JPS6215140A - 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 、：、ｏ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
直流式鉄道の給電装置に関する。

Ｂ９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４こ回虫電流も有効に活用でき、しかも相
互予備給電を可能にしたものである。

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
用の直流高速変速７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２図は従来の給電装置で、ｌ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〜４ｄは力行用サイリスク遮断器（
以下力行用遮断器と称す）、５ａ〜５ｄは回虫用ダイオ
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
生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〜８ｄは直流断路器、９ａ、　９ｂ
及びｌｏａ、　ｌＯｂはデッドセクション１１．１２で
区分された上り、下り用の第１゜第２及び第３．第４電
車線路である。

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１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、　１０ｂに供給さ
れる。

第４電車線路１０ｂ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から回生用ダイオード５ｄ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
電源母線に回生される。

Ｄ　発明が解決しようとする問題点 （＋）　　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ｌ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１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、所望の端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端型も停止さ
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４ａ〜４
ｄ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の遮断容量を軽減スヘク、
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
る設備費が彪大になる。

Ｅ１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
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た２組のストツパダイオードと
、この２組のストッパダイオードに各々に並列接続され
る直流断路器と、前記２組のストッパダンオードめ共通
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
れるダイオードの直列回路とよりなり、前記ダイオード
の直列回路の共通接続点を前記回生用母線に接続して構
成されたものである。

Ｆ１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端型停止した場合で
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、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３、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４
４に接続される。また、第１及び第２サイリスタ遮断器
２３及び４３のカソード側はダイオード２２１＋、２２
ｄ及び４２ｂ、　４２ｄのアノードを共通接続した点２
５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８ｃを介して
第１及び第３電車線路９ａ及び１０ａ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
４１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８ｄを介
して第２及　　　　゛び第４電車線路９ｂ及びｔａｂ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、この直列回路３０ノダ
イオード３１のアノード側は前記ストッパダイオード２
８．４８のカソード側に接続される。

マタ、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３４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。

次に上記実施例の動作を述べる サイリスク遮断器２３．４３は通常閉成状態にしておく
と、順電力変換器１の力行電流はサイリスタ遮断、器２
３．４３→ダイオード２２ｂ、　４２ｂ→直流所路器８
ａ、　８ｃを介して第１．第３電車線路９ａ、　１０ａ
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４電車線路９ｂ、　１０ｂに供給される
。

また、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→サイリスタ遮断器２３→ダ
イオード２２ｄ→直流断路器８ｂを介して第２電車線路
９ｂに供給されるか、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→
直流断路器８ｃか８ｄを介して第３か第４電車線路１０
ａ、　１０ｂに供給されるか、あるいはストッパダイオ
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及び第４電車線路９ｂ、　１０ａ及び１
０ｂ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、　９ｂ及び１
０ａ、　Ｊｏｂに供給するとき、２組の第１．第２サイ
リスク遮断器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１０ａ、　１０ｂに発生した回生電流を制御するとき
も、第１．第２サイリスク遮断器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Ｆ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、サイリスタ遮断器２３を
再び閉成すれば、第２電車線路９ｂに回生電気車１４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４電車線路１０ａ、　１０ｂ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４
３を通して流れることがない。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）のみを饋電停止させる場合、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電車線路９ａ、　９ｂ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．
４８に並列接続されている直流断路器３５゜３６を閉成
すれば、第１．第２電車線路９ａ、　９ｂ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→直流断路器３６−相互予
備母線３７→直流断路器３５→ダイオード２２ｂか２２
ｄの回路を経て第１．第２電車線路９ａ。

９ｂ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２図の２点で地絡事故が
生じた場合でも、事故電流ループに第２サイリスタ遮断
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
を停電させることなく力行電流を供給できる。

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饋電停止した場
合でも、他方の電車線路側の＠電図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、電気車の連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
、サイリスク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。

【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。 １０ａ、　１０ｂ・・・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
・・・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、３・７・・・相互
予備母線。 第２図 手続補正書（、鋤 昭和　６１年　６月　１８日

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た２組のストッパダイオードと、
   この２組のストッパダイオードに各々に並列接続される
   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
   るダイオードの直列回路とよりなり、前記ダイオードの
   直列回路の共通接続点を前記回生用母線に接続してなる
   直流給電装置。