CN103858298B - 直流馈电保护继电装置以及故障检测方法 - Google Patents

直流馈电保护继电装置以及故障检测方法 Download PDF

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Abstract

输入单元针对每单位时间输入从变电站供给的电流。第1计算单元根据针对每单位时间输入的电流，计算每单位时间的电流变化量。保持单元针对每单位时间，保持所计算出的电流变化量的最大值。第2计算单元通过对针对每单位时间在保持单元中保持的电流变化量的最大值进行累计，来计算动作量。检测单元根据所计算出的动作量，检测从变电站供给电流的区间内的故障。

Description

直流馈电保护继电装置以及故障检测方法
技术领域
本发明的实施方式涉及直流馈电保护继电装置以及故障检测方法。
背景技术
一般，已知通过使用检测每一定时间的电流变化量(ΔI)的故障选择继电器判别故障电流(根据馈电电路中的故障而产生的电流)和负载电流(电动车的行驶电流)，来检测直流电气化铁路的馈电电路的故障而进行保护的方式(保护方式)。
现有技术文献
【专利文献1】日本特开昭57-13924号公报
【专利文献2】日本特开2007-49858号公报
【非专利文献1】電気鉄道ハソドブツク編集委員会編「電気鉄道ハソドブツク」，コロナ社，2007
【非专利文献2】電気学会技術報告第542号，「直流電気鉄道における保護および保護協調に関する調查」，電気学会，1995
发明内容
但是，在直流馈电电路中，在发生了馈电线或者电车线与支承该馈电线或者电车线的构造物接触那样的故障(高电阻接地故障)的情况下，根据该故障产生的故障电流与其他故障的情况相比较小。因此，难以将这样的故障电流与负载电流区分。因此，在上述方式中，难以检测高电阻接地故障。
另外，能够用上述方式检测的故障点电阻的界限值是0.5Ω左右，但在上述构造物中，有几十～几千Ω左右的接地电阻。
因此，本发明想要解决的课题在于提供一种能够检测高电阻接地故障的直流馈电保护继电装置以及故障检测方法。
实施方式的直流馈电保护继电装置具备输入单元、第1计算单元、保持单元、第2计算单元、以及检测单元。
输入单元针对每单位时间，输入从变电站供给的电流。
第1计算单元根据针对每所述单位时间输入的电流，计算每所述单位时间的电流变化量。
保持单元针对每所述单位时间保持由所述第1计算单元计算出的电流变化量的最大值。
第2计算单元通过对针对每所述单位时间在所述保持单元中保持的电流变化量的最大值进行累计来计算动作量。
检测单元根据由所述第2计算单元计算出的动作量，检测从所述变电站供给电流的区间内的故障。
附图说明
图1是示出具备第1实施方式的直流馈电保护继电装置的直流电气化铁路的直流馈电电路的结构的图。
图2是用于说明本实施方式的直流馈电保护继电装置7的动作的图。
图3是用于具体地说明基于本实施方式的直流馈电保护继电装置7的高电阻接地故障的检测的图。
图4是示出在发生了高电阻接地故障Rf的情况下的各变电站SS1～SS4中的馈电电流I1～I4的一个例子的图。
图5是示出在发生了高电阻接地故障Rf的情况下的各变电站SS1～SS4中的轨道电压Ep1～Ep4的一个例子的图。
图6是将图5所示的轨道电压Ep1～Ep4的电压值的比例放大了的图。
图7是示出图4所示的馈电电流I1～I4中的每单位时间的电流变化量ΔIsp1～ΔIsp4的一个例子的图。
图8是示出在第1～第4直流馈电保护继电装置7中针对每单位时间保持的电流变化量的最大值MAXdI1～MAXdI4的一个例子的图。
图9是示出在第1～第4直流馈电保护继电装置7中计算的动作量∑MAXdI1～∑MAXdI4的一个例子的图。
图10是用于说明第2实施方式的直流馈电保护继电装置7的动作的图。
图11是示出具备第3实施方式的直流馈电保护继电装置的直流电气化铁路的直流馈电电路的结构的图。
图12是用于说明本实施方式的直流馈电保护继电装置70的动作的图。
图13是示出具备第4实施方式的直流馈电保护继电装置的直流电气化铁路的直流馈电电路的结构的图。
图14是用于说明本实施方式的直流馈电保护继电装置700的动作的图。
【符号说明】
1、11、12：电源；2、21、22：整流器；3：架空线；4：轨道；5、51、52：电流传感器；6、61、62：电压传感器；7、70、700：直流馈电保护继电装置；8、81、82：直流高速切断器；71：输入部；72：动作运算部；73：判定处理部；501：架空电流传感器；502：轨道电流传感器。
