(57)【要約】【課題】配電系統の切替を短い停電時間で行うとともに、半導体スイッチの共用化により小形安価とする。【解決手段】定位側及び反位側の変電所の直流母線１，３に遮断器ＶＣＢ１〜ＶＣＢ８及び断路器ＤＳ１〜ＤＳ８を介して複数のき電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌを接続するとともに、定位側及び反位側のき電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌをき電回線５，６を介して接続し、定位側及び反位側の直流母線１，３と各き電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌとの間を共通の半導体スイッチ７，８及び各切替開閉器ＬＢＳ１〜ＬＢＳ８を介して接続し、遮断器ＶＣＢ１〜ＶＣＢ８、断路器ＤＳ１〜ＤＳ８の開閉、及び半導体スイッチ７，８、切替開閉器ＬＢＳ１〜ＬＢＳ８の開閉によりき電回線の電源の切替を順次行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定位側の変電所の直流母線に遮断器及び断路器を介して複数のき電線を接続するとともに、反位側の変電所の直流母線に遮断器及び断路器を介して複数のき電線を接続し、定位側のき電線と反位側のき電線とをそれぞれき電回線を介して接続した配電系統切替装置において、定位側において直流母線と各き電線との間を共通の半導体スイッチとこの半導体スイッチとそれぞれ直列に接続された各切替開閉器を介して接続するとともに、反位側において直流母線と各き電線との間を共通の半導体スイッチとこの半導体スイッチとそれぞれ直列に接続された各切替開閉器とを介して接続し、遮断器、断路器の開閉及び切替開閉器、半導体スイッチの開閉によりき電回線の電源の切替を順次行うようにしたことを特徴とする配電系統切替装置。
【請求項２】
定位側の変電所の直流母線に遮断器及び断路器を介して複数のき電線を接続するとともに、反位側の変電所の直流母線に遮断器及び断路器を介して複数のき電線を接続し、定位側のき電線と反位側のき電線とをそれぞれき電回線を介して接続した配電系統切替装置において、定位側において直流母線と各き電線との間を共通の半導体スイッチとこの半導体スイッチとそれぞれ直列に接続された各切替開閉器を介して接続するとともに、反位側において直流母線と各き電線との間を共通の半導体スイッチとこの半導体スイッチとそれぞれ直列に接続された各切替開閉器とを介して接続し、かつき電回線の停電区間の両端に区分開閉器を設け、遮断器、断路器の開閉、切替開閉器、半導体スイッチの開閉及び区分開閉器の開閉により停電区間の停電及び復電を行うようにしたことを特徴とする配電系統切替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電鉄用変電所配電系統の電源切替等を高速で行い、停電を防止する配電系統切替装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来の電鉄用変電所の配電系統切替装置の電源切替操作時の構成を示し、１は定位側のＡ変電所の交流電源２に図示しない整流器を介して接続された６ｋＶの直流母線、３は反位側のＢ変電所の交流電源４に図示しない整流器を介して接続された６ｋＶの直流母線であり、隣接する変電所間で直流母線１，３は相互に突き合っている。直流母線１には遮断器ＶＣＢ１〜ＶＣＢ４及び断路器ＤＳ１〜ＤＳ４を介してＡ変電所側のき電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌがそれぞれ接続され、直流母線３には遮断器ＶＣＢ５〜ＶＣＢ８及び断路器ＤＳ５〜ＤＳ８を介してＢ変電所側のき電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌがそれぞれ接続される。又、き電線１１Ｌ，２１Ｌ間は１号のき電回線５を介して接続され、き電線１２Ｌ，２２Ｌ間は２号のき電回線６を介して接続され、１号，２号のき電回線５，６はき電回路に接続される。又、Ａ変電所側及びＢ変電所側の各き電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌにはそれぞれ計測・制御に必要な情報を取り込むための計器用変圧器ＰＴ１〜ＰＴ８が接続されている。また、Ａ変電所のき電線２１Ｌ，２２Ｌ及びＢ変電所のき電線１１Ｌ，１２Ｌは他の隣接変電所及び他のセクションのき電線と接続される。
