JP3590905B2

JP3590905B2 - Filter device for electric railway

Info

Publication number: JP3590905B2
Application number: JP2002121705A
Authority: JP
Inventors: 弘八澤; 健三柿本; 俊治吉原; 宏前田; 一郎島田; 邦雄綱川; 敏明西川
Original assignee: Shizuki Electric Co Inc; West Japan Railway Co
Current assignee: Shizuki Electric Co Inc; West Japan Railway Co
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2022-04-24
Also published as: JP2003319555A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フィルタ装置に関し、特に１２相整流器を備える電気鉄道用直流変電所に設置される電気鉄道用フィルタ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より電気鉄道における直流正極側端子及び直流負極側端子への電力の供給は、三相交流電源を全波整流した直流電源によって行われている。ところがこの直流電源には、原理的に交流電源周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の６ｍ倍（ｍ＝１，２，３・・・）の高調波成分を含むため、これをき電線路に送電すると、き電線路に平行して敷設されている通信線に誘導障害が発生する可能性がある。このためフィルタ装置を設けて上記高調波成分を吸収し、き電線路に含まれる高調波成分を低減することが図られていた。
【０００３】
また、近年の電気鉄道用直流変電所においては、交流電源側への高調波量を低減して規制（高調波抑制対策ガイドライン）をクリアするため、従来の６相整流器に代えて１２相整流器を用いることが多くなってきている（特開平１０−４２４６６号公報参照）。そして、１２相整流器を用いた電気鉄道用直流変電所の従来の電気鉄道用フィルタ装置には、図３に示すように、共振コンデンサ５１、５２と共振リアクトル５３、５４とを互いに直列接続して成るフィルタ分路５５、５６を備えているものがあった。すなわち、一方のフィルタ分路５５は、所定の周波数（後述する交流電源の周波数の１２倍の周波数）を有する高調波成分を吸収し、他方のフィルタ分路５６はこれと異なる周波数（交流電源の周波数の２４倍の周波数）を有する高調波成分を吸収するように構成している。
【０００４】
図３において、５７は三相交流電源であり、この交流電源５７の交流電圧は変圧器５８で降圧され、その後、整流器５９によって整流され直流電圧に変換される。そして上記変圧器５８と整流器５９とによって、１２相整流器６０が構成されている。また、６５はこのフィルタ装置の構成範囲を示し、６１は直流正極側端子、６２は直流負極側端子、６３はレール、６４は電車である。
【０００５】
そして、この電気鉄道用直流変電所では、地絡時の回路保護のために、き電線の地絡電流をしゃ断する直流高速度しゃ断器６６が直流正極側端子６１側に付加されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、直流変電所直下で地絡事故が発生すれば、き電線に流れる事故電流が大きく、上記図３の回路では、しゃ断器６６のしゃ断容量を越える等して保護協調上問題が生じるおそれがあった。また、図３に示すように、１２相整流器６０を用いれば、６倍の高調波成分を吸収するためのフィルタ分路を省略でき、しかも、１２相整流器６０で形成された直流電圧波形の平滑用として使用するようにしているので、共振コンデンサ５１、５２及び共振リアクトル５３、５４の高調波定格を小さくでき、このフィルタ分路５５、５６によって直流電源に含まれる高調波成分を小さくできる。そのため、このフィルタ装置では６相整流器を使用したものよりも小型化を図ることができた。しかしながら、この種の電気鉄道用フィルタ装置としてはさらなる小型化が求められている。
【０００７】
この発明は、上記従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、保護協調性に優れ、かつその小型化を図ることが可能な電気鉄道用フィルタ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の電気鉄道用フィルタ装置は、き電線の地絡電流をしゃ断するしゃ断器１５を備えた電気鉄道用直流変電所において、１２相整流器８で形成される直流電圧波形の平滑用として使用されるフィルタ分路３を有する電気鉄道用フィルタ装置であって、上記しゃ断器１５の突入電流を抑制する限流リアクトル２を設け、上記フィルタ分路３を、共振コンデンサ４と共振リアクトル５とを直列接続してなる１２次の１分路のみとしたことを特徴としている。
【０００９】
上記請求項１の電気鉄道用フィルタ装置では、限流リアクトル２にて、き電線が地絡した場合の短絡電流の立上り抑制（限流）を行うことができる。このため、地絡時の短路電流をしゃ断器にて余裕をもってしゃ断することができる。また、限流リアクトル２を設けたことによって、高調波電流（１２次、２４次）が減少し、フィルタ分路３として、１分路のみ（１２次）で高調波抑制が可能となる。これにより、フィルタ装置のフィルタ容量の減少を図ることができる。さらに、フィルタ分路３は共振コンデンサ４と共振リアクトル５とを直列接続してなるので、回路の簡素化を図ることができる。
【００１０】
請求項２の電気鉄道用フィルタ装置は、上記限流リアクトル２と共振コンデンサ４と共振リアクトル５とを同一容器７内に収納したことを特徴としている。