具体实施方式
以下，参照附图，说明各实施方式。
(第1实施方式)
首先，说明第1实施方式。图1示出具备本实施方式的直流馈电保护继电装置的直流电气化铁路的直流馈电电路的结构。
图1所示的直流馈电电路是用于将从变电站送出的电力(电流以及电压)供给到电动车的电路。另外，变电站是在电动车行驶的区间内以例如几十km的间隔设置的。各变电站对与该变电站对应的区间供给电力。
如图1所示，直流馈电电路包括电源1、整流器(SR)2、架空线3、轨道4、电流传感器(CT)5、电压传感器(VT)6、直流馈电保护继电装置(保护继电器)7以及直流高速切断器(HSCB)8。另外，直流馈电电路中包含的电源1、整流器2以及直流高速切断器8设置于上述各变电站的站内。
在这样的直流馈电电路中，变电站用整流器2将电源(三相交流电源)1变换为直流而供给给电动车。
这样从变电站供给的电流(馈电电流)从架空线4经由轨道5反馈到变电站。
此时，针对馈电电流，用电流传感器5进行电平变换，而引入到直流馈电保护继电装置7。另外，针对从变电站供给电力的区间中的大地以及轨道之间的电压(轨道电压)，用电压传感器6进行电平变换，引入到直流馈电保护继电装置7。另外，针对每单位时间，将通过该电流传感器5进行了电平变换的馈电电流(Im)以及通过电压传感器6进行了电平变换的轨道电压(Epm)引入到直流馈电保护继电装置7中。
直流馈电保护继电装置7用于检测从上述变电站供给电力的区间中的故障(特别是高电阻接地故障)。另外，在本实施方式中，将对应的变电站的站外的高电阻接地故障作为检测对象。
另外，虽然在图1中被省略，但在直流馈电电路中，直流馈电保护继电装置7是与各变电站对应地设置的。以下，为便于说明，将通过直流馈电保护继电装置7检测故障的区间(即从与直流馈电保护继电装置7对应的变电站供给电力的区间)称为保护区间。
直流馈电保护继电装置7包括输入部71、动作量运算部72以及判定处理部73。
输入部71包括输入变换器以及模拟/数字变换器。输入变换器进行对被引入到直流馈电保护继电装置7中的馈电电流(Im)以及轨道电压(Epm)的电平变换。模拟/数字变换器进行通过输入变换器进行了电平变换的馈电电流以及轨道电压的向数字量的变换(量化)。
动作量运算部72根据通过在输入部71中包含的模拟/数字变换器量化了的馈电电流(量)以及轨道电压(量)，实施运算，计算动作量(保护区间中的动作量)。
判定处理部73根据由动作量运算部72计算了的动作量，判定(检测)直流馈电电路的故障。
在由判定处理部73检测到故障的情况下，对直流高速切断器8送出跳闸指令。
直流高速切断器8具有根据跳闸指令来切断来自整流器2的馈电电流的功能。
接下来，参照图2，说明本实施方式的直流馈电保护继电装置7的动作。
首先，输入部71输入通过电流传感器5进行了电平变换的馈电电流(Im)以及通过电压传感器6进行了电平变换的轨道电压(Epm)。另外，针对每单位时间，输入馈电电流Im以及轨道电压Epm。
针对通过输入部71输入的馈电电流Im以及轨道电压Epm，在通过在输入部71中包含的输入变换器进行了电平变换之后，通过在该输入部71中包含的模拟/数字变换器进行量化，送到动作量运算部72。即，在动作量运算部72中，针对每单位时间，取得馈电电流(量)以及轨道电压(量)。
以下，说明通过在直流馈电保护继电装置7中包含的动作量运算部72进行的处理。此处，设为取得了馈电电流Im以及轨道电压Epm而进行说明。另外，每当取得馈电电流以及轨道电压时(即每单位时间)，执行以下说明的处理。
在该情况下，动作量运算部72计算每单位时间的电流变化量(ΔIspm)。通过以下的式(1)，计算该每单位时间的电流变化量ΔIspm。
【数1】
ΔIspm＝Im-Im-1式(1)
另外，在该式(1)中，Im-1表示过去的电流、即在紧接着馈电电流Im之前(单位时间前)取得的电流(量)。
另外，为了防止例如再生失效时的不需要的动作，也可以以使负区域的电流变化量成为零的方式进行处理。
另一方面，动作量运算部72如以下的式(2)所示，判定轨道电压Epm是否为预定的值(kEp)以上。
【数2】
Epm≥kEp式(2)
另外，kEp是高于例如稳定的轨道电压的值，是为了进行故障判定而设定的适合的值。
在不满足式(2)、即判定为轨道电压Epm不是kEp以上的情况下，以后的处理不执行。