【０００３】
上記構成において、定常時には、遮断器ＶＣＢ３，ＶＣＢ４及び断路器ＤＳ３，ＤＳ４が投入されて、Ａ変電所側のき電線１１Ｌ，１２Ｌを投入状態とし、Ｂ変電所側のき電線２１Ｌ，２２Ｌは待機状態とする。待機状態とは、投入指令を受けているが、き電回線５，６に電圧があるために、遮断器が投入されていない状態をいう。ただし、投入指令を記憶しているために、き電回線５，６の電圧がなくなると、遮断器は自動投入される。従って、定常時には各き電回線５，６にはＡ変電所側の電源から給電が行われる。ここで、定位側のＡ変電所の作業停電等により給電を停止する場合には、反位側のＢ変電所側の電源から各き電回線５，６に給電するようにする。その切替手順は次のようになる。（１）遮断器ＶＣＢ４及び断路器ＤＳ４を遮断してＡ変電所側のき電線１１Ｌを遮断状態とする。（２）遮断器ＶＣＢ５及び断路器ＤＳ５を待機状態から投入状態とし、Ｂ変電所側のき電線２１Ｌを投入状態とし、１号のき電回線５の電源をＡ変電所側からＢ変電所側に切り替える。同様に、２号のき電回線６の電源の切替手順を次のようにする。（１）遮断器ＶＣＢ３及び断路器ＤＳ３を遮断してＡ変電所側のき電線１２Ｌを遮断状態とする。（２）遮断器ＶＣＢ６及び断路器ＤＳ６を待機状態から投入状態とし、Ｂ変電所側のき電線２２Ｌを投入状態とし、２号のき電回線６の電源をＡ変電所側からＢ変電所側に切り替える。Ｂ変電所側からＡ変電所側へ電源を戻す場合には、上記と逆の操作を行う。
【０００４】
図４は従来の電鉄用変電所の配電系統切替装置の区間停止及び復電操作時の構成を示し、ＰＡＳ１、ＰＡＳ２は１号のき電回線５に設けられた区分開閉器である。まず、区間停止操作においては、初期状態では、定常状態と同様であり、遮断器ＶＣＢ３，ＶＣＢ４及び断路器ＤＳ３，ＤＳ４が投入されてＡ変電所側のき電線１１Ｌ，１２Ｌを投入状態とし、Ｂ変電所側のき電線２１Ｌ，２２Ｌを待機状態とする。又、区分開閉器ＰＡＳ１、ＰＡＳ２を投入状態とする。この状態では、Ａ変電所側から１号，２号のき電回線５，６の全区間に給電される。ここで、区分開閉器ＰＡＳ１，ＰＡＳ２間を停電とする操作手順を述べると、（１）区分開閉器ＰＡＳ２を遮断する。（２）遮断器ＶＣＢ５及び断路器ＤＳ５を待機状態から投入状態としてＢ変電所側のき電線２１Ｌを投入状態とする。（３）区分開閉器ＰＡＳ１を遮断状態とし、区分開閉器ＰＡＳ１，ＰＡＳ２間のき電回線５を停電区間とする。又、区分開閉器ＰＡＳ１，ＰＡＳ２間のき電回線５を復電する場合の手順は、（１）遮断器ＶＣＢ５及び断路器ＤＳ５を遮断してＢ変電所側のき電線２１Ｌを遮断状態とする。（２）区分開閉器ＰＡＳ１を投入する。（３）区分開閉器ＰＡＳ２を投入し、この間を復電する。
【０００５】
これらの一連の配電系統の切替操作は標準的な連動により自動的に行われるが、１〜２秒程度の停電が発生する。
【０００６】
又、特許文献１には、半導体スイッチで構成されたＧＴＯ遮断器を用いた直流き電システムが記載され、特許文献２には、遮断器と並列に静止形スイッチ（半導体スイッチ）を設け、常用電源の遮断器開放に伴う零相電圧の発生により予備電源の静止形スイッチを導通し、予備電源の遮断器投入後に静止形スイッチをオフし、電源切替を高速に行う高速電源切替装置が記載されている。
【特許文献１】特開平８−３１０２７８号公報
【特許文献２】特開平６−１８９４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、現状の６ｋＶ配電系統の切替には、短時間の停電を伴うシステムとなっており、従来では、配電系統間に列車が存在しない時間を見計らって系統切替を行えば、列車の信号システムが一旦止まっても問題にならなかった。又、配電線の一部分を停電させる区間停電についても、従来の設備構成では、配電系統を定位に戻すため、一度短時間停電を取り、切替を行わざるを得ない状態となっている。しかし、最近は列車の運行密度が高くなり、停電を伴う切替を行える時間が取れなくなってきている。又、首都圏等の駅においては、従来は駅の直接的な業務にしか使用していなかった当該の配電系統から、駅中にある商業設備にも電源供給を行うようになっており、終電後駅が閉まった後も、昼夜駅中の電源停電が短時間といえども許されない状況となってきている。このようなことから、直流き電変電所の停止が従来のように簡単に取れない事態となっており、定期的な保守点検作業にも支障をきたす事態となっている。
