JPS5832054B2 - 直流式電気鉄道の給電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流電源としてサイリスク整流器を使用した直
流式電気鉄道の給電方法に係り、特にき電率を含めた給
電系全体の構成として極力、無接点化を推し進めて保守
面での煩雑化を解消し、信頼性を高める様にした新規な
給電系を提供しようとするものである。

直流式電気鉄道の給電系として、例えば順電力変換装置
としてシリコン整流器を、一方事故時等に際して事故区
間を他の健全母線より開極するものとして直流式高速度
遮断器を適用している事は周知の通りである。

この様な給電系に於ては直流式高速度遮断器そのものが
メカを主体にした有接点の機構のもので、保守面での煩
雑化、さらには事故区間を開路するに要する遮断時間が
長くなり事故の拡大を招来してしまう等の理由により、
近時サイリスクスイッチを適用した給電系が提唱されて
いる。

この種、無接点化を推し進めた給電系として代表的な構
成例を第１図に示す。

同図でＡは回生能力を有しない変電所を示し、同様にＢ
は回生能力を有する変電所を示したもので、これら変電
所群が線路の亘長に応じて適宜配置しである。

第１図に戻って１は各変電所に給電する商用周波の三相
電源母線で、この入力電源母線下に交流遮断器群２１〜
２．と変圧器群３１〜３５とが夫々接続され、４１〜４
４は交流入力電力を直流電力に変換するコンバータ群（
サイリスク整流器）でサイリスク素子をグレーツ結線し
て構成される。

４５は回生用・インバータで電気車よりの回生電力を交
流入力電源側へフィードバックする為のもので、上記コ
ンバータ群と同様にサイリスク素子をグレーツ結線して
構成される。

５１〜５．はコンバータの直流出力側、インバータの直
流入力側に挿入される断路器群で、これら断路器群の一
端は図示する様に直流正極母線Ｇ１゜Ｇ２に接続され、
この直流正極母線下にＳＩＯ〜Ｓ１３，５２ｏ−８２３
で示すサイリスク素子群と、Ｄｌｏ””Ｄ１３及びＤ２
０”Ｄ２３で示すダイオード素子群とを夫々逆並列接続
して構成したサイリスク遮断器群が接続され、これらサ
イリスク遮断器群は従来周知の直流式高速度遮断器と機
能上は同程度もしくはそれ以上の機能を持たせるべく配
慮しである。

６１０〜６１３及び６２０〜６□３はき電線８、。８２
と直接接続される断路器群を示し、７０，７□は負極母
線を示しその一端は図示する様に線路９１〜９□と接続
され、他端はコンバータ側、インバータ側と接続される
。

Ｄｌ及びＤ２は夫々電気車を示す。

この様に構成して成る従来例では、例えば従来周知の直
流式高速度遮断器を置換えるものとして図示する様なサ
イリスク遮断器を適用したものであるから、保守上の煩
雑化を解消できる事は勿論の事、事故時に際して事故区
間の遮断を従来装置に比し著しく短縮できるので事故の
拡大を未然に防止でき、効果的な対策を早急に打出せる
等その利点は非常に大きい。

さらにＢ変電所にみられる様に回生能力を備えてあって
、例えば回生運転時にある電気車の回生電力を回生用イ
ンバータ４５を介して商用周波電源母線１側へ回生でき
る様にしたものであれば、仮に回生車両をＤ２の電気車
であると仮想すると、電気車Ｄ２よりの回生電力は、電
気車Ｄ２→き電線８□→Ｂ変電所の断路器６□３→回生
用ストッパーダイオードＤ２３→直流正極母線Ｃ２→断
路器５５→インバータ４５→変圧器３、→遮断器２５の
経路を通して電源母線１側へ回生されると共に、電気車
Ｄ２→き電線８□→Ｂ変電所の断路器６２３→ストツパ
一ダイオードＤ２３→直流正極母線Ｃ２→力行用サイリ
スク遮断器５２２（又は８２０ ）→断路器６２２（又
は６□。

）の経路を通して、き電線８１下の図示しないカ行車両
にカ行パワーとして供給される。

このように回生電力は商用周波電源母線へ回生され、さ
らにカ行車両にカ行パワーとして供給されるのでエネル
ギーの有効利用が図れると共に、例えばＢ変電所で４３
−４４のサイ リスタ整流器とインバータ４５とを所定
の方法で適宜調整すれば、デッドセクション間の電位差
を略零とすることができ定常時の電圧制御性が優れてい
る。

