JPS62205833A - 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
ものを方面別に区分された電車線路毎に各々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、
かつ逆電力変換器で転流失敗事故が生じたときでも、順
電力変換器側より流入する事故電流を阻止するダイオー
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。

Ｃ０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３図は従来の給電装置で、■は交流電力を直流電力に
変換するサイリスク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。

７は直流母線、４ａ〜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
虫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。回虫用遮断器６のカソードは逆
電力変換器２に接続されるとともに前記直流母線７に接
続される。８ａ〜８ｄは直流断路器、９ａ、９ｂ及びｌ
Ｏａ、　ｆｏｂはデッドセクション１１．１２で方面別
に区分された第１．第２及び第３．第４電車線路である
。

次に第３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、　ｌｏｂに供給さ
れる。

第４電車線路ｔａｂ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から断路器８ｃ、回生用ダイオード５
Ｃ及び回生用遮断器６を経て直流母線７に供給される。

この母線７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９ａ〜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
電源母線に回虫される。

Ｄ８発明が解決しようとする問題点 （１）　　第３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７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ｌ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３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〜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倍ら必要とずろ。

（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７９ｉ？ｌＸ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
る設備費が粗大になる。

Ｅ１問題点を解決するための手段 本発明は、（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
ションで方面別に区分された第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
接続された各々のアノード側間に接続され、通常時は開
放されていて前記遮断器の１組が故障したときは閉成さ
れる直流断路器と、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て回生
用母線に接続される２組のストッパダイオードと、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、前記回生用母線に接続される逆電力変換器とを備
えてなることを特徴とするとともに、（２）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方面別に区分された第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各々のアノード側間に
接続され、通常時は開放されていて前記遮断器の１組が
故障したときは閉成される直流断路器と、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
が共通接続されて前記回生用母線に接続される２組のス
トッパダイオードと、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を備えてなることを特徴
としている。

Ｆ０作用 上記のように延長給電時にも２組の遮断器のうち一方だ
け遮断させて所望の端型区間のみを消電停止した場合で
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。

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、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。ま
た、２組のダイオードブリッジ回路の共通接続されたア
ノード側同志を直流断路器により接続して２組のダイオ
ードブリッジ回路間で相互に電力を融通する相互予備方
式としたので、一方の遮断器が故障しても、他方の遮断
器を通して全電車線路に給電できる。上記の他に事故時
の延長給電電流は事故回線と接続される遮断器で遮断さ
れるので、延長給電電流を供給する隣接変電所でしゃ断
する必要はなくなる。

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３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ダイオードブリッジ回路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７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サイリスク遮断器２３及び４３のアノード側は力行
用母線７、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４４
に接続される。また、第１及び第２サイリスク遮断器２
３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２２ｃと２２ｄの共通接続点２７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４２ａと４２ｂの共通接続点４６は直流断
路器８ｃを介して第４電車線路１０ｂ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８ｄを介して第３電車線路１０ａ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に接続されるとともにダイオード３１のアノ
ードに接続される。この回生用母線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。前記ダイオー
ド３１のカソードは前記力行用母線７に接続される。前
記２組のダイオードブリッジ回路２１及び４１の共通接
続された点２５及び４５間には直流断路器３９が介挿さ
れる。この直流断路器３９は通常開放状態にあり、第１
及び第２サイリスタ遮断器２３及び４３のどちらかが故
障したときに閉成される。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っても
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は通常開成状態にしておく
と、類型力変換６１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４電車線路９ａ、　ＬＱｂに
供給されるとともにサイリスク遮断器２３．４３→ダイ
オード２２ｄ、　４２ｄ→直流断路器８ｂ、　８ｄを介
して第２゜第３電車線路９ｂ、　ｌｅａに供給される。

また、第４電車線路ｔａｂに発生した回生電流は直流断
路器８Ｃ−ダイオード４２ａ→サイリスク遮断器４３→
ダイオード４２ｄ→直流断路器８ｄを介して第３電車線
路１０ａに供給されるか、ダイオード４２ａ−＋力行用
母線７−サイリスタ遮断器２３−ダイオード２２ｂか２
２ｄ→直流断路器８ａか８ｂを介して第１か第２電車線
路９ａ、　９ｂに供給されるか、あるいはストッパダイ
オード２８．４８を介して回虫用母線２９に供給される
。なお、第１．第２及び第３電車線路９ａ。