【００１１】
上記請求項２の電気鉄道用フィルタ装置では、限流リアクトル２と共振コンデンサ４と共振リアクトル５の小型化によって、これらを収納している容器（収納箱）７の小型化及びコンパクト化を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の電気鉄道用フィルタ装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図２は電気鉄道用フィルタ装置の構成図である。このフィルタ装置１は、図１に示すような電気鉄道用直流変電所において使用されるものであり、限流リアクトル２と、フィルタ分路３等で構成される。そして、フィルタ分路３は共振コンデンサ４と共振リアクトル５とが直列に接続されてなる。また、共振コンデンサ４に並列に放電抵抗６が接続されている。この放電抵抗６は共振コンデンサ４の残留電荷を放電するためのものである。この場合、限流リアクトル２と、フィルタ分路３と、放電抵抗６とは同じ容器（収納箱）７に収納される。図２において、Ｐは正極側端子であり、Ｎは負極側端子である。
【００１３】
そして、図１は上記フィルタ装置１を使用した電気鉄道用直流変電所のシステム構成を示し、同図において、９は三相交流電源であり、この交流電源９の交流電圧は変圧器１０で降圧され、その後、整流器１１によって整流され直流電圧に変換される。この場合、上記変圧器１０と整流器１１とによって、１２相整流器８が構成されている。なお、この図１において、１３はレールであり、１４は電車である。
【００１４】
この場合、正き電線１６と、レール側き電線１７とを、共振コンデンサ４と共振リアクトル５とが直列に接続されてなるフィルタ分路３にて接続し、このレール側き電線１７において、このフィルタ分路３の接続点１８よりも１２相整流器８側に限流リアクトル２を介設している。そして、フィルタ分路３と正き電線１６の接続点を上記正極側端子Ｐとし、１２相整流器８側の限流リアクトル２の接続点を上記負極側端子Ｎとしている。なお、正き電線１６には、正極側端子Ｐよりも電車１４側に後述するしゃ断器１５が介設されている。
【００１５】
また、この電気鉄道用直流変電所には、この正極側端子Ｐ側には上記のようにしゃ断器（高速度しゃ断器）１５が付加されている。このしゃ断器１５はき電線の地絡電流をしゃ断するものである。すなわち、き電回路等には、従来から故障発生時の保護装置として、高速度しゃ断器が使用されている。これは、き電回路に地絡事故が発生した場合、事故電流の変化は通常の運転電流に比べて急峻であり、できるだけ早く短絡電流（事故電流）を遮断する必要があるからである。
【００１６】
そして、上記限流リアクトル２は、上記しゃ断器１５の突入電流を抑制するものであって、き電線（図示省略）が地絡した場合の短路電流の立上り抑制（限流）のためである。この場合、限流リアクトル２として、０．５ｍＨ程度のリアクトルを設けることにより、地絡時の短路電流を上記しゃ断器１５で余裕をもって（確実に）しゃ断することができる。
【００１７】
ところで、１２相整流器８を使用すれば、直流電圧波形には、交流電源周波数の１２ｍ倍（ｍ＝１，２，３・・・）の高調波成分が含まれることになる。つまり、６相整流器を用いていた場合の直流電圧波形に含まれていた高調波成分のうち、交流電源周波数の６倍、１８倍・・・のものは存在しないということである。従って、このフィルタ装置では、交流電源周波数の１２倍の高調波成分と２４倍の高調波成分とに対応する２つのフィルタ分路のみを設ければよいことになる。すなわち、直流電圧波形に含まれる高調波成分の量は、周波数が高いものほど少なくなり、この１２相整流器８を使用すれば、交流電源周波数の１２倍と２４倍の周波数を有する高調波成分を吸収する２つのフィルタ分路を設ければよいことになる。しかしながら、このフィルタ装置では、上記のように、限流リアクトル２を設けており、この限流リアクトル２を設けることによって、高調波電流（１２次、２４次）を減少させることができ、フィルタ分路３の１分路のみ（１２次）で、高調波抑制を可能としている。
【００１８】
このように、上記のように構成されたフィルタ装置では、フィルタ分路３として１分路のみでよく、フィルタとしての容量は小さくでき、フィルタ装置１全体の小型化、軽量化を達成することができる。しかも、限流リアクトル２とフィルタ分路３と放電抵抗６とを容器７に収納しているが、この容器７の小型化及びコンパクト化を図ることができ、省スペース化及び軽量化を達成でき、製造コスト低減に寄与することができる。
【００１９】
以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、しゃ断器１５として、高速度しゃ断器を使用することが好ましく、各種の高速度しゃ断器を使用することができる。また、限流リアクトル２としても、０．５ｍＨ程度のリアクトルに限るものはなく、地絡した時に、しゃ断器１５がしゃ断容量を越えない範囲で変更することができる。
【００２０】
【発明の効果】
上記請求項１の電気鉄道用フィルタ装置では、地絡時の短路電流をしゃ断器にて余裕をもってしゃ断することができる。これによって、地絡時の回路保護の信頼性が向上して、保護協調性に優れることになり、電車や他の設備を保護することができる。また、フィルタ装置のフィルタ容量の減少を図ることができ、フィルタ装置全体の小型化を達成することができる。さらに、フィルタ分路は共振コンデンサと共振リアクトルとを直列接続してなるので、回路の簡素化を図ることができ、低コスト化を達成できる。
【００２１】
請求項２の電気鉄道用フィルタ装置では、限流リアクトルとフィルタ分路とを収納している容器の小型化及びコンパクト化を図ることができる。これによって、装置全体の省スペース化及び軽量化を達成でき、製造コスト低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電気鉄道用フィルタ装置を使用した一実施形態のシステム構成図である。
