奥羽本線 羽前千歳-南出羽間・
仙山線 楯山-羽前千歳間の
異相区分交交セクション
(羽前千歳変電所)


隣接セクション
left羽前千歳変電所right
downright
(仙山線 仙台方)
仙山線 作並き電区分所
トップページ>デッドセクション>奥羽本線 羽前千歳-南出羽間・仙山線 楯山-羽前千歳間の異相区分交交セクション(羽前千歳変電所)

 JR東日本の奥羽本線は福島から山形,新庄,大曲,秋田を経由して青森までを結ぶ484.5kmの路線で,全線が交流20kV 50Hzで電化されています.路線全長は長いですが,東北新幹線からの新在直通運転(いわゆる山形新幹線・秋田新幹線)が行われているため,福島-山形間と羽前千歳-新庄間は標準軌に改軌,山形-羽前千歳間と大曲-秋田間は標準軌と狭軌の単線並列になっており,実質的には福島-新庄間,新庄-大曲間,大曲-秋田間および秋田-青森間はそれぞれ別の路線のようになっています.

 羽前千歳変電所は奥羽本線 羽前千歳-南出羽間の羽前千歳駅至近の場所に設置され,通常時は上ノ山き電区分所~新庄き電区分所間のき電を担当しています.これに加え,仙台で東北本線から分岐して羽前千歳で奥羽本線に合流する仙山線の作並き電区分所~羽前千歳間のき電も担当しています.そのため,奥羽本線と仙山線(いずれも単線)の合計2か所にデッドセクション(異相区分交交セクション)が設置されています.

 羽前千歳変電所の特徴は,奥羽本線の福島方と仙山線はBTき電方式であるのに対し,奥羽本線の新庄方はATき電方式であるため,当変電所がAT/BT両き電方式の境界になっている点です.BTき電方式の架線電圧は在来線標準の20kVですが,ATき電方式はATき電線とトロリー線の間に2倍の40kVが供給されています(ただしトロリー線のレールに対する電位は標準の20kVで同じ).そのため,羽前千歳変電所のき電用変圧器は在来線交流電化区間で一般的に使用されるスコット結線であるものの,下図のように2組ある2次側の出力電圧がそれぞれM座は40kV,T座は20kVと異なっています.

 新在直通運転が行われるまではM座の40kVがそのまま奥羽本線新庄方,T座の20kVが奥羽本線福島方と仙山線に供給されていたようですが,新在直通運転の開始に伴って負荷容量のバランスを取るために奥羽本線福島方のき電をT座からM座に変更する工事が行われました.しかし,M座の出力は前述のようにATき電方式用の40kVであるため,そのままではBTき電方式用の20kVのトロリー線には接続できません.そこで,M座の40kV出力の一部を取り,BTき電方式に対応した20kVへ降圧するための変圧器が追加で設置されました.この降圧用変圧器,ATき電方式で用いられるのと同様な単巻変圧器である旨ネット上で紹介されており,私自身も実際に現地に赴くまではそう考えていましたが,現地で見た機器の形状,および参考文献(「鉄道と電気技術」)中の記述や羽前千歳変電所の単線結線図の記号から,実際には通常の2巻線型の単相変圧器である可能性が高いと思われます.

羽前千歳変電所の主回路略図
現地取材と文献からの推定に基づく羽前千歳変電所の主回路略図.

 また,羽前千歳変電所内の様子を観察して気になったのが,所内のATき電側系統の絶縁が懸垂碍子5連と,海から遠い内陸部の在来線変電所にしては厳重なことでした.ATき電方式は上でも述べたようにき電用変圧器の出力こそ40kVですが,両端にATが接続されており,その中間タップがレールに接続されているため,ATき電線・トロリー線とも対地電圧はBTき電側系統の正き電線(絶縁は懸垂碍子は標準的な懸垂碍子3連)の20kVと同じはずです.その理由は不明だったのですが,Web上で見つけることができた文献(PDF)によると,下図に示すように変電所出力のき電用遮断器が開放されATが未接続となっている状態の時に所内でATき電線,トロリー線いずれか1線が地絡事故を起こすと,他の1線の対地電圧が正常時の2倍となる40kVに上昇してしまうため,この状態においても支持碍子が絶縁破壊を起こさないよう強化されているようです.

