JPH0141530B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本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もの
である。

一般に直流式電気鉄道の給電装置は商用周波電
源母線より入力される交流電力を順電力変換装置
によつて直流電力に変換し、その直流電力をき電
線を介して電気車に供給して電気車を力行運転さ
せる一方、電気車が回生運転時に発生する回生エ
ネルギーは逆電力変換装置によつて交流電圧に変
換して電源母線側へ回生するシステムが採られて
いる。第１図は従来の給電装置で１ａ，１ｂ，１
ｃは変圧器、２ａ，２ｂは交流電力を直流電力に
変換する整流器、３ａ〜３ｅはサイリスタ遮断
器、４ａ〜４ｄはダイオード、５ａ〜５ｄは断路
器、６ａ〜６ｄはデツドセクシヨン７ａ，７ｂで
区分された電車線路、８は電気車、９は逆電力変
換装置である。

第１図において電気車８の力行運転時は、図示
しない電源母線から変圧器１ａを介して入力され
た交流電力がサイリスタ整流器２ａにて直流電力
に変換され、その直流電力はサイリスタ遮断器３
ａ〜３ｄおよび断路器５ａ〜５ｄを介して電車線
路６ａ上の電気車８及び他の電車線路６ｂ〜６ｄ
下の図示しない電気車にそれぞれ供給される。さ
らに電気車８が回生運転時に発生する回生エネル
ギーは断路器５ａ、ダイオード４ａ、サイリスタ
遮断器３ｅ、逆電力変換装置９および変圧器１ｃ
を介して図示しない電源母線側へ回生されると共
に、電気車８、断路器５ｄ、ダイオード４ａおよ
びサイリスタ遮断器３ｅの経路を通して、サイリ
スタ遮断器３ｂ、断路器５ｂ及びサイリスタ遮断
器３ｃ、断路器５ｃ又はサイリスタ遮断器３ｄ、
断路器５ｄの各直流電路のき電線下に連なる図示
しない力行車両に供給される。

この第１図に示す従来の直流式電気鉄道の給電
装置は次に述べるような問題点がある。第１の問
題点はサイリスタ整流器２ａ，２ｂから発生する
高調波が大きくなることであり、第２の問題点は
事故電流遮断器として静止形のサイリスタ遮断器
３ａ〜３ｅを使用している為、機械式の直流高速
度遮断器に比較して電力損失が大きく効率が悪い
ことであり、第３の問題点は、例えば電車線路６
ａが給電状態にあり、電車線路６ｂが非給電状態
にあり、当該電車線路６ｂで短絡事故が発生した
とき、電気車８が電車線路６ａ側よりデツドセク
シヨン７ａ方向に走行してきて、電気車８のパン
タグラフ８ａ，８ｂがデツドセクシヨン７ａをま
たいだ状態になると、電気車８のパンタグラフ８
ａ，８ｂを通して過大なバイパス電流が流れて、
これによりパンダグラフ８ａ，８ｂを損傷するば
かりでなく、その後電気車８のパンダグラフ８ａ
がデツドセクシヨン７ａを通過する場合に当該セ
クシヨン７ａに閃絡電流が発生してデツドセクシ
ヨン７ａが損傷してしまうことである。前述の第
１の問題点を解消する為最近は、第２図に示すよ
うに変圧器１１の出力を２台の整流器１２，１３
で整流する所謂“12相整流方法”が用いられてい
る。第２図中１４，１５は各々直流リアクトルを
示す。しかしこの方法は整流器の台数が増えて経
済性がそこなわれる欠点がある。また前述の第
２、第３の問題点を解消する為に力行用のサイリ
スタ遮断器３ａ〜３ｄを使用せず、サイリスタ整
流器を４台用いてそれぞれの整流器から区分され
た電車線路毎に給電する所謂“個別給電方法”
や、第３図に示すように既設のセクシヨン１６ａ
に対して新たに中間セクシヨン１６ｂを増設する
所謂“ダブルセクシヨン方法”が採られている。