另一方面，在满足式(2)、即判定为轨道电压Epm是kEp以上的情况下，动作量运算部72将所计算的每单位时间的电流变化量(ΔIspm、ΔIspm-1、ΔIspm-2...)中的、电流变化量的最大值(MAXdIm)保持于例如内部。
此处，如上述那样，每当取得馈电电流以及轨道电压时(即每单位时间)，执行本实施方式的直流馈电保护继电装置7中包含的动作量运算部72的处理。即，通过取得了刚要取得馈电电流Im以及轨道电压Epm之前的馈电电流Im-1以及轨道电压Epm-1时的动作量运算部72的处理，在该动作量运算部72中，保持着直至取得馈电电流Im以及轨道电压Epm的过去的电流变化量(ΔIspm-1、ΔIspm-2...)的最大值(MAXdIm-1)。
即，关于在动作量运算部72中保持的每单位时间的电流变化量ΔIspm、ΔIspm-1、ΔIspm-2...中的电流变化量的最大值MAXdIm，成为如上述那样计算的电流变化量ΔIspm以及过去的电流变化量的最大值MAXdIm-1中的值大的一个。
因此，动作量运算部72比较电流变化量ΔIspm以及过去的电流变化量的最大值MAXdIm-1，将值大的一个保持为电流变化量的最大值MAXdIm。
通过这样每当取得馈电电流以及轨道电压时(每单位时间)执行动作量运算部72的处理，在动作量运算部72中，针对每单位时间，保持该时刻下的电流变化量的最大值。
如果如上述那样保持了电流变化量的最大值MAXdIm，则动作量运算部72通过对每单位时间的该电流变化量的最大值(MAXdIm、MAXdIm-1、...)进行累计，计算直流馈电电路的保护区间内的动作量(∑MAXdI)。具体而言，该动作量∑MAXdI通过以下的式(3)计算。
【数3】
∑MAXdI＝k∑I·(MAXdIm+MAXdIm-1+…)式(3)
该式(3)中的k∑I是动作量的电平调整中使用的系数，由直流馈电电路的条件、动作时间等决定。
判定处理部73将由动作量运算部72计算的动作量∑MAXdI与预定的值(ks)进行比较。在该情况下，判定处理部73如以下的式(4)所示，判定动作量∑MAXdI是否为ks以上。
【式4】
∑MAXdI≥ks式(4)
在满足式(4)、即判定为动作量∑MAXdI是ks以上的情况下，检测保护区间(即从变电站供给电流的区间)内的故障，对直流高速切断器8送出跳闸指令。由此，从与直流馈电保护继电装置7对应的变电站向检测到故障的区间的馈电电流供给被切断。
此处，设为通过式(1)计算每单位时间的电流变化量ΔIspm而进行了说明，但也可以是通过其他方法、例如基于微分运算等的方法计算该电流变化量的结构。
此处，具体地说明基于本实施方式的直流馈电保护继电装置7的高电阻接地故障的检测。
此处，设为如图3所示，以例如几十km的间隔设置了变电站SS1～SS4。另外，将变电站SS1以及SS2之间的区间设为区间1、将变电站SS2以及SS3之间的区间设为区间2、将变电站SS3以及SS4之间的区间设为区间3。
另外，在区间1，从变电站SS1以及SS2供给电力，在区间2，从变电站SS2以及SS3供给电力，在区间3，从变电站SS3以及SS4供给电力。
此处，设想在区间2(即变电站SS2以及SS3之间)中发生了高电阻接地故障Rf的情况。另外，将从变电站SS2至发生了高电阻接地故障Rf的地点(以下简称为故障点)的区间长比例设为0.4。即，故障点是比变电站SS2以及SS3的中点更接近变电站SS2的地点。
以下，将从变电站SS1～SS4供给的馈电电流分别设为馈电电流I1～I4。另外，将变电站SS1～SS4中的轨道电压分别设为轨道电压Ep1～Ep4。
另外，虽然在图3中未图示，在直流馈电电路中，设置了与各变电站SS1～SS4的各个对应的直流馈电保护继电装置(以下记载为第1～第4直流馈电保护继电装置)7。
此处，图4示出在发生了上述高电阻接地故障Rf的情况下的各变电站SS1～SS4中的馈电电流I1～I4(的电流值)的一个例子。
此处，设为如图3所示，电动车L1在变电站SS1的正下方在线，在高电阻接地故障时(经过时间0)开始了动力运行。另外，设为电动车L3在高电阻接地故障时在变电站SS3的正下方以一定速度行驶。
在该情况下，变电站SS1～SS4的各个变电站中的馈电电流I1～I4如图4所示，针对每单位时间而变化。
具体而言，如上述那样在变电站SS1的正下方在线的电动车L1在高电阻接地故障时Rf开始了动力运行，所以馈电电流I1从经过时间0逐渐上升。