【図２】上記電気鉄道用フィルタ装置の構成図である。
【図３】従来の電気鉄道用フィルタ装置を使用したシステム構成図である。
【符号の説明】
２限流リアクトル
３フィルタ分路
４共振コンデンサ
５共振リアクトル
７容器
８１２相整流器
１５しゃ断器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a filter device, and more particularly to a filter device for an electric railway installed in a DC substation for an electric railway having a 12-phase rectifier.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, power supply to a DC positive terminal and a DC negative terminal in an electric railway has been performed by a DC power supply obtained by performing full-wave rectification on a three-phase AC power supply. However, since this DC power source contains a harmonic component of 6 m times (m = 1, 2, 3,...) The AC power source frequency (50 Hz or 60 Hz) in principle, when this is transmitted to the feeder line, There is a possibility that a guidance failure may occur in a communication line laid in parallel with the feeder line. For this reason, it has been attempted to provide a filter device to absorb the harmonic components and reduce the harmonic components contained in the feeder line.
[0003]
In recent years, DC substations for electric railways use 12-phase rectifiers instead of the conventional 6-phase rectifiers in order to reduce the amount of harmonics to the AC power supply and meet regulations (harmonic suppression measures guidelines). It is increasingly used (see JP-A-10-42466). As shown in FIG. 3, a conventional electric railway filter device of an electric railway DC substation using a 12-phase rectifier has resonance capacitors 51 and 52 and resonance reactors 53 and 54 connected in series to each other. Some filter shunts 55, 56 are provided. That is, one filter shunt 55 absorbs a harmonic component having a predetermined frequency (12 times the frequency of the AC power supply described later), and the other filter shunt 56 has a different frequency (AC power supply). It is configured to absorb a harmonic component having a frequency (24 times the frequency).
[0004]
In FIG. 3, reference numeral 57 denotes a three-phase AC power supply. The AC voltage of the AC power supply 57 is stepped down by a transformer 58 and then rectified by a rectifier 59 to be converted into a DC voltage. The transformer 58 and the rectifier 59 constitute a 12-phase rectifier 60. Reference numeral 65 denotes a configuration range of the filter device, 61 denotes a DC positive terminal, 62 denotes a DC negative terminal, 63 denotes a rail, and 64 denotes a train.