第３図中１７はサイリスタ整流器、１８ａ〜１８
ｃは直流式高速度遮断器、１９ａ，１９ｂは断路
器、１６ａ，１６ｂはセクシヨンを示す。この第
３図の方法は中間セクシヨン１６ｂの増設ととも
に遮断器１８ｂを増設する必要があり、経済性が
そこなわれる欠点がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、１変
電所内に少なくとも２つのデツドセクシヨンを設
けるとともに、変圧器を12相とし、その12相交流
出力を整流し且つ出力電圧制御機能および事故電
流遮断機能を有する２つの順電力変換器を並列運
転させ、両変換器の直流電力を互いに前記デツド
セクシヨン間に狭まれる電車線路とデツドセクシ
ヨンの左右の電車線路に供給し、電気車の回生エ
ネルギーは少なくとも１組のダイオードと１つの
サイリスタ遮断器からなる直列回路を介して他の
電車線路の力行車に供給するか、若しくは前記直
列回路および逆電力変換器を介して交流電源側へ
回生させ、前記サイリスタ遮断器を逆電力変換器
が故障した場合の事故電流遮断用および電車線路
で短絡事故が発生した場合の事故電流遮断用に兼
用させることによつてサイリスタ遮断器の個数を
最少限にし、経済性を向上させることができる直
流式電気鉄道の給電装置を提供することを目的と
している。

以下第４図を参照しながら本発明の一実施例を
説明する。第４図において２２ａ，２２ｂ，２２
ｃは変圧器であり、これらの１次側は図示しない
交流遮断器を介して商用周波電源母線（図示省
略）に接続されている。変圧器２２ａ，２２ｂは
12相の変圧器であり、それら２次側に２つの巻線
２３ａ，２４ａ及び２３ｂ，２４ｂを有するもの
で、これら巻線２３ａ，２４ａ及び２３ｂ，２４
ｂにはそれぞれ順電力変換器、例えばサイリスタ
を純ブリツジ接続して成る第１〜第４サイリスタ
整流器２５ａ，２６ａ及び２５ｂ，２６ｂが接続
される。これら第１〜第４サイリスタ整流器２５
ａ，２６ａ及び２５ｂ，２６ｂの直流出力側は直
流リアクトル５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂ及
び直流断路器２７ａ，２８ａ，２７ｂ，２８ｂを
介して電車線路２９ａ，２９ｂ及び３０ａ，３０
ｂに接続され、これら線路２９ａ，２９ｂ及び３
０ａ，３０ｂには直流電力が第１〜第４サイリス
タ整流器２５ａ，２６ａ及び２５ｂ，２６ｂから
供給される。前記電車線路２９ａ，２９ｂ及び３
０ａ，３０ｂには２つのデツドセクシヨン３１
ａ，３１ｂ及び３２ａ，３２ｂがあり、両デツド
セクシヨン３１ａ，３１ｂ及び３２ａ，３２ｂは
所定距離隔てて設けられ、両デツドセクシヨン間
には電車線路２９ｃ，３０ｃが形成される。前記
第１〜第４サイリスタ整流器２５ａ，２６ａ及び
２５ｂ，２６ｂのカソード側の直流母線３３ａ，
３４ａ及び３３ｂ，３４ｂ間にはダイオード３５
ａ，３６ａ及び３５ｂ，３６ｂのアノード側が接
続され、それらのカソード側は共通接続される。
また、前記直流母線間にはダイオード３７ａ，３
８ａ及び３７ｂ，３８ｂのカソード側が接続さ
れ、それらのアノード側は共通接続される。前記
ダイオード３５ａ，３６ａ及び３５ｂ，３６ｂの
共通接続点３９ａ，３９ｂと、ダイオード３７
ａ，３８ａ及び３７ｂ，３８ｂの共通接続点４０
ａ，４０ｂとの間に図示極性のサイリスタ遮断器
４６ａ，４６ｂを接続する。このサイリスタ遮断
器は通常オン状態ちなるようにしておく。前記共
通接続点４０ａ，４０ｂは直流断路器４１ａ，４
１ｂを介して電車線路２９ｃ，３０ｃに接続され