AT未接続+地絡事故発生時の対地電圧
AT未接続+地絡事故発生時の対地電圧上昇

周辺の地図

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  • 写真1
    1) 仙山線上り方向の架線死区間予告標.
  • 写真2
    2) 仙山線デッドセクションを上り方向から見たところ.
  • 写真3
    3) 仙山線デッドセクションの拡大.碍子は磁器製の懸垂碍子です.
  • 写真4
    4) デッドセクションの羽前千歳方入口の金具.高速通過対応の新しいタイプです.
  • 写真5
    5) 同じくデッドセクションの仙台方入口の金具.
  • 写真6
    6) 羽前千歳変電所から延びるき電線の,仙山線作並き電区分所方面のトロリー線への接続部.
  • 写真7
    7) 仙山線上り方向の力行標.
  • 写真8
    8) 仙山線下り方向の架線死区間予告標.
  • 写真9
    9) 仙山線デッドセクションを下り方向から見たところ.
  • 写真10
    10) 仙山線デッドセクションを横がちに見たところ.
  • 写真11
    11) 仙山線デッドセクションを少し離れたところから見たところ.
  • 写真12
    12) 仙山線デッドセクションの位置からは奥羽本線のデッドセクションが遠くに見えます.
  • 写真13
    13) 仙山線下り方向の力行標.左カーブのすぐ先で奥羽本線と合流します.
  • 写真14
    14) 奥羽本線下り方向の架線死区間予告標.
  • 写真15
    15) 奥羽本線デッドセクション.やはり出入口の金具は高速通過対応のタイプです.奥の高架橋は山形自動車道です.
  • 写真16
    16) 奥羽本線デッドセクションを真横から見たところ.
  • 写真17
    17) 羽前千歳変電所から延びるき電線(TF)の,奥羽本線新庄き電区分所方面のトロリー線への接続部.同じく羽前千歳変電所から延びるATき電線(AF)はそのままスルーしています.
  • 写真18
    18) 奥羽本線デッドセクションの先,山形自動車道の高架橋をくぐったところにはAT(単巻変圧器)が設置されており,ここから新庄方がATき電方式の区間になります.
  • 写真19
    19) 架線柱上部に設置されたATき電線とトロリー線に電線が接続され,地上に置かれたATに引き込まれています.
  • 写真20
    20) AT(単巻変圧器).両端の端子はATき電線とトロリー線に接続されています.またこの写真では見えませんが中点はインピーダンスボンドを介してレールに接続されていると思われます.
  • 写真21
    21) ATの少し先に設置された奥羽本線下り方向の力行標.
  • 写真22
    22) 奥羽本線上り方向の力行標.その先に見えるのが羽前千歳駅の場内信号機です.
  • 写真23
    23) 羽前千歳駅の銘板.まだ新しいようです.
  • 写真24
    24) 仙山線の車内から見た羽前千歳変電所の構内の様子.東北電力から66kV 50Hz 2回線で受電しています.
  • 写真25
    25) 羽前千歳変電所で核となる設備のき電用変圧器.交流区間の変電所で一般的に使用されているスコット結線の変圧器ですが,M座側の出力が40kV,T座側の出力が20kVと異なっているのが特徴です.
  • 写真26
    26) 羽前千歳変電所には電圧補償装置が設置されており,所内にはその変圧器やコンデンサが並んでいます.
  • 写真27
    27) 羽前千歳変電所構内の配線は一部ケーブル方式になっており,至る所にケーブルヘッドがあります.奥の大きい2つがM座の40kV系統,手前の小さめの2つがT座の20kV系統のようです.
  • 写真28
    28) M座40kV系統の所内配線.
  • 写真29
    29) 写真を拡大して左右反転すると「AF」,「M座」,「TF」と判別できます.なお,AF,TFはデッドセクション先のATに接続されており,その中点がレールに接続されているため通常時の対地電圧はいずれも20kVです(互いに逆位相のため線間電圧が40kVとなる)が,き電用遮断器開放(AT未接続)時の地絡事故による対地電圧上昇に備えて所内のATき電用M座系統は懸垂碍子5連と,T座の懸垂碍子3連と比べて絶縁が強化されています.
  • 写真30
    30) T座20kV系統の所内配線.右側は20kV標準の懸垂碍子3連,左側は負き電線で対地電圧が低いため小径の懸垂碍子1つのみとなっています.
  • 写真31
    31) T座系統の表示を拡大して反転したところ.鉄構の陰で見えにくいですが,「PF」(=正き電線),「NF」(=負き電線)と表示されているようです.
  • 写真32
    32) M座40kV系統の所内配線.こちらにも「AF」,「TF」の表示があります.
  • 写真33
    33) ケーブルヘッドから立ち上がった20kV,40kV系統がBTき電方式側(左上)とATき電方式側(奥)に分岐しています.