[0005]
In this DC substation for electric railway, a DC high-speed circuit breaker 66 for interrupting the ground fault current of the feeder line is added to the DC positive terminal 61 side for circuit protection at the time of ground fault.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if a ground fault occurs immediately below the DC substation, the fault current flowing through the feeder line is large, and in the circuit of FIG. there were. Further, as shown in FIG. 3, if the 12-phase rectifier 60 is used, a filter shunt for absorbing a six-fold harmonic component can be omitted, and the DC voltage waveform formed by the 12-phase rectifier 60 can be smoothed. Since the capacitors are used for the purpose, the harmonic ratings of the resonance capacitors 51 and 52 and the resonance reactors 53 and 54 can be reduced, and the harmonic components included in the DC power supply can be reduced by the filter shunts 55 and 56. Therefore, the size of the filter device can be reduced more than that of the device using the six-phase rectifier. However, there is a demand for further miniaturization of this type of electric railway filter device.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional drawbacks, and an object of the present invention is to provide a filter device for an electric railway which has excellent protection coordination and can be downsized. is there.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the filter device for an electric railway according to the present invention is used for smoothing a DC voltage waveform formed by a 12-phase rectifier 8 in a DC substation for an electric railway provided with a circuit breaker 15 for interrupting a ground fault current of a feeder line. An electric railway filter device having a filter shunt 3 to be used, wherein a current limiting reactor 2 for suppressing an inrush current of the circuit breaker 15 is provided, and the filter shunt 3 is connected to a resonance capacitor 4 and a resonance reactor 5. Are connected only in series to form a twelfth order 1 branch.
[0009]
In the filter device for an electric railway according to the first aspect, the current limiting reactor 2 can suppress the rise (current limiting) of the short-circuit current when the feeder line is grounded. For this reason, the short circuit current at the time of the ground fault can be cut off with a margin by the circuit breaker. In addition, the provision of the current limiting reactor 2 reduces harmonic currents (12th and 24th orders), and the filter shunt 3 enables harmonic suppression with only one shunt (12th order). Thereby, the filter capacity of the filter device can be reduced. Furthermore, since the filter shunt 3 is formed by connecting the resonance capacitor 4 and the resonance reactor 5 in series, the circuit can be simplified.
[0010]
The filter device for an electric railway according to claim 2 is characterized in that the current limiting reactor 2, the resonance capacitor 4, and the resonance reactor 5 are housed in the same container 7.
[0011]
In the filter device for an electric railway according to the second aspect, the size of the current-limiting reactor 2, the resonance capacitor 4, and the resonance reactor 5 is reduced, thereby reducing the size and size of the container (storage box) 7 that stores them. Can be.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, specific embodiments of the filter device for electric railway of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 is a configuration diagram of an electric railway filter device. This filter device 1 is used in a DC substation for an electric railway as shown in FIG. 1 and includes a current limiting reactor 2, a filter shunt 3, and the like. The filter shunt 3 is composed of a resonance capacitor 4 and a resonance reactor 5 connected in series. Further, a discharge resistor 6 is connected in parallel with the resonance capacitor 4. This discharge resistor 6 is for discharging the residual charge of the resonance capacitor 4. In this case, the current limiting reactor 2, the filter shunt 3, and the discharge resistor 6 are stored in the same container (storage box) 7. In FIG. 2, P is a positive terminal, and N is a negative terminal.
[0013]
FIG. 1 shows a system configuration of a DC substation for electric railway using the above-described filter device 1. In FIG. 1, reference numeral 9 denotes a three-phase AC power supply. Then, it is rectified by the rectifier 11 and converted into a DC voltage. In this case, the transformer 10 and the rectifier 11 constitute a 12-phase rectifier 8. In FIG. 1, 13 is a rail, and 14 is a train.
[0014]
In this case, the positive electric wire 16 and the rail-side electric wire 17 are connected by the filter shunt 3 in which the resonance capacitor 4 and the resonance reactor 5 are connected in series. The current limiting reactor 2 is provided on the 12-phase rectifier 8 side of the connection point 18 of the filter shunt 3. The connection point between the filter shunt 3 and the positive electric wire 16 is the positive terminal P, and the connection point of the current limiting reactor 2 on the 12-phase rectifier 8 is the negative terminal N. The positive electric wire 16 is provided with a circuit breaker 15 described later on the train 14 side of the positive terminal P.
[0015]
Further, in the DC substation for electric railway, the circuit breaker (high-speed circuit breaker) 15 is added to the positive terminal P side as described above. The circuit breaker 15 cuts off a ground fault current of the feeder line. That is, a high-speed circuit breaker is conventionally used as a protection device in the event of a failure in a feeder circuit or the like. This is because when a ground fault occurs in the feeder circuit, the change in the fault current is steeper than the normal operating current, and it is necessary to interrupt the short-circuit current (fault current) as soon as possible.
