JPS6325972B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流式電気鉄道の給電系の保護方法に
係り、特にき電線の回線数が複線化の場合、事故
を生じたき電線があつても健全き電線側には何ら
の影響をも与える事なく所定の運行業務を継続で
きる新規な給電系の保護方法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では保守上の面、並び
に保護協調の面等より直流式高速度遮断器を置換
するものとしてサイリスタを逆並列接続（又はサ
イリスタのダイオードを逆並列接続したもの）し
た構成のサイリスタ遮断器、或いはストツパーダ
イオード等の如き静止形のスイツチが適用され、
さらには順電力変換装置としてシリコン整流器に
とつて代りサイリスタ整流器が夫々適用されつつ
ある。この様に直流式給電系では断路器を除き他
は全て静止形のもので構成する様になつたので、
給電系のシステムそのものは非常に信頼性が高い
ものとなりこの点に於ては画期的なものと云え
る。しかし乍ら機械的な操作機構の直流式高速度
遮断器を単に静止的なスイツチに置換したとして
も、例えば給電系の任意の変電所、又は変電所間
で短絡事故等の如き事故を生じた様な場合、事故
が変電所間であれば、事故点を挾む両変電所は事
故検出と同時に即座に給電を停止し事故区間を遮
断するので、上り線と下り線とがある多回線で事
故回線の給電停止は勿論の事、この事故回線と並
設する健全回線の給電も停止してしまう。この場
合、例えば健全回線に力行車両があればこの力行
車両は停止を余儀なくされると云う不具合を生ず
る。この様な事態は円滑な運用を期さねばならな
いと云う一大使命より逸脱するものであり決して
好ましいものではない。

本発明はこの点に鑑みて発明されたものであつ
て以下本発明を適用する図の回路構成を先づ詳述
するものとする。図でＡ，Ｂは給電系に設置され
る変電所群で夫々相隣り合つて位置する２変電所
を示し、実施例ではＡ変電所を力行パワーを供給
する機能のみを有する変電所とし、他方のＢ変電
所は力行パワーの供給と同時に、回生車両よりの
回生パワーを許容する機能を併持した変電所を示
している。さてこれら両変電所で１₁，１₂は三相
用商用周波電源母線で、２₁〜２₅は交流遮断器
で、３₁〜３₄は入力される交流電力を適宜な電圧
値に降圧する変圧器で、３₅は回生用変圧器を示
す。４₁〜４₄は交流電力を直流電力に変換する順
電力変換装置で、この順電力変換装置はサイリス
タ素子を純ブリツジ接続して構成される。４₅は
直流電力を交流電力に逆変換する逆電力変換装置
で順電力変換装置と同様にサイリスタ素子を純ブ
リツジ接続して構成される。５₁〜５₅は断路器
で、６₁は負極母線を示す。７₁，７₂は直流正極
母線（力行母線とも云う）で、この直流正極母線
下に９₁〜９₈の符号で示す第１のストツパーダイ
オード群と、１１₁〜１１₈の符号で示す断路器群
との直列回路が接続され、これら直列回路を通し
て各き電線１２₁，１２₂に所望の直流電力が給電
される事になる。なお上記第１のストツパーダイ
オード群９₁〜９₈は当該変電所に隣接する図示し
ない変電所より流入する廻り込み電力を阻止する
為のもので、この過り込み電力の流入を許容し、
さらには回生車両よりの回生電力を許容するもの
として、Ａ変電所であれば回生用母線８₁下に接
続される第２のストツパーダイオード群１０₁〜
１０₄が、Ｂ変電所であれば直流正極母線７₂下に
接続される第２のストツパーダイオード群１０₅
〜１０₈が夫々上記機能を併持する。１４は直流
スイツチで定常時は回生輌よりの回生電力を力行
車両に力行パワーとして供給する機能を負い、事
故時は回生車両よりの回生電力を遮断してＡ変電
所の事故点に連なる断路器を開極し、事故点を他
の建全き電線より瞬時に瞬断する機能を併持す
る。１３₁，１３₂は車両Ｄの軌条で、L₁，L₂は過
電流を制限する為に挿入されるリアクトルでこの
リアクトルは主回路より削除しても動作上は何ら
支障のないものである。なお図ではＡ変電所及び
Ｂ変電所共に直流式高速度遮断器を置換するもの
として第１のストツパーダイオード群９₁〜９₄，
９₅〜９₈を適用する場合を述べたが、例えばこれ
らストツパーダイオード群の代わりにサイリスタ
遮断器を適用しても動作上は全く同一であつて、
この様にサイリスタ遮断器を適用すればサイリス
タ遮断器の構成そのものが従来周知の様にサイリ
スタとダイオードとを逆並列接続した構成である
ので、Ａ変電所及びＢ変電所にみられる様なスト
ツパーダイオード群は不要となる。