【０００８】
又、特許文献１の場合には、複数のＧＴＯ遮断器を使用しているため、電源の切替は瞬時に行われるが、設備のコストが高くなる。又、特許文献２の場合には、静止形スイッチの通電時間が極短時間であるため、通電負担が少なく、静止形スイッチを小形、安価なものにすることができる。しかしながら、上記の図３，図４に示された技術と特許文献１，２に示された技術とを組み合わせても、機械式遮断器と小形の静止形スイッチがそれぞれ複数個必要となり、結局システムとしてはコスト高で設置スペースの大きなものになった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、配電系統の切替を短い停電時間で行うことができるとともに、高速半導体スイッチの共用化により小形安価とすることができる配電系統切替装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の請求項１に係る配電系統切替装置は、定位側の変電所の直流母線に遮断器及び断路器を介して複数のき電線を接続するとともに、反位側の変電所の直流母線に遮断器及び断路器を介して複数のき電線を接続し、定位側のき電線と反位側のき電線とをそれぞれき電回線を介して接続した配電系統切替装置において、定位側において直流母線と各き電線との間を共通の半導体スイッチとこの半導体スイッチとそれぞれ直列に接続された各切替開閉器を介して接続するとともに、反位側において直流母線と各き電線との間を共通の半導体スイッチとこの半導体スイッチとそれぞれ直列に接続された各切替開閉器とを介して接続し、遮断器、断路器の開閉及び切替開閉器、半導体スイッチの開閉によりき電回線の電源の切替を順次行うようにしたものである。
【００１１】
請求項２に係る配電系統切替装置は、定位側の変電所の直流母線に遮断器及び断路器を介して複数のき電線を接続するとともに、反位側の変電所の直流母線に遮断器及び断路器を介して複数のき電線を接続し、定位側のき電線と反位側のき電線とをそれぞれき電回線を介して接続した配電系統切替装置において、定位側において直流母線と各き電線との間を共通の半導体スイッチとこの半導体スイッチとそれぞれ直列に接続された各切替開閉器を介して接続するとともに、反位側において直流母線と各き電線との間を共通の半導体スイッチとこの半導体スイッチとそれぞれ直列に接続された各切替開閉器とを介して接続し、かつき電回線の停電区間の両端に区分開閉器を設け、遮断器、断路器の開閉、切替開閉器、半導体スイッチの開閉及び区分開閉器の開閉により停電区間の停電及び復電を行うようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のようにこの発明の請求項１によれば、定位側及び反位側の変電所の直流母線に遮断器及び断路器を介して複数のき電線をそれぞれ接続するとともに、定位側のき電線と反位側のき電線とをそれぞれき電回線を介して接続し、定位側及び反位側の直流母線と各き電線との間を共通の半導体スイッチとこの半導体スイッチとそれぞれ直列に接続された各切替開閉器を介して接続しており、遮断器、断路器の開閉及び半導体スイッチ、切替開閉器の開閉によりき電回線の電源を定位側から反位側あるいは反位側から定位側へと切り替えるようにしており、変電所の計画停電に対応すればよいので、全てのき電回線を一括で切り替える必要がなく、き電回線を順次切り替えればよいので、半導体スイッチを用いて負荷の乗せ替えを行うことにより、電源切替を数ｍｓ程度の短時間の停電時間により行うことができ、負荷設備への影響を無くすことができる。又、回線選択のための切替開閉器を用いることにより、半導体スイッチを１組だけ持つだけで高速切替が可能となり、高速切替を安価にかつ小形に実現することができる。
【００１３】
