JPS6220730A - 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。

Ｂ６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、 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、各々のブリッジ回路が相互予備（電力の融通
）可能となるようにストッパダイオード間を直流断路器
で短絡できるようにし、かつ双方向電力変換器の順電力
変換器（或は逆電力変換時）に電車線側で地絡事故（或
は双方向電力変換器の転流失敗）が生じたときでも事故
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、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、し
かも相互予備給電を可能にしてシステム自体の信頼性を
向上したものである。

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、■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
、４ａ、　４ｂ、　４ｃ、　４ｄ、　４ｅ。

４「は力行用サイリスク遮断器（以下刃行用遮断器と称
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、　
５ｂ、　５ｃ、　５ｄ。

５ｅ、　５ｆのアノード側は力行用遮断器４ａ、　４ｂ
、　４ｃ。

４ｄ、　４ｅ、　４「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には逆電力変換器２が接続される。

８ａ、　８ｂ、　８ｃ、　８ｄ、　８ｅ、　８ｆは直流
断路器、９ａ、　９ｂ。

９ｃ、　９ｄ、　９ｅ、　９ｆはデッドセクションｌｌ
ａ、ｌｌｂ、１１ｃ。

１１ｄで区分された上り、下り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４
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
気車のパンタグラフが面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、区分された電車線
路９ａ、　９ｂ、　９ｃ及び９ｄ、　９ｅ、　９ｆによ
り電気車１２に供給される。電気車　　１１２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
力は力行電気車（図示省略）が運転されている電車線路
９ａ、　９ｂ、　９ｃ、　９ｄ、　９ｆに回生されるか
、逆電力変換器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、所望の鏡型区間のみを鏡型停止し
ようとすると、隣接する他方の電車線路の鎖環も停止さ
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４８〜４ｒ
が挿入される直流電路を６電路とすると、少なくとも力
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。

（ニ）上記のように６電路の場合、各直流電路に力行用
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
る設備費が彪大になる。

Ｅ３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第１のダイオード直列
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
パダイオードに各々並列接続される直流断路器と、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
と前記力行用母線との間に接続される第２のダイオード
直列回路とを備え、前記第２のダイオード直列回路の共
通接続点を前記回生用母線に接続したことを特徴として
いる。

２０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鏡型停止した
場合、他方の遮断器は導通状態にあるので、該遮断器側
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と、ストッパダイオー
ドに断路器を並列接続した回路とを設けているので、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、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点
へ電流が流入することはない。さらに、前記ストッパダ
イオードに並列に直流断路器を接続して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
としているので、一方の遮断器が故障しても、他方の遮
断器を通して事故遮断器側の電車線路に給電できる。こ
の給電時に事故遮断器側の電車線路に地絡事故が生じた
ときでも、健全電車線路側の遮断器を遮断すれば、双方
向電力変換器と相互予備給電回路の電路にはダイオード
が介挿されているので、双方向電力変換器より事故点側
へ電流が流入することはなく上記事故の拡大を未然に防
止できる。

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
側は力行用母線３、すなわちダイオード２２ａ、２２ｃ
及び４２ａ、　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４
１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８ｅを介し
て第２及び第４電車線路９ｂ及び９ｅ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相互
予備母線３７となる。３０は直列接続されたダイオード
３１．３２からなる直列回路であり、この直列回路３０
のダイオード３１のアノード側は前記ストッパダイオー
ド２８．４８のカソード側に接続される。また、ダイオ
ード３２のカソード側は力行用母線３に接続される。前
記ダイオード３１．３２の共通接続点３３には回生用母
線２９が接続される。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３
４が接続される。

前記ストッパダイオード２８．４８のアノード−カソー
ド間には相互予備を可能とする直流断路器３５゜３６が
並列接続される。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り、この直列回路５０のダ
イオード５１のアノード側は前記ダイオード２２ｂ、　
２２ｄ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５１．５２の共通接続点５３は直流断路
器８ｃを介して第５電車線路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６０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６１．６
２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は通常開成状態にしておく
と、順電力変換器ｌの力行電流はサイリスタ遮断器２３
．４１→ダイオード２２ｂ、　４２ｂ→直流断路器８ａ
、　８ｄ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２３．４１→ダイ
オード２２ｄ、　４２ｄ→直流断路器８ｂ、　８ｅを介
して第２゜第４電車線路９ｂ、　９ｅに供給され、且つ
サイリスタ遮断器２３．．４３　→ダイオードＳＬ、６
１−直流断路＠８ｃ。