る。また共通接続点４０ａ，４０ｂは一括接続さ
れて直流断路器４２の一端に接続される。直流断
路器４２の他端は逆電力変換器４３のアノード、
カソードを介して前記変圧器２２ｃに接続され、
回生電力が逆電力変換器４３を介して商用周波電
源母線（図示省略）に供給されるよう構成されて
いる。前記共通接続点３９ａ，３９ｂは一括接続
されている。尚、図中４４ａ，４４ｂは第１、第
２電気車、４５ａ，４５ｂはレールである。また
サイリスタ遮断器４６ａ，４６ｂの転流回路は図
示省略している。

次に上記実施例の動作を述べる。いま第１およ
び第２電気車４４ａ，４４ｂが力行運転中は第１
及び第２サイリスタ整流器２５ａ，２６ａが直流
リアクトル５０ａ，５０ｂ、および直流断路器２
７ａ，２８ａを介して電車線路２９ａ，２９ｂに
直流電力を供給する。また電車線路２９ｃには第
１及び第２サイリスタ整流器２５ａ，２６ａから
直流リアクトル５０ａ，５０ｂ、ダイオード３５
ａ，３６ａ、サイリスタ遮断器４６ａ（力行、回
生時ともにオン状態）および直流断路器４１ａを
介して直流電力が供給される。又、他方の側の電
車線路３０ａ，３０ｂ，３０ｃに対しては第３、
第４の各サイリスタ整流器２５ｂ，２６ｂを通し
て所望の直流電力が供給される。第１電気車４４
ａが回生運転を行ない第２電気車４４ｂが力行運
転を行なう場合において、第１電気車４４ａの回
生エネルギーは直流断路器２７ａ、ダイオード３
５ａ、サイリスタ遮断器４６ａおよびダイオード
３８ａを介して第２電気車４４ｂに供給されると
共に、回生車両４４ａ→断路器２７ａ→ダイオー
ド３５ａ→サイリスタ遮断器４６ａ→ダイオード
３７ｂ（又は３８ｂ）→断路器２７ｂ（又は２８
ｂ）の経路を通して、電車線路３０ａ，３０ｂ下
に連なる図示しない力行車両に供給され、さらに
回生車両４４ａ→断路器２７ａ→ダイオード３５
ａ→サイリスタ遮断器４６ａ，４６ｂ→断路器４
１ｂの経路を通して、電車線路３０ｃに連なる図
示しない力行車両に供給される。これら回生ルー
プの他に例えば回生車両４４ａより断路器２７
ａ、ダイオード３５ａ、サイリスタ遮断器４６
ａ、断路器４２、逆電力変換器４３および変圧器
２２ｃを介して商用周波電源母線（図示省略）側
へ回生される。かかる定常運転時に於て、例えば
電車線路２９ｂのＦ点で短絡事故が発生したとす
る。この事故により第２のサイリスタ整流器２６
ａ側より直流リアクトル５０ｂ、直流母線３４ａ
および断路器２８ａを介して事故電流が事故点Ｆ
に流入すると共に、第１のサイリスタ整流器２５
ａ→直流リアクトル５０ａ→ダイオード３５ａ→
サイリスタ遮断器４６ａ→ダイオード３８ａ→断
路器２８ａの経路、さらには第３のサイリスタ整
流器２５ｂ→リアクトル５１ａ→サイリスタ遮断
器４６ｂ→ダイオード３８ａ→断路器２８ａの経
路、第４のサイリスタ整流器２６ｂ→リアクトル
５１ｂ→ダイオード３６ｂ→サイリスタ遮断器４
６ｂ→ダイオード３８ａ→断路器２８ａの経路を
通して、それぞれ事故電流が事故点Ｆに流れ込
む。このように上記ループを通して事故点Ｆに事
故電流が流れると図示しない制御回路が動作し
て、サイリスタ整流器２６ａ側では直流母線３４
ａに挿入される図示しない過電流継電器で事故電
流を検知し、この検知信号を似つて第２サイリス
タ整流器２６ａのゲートを最小限の位置まで絞り
込んで流入する事故電流を遮断させる。これとと
もに直流母線３３ａ，３３ｂ及び３４ｂにそれぞ
れ挿入される図示しない過電流継電器の各検知信
号を似つてサイリスタ遮断器４６ａ，４６ｂも図
