JPS59120530A - ダブルセクシヨン方式の直流給電装置 - 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】 本発明は地下鉄々どに適用される直流式７１イ気鉄道の
給電装置に係シ、特にサイリスタ整流器を・１２相整流
とし、且つ既設のセクションに新／こに中間セクション
を付加してダブルセクション方式の給電回路を構成し、
さらに一部のサイリスタ整流器にインゼく一夕の機能を
も持たせることによって、商用周波電源側の高調波を抑
制し、さらに事故時の保睦動作も連応性を以って事故区
間のみを選択遮断して、事故の拡大を防１トし、以つ−
て安定性、信頼・ト′ｔを向上する改良さ７’Ｌ　７′
７．給Ｉば装置を提供し、ようとするものである。

地下鉄などに代表される直流給電装置は、順ｔ１１力変
換装置のシリコン整流器がサイリスタ整流器Ｋ、又、回
線ＩＫ区分さ／した直流′「電路に挿入きれる直流式高
速度遮断器がサイリスタ遮断器にそノ′しそれとって代
るというように、保守面での墳雑件をなくし、さらに保
め而での動作を確実にして極力安定性を高めている。し
７かしながらかかるアークレス方式の給電装置Ｎで問題
となるのは、第１Ｋき市程に所望の直流パワーを給電す
るサイリスタ整流器が、単に直流正極母線を介して並列
接続づ九る６相の整流方式であるので、商用周波屯諒母
線側の篩祠波が増大しＪＩ！’１信線への誘導障害・な
ど高調波対策が心安となつでいる。第２にき電線が２回
線であれば、各回線Ｋ　ｉｄ　１個のデッドセクション
を設ける構成でｆ）るので、例え（ｄ：き電線側で短絡
事故を生じＴ−事故回線金逗ト１ｆｉ　Ｌ、た場合に、
カ行車両か事故点側へ進入して来て当該車両がデッドセ
クションを狭んでまたがったよう方蓼、介、デッド上２
クシヨンの事故点側は無電圧Ｌ〆間、他方のｔｔ＋ｇは
力（１電圧区間であるので、車両のバッタグラフを通し
て車両側え大きなバイパス電流が流れ始め、車両がデッ
ドセクションを通Ｊ　してパンタグラフが当該゛セクシ
ョンを離れると、バッタグラフとき電線、デッドセクシ
ョン間にアークが発生してバンクグラフ又はデッドセク
ションが破壊するという重故障へと拡大する問題がある
。第３に車両の制動時知生ずる回生電力を商１’Ｉ］ｌ
ｆｌ　ｖ′市源＃：線側へ回生するものとして、回生専
用のインバータを設置した場合、このインバータは、カ
行パワー供給用のサイリスク整ａ器の略１／３位の容量
であるので、設備費が高騰化するばかりでなく、何らか
の原因でインバータが転流失敗したよ′）な場合、６相
整流方式の従来の給電装置にあっては、単に直流正極母
線を介してづイリスタ整流器とインバータとは並列接続
′をン）構成であるので、サイリスタ整流器上り事故イ
ンバータ側へ犬きカ事故電流が流入し５、この事酸７ｈ
流が、サイリスタ整流器に対して非常な脅威となる。