另外，如上述那样，在区间2中发生了高电阻接地故障Rf，所以由于根据该高电阻接地故障Rf产生的电流(故障电流)的影响，馈电电流I2以及I3在经过时间0(即高电阻接地故障时)急剧上升。另外，如上述那样，电动车L3在高电阻接地故障时在变电站SS3的正下方以一定速度行驶，所以馈电电流I2变成比其他馈电电流高的值。
另一方面，在区间3中未发生高电阻接地故障Rf，所以在馈电电流I4中，无故障电流的影响。
另外，图5示出在发生了上述高电阻接地故障Rf的情况下的各变电站SS1～SS4中的轨道电压Ep1～Ep4(的电压值)的一个例子。
在如上述那样在接近变电站SS2的地点发生了高电阻接地故障Rf的情况下，各变电站SS1～SS4中的轨道电压Ep1～Ep4如图5所示，从发生了该高电阻接地故障Rf的时刻(经过时间0的时刻)上升。
另外，如果放大图5所示的轨道电压Ep1～Ep4的电压值的比例，则如图6所示。在参照图6时，第1～第4轨道电压Ep根据直至故障点的距离而存在差。
另外，针对每单位时间，在第1～第4直流馈电保护继电装置7中，引入图4所示的馈电电流I1～I4以及图5(图6)所示的轨道电压Ep1～Ep4。
另外，图7示出图4所示的馈电电流I1～I4中的每单位时间的电流变化量ΔIsp1～ΔIsp4的一个例子。故障电流如图4所示，从高电阻接地故障时起在100ms前后成为恒定。因此，电流变化量ΔIsp2以及ΔIsp3在从高电阻接地故障时起几ms的期间上升，之后逐渐减少，在从该故障电流成为恒定的高电阻接地故障时起100ms之后的时刻，成为大致0。
另一方面，图7所示的电流变化量ΔIsp1成为与图4所示的馈电电流I1的缓慢的上升对应的值。另外，如图4所示，馈电电流14无变化，所以图7所示的电流变化量ΔIsp4是大致0。
另外，通过第1～第4直流馈电保护继电装置7的各个中包含的动作量运算部72，针对每单位时间，计算图7所示的电流变化量ΔIsp1～ΔIsp4，但其详细的说明如上所述，所以省略。
此处，如果发生了高电阻接地故障Rf，则如上述图5以及图6所示，轨道电压Ep1～Ep4上升。因此，在第1～第4直流馈电保护继电装置7(所包含的动作运算部72)中，判定为轨道电压Ep1～Ep4是kEp以上。在该情况下，在第1～第4直流馈电保护继电装置7的各个中，保持电流变化量的最大值。
此处，图8示出在第1～第4直流馈电保护继电装置7中针对每单位时间保持的电流变化量的最大值MAXdI1～MAXdI4的一个例子。在如图7所示的电流变化量ΔIsp1～ΔIsp3那样发生了高电阻接地故障Rf之后电流变化量上升了的情况下，如图8所示，电流变化量的最大值MAXdI1～MAXdI3也与其伴随地上升(针对每单位时间更新)。另一方面，在如图7所示的电流变化量ΔIsp1～ΔIsp3那样电流变化量开始下降了的情况下，如图8所示，该下降前的电流变化量的最大值(即过去的电流变化量的最大值)被继续保持为MAXdI1～MAXdI3。另外，关于图7所示的电流变化量ΔIsp4，无变化，所以如图8所示，关于电流变化量的最大值MAXdI4，也无变化。
图9示出在第1～第4直流馈电保护继电装置7中计算的动作量∑MAXdI1～∑MAXdI4的一个例子。
图9所示的动作量∑MAXdI1是通过对针对每单位时间保持的图8所示的电流变化量的最大值MAXdI1进行累计而计算的每单位时间的动作量。另外，关于其他动作量∑MAXdI2～∑MAXdI4，也是同样的，所以省略其详细的说明。
如图9所示，与最接近故障点的变电站SS2对应的第2直流馈电保护继电装置7中的动作量∑MAXdI2的值最快超过规定的值(ks)。
在这样地动作量∑MAXdI2超过了ks的情况下，在第2直流馈电保护继电装置7中，能够检测直流馈电电路中的故障。进而，能够通过计算了超过ks的动作量∑MAXdI2的第2直流馈电保护继电装置7的位置，判别直流馈电电路中的故障部位(故障区间)。
如上述那样，在本实施方式中，针对每单位时间输入从变电站供给的电流(馈电电流)，根据针对每该单位时间输入的电流，计算该每单位时间的电流变化量，针对每单位时间保持所计算的该每单位时间的电流变化量的最大值，对针对每该单位时间保持的该电流变化量的最大值进行累计，从而计算动作量，根据所计算的该动作量，检测从变电站供给电流的区间内的故障。在本实施方式中，能够通过这样的结构，检测高电阻接地故障。
