JPS6218344A - 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 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。

Ｂ０発明の概要 この発明はダブルセクショ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、 カ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
止するストッパー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、ダブルセクションで区
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。

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の一例であり、工は交流電力を
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、
４　ａｓ　４　ｂ、４　ｃ　。

ｉｉａ、４ｅｅ　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、５１）Ｉ　　５Ｃ＃　　５ａ＊　　５ｅｔ　　
５ｆのアノード側はカ行用遮断器４　ｔｓ−４ｂ＋　４
　ｃ。

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ク遮断器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には逆電力変換装置２が接続される。８ａ、８ｂ、８
ｃ、ｓａ。

８ｅ、８ｆは直流断路器％　　９　ｅＬ＊　９　ｂ、９
　ｃ、９ｄ。

９ｓ、９ｆはデッドセクション１１　ａ　、　１１　ｂ
　、　１１　ｃ　。

１１ｄで区分された上シ、下υ用の電車線路である。

第２図の給電装置は、セクションオーバ一対策を施した
いわゆるダブルセクション方式である。すなわち、セク
ショ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ョンを通過する
際に電車線路間の電位差によってアークが発生すること
の無いようにし、これによってセクションおよび電気車
のパンダ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２図の動作を述べる。まず、電気車のカ行運転用
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
交流値断器（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によシ直流電力に変換して、区分された。

電車線路９　ａｓ　９　ｂｓ　９　ｃ及び９　ｄｍ　９
　ｅ−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カ行運転される。

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８
ｅ、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
力はカ行電気車（図示省略）が運転されている電車線路
９ａ＊９ｂｅ９ｃ、９ｄ、９ｆに回生されるか、逆電力
変換装置２を介して商用周波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４電区間のみを１電停止し
ようとすると、隣接する他方の電車線路の！１電も停止
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シ流入する回生電流。

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の遮断容量はカ行用遮断器４ａ〜４ｆ
が挿入される直流電路を６電路とすると、少なくともカ
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
ケンスが複雑となって、システムの信頼性が低下してし
まう。

に）上記のように６電路の場合、各直流電路にカ行用遮
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
する設備費が尤犬になる。

（３）負荷容量が増大すれば主順電力変換器の容量を増
大しなければならず、工事期間中システムの運行を停止
しなければならない問題がある。

Ｅ１問題点を解決するための手段 この発明は力行用母線に接続され、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、 前記カ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、これら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、 これら２組の遮断器に各々並列接続されるダイオード直
列回路と、 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、 これら第１．第２［車線路との間に両線路とはデッドセ
クションにより区分されて設けられるとともに、前記第
３．第４［車線路との間に両線路とはデッドセクション
により区分されて設けられ、赴つ前記第１のダイオード
直列回路の共通接続点に各別に接続される第５．第６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る２組のストッ
パダイオードと、 とれら２組のストッパダイオードのカソード側を回生用
母線に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を備えたことを特徴
とするものである。

７０作用 上記のように順電力変換器、双方向電力変換器およびダ
ブルセクションで区分された複数の電車線路を備えた直
流給電装置において、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１電区間゛のみを４％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。でた、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き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シ
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カ行電力をカ行
用母線に供給させれば順電力変換器の容量を軽減でき・
るとともに頂電力変換器の故障時にもカ行電力を補償で
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４Ｊは図示極性のように配設
された４個のダイオード２２　ａ〜２２　ｄ及び４２ａ
〜４２（ｌ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ダイオードブリッジ
回路２１及び４１におけるダイオード２２ａ。

２２　ｃ及び４２ａ、４２ｃのカソード側はカ行用母線
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）
である。第１及び第２サイリスタ遮断器２３及び４３の
アノード側はカ行用母線３、すなわちダイオード２２　
ａ　＃　２２　ｃ及び４２　ａ　、　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、４２ａのア
ノードを共通接続した点２５及び恥に接続される。

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２２　ａと２２　ｂ及び４２ａと４２ｂの
共通接続点２６及び４６は直流断路器８ａ及び８ｄを介
して第１及び第３電車線路９ａ及び９ｄ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２２　ｃと２２　ａ及び４２ａ；Ｅ
　４２　（ｌの共通接続点ｎ及び４７は直流断路器８ｂ
及び８ｅを介して第２及び第４を車線路９ｂ及び９ｅに
接続される。

２８及び招はストッパダイオードで、このダイオード２
８及び詔のアノード側は各々の共通接続点２５及び柘に
接続され、そのカソード側は常時閉成されている直流断
路器３２を介して共通接続されて回生用母線２９に接続
される。この回生用量１Ｒ２９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４８のカソード側は図示極性の
ダイオード３１を介してカ行用母線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
リスタ整流器でもよい。

５０は直列接続されたダイオード５１．５２からなる直
列回路であシ、この直列回路間のダイオード５１のアノ
ード側は前記ダイオード２２ｂ、２２ａのアノード側共
通接続点５４に接続される。また、ダイオード５２のカ
ソード側は前記ダイオード２２ａ、２２ｃのカソード側
共通接続点５５に接続される。前記ダイオード５１．５
２の共通接続点５３は直流断路器８ｃを介して第ｓｔ、
ｉｉｓ路９ｃに接続される。

６０は直列接続されたダイオード６１．６２からなる直
列回路であり、この直列回路６ｏのダイオード６１のア
ノード側は前記ダイオード４２ｂ、４２ｄのアノード側
共通接続点６４に接続される。また、ダイオード６２の
カソード側は前記ダイオード４２ａ、４２ｃのカソード
側共通接続点６５に接続される。前記ダイオード６１．
６２の共通接続点６３は直流断路器８ｆを介して第６電
車線路９ｆに接続される。