  • 写真34
    34) M座の40kVを20kVに降圧する変圧器.
  • 写真35
    35) 降圧変圧器の1次側(40kV)のブッシングの拡大.M座系統の「AF」と「TF」に接続されています.
  • 写真36
    36) 降圧変圧器の2次側(20kV)のブッシングの拡大.奥側はNFに接続されて対地電圧がほぼ0Vとなり,手前側が対地電圧20kV端子として引き出されています.
  • 写真37
    37) 羽前千歳変電所からのBTき電方式側のき電線引き出し部.
  • 写真38
    38) 仙山線の車内から見た羽前千歳変電所構内のBTき電方式側出力部.
  • 写真39
    39) BTき電方式側引き出し部の鉄構の表示(1).ほとんど消えかかってしまっていますが,かろうじて「中川方面」と読めます.M座の40kVから降圧された20kVが出力されています.
  • 写真40
    40) BTき電方式側引き出し部の鉄構の表示(2).こちらはなんとか「東仙台方面」と読めます.T座の20kVが出力されています.
  • 写真41
    41) 仙山線の車内から見た羽前千歳変電所のATき電方式側出力部.
  • 写真42
    42) ATき電方式側のき電線引き出し部.下向きの長幹碍子は所内配線と同じく40kV対応のものですが,懸垂碍子は対地電圧20kVでの標準の3連になっています.
  • 写真43
    43) ATき電方式側引き出し部の鉄構の表示.こちらははっきり「院内方面」と読めます.
  • 写真44
    44) 踏切から撮影した羽前千歳変電所の出力部.
  • 写真45
    45) BTき電方式側の出力部.左右に渡された電線の手前側が奥羽本線福島方のトロリー線に接続されています.一方,奥側の電線は仙山線のデッドセクションの向こう側(作並き電区分所方面)へ延びるき電線に接続されています.
  • 写真46
    46) BTき電方式側の出力部から延びる電線の手前側は仙山線のデッドセクション手前側のトロリー線にも接続されています.もっとも両線の架線は羽前千歳駅の福島方で交差・接続しているため,もともと同一の系統ではあります.
  • 写真47
    47) 羽前千歳変電所から引き出されたATき電線(AF)とトロリー線へのき電線(TF)は仙山線・奥羽本線の上を横断し,90°向きを変えてデッドセクションの向こう側(新庄方)へ延びていきます.
  • 写真48
    48) 奥羽本線のデッドセクションの向こう側へ延びていくATき電線(AF)とトロリー線へのき電線(TF).
  • 写真49
    49) 羽前千歳駅の西口.反対側にある東口も含めて駅舎らしい建物はなく,改札口もありません.切符の券売機のみが跨線橋上に置かれています.
  • 写真50
    50) 羽前千歳駅の跨線橋から見た奥羽本線新庄方と仙山線仙台方.踏切の先,右側に羽前千歳変電所があります.ここから見ると軌間の違い(奥羽本線は1435mmの標準軌,仙山線は1067mmの狭軌)が良く分かります.
  • 写真51
    51) 羽前千歳駅の福島方にある標準軌・狭軌の異軌間クロッシングを南側の踏切から見たところ.交差角度が浅いため鈍角側の交差が可動K字になっています.なお,軌間が異なるため可動レールが左右でズレてしまっており,合計4か所の可動レールの駆動にそれぞれ4台の独立した電気転轍機が必要になっています(同軌間のクロッシングなら通常は2台駆動).
  • 写真52
    52) 同じく異軌間クロッシングを踏切の標準軌上から見たところ.51)の狭軌上からとは見た感じの印象がかなり変わっています.
  • 写真53
    53) 可動K字の拡大(向かって左側).可動レールは本体のレールと継目の無い一体物になっており,弾性分岐器と同様の構成になっています.
  • 写真54
    54) 同じく可動K字の拡大(向かって右側).可動K字は欠線部が無いため固定K字よりも通過時の衝撃は小さいですが,温度変化などによるわずかなふく進(レールの進行方向へのズレ)でも転換不良を起こしうるため,保線上の要注意箇所となっているようです.
  • 写真55
    55) 羽前千歳駅ホームから見た異軌間クロッシング.狭軌側(仙山線列車が使用)にのみ前後に安全側線があります.
  • 写真56
    56) 異軌間クロッシング直上の架線の交差部.こちらはいたって普通の構成です.両者の架線は共通の加圧ビームに吊られており,かつジャンパー線でも直接接続されていため電気的には一体となっています.
  • 写真57
    57) 異軌間クロッシングそばの踏切に設置された,保線作業員向けと思われる注意標記.仙台から来た仙山線は羽前千歳駅で北側から合流している関係で仙山線列車の上り・下りの方向は奥羽本線列車の上り・下りと逆になっており,列車接近時に特に注意が必要である旨を警告しています.
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