さて以上の様に構成される給電系の定常時の動
作は、Ａ，Ｂ両変電所共に商用周波電源母線１₁，
１₂より入力される三相交流電力を、先ず変圧器
３₁−３₂，３₃−３₄で適当な電圧値に降圧して、
この交流電力を順電力変換装置４₁−４₂，４₃−
４₄で直流電力に順変換して、この直流電力を断
路器５₁−５₂，５₃−５₄→リアクトルL₁，L₂→直
流正極母線７₁，７₂→第１のストツパーダイオー
ド群９₁−９₄，９₅−９₈→断路器１１₁−１１₄，
１１₅−１１₈→き電線１２₁−１２₂→負極母線６
_１，６₂の各経路を通して車両に力行パワーとして
供給する。車両Ｄが回生運転時にあるものとすれ
ば、この回生車両Ｄよりの回生電力は、Ａ変電所
に於ては車両→き電線１２₂→断路器１１₃−１１
_４→第２のストツパーダイオード１０₃−１０₄→
直流スイツチ１４→直流正極母線７₁→第１のス
トツパーダイオード９₁−９₂→断路器１１₁−１
１₂→き電線１２₁の経路を通して流れ、き電線１
２₁に力行車両があればこの力行車両に回生電力
が力行パワーとして供給される事になる。同様に
Ｂ変電所に於ては、回生車両Ｄよりの回生電力は
き電線１２₂→断路器１１₇−１１₈→第２のスト
ツパーダイオード１０₇−１０₈→断路器５₅→逆
電力変換装置４₅→変圧器３₅→遮断器２₅→商用
周波電源母線１₂の経路を通して交流入力電源側
へ回生されると共に、回生電力の一部はき電線１
２₂→断路器１１₇−１１₈→第２のストツパーダ
イオード１０₇−１０₈→直流正極母線７₂→第１
のストツパーダイオード９₅−９₆→断路器１１₅
−１１₆→き電線１２₁の経路を通して流れ、き電
線１２₁に力行運転時にある車両があれば、この
力行車両に回生電力の一部が力行パワーとして供
給される。この様に図に示す給電系は各き電線下
に回生運転時にある車両があれば、この回生車両
の回生電力は交流入力電源側へ回生されると同時
に、他方のき電線下に力行運転時にある力行車両
があれば、回生電力が力行車両に力行パワーとし
て供給されるので、回生電力は何ら給電系で消費
される事なく全てエネルギーとして利用され“省
エネルギー”と云う時流に呼応した給電系と云え
る。

さて定常時は以上の様な動作を行なう給電系
で、何らかの原因で図に示す○イの点で短絡事故を
生じたものとする。この短絡事故の場合、従来の
保護方法であれば○イの事故点を挾むＡ変電所及び
Ｂ変電所では夫々順電力変換装置４₁−４₂，４₃
−４₄のゲートを最少限の位置まで絞つてゲート
シフトし給電を瞬時に停止し、しかる後に事故点
○イのき電線１２₁に給電する断路器１１₁−１１₂，
１１₅−１１₆を夫々開極して、事故点○イを他の健
全き電線より遮断するものであるが、この様な保
護方法であれば、前述した様に事故点○イを挾んで
位置する両変電所の給電が停止してしまうので、
例えば事故き電線１２₁に対向する健全き電線１
２₂に図に示す様な力行運転時にある車両Ｄがあ
る様な場合、この車両Ｄの給電がストツプする事
によりもはや所定の運転継続は不可能となる。こ
の停止時間は事故点○イの事故が完全に取り除かれ
Ａ変電所及びＢ変電所が復電するまでである事は
周知の通りである。

この様に従来の保護方法は健全き電線側にも多
大の影響を及ぼす事が最大の難点である訳である
が、本発明によれば次の様な操作を行なう事によ
つて従来方法で懸案化された問題点を一挙に解決
しようとするものである。即ち本発明による保護
方法は先ず○イの事故点を挾んで位置するＡ変電所
及びＢ変電所の何れか一方のみの変電所を優先的
に給電を停止する様にする。この場合、給電を停
止する変電所がＡ変電所であると仮定すれば、事
故点○イの短絡事故を図示しない検出器で検出する
と、この検出信号を基にＡ変電所に対して
「OFF指令」と事故回線１２₁側に連なる断路器１
１₁−１１₂に「開極指令」とを同時に与えて、Ａ
変電所の順電力変換装置４₁−４₂のゲートを最少
限の位置までゲートシフトすると共に、直流スイ
ツチ１４をOFFしてＡ変電所の給電を瞬時に停
止する。以上の様な操作過程で順電力変換装置と
直流スイツチとは、例えば数ｍｓと云う極めて短
時間で夫々OFFするが、断路器はその機械的な
機構により開極指令が入力された時点より数10ｍ
ｓ後に開極する事になる。この様にＡ変電所の給
電が停止し指定された断路器１１₁−１１₂が開極
した事を確認すると、先ずＡ変電所の順電力変換
装置４₁−４₂と直流スイツチ１４とに夫々再び
ON指冷を与えて、Ａ変電所を復電すると同時に
相手側のＢ変電所に対して順電力交換装置と図示
しない直流スイツチ（この直流スイツチは逆電力
変換装置と直流正極母線との間に一般には挿入さ
れる）とにOFF指令を与え、且つ事故回線１２₁
に連なる断路器１１₅−１１₆に開極指令を与え
て、Ｂ変電所の順電力変換装置４₃−４₄をゲート
シフトすると共に図示しない直流スイツチを
OFFしてＢ変電所の給電を停止する。Ｂ変電所
の給電が停止すると指定したＢ変電所の断路器１
１₅−１１₆が前述した様に若干遅れて開極して事
故点○イが完全に他の健全回線より遮断される事に
なる。この様にＢ変電所の指定した断路器が開極
した事を確認すると、Ｂ変電所の順電力変換装置
４₃−４₄と図示しない直流スイツチとを夫々ON
指令によつて再度ONし、事故点○イの事故回線１
２₁を遮断した状態のままでＡ変電所及びＢ変電
所より事故回線１２₁と並設される健全回線１２₂
に所望の直流電力を供給して、健全回線１２₂に
ある車両Ｄの運転継続を図る様にしたものであ
る。