かかる従来の給電系で問題となるのは、インバータを設
備する変電所であれインバータを設備しない変電所であ
れ、直流正極母線下に連なる各直流電路のカ行用サイリ
スク遮断器である。

即ち、カ行用サイリスク遮断器はき電線側の地絡事故時
に際して、サイリスク整流器を通して事故点側へ流入す
る電源母線側よりの事故電流、さらには回生用ストッパ
ーダイオードを通して事故点側へ流入するき電線側より
の回生電力、隣接する変電所よりの廻り込み電力等の事
故電流をそれぞれ遮断する為に必要不可欠なものである
が、このサイリスク遮断器はよく知られているように事
故点側へ流入する非常に大勢力の事故電流を遮断するも
のであるから、複数個のサイリスク素子を並列接続した
スタック体で構成され保護装置等も含めれば、サイリス
ク遮断器単体でも非常に高価である。

ましてや高価なサイリスタ遮断器を第１図の給電装置で
は４組も使用しているので、１変電所当りの設備費は非
常に高騰化することは明らかである。

本発明はこの点に鑑みて発明されたものであって、本発
明は特にカ行用サイリスク遮断器の適用数量を極力軽減
化して機器の配置構成を簡素化したことを一大特徴とし
、以下第２図に示す一実施例に基づき詳述する。

第２図の実施例で第１図と同一のものは同一符号を付し
てあり、本実施例ではＡ変電所とＣ変電所とは図から明
らかなように全く同一の構成とし、直流正極母線Ｃ１下
の各直流電路には方行用のサイリスク遮断器を挿入せず
に、サイリスク遮断器の代わりにＡ変電所であればカ行
用のストッパーダイオード群Ｄ１４〜Ｄ１７を、Ｃ変電
所であればカ行用のストッパーダイオード群Ｄ３４〜Ｄ
３７をそれぞれ用いた点と、直流正極母線Ｃ１と回生母
線Ｃ３とを連繁する為に回生用のサイリスク遮断器ｓａ
ｏ ｊ ８３３を挿入した点とにある。

なお、回生用のサイリスク遮断器Ｓ３ｏ、Ｓ３３は、き
電線側の地絡事故時さらには直流正極母線側の短路事故
時に際して、回生用ストッパーダイオード群を通して流
入する回生車両よりの回生電力、隣接する変電所よりの
廻り込み電力などの事故電流を遮断するものである。

次にＢ変電所について述べるに、このＢ変電所では各き
電線８１，８□に対応して２組のカ行用サイリスク遮断
器Ｓ３１．Ｓ３□をカ行供給ループに挿入した点と、Ａ
及びＣ変電所と同様に回生用ストッパーダイヤード群Ｄ
２０ ” Ｄ２３のカソード側橋絡点と直流正極母線Ｃ
１とを連繁する為に、回生用のサイリスク遮断器８３５
を婦人した点とにある。

なお８３５の回生用サイリスク遮断器は、Ａ及びＣ変電
所のサイリスク遮断器Ｓ３ｏ、Ｓ３３と同様に回生電力
或いは隣接する変電所よりの廻り込み電力を遮断する為
のものである。

以上のように構成される本実施例の動作を述べるに、定
常時は各サイリスク電流器で順変換した直流電力を直流
正極母線Ｃ１下に連なる回線毎に分割された各直流電路
側へ給電して、電気車Ｄ１゜Ｄ２をカ行運転するもので
あるが、例えばＤ２の電気車が回生運転時にあれば、電
気車Ｄ２よりの回生電力は、電気車Ｄ２→き電線８□→
Ｂ変電所の断路器６２３→回生用ストッパーダイオード
Ｄ２３→回生用サイリスク遮断器Ｓ３５→直流正極母線
Ｃ１→力行用サイリスク遮断器５３１（又はＳ３□）→
力行用ストッパーダイオードＤ２４ Ｄ２５ （又は
Ｄ２６）→断路器６２０ ６２、（又は６２２）の経路
を通して、き電線８□下のカ行車両Ｄ１或いはき電線８
２下の図示しないカ行車両にカ行パワーとして供給され
、エネルギーの有効利用を図っている。