具体而言，高电阻接地故障所致的故障电流的电流变化量小，但在本实施方式中，针对每单位时间保持电流变化量的最大值，对该电流变化量的最大值进行加法运算来计算动作量，从而根据接近故障点的变电站的电量计算的动作量最快达到规定的值ks，所以能够检测高电阻接地故障，并且判别故障区间。
另外，在本实施方式中，着眼从故障发生起100ms前后的电量(电流变化量)即可，所以进行故障检测所需的时间是几百ms或者几s左右，能够以非常短的时间检测接地故障。
进而，在本实施方式中，不需要放电间隙等其他设备，所以能够抑制用于故障检测的成本。
(第2实施方式)
接下来，说明第2实施方式。另外，具备本实施方式的直流馈电保护继电装置的直流电气化铁路的直流馈电电路的结构与上述第1实施方式相同，所以为便于说明，使用图1来说明。
以下，参照图10，说明本实施方式的直流馈电保护继电装置7的动作。另外，关于与上述图2同样的部分，省略其详细的说明。此处，主要叙述与图2不同的部分。
在上述第1实施方式的直流馈电保护继电装置7中，有在送到动作量运算部72的轨道电压(量)以及由动作量运算部72计算的电流变化量上重叠高频噪声的可能性。
因此，在本实施方式中，如图10所示，通过移动平均，在动作量运算部72中，轨道电压以及电流变化量的高频噪声被去除。另外，在移动平均中，对例如连续的多个采样数据进行加法运算即可。
另外，在本实施方式中，为了使变电站之间(即在直流馈电保护继电装置7的各个中计算的动作量)的差异变得明确，动作量运算部72通过对电流变化量的最大值与轨道电压之积进行累计(加法)，来计算直流馈电电路的保护区间内的动作量(∑MAXdI)。具体而言，该动作量∑MAXdI通过以下的式(5)计算。
【数5】
∑MAXdI＝k∑I·(MAXdIm·Epm+MAXdIm-1·Epm-1+…)式(5)
另外，在本实施方式中，动作量计算部72如以下的式(6)所示，判定轨道电压Epm是否小于预定的值(k′Ep)。
【数6】
Epm≥k′Ep式(6)
另外，k′Ep既可以是与上述kEp不同的值，也可以是相同的值。
在满足式(6)、即判定为轨道电压Epm小于k′Ep的情况下，动作量运算部72对如上述那样计算的动作量进行复位。
另一方面，在不满足式(6)、即判定为轨道电压Epm是k′Ep以上的情况下，动作量不被复位。
换言之，在这样判定为轨道电压Epm小于k′Ep的情况下，设为在保护区间中未发生故障，动作量被复位。在该情况下，优选在动作量运算部72中保持的电流变化量的最大值也被复位。
如上述那样，在本实施方式中，与从变电站供给的电流(馈电电流)一起输入电压(轨道电压)，在该轨道电压小于预定的值(k′Ep)的情况下，对动作量进行复位，通过该结构，能够避免尽管例如故障被恢复，但仍检测到故障而送出跳闸指令。
另外，在本实施方式中，与从变电站供给的电流(馈电电流)一起输入电压(轨道电压)，对所保持的电流变化量的最大值与所输入的该轨道电压之积进行累计，从而计算动作量，通过该结构，如上述图6所示，根据直至故障点的距离，在各变电站的轨道电压中存在差，所以能够使通过与各变电站对应的直流馈电保护继电装置7计算的动作量的差异变得更明确。
另外，在本实施方式中，通过如上述那样利用移动平均去除轨道电压以及电流变化量的高频噪声，能够更准确地检测高电阻接地故障。
(第3实施方式)
接下来，说明第3实施方式。图11示出具备本实施方式的直流馈电保护继电装置的直流电气化铁路的直流馈电电路的结构。另外，对与上述图1同样的部分，附加同一参照符号，省略其详细的说明。此处，主要叙述与图1不同的部分。
在本实施方式中，从对同一区间供给电流的2个变电站(即保护区间两翼的变电站)的各个供给的电流以及轨道电压被引入到直流馈电保护继电装置的这一点与上述第1实施方式不同。以下，将对同一区间供给电流的2个变电站中的一个称为第1变电站、将另一个称为第2变电站。
在图11所示的直流馈电电路中，设为电源11、整流器21以及直流高速切断器81设置于第1变电站的站内。另外，设为电源12、整流器22以及直流高速切断器82设置于第2变电站的站内。
另外，电源11以及12与上述图1所示的电源1相同，所以省略其详细的说明。另外，整流器21以及22与上述图1所示的整流器2相同，直流高速切断器81以及82与上述图1所示的直流高速切断器8相同，所以省略其详细的说明。
针对从第1变电站供给的馈电电流，通过电流传感器51进行电平变换，引入到直流馈电保护继电装置70。另外，针对从第2变电站供给的馈电电流，通过电流传感器52进行电平变换，引入到直流馈电保护继电装置70。另外，针对每单位时间，将通过电流传感器51以及52进行了电平变换的馈电电流(Im1以及Im2)引入到直流馈电保护继电装置70中。