本発明はこの点に鑑みて発明されたものであって、以下
第１図に示す実施例に基づき詳述すら。

第１図の実施例で１は商用周波電源母線で、２１及び２
２は１次巻線及び２次巻線、３次巻線を有し商用周波の
目゛１源電圧を適当号電圧ｆｌＩｉＶＣ降圧する１２相
整流方式の第１及び第２の変圧器で、３１及び３２　、
３３はサイリスタを純ブリツジ接続して構成さｔ’Ｌ交
θｆｆｉ人力電力を直流電力に順変換する。カ行パワー
供給専用で且つ１２相整流方式の第１及び第２．第への
サイリスタ整流器で、４ｄサイリスタを純ブリツジ接続
して構成きれ交流入力電力を直流電力に順変換してカ行
パワーと１２で供給すると共Ｋ、入力される回生電力全
交流電力に逆変換１２て商用周波電源母線側１へ回生す
るインバータの機能をも併せ持つ１２相へ（流力式の第
４のサイリスタ整流器で、５１及び５□（−１ダイオー
ドで６１及び６ｚＢサイリスタ連断器で、こｒｔらダイ
オード−サイリスタ遮断器で整流器４のカ行運転、イン
バータ運転を切換えるスイッチ体全構成Ｌ　、インバー
タ運転時のみサイリスタ遮断器６．　、６２が導通する
よってなっている−１８１〜８４は常時はＯＮ状態に保
持される第１〜第４のサイリスタ遮断器で、９１〜９４
−ダイオードで、これらサイリスタ遮断器８１〜８２及
びダイ万一ド９１〜９２とで第１の電力切換回路が構成
され、同様にサイリスタ遮断器８３〜８４及びダイオー
ド９３〜９４とで第２の電力切換回路が構成され４．。

１０．〜１０６は断路器、１１＋及び１１３−既設のデ
ッドセクション、１１２及び１１４は新たに設置した中
間デッドセクション、１２１及び１２２はき電線、１３
１及び１３２は軌条、１４１及び１４ｚ？’ＰＪ気車、
１５ｉｄ第１の電力切換回路と第２の電力切換回路とを
接続する連絡線。

以上のように構成される本実施例の動作を述べるに、第
１及び第２．第３．第４の各サイリスタ整流器群で、例
えば第１のサイリスタ整流器３１が予備であるとすれば
、所定のカ行運転時に於てにｔ１３２のサイリスタ整流
器で順変換した直流、電力は整流器３２→直流リアクト
ル７２→断路器１０３の経路を、ｊ’Ｈしてき電線１２
１下に連なる図示しないカ行車両に供給されると共に、
整流器３２→直流リアクトル７２→ザイリスタ遮断器８
２→断路器１０２の経路を通してデッドセクション１１
１〜１１２間のきｔ区間に給電され、さらに整流器３２
−直流リアクトルア２−サイリスタ遮断器８２−ダイオ
ード９１→断路器１０１の経路を通して、電気車１４＋
にカ行パワーとして供給される。同様１ｌＣ３３のサイ
リスタ整流器で順変換した直流電力は、整流器３３→直
流リアクトル７４→傅〒路器１０６→き゛ｉＭ、線１２
２の経路を通し、て１４２の電気車にカ行パワーとして
供給されると共に、整流器３３→直流リアクトル７４→
づイリスタ遮断器８４→断路器１０５の経路を通して１
１３−１１４１Ｓｒｆのき電区間に供給される。さらに
４のサイリスタ整流器にあっては、整流器４→タ゛イオ
ード５２→直流リアクトル７３→断路器１０４の経路全
通し２て１２２のきＭ）線に給電さ７″Ｌる。なシ３３
及び４のサイリスタ整流器Ｇ（あっては、カ行運転時に
際（〜で名サイリスタ整流器が分担する常時の負荷量は
予じめ前場って規定されており、何らかの原因で一方の
サイリスタ整流器が事故を生じた場合には、他方のサイ
リスタ整流器が事故整流器の負荷をも分担するよう各整
流器の容イ：：は設定しである。従って本実施例による
給帛装置にあっては、整流器が事故を生じた場合でも給
電を全く停止することなく所定の運行業務を継続するこ
とができる。