かかる定常運転時にカ行運転時にある電気車Ｄ１の近傍
で何らかの原因でき電線８１が地路事故を生じ、この地
路事故時に電気車Ｄ２が回生運転時にあるような場合、
本実施例では以下に示すような所定の保護動作を行って
事故回線のみを選択遮断する。

即ち、事故点に連なるＡ変電所のダイオードＤ１５−断
路器６１、よりなる直流電路に挿入される図示しない過
電流継電気で地路事故を生じた旨を検出すると、この事
故検出信号を基にＡ変電所であれば、４１−４□のサイ
リスク整流器をゲートブロックして電源母線１側より流
入する事故電流を２、−２□の交流遮断器で遮断するこ
とによって、Ａ変電所を全停電とする。

これに対して事故点に隣接するＢ変電所であれば、事故
検出信号を基にカ行用サイリスク遮断器Ｓ３１でサイリ
スク整流器４３−４４を通して流入する商用周波電源母
線１側よりの事故電流を遮断すると共に、このカ行用サ
イリスク遮断器Ｓ３１で電気車Ｄ２→Ｂ変電所の断路器
６□３→回生用ストッパーダイオードＤ２３→回生用サ
イリスク遮断器Ｓ３５の経路を通して流入する回生電力
と、Ｃ変電所の断路器ＳａＯ→き電線８、→Ｂ変電所の
断路器６□１→回生用ストッパーダイオードＤ２□→回
生用サイリスク遮断器Ｓ３５の経路を通して流入する廻
り込み電力とをそれぞれ強制的に遮断する。

以上のような一連の操作を以つて、例えばＡ変電所側で
は事故点に連なる断路器６１１を通して流れる事故電流
が略零になった時点で、６１、の断路器６１１を開極し
て事故回線のみを健全回線より選択遮断して、断路器６
．１が開極したことを条件にサイリスク整流器４１−４
２に所望のゲート信号群を与えてカ行運転を開始させる
。

これに対してＢ変電所では、事故点に連なる６２０の断
路器を通して流れる電流が略零になった時点で断路器６
□。

を開極して、事故回線のみを他の健全回線より選択遮断
して事故区間を切離し所定の保護動作が完了することに
なる。

なお前述したき電線側の地絡事故時に際して、Ｂ変電所
側では上記したようにカ行用サイリスク遮断器Ｓ３１で
電源母線側より流入する事故電流を遮断できるので、地
絡事故時であっても所定の給電を継続することは勿論の
こと、事故時であっても電気車Ｄ２よりの回生電力を、
電気車Ｄ２→き電線８２→Ｂ変電所の断路器６□３→回
生用ストッパーダイオードＤ２３→回生用サイリスク遮
断器Ｓ３５→力行用サイリスク遮断器Ｓ３□→力行用ス
トッパーダイオードＤ２６（又はＤ２□）→断路器６２
２（又は６２３）の経路を通して、事故き電線に隣接す
る健全き電線８２下の図示しないカ行車両にカ行パワー
として供給する。

さらにＢ変電所にあっては、例えば事故回線の断路器６
２０を開極した後に今まで遮断状態にあるカ行用サイリ
スク遮断器Ｓ３□を再投入して、カ行用サイリスク遮断
器Ｓ３、→力行用ストッパーダイオードＤ２５→断路器
６□１の経路で、事故区間に隣接する健全区間のき電線
８、に所望のカ行パワーを再給電するのは申すまでもな
い。

これに対してＢ変電所側で例えば倒らかの原因で直流正
極母線Ｃ１に地絡事故を生じたような場合、４３−４４
のサイリスク整流器をゲートシフトして電源母線側より
流入する事故電流を限流すると共に、この事故電流を２
３−２４の交流遮断器で遮断してＢ変電所を全停電し、
この動作と並行して８３５の回生用サイリスク遮断器で
回生用ストッパーダイオード群Ｄ２０”Ｄ２３を通して
流入する回生車両よりの回生電力、さらには事故変電所
Ｂに隣接する健全変電所Ａ及びＣよりの廻り込み電力を
遮断して、直流正極母線Ｃ１の事故原因を除去させた後
に所定の給電を再開させる。