以上の動作説明より明らかな様に、本保護方法
によれば事故が発生すると直ちに事故点を挾んだ
Ａ、Ｂの両変電所の何れか一方のみを優先的に給
電を停止し、次いで給電を停止した変電所を再び
復電すると同時に、今迄給電動作にあつた変電所
の給電を停止して事故回線のみを完全に遮断した
後に、再度新たに給電を停止した変電所を復電し
て健全回線に所望の電力を給電する様にしたの
で、事故の発生と同時に所定の保護操作を経て
Ａ、Ｂ両変電所を夫々再び復電する迄の期間、事
故回線と並設される健全回線に対しては、最初は
Ｂ変電所より給電し、次いでＡ変電所より給電し
て最後にＡ変電所及びＢ変電所の両変電所より給
電すると云う様に、健全回線に対する給電は瞬時
たりとも停止する事はない。従つて本発明によれ
ば何らかの原因でき電系に事故を生じたとして
も、健全回線には何らの影響も及ぼす事なく給電
を継続できるシステムであるので、第１に非常に
信頼性の高い給電システムを提供できる利点があ
り、第２に給電系全体で円滑な運行状態を維持で
きる給電システムを提供できる事であり、第３に
回生パワーは交流入力電源側、或いは力行車両と
云う様に何ら消費する事なく全て有効に利用する
システムであるので“省エネルギー”と云う時流
に呼応した給電システムを提供できる事である。
なお本発明による保護方法で、例えば図に示す様
な給電系の場合、実検証によれば事故回線を完全
に遮断するまで略120ｍｓの時間がかかるが、こ
の時間は一般の給電系では充分に所期の目的を達
成できる時間であつて、例えばストツパーダイオ
ード群の代わりにサイリスタ遮断器を適用すれば
遮断時間を略40ｍｓ〜70ｍｓに短縮できる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の保護方法を適用する給電系の一具
体例を示す回路構成図。 １₁−１₂は商用周波電源母線、２₁−２₅は交流
遮断器、３₁−３₅は変圧器、４₁−４₄は順電力変
換装置、４₅は逆電力変換装置、５₁−５₅及び１
１₁−１１₈は断路器、６₁−６₂は負極母線、７₁−
７₂は直流正極母線、８₁は回生母線、９₁−９₈及
び１０₁−１０₈はストツパーダイオード、１２₁
−１２₂はき電線、１３₁−１３₂は軌条。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 商用周波電源母線より入力される交流電力を
   順電力変換装置で直流電力に順変換し、この直流
   電力を直流正極母線下に連なる静止形スイツチ群
   と断路器群との各直列回路を通して各き電線に給
   電する給電系で、き電線に並設される変電所群で
   任意の変電所又は変電所間で事故を生じこの事故
   より給電系を保護するようにしたものに於て、事
   故検出と同時に事故点を挾んで位置する２変電所
   の一方の変電所のみを給電を停止すると共に、当
   該変電所で事故回線に連なる断路器のみを開極し
   て、この開極した事を条件に当該変電所を再び復
   電すると同時に、今まで給電を継続している変電
   所の給電を停止すると共に当該変電所で事故回線
   に連なる断路器のみを開極して、この開極した事
   を条件に給電を停止した変電所を再び復電して事
   故回線のみを完全に遮断し、事故回線に対峙して
   並設される健全回線の給電を停止する事なく事故
   回線を遮断した事を特徴とする直流式給電系の保
   護方法。 ２ 静止形スイツチとしてストツパーダイオー
   ド、又はサイリスタとダイオードとを逆並列接続
   したサイリスタ遮断器を適用する様にした特許請
   求の範囲第１項記載の直流式給電系の保護方法。