又、請求項２によれば、定位側及び反位側の変電所の直流母線に遮断器及び断路器を介して複数のき電線をそれぞれ接続するとともに、定位側のき電線と反位側のき電線とをそれぞれき電回線を介して接続し、定位側及び反位側の直流母線と各き電線との間を共通の半導体スイッチとこの半導体スイッチとそれぞれ直列に接続された各切替開閉器を介して接続し、かつき電回線の停電区間の両端に区分開閉器を設け、遮断器、断路器の開閉、半導体スイッチ、切替開閉器の開閉、及び区分開閉器の開閉により停電区間の停電及び復電を行うようにしており、配電線作業等のために停電及び復電を行う場合に、これらの操作を停電区間以外の区間を停電させることなく行うことができる。又、回線選択のための切替開閉器を用いることにより、半導体スイッチを１組だけ持つだけで高速切替が可能となり、高速切替を安価にかつ小形に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施最良形態１
以下、この発明を実施のするための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態１による配電系統切替装置の電源切替操作時の構成を示し、定位側のＡ変電所の６ｋＶの直流母線１に遮断器ＶＣＢ１〜ＶＣＢ４及び断路器ＤＳ１〜ＤＳ４を介して各き電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌをそれぞれ接続するとともに、反位側のＢ変電所の６ｋＶの直流母線３に遮断器ＶＣＢ５〜ＶＣＢ８及び断路器ＤＳ５〜ＤＳ８を介して各き電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌをそれぞれ接続し、定位側の各き電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌと反位側の各き電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌとを１号、２号のき電回線５，６を介して接続し、き電回線５，６を各電気車に給電するき電回路に接続する。又、定位側の直流母線１と定位側の各き電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌとの間を共通の半導体スイッチ７及びこの半導体スイッチ７とそれぞれ直列に接続されたモータ駆動の各切替開閉器ＬＢＳ１〜ＬＢＳ４を介して接続するとともに、反位側の直流母線３と反位側の各き電線２１Ｌ，２２Ｌ，１２Ｌ，１１Ｌとの間を共通の半導体スイッチ８及びこの半導体スイッチ８とそれぞれ直列に接続されたモータ駆動の各切替開閉器ＬＢＳ５〜ＬＢＳ８を介して接続する。
【００１５】
上記構成において、定常時は、遮断器ＶＣＢ３，ＶＣＢ４及び断路器ＤＳ３，ＤＳ４を投入してＡ変電所側のき電線１１Ｌ，１２Ｌを投入するとともに、Ｂ変電所側のき電線２１Ｌ，２２Ｌを待機状態とする。従って、定常時には各き電回線５，６にはＡ変電所側から給電が行われる。ここで、１号のき電回線５の電源をＡ変電所側からＢ変電所側に切り替える際には、次のような手順により行う。（１）まず、Ｂ変電所側の切替開閉器ＬＢＳ５を閉とする。（２）Ａ変電所側の遮断器ＶＣＢ４及び断路器ＤＳ４を遮断してき電線１１Ｌを遮断する。（３）Ｂ変電所側の半導体スイッチ８をオンにして、数ｍｓ以内に１号のき電回線５をＢ変電所側の電源により加圧する。（４）遮断器ＶＣＢ５及び断路器ＤＳ５を待機状態から投入状態にしてＢ変電所側のき電線２１Ｌを投入状態とする。（５）半導体スイッチ８をオフにする。（６）Ｂ変電所側の切替開閉器ＬＢＳ５を開にする。これにより、１号のき電回線５の電源はＡ変電所側からＢ変電所側に切り替えられる。又、２号のき電回線６の電源をＡ変電所側からＢ変電所側に切り替える際には、（１）切替開閉器ＬＢＳ６を閉とする。（２）遮断器ＶＣＢ３及び断路器ＤＳ３を遮断してき電線１２Ｌを遮断する。（３）Ｂ変電所側の半導体スイッチ８をオンにして、数ｍｓ以内に２号のき電回線６をＢ変電所側の電源により加圧する。（４）遮断器ＶＣＢ６及び断路器ＤＳ６を待機状態から投入状態にしてＢ変電所側のき電線２２Ｌを投入状態とする。（５）半導体スイッチ８をオフする。（６）Ｂ変電所側の切替開閉器ＬＢＳ６を開にする。これにより、２号のき電回線６の電源はＡ変電所側からＢ変電所側に切り替えられる。電源をＢ変電所側からＡ変電所側へ戻す場合には、上記と逆の操作をすればよい。
【００１６】