以上のように本実施例による給電系では、同−構成のＡ
変電所及びＣ変電所であれ、これら変電所とは構成を異
にするＢ変電所であれ、き電線側の地絡事故時さらには
直流正極母線側の地絡事故時に際して、上記したように
所定の一連の保護動作を行なうことによって事故原因を
除去させ再給電をするものであるが、例えば、き電線側
の地絡事故時にＡ変電所及びＣ変電所はカ行供給ループ
に事故電流を遮断可能なサイリスク遮断器が挿入してい
ないので、変電所そのものを全停としなければならない
。

これに対して２組ものカ行用サイリスク遮断器が挿入し
であるＢ変電所では、サイリスク遮断器で流入する事故
電流を遮断するので所定の給電は継続可能であって、こ
の点に於ては円滑な運行業務を継続できると云う意味合
いよりＢ変電所の回路構成が最も望ましい形態と云える
。

なお本実施例では、同−構成のＡ変電所及びＣ変電所間
にこれら変電所とは構成を異にするＢ変電所を配置した
給電系を示したが、これは事故時に於ける変電所相互間
の動作を説明する為のものであって、この給電系はいか
なる変電所の構成であってもよく、要するに本願はＢ変
電所にみられるように、事故時の保護協調のとり易さ、
及び設備費の観点よりＢ変電所の機器配置例の形態が最
も望ましい給電装置と云える。

以上のように本発明は、カ行供給ループに２組のカ行用
サイリスク遮断器を適用して給電装置を構成したもので
あるから、以下に示すように種々の効果を奏すものであ
る。

■ 従来装置に比しカ行用サイリスク遮断器を１／２に
軽減でき、しかも力行用サイリスク遮断器にき電線側の
事故時に際して電源母線側及び回生ループより流入する
事故電流を遮断するようにしたので、事故回線のみを即
座に遮断することができ事故の拡大を未然に防止できる
。

■ き電線側の事故時に、変電所は全停とするのではな
く給電を継続できるので、給電系全体の運用効率を大幅
に向上することができる。

■ 上記■項及び■項の理由により給電系全体の信頼性
及び安全性を高める事ができる。

■ 変電所側々は高価なサイリスク遮断器を全く不要と
するか或は電車線路の回線数と同数にとどめる様に配慮
したので、非常に経済的な給電系を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はサイリスク遮断器を適用した従来の給電系を示
す一具体例、第２図は本発明による一実施例を示す給電
系の具体的な回路構成図。 １は商用周波電源母線、４□〜４□はコンバータ、７１
〜７３は負極母線、８、〜８２はき電線、Ｃ１〜Ｃ２は
直流正極母線、Ｃ３は回生用母線、Ｄ１〜Ｄ２は電気車
、Ｄ□４〜Ｄ１□及びＤ２４〜Ｄ２□、Ｄ３４〜Ｄ３７
は第１のストッパーダイオード、Ｄｌｏ””Ｄ１３及び
Ｄ２０ ”” Ｄ２３ ｊ Ｉ）ｓｏ ”’ １ｅ３ｓ
は第２のストッパーダイオード、Ｓ３、〜８３２はサイ
リスク遮断器、Ｓ３１及びＳ３３は直流スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 商用周波電源母線より入力される交流電力を直流電
   力に順変換して直流正極母線側へ供給するサイリスク整
   流器と、回線別に分割されカ行用ストッパーダイオード
   と断路器よりなる直流電路で、デッドセクションを挟ん
   で対峠する直流電路をそれぞれ並列接続して２対のカ行
   供給電路を形成すると共に、これら２対のカ行供給電路
   で前記カ行用ストッパーダイオードのアノード側橋絡点
   と前記直流正極母線間にそれぞれ接続され、且つカ行供
   給電路側へ所望のカ行電力を供給する第１、第２のカ行
   用サイリスク遮断器と、前記複数の直流電路でカ行用ス
   トッパーダイオードと断路器との各橋絡点と前記直流正
   極母線間に接続され、き電線側よりの電力を直流正極母
   線へ導びく回生用ストッパーダイオード群と回生用サイ
   リスク遮断器よりなる直列回路とで構成したことを特徴
   とする直流式電気鉄道の給電装置。