８ｒを介して第５．第６電車線路９ｃ、　９ｆに供給さ
れる。

また、例えば第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２
３→ダイオード２２ｄか５１→直流断路器８ｂか８ｃを
介して第２か第５電車線路９ｂ、　９ｃに供給されるか
、直流断路器８ａ→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か６
１→直流断路器８ｄか８ｅか８ｆを介して第３か第４か
第６１！車線路９ｄ、　９ｅ、　９ｆに供給されるか、
あるいは直流断路器８ａ→ダイオード２２ａ→サイリス
タ遮断器２３か力行用母線３．サイリスタ遮断器４３→
ストツパダイオード２８．４８（直流断路器３５．３６
は開放）及びダイオード３１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６電
車線路９ｂ、　９ｃ、　９ｄ、　９ｅ、　９ｆに生じた
回生電流も同様に第１．第２ダイオードブリッジ回路２
１゜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〜９ｒ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、高価なサイリスク
遮断器が第２図のものより４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〜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２２ａ〜２２ｄ及び４２ａ〜４２ｄとストッパダイオ
ード２８．４８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、力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２点で地絡事故が発生したとき、サイリスク遮断
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１２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６電車線路９ｃ〜９ｒ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
順電力変換動作時の力行電流も事故点側へ流れることが
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、所望の端型区間（第１．第２．第５電車線路９ａ
、　９ｂ、　９ｃ）のみを鏡型停止させる場合、第１サ
イリスク遮断器２３を開放させるだけであるから、第３
．第４．第６電車線路９ｄ、　９ｅ、　９ｆ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。

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Ｎｉｔ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。

上記実施例において、いま第１サイリスタ遮断器２３が
故障し、第１．第２．第５電車線路９ａ、　９ｂ。

９ｃに給電できなくなったとする。このとき、ストッパ
ダイオード２８に並列接続されている直流断路器３５を
閉成すれば、第１．第２．第５電車線路９ａ。

９ｂ、　９ｃには次のような回路で給電が可能となる。

すなわち、力行用母線３−第２サイリスタ遮断器４３−
ダイオード４８−相互予備母線３７−直流断路器３５→
ダイオード２２ｂか２２ｄ、　５１の回路を経て第１゜
第２．第５電車線路９ａ、　９ｂ、　９ｃに給電できる
。このため、システム自体の信頼性の向上を図ることが
できる。

上記のような給電回路及び双方向電力変換器３４からダ
イオード３２→力行用母線３→第２サイリスク遮断器４
３−直流断路器３６→相互予備母線３７の経路で相互予
備給電を行なっているとき、第１図のＦ点で地絡事故が
生じた場合でも、事故電流ループに第２サイリスク遮断
器４３があるので、事故電流は遮断される。これはダイ
オード３１が相互予備母線３７に図示極性のように接続
されているために、事故電流はその母線３７に直接供給
されないからである。このため、事故の拡大を未然に防
止でき、信頼性が一段と向上する。

上記の他に、ダイオード３２が力行用母線３と回生用母
線２９間に介挿されているので、双方向電力変換器３４
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３４側へ電流が流入するの
を防止できる。これにより双方向電力変換器３４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３４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る。　□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。

Ｃ０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、遮断器の個数が減少するため、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。

ｇ、ストッパダイオードに並列に直流断路器を接続して
これを閉成させれば相互予備給電が可能となるので、シ
ステムの信頼性が飛躍的に向上する。

ｈ、相互予備給電時に電車線路に事故が生じたときでも
、遮断器で電流を遮断するので、双方向電力変換器の順
電力変換動作時に事故点側へ直接流入しようとする電流
はダイオードの直列回路で阻止される。このため、事故
の拡大を未然に防止でき、システムの信頼性が一段と向
上する。

ｉ９回生電気車が第１〜第６電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力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。

ｊ、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。 ｌ・・・順電力変換器、３・・・力行用母線、９ａ、　
９ｂ。 ９ｃ、　９ｄ、　９ｅ、　９ｒ・−第１から第６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サイリスタ遮断器、２
８．４８・・・ストッパダイオード、２９・・・回生用
母線、３Ｇ、　５０．６０・・・ダイオードの直列回路
、３４・・・双方向電力変換器、３５゜３６・・・直流
断路器、３７・・・相互予備母線。

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第１のダイオ
   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ツドセ
   クシヨンで区分された第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ツドセ
   クシヨ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ツドセクシヨン
   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に各々並列接続される
   直流断路器と、 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
   ド側と前記力行用母線との間に接続される第２のダイオ
   ード直列回路とを備え、 前記第２のダイオード直列回路の共通接続点を前記回生
   用母線に接続したことを特徴とする直流給電装置。