示しない転流回路によつてオフさせる。このよう
な事故時の保護動作により事故点Ｆに流れ込む事
故電流が遮断され、事故電流が零になつた時点で
断路器２８ａを開極して事故回線を選択遮断す
る。そして断路器２８ａの開極後に再びサイリス
タ遮断器４６ａ，４６ｂをオン制御する。このよ
うに事故回線のみが選択遮断され電車線路２９ｂ
が遮断状態にあり、健全セクシヨン３１ａ側に電
気車４４ａが進行して来た場合、例え電気車４４
ａのパンタグラフ４７ｂと４７ａとがデツドセク
シヨン３１ａをまたがつたとしても、健全セクシ
ヨン３１ａを挾んだ電車線路２９ａ，２９ｃには
各サイリスタ整流器２５ａ及び２５ｂ，２６ｂを
介して所望の直流電力が給電してあるので、電気
車４４ａ側に過大なバイパス電流が流れ込むこと
は決してない。さらに電気車４４ａの後方側のパ
ンタグラフ４７ａがセクシヨン３１ａを通過して
事故セクシヨン３１ｂ側へ進行した場合でも、電
気車４４ａがセクシヨン３１ａを通過したという
信号を似つて各サイリスタ遮断器４６ａ及び４６
ｂを即座に遮断するので、電車線路２９ｃは無電
圧になるためパンタグラフ４７ａ，４７ｂがセク
シヨン３１ｂをまたいだとしても該パンタグラフ
４７ａ，４７ｂを介してバイパス電流は流れな
い。従つて本実施例によれば、電気車４４ａのパ
ンタグラフ４７ａ，４７ｂや電車線路２９ｃのセ
クシヨン３１ａ，３１ｂ等に損傷を与えることが
無くなる。また逆電力変換器４３が転流失敗し、
この事故時に電気車４４ａ，４４ｂが回生運転時
にあるような場合、回生車両４４ａ側の電車線路
２９ａから断路器２７ａ、ダイオード３５ａ、サ
イリスタ遮断器４６ａおよび断路器４２を介して
逆電力変換装置４３側へ、さらに回生車両４４ｂ
側の電車線路２９ｂから断路器２８ａ、ダイオー
ド３６ａ、サイリスタ遮断器４６ａおよび断路器
４２を介して逆電力変換器４３側へ過大な事故電
流が流れ込むと同時に、図示変電所に隣接する図
示しない変電所より回り込む電力が電車線路３０
ａ，３０ｂ側から前記同様にサイリスタ遮断器４
６ｂおよび断路器４２を介して逆電力変換器４３
側へ流れる。かかるインバータの事故時に際して
本実施例によればサイリスタ遮断器４６ａ，４６
ｂを転流回路（図示省略）によつて強制消弧すれ
ば上記事故電流は全て確実に遮断され、事故電流
が零になつた時点で逆電力変換装置４３側の断路
器４２を開極して事故機の逆電力変換装置４３を
他の健全機器より切り離すようにする。尚逆電力
変換器が切り離された後は遮断状態にある各サイ
リスタ遮断器に再び所望のゲート信号を与えて即
座に給電を再開するのは申す迄もない。

以上のように本発明によれば変圧器２２ａ，２
２ｂを12相とし、２つの順電力変換器を用いて直
流電力を電車線路に供給しているので、高調波を
抑制できるとともに両順電力変換器を並例運転さ
せているために一方の変換器が故障しても他方の
変換器の直流電力を供給できる。また第１、第２
電車線路の間にデツドセクシヨンで区画された第
３電車線路を設けたので、電車線路の短絡事故時
に電気車が健全デツドセクシヨン部を挾んで事故
セクシヨン側へ進行した場合でも、電気車のパン
タグラフ及び電車線路のデツドセクシヨンの損傷
を防止することができる。さらにサイリスタ遮断
器を逆電力変換器が故障した場合の事故電流遮断
用および電車線路で短絡事故が発生した場合の事
故電流遮断用に兼用させるようにしたので、サイ
リスタ遮断器の個数が最小限で済み、経済性が大
幅に向上する等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流式電気鉄道の給電装置の一
