッ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２組のストッパダイオードと、前記
   ２組のストッパダイオードの共通接続されたカソード側
   に前記回生用母線を接続するとともにそのカソード側と
   前記力行用母線との間に接続されるダイオードとよりな
   る直流給電装置。