[0016]
The current limiting reactor 2 suppresses the inrush current of the circuit breaker 15 and is for suppressing the rise (short current limiting) of short-circuit current when a feeder line (not shown) is grounded. In this case, by providing a reactor of about 0.5 mH as the current limiting reactor 2, the short-circuit current at the time of ground fault can be cut off (reliably) by the breaker 15 with a margin.
[0017]
By the way, if the 12-phase rectifier 8 is used, the DC voltage waveform includes harmonic components of 12 m times (m = 1, 2, 3,...) The AC power supply frequency. That is, among the harmonic components included in the DC voltage waveform when the six-phase rectifier is used, there are no harmonic components six times, eighteen times... Therefore, in this filter device, only two filter shunts corresponding to a harmonic component of 12 times and a harmonic component of 24 times of the AC power supply frequency need be provided. That is, the higher the frequency, the smaller the amount of the harmonic component contained in the DC voltage waveform. If this 12-phase rectifier 8 is used, the harmonic component having the frequency of 12 times and 24 times the frequency of the AC power supply is reduced. It suffices to provide two filter shunts for absorption. However, in this filter device, the current limiting reactor 2 is provided as described above, and by providing the current limiting reactor 2, harmonic currents (12th and 24th orders) can be reduced, and the Only one branch (12th order) of the path 3 enables harmonic suppression.
[0018]
Thus, in the filter device configured as described above, only one shunt is required as the filter shunt 3, the capacity as a filter can be reduced, and the overall size and weight of the filter device 1 can be reduced. it can. Moreover, although the current limiting reactor 2, the filter shunt 3, and the discharge resistor 6 are housed in the container 7, the size and size of the container 7 can be reduced, and space and weight can be reduced. This can contribute to a reduction in manufacturing cost.
[0019]
Although the specific embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the present invention. For example, it is preferable to use a high-speed circuit breaker as the circuit breaker 15, and various high-speed circuit breakers can be used. Also, the current limiting reactor 2 is not limited to a reactor of about 0.5 mH, and can be changed as long as the breaker 15 does not exceed the breaking capacity when a ground fault occurs.
[0020]
【The invention's effect】
In the filter device for an electric railway according to the first aspect, the short-circuit current at the time of the ground fault can be cut off with a sufficient margin by the circuit breaker. As a result, the reliability of circuit protection at the time of a ground fault is improved, the protection coordination is excellent, and the train and other equipment can be protected. Further, the filter capacity of the filter device can be reduced, and the size of the entire filter device can be reduced. Further, since the filter shunt is formed by connecting the resonance capacitor and the resonance reactor in series, the circuit can be simplified and the cost can be reduced.
[0021]
According to the filter device for an electric railway of the second aspect, it is possible to reduce the size and the size of the container accommodating the current limiting reactor and the filter shunt. As a result, space saving and weight reduction of the entire apparatus can be achieved, which can contribute to reduction in manufacturing cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of an embodiment using an electric railway filter device of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of the filter device for an electric railway.
FIG. 3 is a system configuration diagram using a conventional electric railway filter device.
[Explanation of symbols]
2 Current limiting reactor 3 Filter shunt 4 Resonant capacitor 5 Resonant reactor 7 Container 8 12-phase rectifier 15 Breaker

Claims

き電線の地絡電流をしゃ断するしゃ断器（１５）を備えた電気鉄道用直流変電所において、１２相整流器（８）で形成される直流電圧波形の平滑用として使用されるフィルタ分路（３）を有する電気鉄道用フィルタ装置であって、上記しゃ断器（１５）の突入電流を抑制する限流リアクトル（２）を設け、上記フィルタ分路（３）を、共振コンデンサ（４）と共振リアクトル（５）とを直列接続してなる１２次の１分路のみとしたことを特徴とする電気鉄道用フィルタ装置。In a DC substation for electric railway provided with a circuit breaker (15) for breaking a ground fault current of a feeder line, a filter shunt (3) used for smoothing a DC voltage waveform formed by a 12-phase rectifier (8). A filter device for an electric railway, comprising: a current limiting reactor (2) for suppressing an inrush current of the circuit breaker (15), wherein the filter shunt (3) includes a resonance capacitor (4) and a resonance reactor. (5) a filter device for electric railways, wherein only a twelfth order shunt is obtained by serially connecting (5).

上記限流リアクトル（２）と共振コンデンサ（４）と共振リアクトル（５）とを同一容器（７）内に収納したことを特徴とする請求項１の電気鉄道用フィルタ装置。The filter device for an electric railway according to claim 1, wherein the current limiting reactor (2), the resonance capacitor (4), and the resonance reactor (5) are housed in the same container (7).