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のカ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、
８ｃｌを介して第１．第３電車線路９ａ。

９ｄに供給されるとともに、サイリスタ遮断器２３゜４
３→ダイオード２２ｄ、４２ｄ−）直流断路器８　ｂ、
　８ｅを介して第２．第４電車線路９　ｂ　＋　９　ｅ
に供給され、且つサイリスタ遮断器２３．４３→ダイオ
ード５１゜６１→直流断路器８　ｃ　ｒ　８　ｆを介し
て第５．第６電車線路９ｃ、９ｆに供給される。

櫨た、例えば第１１！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２２　ａ→サイリスタ遮断
器２３→ダイオード２２　（ｌか５１→直流断路器８ｂ
か８ｃを介して第２か第５を車線路９ｂ、９ｃに供給さ
れるか、直流断路器８ａ→ダイオ一トフａ→力行用母線
３→サイリスタ遮断器４３→ダイオード４２１）か４２
　ｄか６１→直流断路器８ｄか８ｅか８ｆを介して第３
か第４か第６電車線路９（１，９ｅ＋９ｆに供給される
か、あるいは直流断路器８ａ→ダイオード２２　ａ→サ
イリスタ遮断器２３かカ行用母線３．サイリスタ遮断器
４３→ストツノ（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．第４．第５及び第６１１車線路９ｂ。

９　ｃ　、９　ｄｏ　９　ｅ、９　ｆ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虫用母線２９に供
給される。

上記のようにカ行電流を各電車線路９ａ〜９ｆ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２図のものよシ４組省略できる利点がある。

これによシ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〜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のダイオー
ド２２　ａ〜２２　ａ及び４２ａ〜４２　ｃｌとヌトツ
バダイオード詔、４８とダイオード５２．６２だけで制
御できるために、回生用遮断器が不要となる利点がある
。

さらに、カ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Ｋなるから、その遮断器
２３．４３を開放させれば、カ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、保獲シーケンスを簡素化できる。このようにカ行及
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を車線路
９ａの７点で地絡事故が発生したとき、サイリスタ遮断
器詔を開放させれば、カ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２１を車線路９ｂに回生電気車１２が
運転されていても回生電流は前述のように回土用母線四
か第３〜第６電車線路９０〜９ｆ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２
１．４１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
て流れることはなく、さらに双方向電力変換器の順変換
動作時のカ行電流も事故点側え流れることがない。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Ｉｉ電区間（第１．第２．第５電車線路９
　ａ　＋　９　ｂ　＃　９　ｃ　）のみを全１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３．第４．第６　Ｎ、車線路９（１゜９
ｅ、９ｆ側の褒１を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。従って保護ジ−タ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３２が力行用母線３と回生用母
線器間に介挿されているので、双方向電力変換器あが逆
電力変換動作時に転流失敗しても。

前記ダイオード３２により双方向電力変換器別個へ電流
が流入するのを防止できる。これによシ双方向電力変換
器あ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。双方向電力変換器側を順電力変
換器作させて力行電流を供給させれば、順電力変換器１
の容せ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。

なお、ストッパダイオード２８．４８のカンード間に直
流断路器３２を介挿しているので、保守点検時に例えば
第２サイリスタ遮断器４３を遮断する際にまず直流断路
器３０を開放させれば、ストッパダイオード２８を介し
て回生用母線２９へ流入される電流を阻止できる。

Ｈ０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衾１電区間のみをｆｉＮ。

停止した場合でも、他方の電車線路側の、！！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
事故側の一方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の直列回路
を介挿したので、逆電力変換動作時の転流失敗時にも双
方向電力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電力変換器の
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組のカ行用遮
断器が不要となるので、設備費は非常に有利となる。ま
た、遮断器の個数が減少するため、保楯シーケンスが簡
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器作によりカ行電力
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カ行電力
が供給できるので変電所を停電させることがない。

ｇ１回生電気車が第１〜第６１Ｊ！車線路のうちいずれ
の電車線路に存在しても各電車線路のカ行電気車又は回
生用母線に供給することができる。

このため回生電力を有効に活用することができ、省エネ
ルギータイプの給電システムが実現できる。

ｈ、電気車から発せられる回生電力の回生時に電車線路
で地絡事故が発生しても、遮断器で事故電流および回生
電流を遮断することができる。

このため事故点を即座に解放することができ、事故の影
響を最小限にとどめることができる。

【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。 １・・−順電力変換器、３・・ｅ力行用母線、９ａ。 ９’ｂ、９ｃ、　９ｄ、９ｅ＋　９ｆ＊＊ｓ第１から第
６市車線路、２１．４１−・第１．第２ダイオードブリ
ッジ回路、２３．４３−・第１．第２サイリスタ遮断器
、２Ｌ４８・−Φストッパダイオード、加・・・回生用
母線、５０．６０・・・ダイオードの直列回路、３０・
・・・双方向電力変換器、３１・・・ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）力行用母線に接続され、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、これら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、 これら２組の遮断器に各々並列接続されるダイオード直
   列回路と、 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、 これら第１、第２電車線路との間に両線路とはデッドセ
   クショ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ッドセクション
   により区分されて設けられ、且つ前記第１のダイオード
   直列回路の共通接続点に各別に接続される第５、第６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る２組のストッ
   パダイオードと、 これら２組のストッパダイオードのカソード側を回生用
   母線に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を備えたことを特徴
   とする直流給電装置。