另外，针对第1变电站中的轨道电压，通过电压传感器61进行电平变换，被引入到直流馈电保护继电装置70中。另外，针对第2变电站中的轨道电压，通过电压传感器62进行电平变换，被引入到直流馈电保护继电装置70中。另外，将通过电压传感器61以及62进行了电平变换的轨道电压(Epm1以及Epm2)，与上述馈电电流Im1以及Im2一起，针对每单位时间，引入到直流馈电保护继电装置70中。
直流馈电保护继电装置70用于检测从上述第1以及第2变电站供给电力的区间(即第1以及第2变电站之间)中的故障(高电阻接地故障)。以下，为便于说明，将通过直流馈电保护继电装置70检测故障的区间(即从第1以及第2变电站供给电力的区间)称为保护区间。
另外，虽然在图11中被省略，但直流馈电保护继电装置70与上述第1实施方式的直流馈电保护继电装置7同样地，包括输入部、动作量运算部以及判定处理部。在以下的说明中，为便于说明，将直流馈电保护继电装置70中包含的输入部、动作量运算部以及判定处理部记载为输入部71、动作量运算部72以及判定处理部73。
输入部71输入通过电流传感器51以及52进行了电平变换的馈电电流(Im1以及Im2)和通过电压传感器61以及62进行了电平变换的轨道电压(Epm1以及Epm2)。另外，针对通过输入部71输入的馈电电流Im1以及Im2和轨道电压Epm1以及Epm2，与上述第1实施方式同样地，通过在该输入部71中包含的输入变换器进行电平变换，并通过在该输入部71中包含的模拟/数字变换器，进行量化。
动作量运算部72根据通过在输入部71中包含的模拟/数字变换器量化了的馈电电流Im1以及Im2，计算合成电流。另外，动作量运算部72根据通过在输入部71中包含的模拟/数字变换器量化了的轨道电压Epm1以及Epm2，计算合成电压。
另外，在本实施方式中，在由判定处理部73检测了故障的情况下，对直流高速切断器81以及82送出跳闸指令。
以下，参照图12，说明本实施方式的直流馈电保护继电装置70的动作。另外，关于与上述图2同样的部分，省略其详细的说明。此处，主要叙述与图2不同的部分。
首先，输入部71输入通过电流传感器51以及52进行了电平变换的馈电电流(Im1以及Im2)和通过电压传感器61以及62进行了电平变换的轨道电压(Epm1以及Epm2)。另外，针对每单位时间，输入馈电电流Im1以及Im2和轨道电压Epm1以及Epm2。
针对通过输入部71输入了的馈电电流Im1以及Im2和各轨道电压Epm1以及Epm2，在通过在输入部71中包含的输入变换器进行了电平变换之后，通过在该输入部71中包含的模拟/数字变换器进行量化，送到动作量运算部72。
接下来，动作量运算部72通过如以下的式(7)所示对从输入部71送出的馈电电流Im1以及Im2进行加法运算，计算合成电流Im。
【数7】
Im＝Im1+Im2式(7)
另外，动作量运算部72通过如以下的式(8)所示地对从输入部71送出的轨道电压Epm1以及Epm2进行加法运算，计算合成电压Epm。
【数8】
Epm＝Epm1+Epm2式(8)
以下，在直流馈电保护继电装置70中，使用所得到的合成电流Im以及合成电压Epm，执行与在上述第1或者第2实施方式中说明的处理同样的处理，但在本实施方式中，在判定为动作量∑MAXdI是ks以上的情况下，对上述图11所示的直流高速切断器81以及82送出跳闸指令。
如上述那样，在本实施方式中，通过针对每单位时间输入从对同一区间供给电流的2个变电站的各个供给的电流(馈电电流)，并对从该2个变电站的各个供给的电流进行加法运算，针对每单位时间计算合成电流，根据针对每单位时间计算的该合成电流，计算每单位时间的电流变化量。在本实施方式中，通过这样的结构，在保护区间内发生了高电阻接地故障的情况下，进行从该保护区间两翼的变电站引入的馈电电流(电量)的合成处理，故障电流所致的变化量被放大。因此，在动作量运算部72中计算的动作量比上述第1实施方式更大，能够更快地检测高电阻接地故障(即变得高灵敏度)。
另外，在本实施方式中，在保护区间内发生了高电阻接地故障的情况下，对在该区间两翼的变电站中设置的直流高速切断器81以及82送出跳闸指令，所以该区间两翼的故障检测灵敏度相等，不产生由直至故障点的距离所致的灵敏度差。因此，能够通过保护区间两翼的电量的合成处理，以高灵敏度检测故障，并且能够在该区间两翼同时检测。