９ｂ及び１０ａ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２３．４３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３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〜２２ｄ及び４２ａ〜４２ｄとストッパダイオード２
８．４８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
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組のサイリスク遮断器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２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４電車線路１０ｂに回生電気車１３
が運転されていても回生電流は前述のように回虫用母線
２９か、第２、第３電車線路９ｂ、　ｌＯａ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サイリスク遮断器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であっても、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、　１０ｂ側の端型区間には延長給電
を継続でき、電気車の円滑な連行が可能となる。

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７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３１により逆電力変換２；
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の転流失敗があってら事故の拡大を未然
に防止できる。

また、上記実施例ではダイオードブリッジ回路２１、４
１の共通接続点２５．４５を結ぶ電路に介挿されている
直流断路器３９を、例えば第１サイリスク遮断器２３が
故障したときに閉成させれば、第１サイリスク遮断器２
３に接続されている第１．第２電車線路９ａ、　９ｂに
、第２サイリスク遮断器４３側より直流断路器３９を介
して給電することができる。これによりシステム自体の
信頼性を向上さけることができる。また、第２サイリス
ク遮断器４３が故障したときに直流断路器３９を閉成さ
せれば、前記同様にして第１サイリスタ遮断器２３側よ
り給電することができ、相互予備給電が可能となる。

Ｇｔ、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って示し
、その説明は省略する。第２図において第１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３０が接続さ
れていることであり、その他の部分は第１図と同一構成
となっている。

上記実施例において力行８回生、事故発生時の動作は第
１図の回路と同様になるのでその説明は省略するが、双
方向電力変換器３０を頭重力変換動作させた場合、該変
換器３０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３０→ダイオード３１→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４７［車線路９
ａ、　１（１ｂに供給されるとともにサイリスク遮断器
２３．４３−ダイオード２２ｄ、　４２ｄ→直流断路器
８ｂ、　８ｄを介して第２．第３電車線路９ｂ、ｌｏａ
に供給される。このように双方向電力変換器３０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ろことなく力行電流を供給できる
。また、ダイオード３１が力行用母線７と回生用母線２
９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３０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８０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。

尚、前記第１の発明において、ダイオード３１を削除し
て力行用母線７と回生用母線２９を切り離して構成して
も良い。

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端型区間のみを端型停止した場
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。

Ｃ９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、　力行用母線と回虫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ら逆電力変換
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虫用遮断器と、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。

「、双方向電力変換器の順電力変換器作により力行電力
を供給できるので、順電力変換器の電力容量を軽減でき
るとと乙に、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。

ｇ、２組の遮断器のうちどちらか一方の遮断器が故障し
た場合でも相互予備方式を用いたので、故障した遮断器
側に接続されている電車線路に対しても他方の遮断器側
より直流断路器を通して給電することができ、システム
自体の信頼性を向上させることができる。

【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図は従来例を
示す回路図である。 ■・・・順電力変換器、２・・・逆電力変換器、７・・
・力行用母線、９ａ、　９ｂ、　１０ａ、　１Ｏｂ−＝
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、２３．４３・・・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・・・ダイオード、３９・・・直流断路器。 第１図 実癌佼」の回路図 ３９−−一−−−−−−−−−直を酊疫易第３図 従彷の回路図

Claims (2)

【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、
   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ツドセクシヨンで方
   面別に区分された第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
   各々のアノード側間に接続され、通常時は開放されてい
   て前記遮断器の１組が故障したときは閉成される直流断
   路器と、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て回生用母線に接
   続される２組のストッパダイオードと、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
   回生用母線に接続される逆電力変換器とを備えてなるこ
   を特徴とする直流給電装置。
2. （２）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ツドセクシヨンで方面別
   に区分された第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各々
   のアノード側間に接続され、通常時は開放されていて前
   記遮断器の１組が故障したときは閉成される直流断路器
   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て前記回生用母線に接
   続される２組のストッパダイオードと、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を備え
   てなることを特徴とする直流給電装置。