実施最良形態１においては、半導体スイッチ７，８の開閉により負荷の乗せ替えを行うことにより、５ｍｓ程度の停電時間により電源の切替を行うことができ、列車の間合いを気にすることなく、また負荷設備を気にすることなく、任意の時間で電源の切替を行うことができる。又、回線選択のための切替開閉器ＬＢＳ１〜ＬＢＳ８を設けることにより、半導体スイッチ７，８の共用化が可能となり、半導体スイッチ７，８を１組だけ設けることで電源切替が可能となり、高速での切替を安価小形に実現することができる。さらに、従来、駅の重要負荷設備に、系統切替時の停電対策として設けられていた無停電電源装置（ＵＰＳ）が不要となる。
【００１７】
実施最良形態２
図２はこの発明の実施最良形態２による電鉄用変電所の配電系統切替装置の区間停止及び復電操作時の構成を示し、ＰＡＳ１、ＰＡＳ２は１号のき電回線５の停電区間の両端に設けられた区分開閉器であり、その他の構成は実施最良形態１と同様である。まず、区間停止操作時においては、初期状態では、定常状態と同様であり、遮断器ＶＣＢ３，ＶＣＢ４及び断路器ＤＳ３，ＤＳ４が投入されてＡ変電所側のき電線１１Ｌ，１２Ｌが投入され、Ｂ変電所側のき電線２１Ｌ，２２Ｌを待機状態とする。又、区分開閉器ＰＡＳ１、ＰＡＳ２を投入状態とする。この状態では、Ａ変電所側から１号，２号のき電回線５，６の全区間に給電される。ここで、配電線作業等のために、１号のき電回線５の区分開閉器ＰＡＳ１，ＰＡＳ２間を停電とするためには、次の手順による。（１）まず、Ｂ変電所側の切替開閉器ＬＢＳ５を閉とする。（２）次に、区分開閉器ＰＡＳ２を開とする。（３）Ｂ変電所側の半導体スイッチ８をオンし、数ｍｓ以内にＢ変電所側から１号のき電回線５の区分開閉器ＰＡＳ２までをＢ変電所側の電源により加圧する。（４）遮断器ＶＣＢ５及び断路器ＤＳ５を待機状態から投入状態とし、Ｂ変電所側のき電線２１Ｌを投入状態とする。（５）半導体スイッチ８をオフにする。（６）区分開閉器ＰＡＳ１を開とする。（７）切替開閉器ＬＢＳ５を開とする。
【００１８】
次に、復電操作時においては、（１）まず、Ｂ変電所側の切替開閉器ＬＢＳ５を閉とする。（２）Ｂ変電所側の半導体スイッチ８をオンする。（３）遮断器ＶＣＢ５及び断路器ＤＳ５を遮断する。（４）区分開閉器ＰＡＳ１を投入する。（５）区分開閉器ＰＡＳ２を投入する。（６）１号のき電回線５にはＡ変電所及びＢ変電所から並列給電され、横流が流れる。これを図示しない検知手段により検知し、半導体スイッチ８をオフする（横流が検知されない場合には、指令扱いでオフする必要がある。）。（７）Ｂ変電所のき電線２１Ｌを投入扱いで待機状態とする。（８）Ｂ変電所の切替開閉器ＬＢＳ５を開とする。もちろん、半導体スイッチ７及び切替開閉器ＬＢＳ１〜ＬＢＳ４を用いて停電、復電操作を行うこともできる。
【００１９】
実施最良形態２においては、配電作業等のために区分開閉器ＰＡＳ１，ＰＡＳ２を用いて停電及び復電操作を行うが、停止区間以外の部分を停止することなく、停電及び復電を行うことができる。又、半導体スイッチ７，８を用いて高速に系統解列を行うことができるので、並列配電による横流検知方式を採用することができ、無停電での復電操作を行うことができる。又、回線選択のための切替開閉器ＬＢＳ１〜ＬＢＳ８を設けることにより、半導体スイッチ７，８の共用化が可能となり、半導体スイッチ７，８を１組だけ設けることで停電及び復電操作が可能となり、高速での切替操作を安価小形に実現することができる。さらに、従来、駅の重要負荷設備に、系統切替時の停電対策として設けられていた無停電電源装置（ＵＰＳ）が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施最良形態１による配電系統切替装置の電源切替操作時の構成図である。
【図２】実施最良形態２による配電系統切替装置の区間停止及び復電操作時の構成図である。
【図３】従来の配電系統切替装置の電源切替操作時の構成図である。
【図４】従来の配電系統切替装置の区間停止及び復電操作時の構成図である。
【符号の説明】
【００２１】
１、３…直流母線
５，６…き電回線
７，８…半導体スイッチ
ＶＣＢ１〜ＶＣＢ８…遮断器
ＤＳ１〜ＤＳ８…断路器
２１Ｌ，２２Ｌ、１２Ｌ，１１Ｌ…き電線
ＬＢＳ１〜ＬＢＳ８…切替開閉器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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