另外，在本实施方式中，在保护区间外发生了故障的情况下，故障电流通过区间两翼，所以通过直流馈电保护继电装置70中的合成处理，故障电流量的电流变化量被抵消。因此，在本实施方式中，能够更准确地检测在保护区间内发生的故障。
(第4实施方式)
接下来，说明第4实施方式。图13示出具备本实施方式的直流馈电保护继电装置的直流电气化铁路的直流馈电电路的结构。另外，对与上述图1同样的部分，附加同一参照符号，省略其详细的说明。此处，主要叙述与图1不同的部分。
在本实施方式中，对从变电站供给电流的区间中设置的架空线供给的电流(架空电流)以及对该区间中设置的轨道供给的电流(轨道电流)被引入到直流馈电保护继电装置的这一点与上述第1实施方式不同。另外，在本实施方式中，设想了在与直流馈电保护继电装置对应的变电站的站内发生故障(高电阻接地故障)的情况。
图13所示的直流馈电电路包括架空电流传感器(CTt)501以及轨道电流传感器(CTr)502。
在本实施方式中，针对对架空线3供给的架空电流，通过架空电流传感器501进行电平变换，引入到直流馈电保护继电装置700中。
另外，在本实施方式中，针对对轨道4供给的轨道电流，通过轨道电流传感器502进行电平变换，引入到直流馈电保护继电装置700中。
直流馈电保护继电装置700用于检测从变电站供给电力的区间中的故障(高电阻接地故障)。以下，为便于说明，将通过直流馈电保护继电装置700检测故障的区间(即从变电站供给电力的区间)称为保护区间。
另外，在图13中被省略，直流馈电保护继电装置700与上述第1实施方式的直流馈电保护继电装置7同样地，包括输入部、动作量运算部以及判定处理部。在以下的说明中，为便于说明，将在直流馈电保护继电装置700中包含的输入部、动作量运算部以及判定处理部记载为输入部71、动作量运算部72以及判定处理部73。
输入部71输入通过架空电流传感器501进行了电平变换的架空电流(Imt)以及通过轨道电流传感器502进行了电平变换的轨道电流(Imr)。针对通过输入部71输入的馈电电流Imt以及Imr，与上述第1实施方式同样地，通过在该输入部71中包含的输入变换器进行电平变换，并通过在该输入部71中包含的模拟/数字变换器进行量化。
动作量运算部72根据通过在输入部71中包含的模拟/数字变换器量化了的架空电流Imt以及轨道电流Imr，计算合成电流。
以下，参照图14，说明本实施方式的直流馈电保护继电装置700的动作。另外，关于与上述图2同样的部分，省略其详细的说明。此处，主要叙述与图2不同的部分。
首先，输入部71输入通过架空电流传感器501进行了电平变换的架空电流(Imt)以及通过轨道电流传感器502进行了电平变换的轨道电流(Imr)。另外，针对每单位时间，输入架空电流Imt以及轨道电流Imr。
针对通过输入部71输入的架空电流Imt以及轨道电流Imr，在通过在输入部71中包含的输入变换器进行了电平变换之后，通过在该输入部71中包含的模拟/数字变换器进行量化，送到动作量运算部72。
接下来，动作量运算部72通过如以下的式(9)所示，从从输入部71送出的架空电流Imt减去轨道电流Imr，来计算合成电流Im。
【数9】
Im＝|Imt|-|Imr|式(9)
以下，在直流馈电保护继电装置700中，使用所得到的合成电流Im，执行与在上述第1或者第2实施方式中说明的处理同样的处理。
如上述那样，在本实施方式中，通过针对每单位时间输入对从变电站供给电流的区间中设置的架空线供给的架空电流(第1电流)以及对该区间中设置的轨道供给的轨道电流(第2电流)，并通过从所输入的该架空电流减去轨道电流，针对每单位时间计算合成电流，根据针对每单位时间计算的该合成电流，计算每单位时间的电流变化量。在本实施方式中，通过这样的结构，能够检测变电站的站内的高电阻接地故障。
在直流馈电电路中，在变电站的站内、即在比引入架空电流的架空电流传感器更处于跟前的地方(变电站侧)发生了高电阻接地故障的情况下，在架空电流传感器501中不流过故障电流。另一方面，发生了高电阻接地故障的情况下的故障电流从故障点经由轨道泄漏电阻反馈到整流器2，所以流入到轨道电流传感器502。
因此，在本实施方式的直流馈电保护继电装置700中，运算未重叠故障电流的架空电流和重叠了故障电流的轨道电流的差分(即故障电流)的电流变化量，能够检测故障。