かかるカ行運転時に於て１４２の電気車が回生重両とな
ってき電線１２２の電圧が所定の電圧て達す乙と、図示
しない検出装置が電圧或いは電流の諸量に応じて動作し
回生が始凍った旨を検出して、直ちに４のサイリスタ整
流器に対してカ行運転よりインバータ運転へ切換える旨
の命令を出す。この切換指令を以って４の整流器にゲー
トをインバータ領域へ切換えると共に、６１−６２のサ
イリスタ遮断器に点弧指令を与えて点弧する。しかして
回生車両１４２よりの回生′＃１１力目、電気車１４２
−き電線１２２→断路器１０６→サイリスタ遮断器８４
→ザイリスタスイツチ６１→サイリスタ整流器４の負極
（Ｉ！ｌｌ素子→商用電源母線］→整ｂＩｒ、　’ｔ：
に４の正極１１ｉ素子−÷サ１リスタスイッチ６２→狛
極母線１４２→軌条１３２の経路を通１−て母線１　（
ｉ１］へ回生されると共に、ｊｌｉ気車１４２→き？打
線１２２→１吋斤路器１０６→ザイリスタ遮ＩＭ器８４
→ＩＵｆ路器１０５の経路を通］２て、デッドセクショ
ン１１３１１４間のき短区間の図示しないカ行車両にカ
行パワーとして供給される。さらに７１ｆ気車１４２→
き電線１２２→断路器１０６→サイリスタ８４−タ′イ
オード９３→断路器１０４の経路、及び電気車１４２→
き電線１２２→断路器１０６→サイリスタ遮断器８４−
→連絡線１５→タイオード９＋（又ｉｄ　９２　）の経
路を通して、カ行車両１４１に附してカ行パワーとして
供給されると共にデッドセクション１１２　、１１３の
付近に存する図示しないカ行車両にカ行パワーとして供
給される。、こり）ように電気車が停止時に生ずる回生
Ｕ【力は、商用周波’ｌ’ｌｆぢ１母線側へ「１コ」牛
されると共にカ行車両にカ行パワーとして供給され、エ
ネルギーの南効利用を図って省エネルギータイプの給１
Ｌ装置としである。

かかる回生時に際して、例えば図示Ａ点で何らかの原因
でき電線１２１を支持する碍子がリークして短絡事故を
生じたような場合、本実施例では以下に示すような所定
の保穫動作を行って給電業務を継続する。即ち断路器１
０３を含む自（ｆ電路に挿入される図示しない過電流継
電器が短絡事故である旨を検出すると、先ず事故点側の
サイリスタ整流器３２と８３　８４のサイリスク遮断器
に対して所定の指令を与え、サイリスタ整流器３２をゲ
ートシフト或いはゲートブロックして停止トさせ整流器
３２側より流入する事故電流を遮断すると共に、８３の
サイリスタ遮断器をＯＦＦスルことによってサイリスタ
整流器３ｒ側ｆすｆｉ人する事故’ＭＥ　ａ　を遮断し
、さらに８４のサイリスク遮断器をＯＦＦすることによ
って回生車両１４２よりの回生電力を遮断する。このよ
うＶ′Ｃ事故点Ａへ流入する電源側よりの事故電流、さ
らに回生車両よりの回生ｍ力をそ）１、それ遮断し断路
器］０３全通して流れる事故Ｈｆ流が略零になった時点
で、図示し々い断路器操作部を介［２て１０３の断路器
全開極して事故点Ａ　（Ｆｉｌのき”小区間のみを辺択
ｉ根断する。１７かる後に゛丈イリスタ整？ｉｌｉ：器
３２を杓起動して所定のカ行運転を行わせると共ＩＣ１
各サイリスタ遮断器８２及び８３　８４に所望の点弧イ
菖Ｊ−′５分与えて点弧し健全回線の各き電６１区１１
１へ直流″ｉ１イカを給電するように（る、次に４１４
故点Ａの短絡ζ１′＋故時に際してγＩＪシ、車］４１
≠氾１；故点Ａ側ｊｔｆ進入して来た場合の保護動作に
ついて説明す６゜事故点Ａを含む小故回γう３が選択遮
断さ１−１だ場合、小数セクンヨ／１１２の事故点７１
側は無電工区ｊ１）」、事故セクション１１２と健全セ
クン＝ミノ１１１のき短区間は加電圧状態となっている
。この状態で電気車１４＋が事故点、４１′ｌ１ｌｌに
進入して来て、電気車１４買のバッタグランＰ２とＰ１
々がイ※１１全セクション１１１を唸たがったよう−１
場合、Ｐ２のパンタグラフ側はサイリスタ整流器３２→
直流リアクトル７２−→サイリスタ遮断器８２→ダイオ
ード９１→断路器１０＋の経路を通してき電されておセ
、又Ｐｌのパンタグラフ側はサイリスタ整流器３２→直
流リアクトル７２→サイリスタ遮断器８２→断路器１０
２の経路を通してき軍されている。従って、゛電気車１
．４１のパンタグラフＰ１とＰ２とは略同電位であるの
で聞、気車１４＋（ｔＪｉｌへ過大なバイパス電流が流
れることは決してない。この状態より電気車１４１が慣
性でさらに事故点Ａ側へ進入して後方のパンタグラフＰ
２が健全セクション１１．を離れると、パンタグラフが
セクションを離れた旨を何らかの方法で検出し。