例を示す回路図、第２図は従来の給電装置に適用
された12相整流方式を示す回路図、第３図は従来
の給電装置に適用された中間セクシヨン方式（一
般にはダブルセクシヨン方式と呼称される）を示
す回路図、第４図は本発明の一実施例を示す回路
図である。 ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ……変圧器、２５ａ，
２６ａ，２５ｂ，２６ｂ……第１〜第４サイリス
タ整流器、２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ，４
１ａ，４１ｂ，４２……直流断路器、２９ａ，２
９ｂ，２９ｃ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ……電車
線路、３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ……デツ
ドセクシヨン、３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂ
……直流母線、３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６
ｂ，３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ……ダイオ
ード、４３……逆電力変換器、４４ａ，４４ｂ…
…第１、第２電気車、４５ａ，４５ｂ……レー
ル、４６ａ，４６ｂ……サイリスタ遮断器、４７
ａ，４７ｂ……パンタグラフ、５０ａ，５０ｂ，
５１ａ，５１ｂ……直流リアクトル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１、第２、第３次巻線を有し、商用周波電
   源電圧を所定電圧に変圧する多相変圧器と、 出力電圧調整機能を有し、前記多相変圧器の第
   ２次巻線、第３次巻線に各々接続されるとともに
   並列運転が行われ、多相変圧器の出力電力を直流
   に変換する第１、第２順電力変換器と、 カソードどうしを共通接続した第１、第２ダイ
   オードのアノードを前記第１、第２順電力変換器
   の直流側に各々接続するとともに、アノードどう
   しを共通接続した第３、第４ダイオードのカソー
   ドを前記第１、第２順電力変換器の直流側に各々
   接続して成るダイオードブリツジ回路と、 前記ダイオードブリツジ回路の共通接続された
   カソードと共通接続されたアノードとの間に接続
   されたサイリスタ遮断器と、 第１のデツドセクシヨンで区画され、前記第
   １、第２順電力変換器の直流側に各々断路器を介
   して接続された第１、第２電車線路と、 前記第１のデツドセクシヨンと該第１のデツド
   セクシヨンから所定距離隔てて設けられた第２の
   デツドセクシヨンとで区画して形成され、前記ダ
   イオードブリツジ回路の共通接続されたアノード
   に断路器を介して接続された第３電車線路と、 前記ダイオードブリツジ回路の共通接続された
   アノードに接続され、前記第１、第２、第３電車
   線路の回生電力を交流電力に変換して商用周波電
   源母線側へ回生する逆電力変換器とを備え、 前記電車線路の短絡事故発生時には、該事故発
   生電車線路に接続された順電力変換器の出力電圧
   を低下せしめるとともに前記サイリスタ遮断器を
   オフ制御した後、事故発生電車線路に接続された
   断路器を開放することを特徴とする直流式電気鉄
   道の給電装置。