另外，在架空电流中重叠了保护区间的负载电流、在轨道电流中重叠了全部区间总和的负载电流，有产生电流差的可能性。在该情况下，通过根据例如负载电流以及故障电流的变化时间常数和变化量比较时间差，压缩负载电流差，能够提取故障电流的变化量。着眼于上述负载电流缓慢地上升、故障电流急剧上升、即负载电流的变化时间常数大、故障电流的变化时间常数小这一点，通过使变化量比较时间差大于故障电流的变化时间常数并且小于负载电流的变化时间常数，能够压缩负载电流差。
另外，在本实施方式中，在保护区间内流出了故障电流的情况下，通过架空电流和轨道电流的减法，故障电流量被抵消。另外，即使在例如保护区间内或者区间外的电车线中发生了故障的情况下，通过架空电流和轨道电流的减法，故障电流量也被抵消。因此，根据本实施方式，能够仅检测变电站的站内的高电阻接地故障。
根据上述第1实施方式的直流馈电保护继电装置7中的结构，能够检测变电站的站外的高电阻接地故障。因此，通过组合本实施方式的直流馈电保护继电装置700中的结构和第1实施方式的直流馈电保护继电装置7中的结构，还能够成为能够检测变电站的站内以及站外的高电阻接地故障的直流馈电保护继电装置。
根据以上说明的实施方式，能够提供能够检测高电阻接地故障的直流馈电保护继电装置以及故障检测方法。
另外，本申请发明不限于上述各实施方式，能够在实施阶段在不脱离其的要旨的范围内使构成要素变形而具体化。另外，通过上述各实施方式公开的多个构成要素的适宜的组合，能够形成各种发明。例如，也可以从各实施方式所示的全部构成要素删除几个构成要素。进而，也可以适宜地组合不同的实施方式的构成要素。

Claims (6)

1.一种直流馈电保护继电装置，其特征在于，具备：
输入单元，针对每单位时间，输入从变电站供给的电流；
第1计算单元，根据针对每所述单位时间输入的电流，计算每所述单位时间的电流变化量；
保持单元，针对每所述单位时间，保持由所述第1计算单元计算出的电流变化量的最大值；
第2计算单元，通过对针对每所述单位时间在所述保持单元中保持的电流变化量的最大值进行累计，计算动作量；以及
检测单元，在由所述第2计算单元计算出的动作量为规定值以上的情况下，检测从所述变电站供给电流的区间内的故障。
2.根据权利要求1所述的直流馈电保护继电装置，其特征在于，
还具备判定单元以及复位单元，
所述输入单元将从所述变电站供给的电流与电压一起输入，
所述判定单元判定所输入的所述电压是否小于预定的值，
在判定为所输入的所述电压小于所述预定的值的情况下，所述复位单元对由所述第2计算单元计算出的动作量进行复位。
3.根据权利要求1所述的直流馈电保护继电装置，其特征在于，
所述输入单元将从所述变电站供给的电流与电压一起输入，
所述第2计算单元通过对针对每所述单位时间在所述保持单元中保持的电流变化量的最大值与针对每所述单位时间输入的电压之积进行累计，计算所述动作量。
4.根据权利要求1所述的直流馈电保护继电装置，其特征在于，
还具备第3计算单元，
所述输入单元针对每所述单位时间，输入从对同一区间供给电流的2个变电站的各个变电站供给的电流，
所述第3计算单元通过对所输入的从所述2个变电站的各个变电站供给的所述电流进行加法运算，针对每所述单位时间计算合成电流，
所述第1计算单元根据针对每所述单位时间计算出的合成电流，计算每所述单位时间的电流变化量。
5.根据权利要求1所述的直流馈电保护继电装置，其特征在于，
还具备第3计算单元，
所述输入单元针对每所述单位时间，输入对从所述变电站供给电流的区间中设置的架空线供给的第1电流以及对该区间中设置的轨道供给的第2电流，
所述第3计算单元通过从所输入的所述第1电流减去第2电流，针对每所述单位时间计算合成电流，
所述第1计算单元根据针对每所述单位时间计算出的合成电流，计算每所述单位时间的电流变化量。
6.一种直流馈电保护继电装置执行的故障检测方法，其特征在于，具备：
针对每单位时间，输入从变电站供给的电流的步骤；
根据针对每所述单位时间输入的电流，计算每所述单位时间的电流变化量的步骤；
针对每所述单位时间，在保持单元中保持所计算出的所述电流变化量的最大值的步骤；
通过对针对每所述单位时间在所述保持单元中保持的电流变化量的最大值进行累计，计算动作量的步骤；以及
在所计算出的所述动作量为规定值以上的情况下，检测从所述变电站供给电流的区间内的故障的步骤。
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