て、この検出信号を基に８２のサイリスタ遮断器を直ち
ＶｃＯＦＦする。従って健全セクションＩＬ＋と事故セ
クショ／１１２とのき短区間は無電圧状、＠どなって、
この状態で電気車１４１が慣性で事故セクション１１２
へ進入した場合でも、事故セクション１１２の事故点Ａ
Ｏ１ｌｌＩ′ｉ既に無電圧区間となっているので、電気
車１４＋側へ何ら・（イバス電流が流れることはなく、
又、アーク熱も全く発生することなく〕（ンタグラフと
デッドセクショノの破壊を未然に防止することができる
。

以上のよう庁本実施例に対して従来の給電装置にあって
は、例えば第１図の給電装置を例にとると、１１□の中
間デッドセクションと断路器１０２を含む直流電路とを
設けないき電構成であるので、図示Ａ点で短絡事故を生
じ且つ１４１の電気車が慣性で図示する位置に進入して
来たような場合、事故点Ａ側は断路器１０３の開極によ
って既に無電圧状態となっており、これに対して電気車
１４１側は断路器１０１を通して加電圧状態と庁ってい
る。この状態でさらに電気車１４１が進行して後方のパ
ンタグラフＰ２と前方のバッタグラフＰ１とがデッドセ
クション１１＋をまたがる状態になると、断路器１０．
→バッタグラフＰ２→Ｎ　気ｍ　１４＋→パンタグラフ
Ｐｌ→き′Ｉｉ線１２１ノ経路を通して、電気車１４ｘ
Ｏ１ｌｌへ過大なバイパス電流が流れることになる。こ
の状態でさらに電気車１４１が進行して後方のパンタグ
ラフＰ２がデッドセクション１１１を離九始めると、パ
ンタグラフＰ２とデッドセクション１１１間にアークが
発生し、このアーク熱によってパンタグラフ或いはデッ
ドセクションが破壊するという重故障へと拡大すること
になる。この点本願によハ、げ、上記したように中間の
デッドセクションを設けてダブルセクション方式とし、
さらに電気車が中間セクションよシ事故セクショノ側へ
慣性で進行する過程に於て、電気車の後方のノ（ンタグ
ラフが中間のデッドセクションを通過したという条件を
基に中間セクションと事故セクションのき軍区間を無電
圧状態とするので、従来の給′市装詔、にみられるよう
社デッドセクション或いはパンタグラフの破壊（−１′
未然に防止することができる。

次に４のサイリスタ整流器がインバータ運転時に転流失
敗した場合の保護動作について述べる０ サイリスク整流器４が転流失敗した旨を図示Ｚ・辷 しない過電鳳センザー等の検出手段で検出すると、この
検出信号を基に８□のサイリスタ遮断器と８４のサイリ
スタ遮断器とをそれぞｔＬＯＦＦＩ。

てザイリスタ整流牲３２及び３３より流入する事故ｊ−
！を帷を遮イブ〒すると」（に、電気車１４２が回生運
転時にあｉ″Ｌば、サイリスタ遮断器８４をＯＦ　Ｆす
ることしくよって事故インバータ（ｉｊｌｌへ流入する
電気１（ｊよりの回生７９．’力を迎、断する。この動
作と並行して事故インバータをグー１−ブロック１−７
て４［＝イノバータを停止する。事故インバータへ流入
するη１故電流が遮断され零Ｇで１　ｉｔば、再び８２
−８４のサイリスタ遮断器を再投入して電気車１４２よ
りの回生電力を、７１）；気床１４２→＠電線１２２→
断路器］、Ｏｓ−→サイリスタ週、断器８４の経路を通
して各き電線Ｆに連なるカ行車両に７Ｊ　して力行パワ
ーとして供給させる。なお事故インバータの遮断に際し
て、上記の説明では８２　８４の各サイリスタ遮断器で
流入する事故電流を遮断する場合を述べたが、かかる１
呆穫方法では、断路器１０２を含めた直流電路と断路器
１０１を含めた直流電路、及び断ｉ！８器１０４を含め
た直流電路と断路器１０５を含めた直流電路とはそれぞ
れ８ｚ　　８４のサイリスタ遮断器が再投入きれるまで
の期間、給電が停止３れ運行業務に支障があ々。従って
イノバータの転流失敗に際しでは、４）故イノバータ側
のサイリスタ遮断器６１をＯＦＩ！”することによって
サイリスタ整流器３２及び３３より流入する事故シれ流
、さらＫは蚕気屯１４２よシ雌入う゛る回生車力を遮断
するエラにする。かかる保護方法（（よれば、転流失敗
時であっても全ての１！１流電路に所望の直流重力を供
給でき運用効率全高め得る利点がある。さらに第１図の
実施し１］では、負袷母線全１４１及び１４２というよ
うに２組に分割した例を示したが各負極母線全一括して
一組の負は母將にしても動作上は全く支障がなく、かか
る方法（でよれば構成を簡素化できる利点がある。さら
に第１図の給電装置ＶこあってＯゴ、断路器１０１を含
めた第１の直流′山、烙、新路器］０３を含めた第２の
直流７１″、路と断路器１０２全′１シーめた第３の直
流ｎｌ路とを七２ｔそれ接続するサイリスタ遮断器５ｉ
−８２、ダイオード９１　９２よりのる電力切換回路と
、断路器１０４を含めた第４の清流電路と断路器１０６
を含めた第５の直流′市路、断路器１０ｓを含めた第６
の一流電路とをそノ′シぞ第１接続１“るサイリスタ遮
断器８３−８＜、ダイオード９３−９４よりなる電力切
換回路とは、例えば第２図に示すように４個のダイオー
ドと１個のサイリスタ迎断器で構成したｉＪ電力切換回
路も略同−の目的を構成することができる。なお第２図
（／ｃ示う市、力切換回路の場合、第１図の眼力切換回
路に比しサイリスタ遮断器が１個少なく力るので経済的
な給電装置全実現できる利点かある。

以上のように、本発明例於ては１２　Ｋ＋整流流力ノザ
イリスタ整流器群で一部の整流器はインバータの機能を
持）ζせて、且つき看、糾ｆ＋ｌ１４’　Ｐｊダブルセ
クション方式としたのて以′下に示すようにＩＦｉｊ々
の効果を奏すものである。

（Ｊ、）回生専用のインバータを股装置することなく５
１２相整流力式の４ノイリスク整流器の一部にインバー
タの機能を持たせたので、非常に経済的な給首、装置を
構成することができる。

（２き粗系の電源は１２相整流７ｊ式としたので、４゜
１（〕”海側の人力■１流に含まわ、る高調波を抑制す
ることかでき新たに股騰する普調波抑制装ｆｆｆｉｘを
小型化できる。

（３）　き重線側はターブルセクショノ方式であるので
、き重線イロ）］の短絡事故時【！こ除して市気車が故
障セクション側へ進入して来／ζ、１）６合でも、全く
アークを生ずることなくアーク熱をてよるデッドセク／
ヨノ、バッタグラフの破壊を未然に防止できる。

朝　サイリスタ整流器がインバータ運転時に転流失敗し
た場合でも、インバータ機能を翁うるサイリスタ整流器
に付加したサイリスタ遮断器で流入する事故電流を遮断
するようにしたので、即座に事故インバータを遮断でき
事故時の影響を最小限に抑えることができる。

（良　前記ｑ・項に於′て、事故インバータの遮断時で
もき電線の給電は継続できる構成であるので、運用効率
を高め得、非常に扁頼性の高い給電装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示す給７１１装高１の
具体的な回路構成図、第２図は本発明に係る電力切換回
路を示す具体的な回路図。 ３１　３３及び４にサイリスタ整流器、６１〜６２及び
８１〜８４はサイリスタ遮断器、５１〜５□及び９□〜
９４はダイオード、１１１〜１１４はデッドセクション
、１２１　１２２はぎｉｔ線。 ７時　　古−出　　停止１　　　人 −１７： 第２図 −１７３− ′／杷 町ｒ 〈。 チ紀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）１次巻線及び２次巻線、３次巻線を有し商用周波
   電源電圧を適当な電圧値に降圧する第１゜第２の変圧器
   の２次巻線或いは３次巻線にそれぞれ接続され交流入力
   電力を直流電力に順変換する１２相整流方式の第１及び
   第２．第３のサイリスタ整流器と、前記第１．第２の変
   圧器の２次巻線或いは３次巻線にそれぞれ接続され交流
   入力電力を直流電力に順変換すると共に、き電線側よシ
   入力される回生電力を交流量、力に逆変換して商用周波
   電源母線側へ回生ずる１２相整流方式の第４のサイリス
   タ整流器と、この第４のサイリスタ整流器の直流出力側
   とき電線間に挿入され直流電力を回線別に区分されたき
   電線側へ給電する第１の直流電路と、前記第１〜第３の
   サイリスタ整流器の直（ｊｌｔ出力側とき電線間に挿入
   され直流電力を回線別に区分されたき電線側へ給電する
   第２及び第３．第４の直流電路と、前記第１の直流電路
   の橋絡点と前記第２の直流電路の橋絡点間に挿入され、
   且つ第１の直流電路（又は第２の直流電路）より導ひか
   れる電力を第２の直流電路（又は第１の直流電路）側へ
   出力する第１の電力切換回路と、前記第３　　　　　　
   ：の直流電路（又は第４の直流電路）より導ひかれる電
   力を第４の直流電路（又Ｖｉ第３の直流電路）側へ出力
   する第２の電力切換回路と、前記第１の直流電路とき電
   線との橋絡点ど前記第２の直流電路とき′４〕線との橋
   絡点間に挿入をれる第１及び第２のデッドセクションと
   、前記第３のＭ流電路とき一線との橋絡点と前記第４の
   直流電路とき電線との橋絡点間に挿入をれる第３及び第
   ４のデッドセクションと、前記第１．第２のデッドセク
   ションの橋絡点と前記第１の電力切換回路とを接続する
   第５の直流電路と、前記第３．第４のデッドセクション
   の橋絡点と前記第２の電力切換回路とを接続する第６の
   直流電路と、前記第５の直流電路と前記第１の電力切換
   回路との橋絡点と、前記第６の直流電路と前記第２の電
   力切換回路との橋絡点とを接続する連絡線と、前記第１
   及び第２の電力切換回路より導びかれる回生Ｎｌｉ力を
   前記第４のサイリスク整流器の直流負極母線側へ電力す
   るサイリスタ遮断器とでそれぞれ構成したことを特徴と
   するダブルセクション方式の直流給電装置０、（２）　
   　第１及び第２のＷＬ電力切換回路、サイリスタ遮断器
   とダイオードとを逆並列接続してなる２組の並列回路を
   直列接続して構成するようにした特許請求の範囲第１項
   記載のダブルセクション方式の直流給電装置。 （３）第１及び第２の電力切揄回路を、ダイオードを逆
   並列接続してなる２組の並列回路を直列接続し、且つ直
   列接続した橋絡点同士を接続するサイリスタ遮断器とで
   構成するようにした特π１−請求の範囲第１項記載のダ
   ブルセクション方式の直結石ｍ、装置。 （４）　　第１の直流電路を、ダイオードと直流リアク
   トル、断路器とをそれぞれ直列接続して構成するように
   した特許請求の範囲第１項ないし第３項記載のダブルセ
   クション方式の直流給電装置。 （５）第２及び第３．第４の直流電路を、直流リアクト
   ルと断路器とを直列接続して構成するようにし、た特許
   請求の範囲第１項シ・いし第４項記載のダブルセクショ
   ン方式の直η１．給電装ｆｆ：’ｔ。 （６）第５及び第６の直流電路を断路器で構成するよう
   にした特許請求の範９１Ｆ第１項ないし第５項記載のダ
   ブルセクション方式のｆ１流結石装置。