JP2007049858A

JP2007049858A - 直流き電回路高抵抗地絡検出システム

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Publication number: JP2007049858A
Application number: JP2005233856A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kimura; 高志木村; Shunichi Sugai; 俊一管井; Shinichi Hase; 伸一長谷
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】直流き電回路の高抵抗地絡を検出するシステムにおいて、事故発生から事故検知までの時間を従来よりも短縮すること。
【手段】記憶部２０には、事故条件の蓄積単位を検知対象の直流き電区間における回線電流及び編成数に基づいて設定した負荷判別表が記憶されている。演算制御部１９には、回線電流入力部１７と編成数入力部１８から、検知対象の直流き電区間における回線電流と編成数がそれぞれ入力される。演算制御部１９は、前記負荷判別表を参照して前記回線電流に対応する蓄積単位を検索し、前記蓄積単位を事故条件蓄積値に加算し、前記事故条件蓄積値が事故指定値に到達した時に事故検知と判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流き電回路において事故電流は継続し負荷電流は継続しないという特性を利用して直流き電回路の高抵抗地絡を検出する直流き電回路高抵抗地絡検出システムに関する。

特許文献１に開示されている直流き電回路高抵抗地絡検出装置は、電車電流は刻々変化するが、地絡電流は殆ど変化しないという事実に着目し、事故電流のみを選択的に検出して事故の早期発見、対策を可能にしようとするものである。

即ち、この直流き電回路高抵抗地絡検出装置は、直流き電線に流れる電流を検出して対応する検出信号を出力する直流変流器と、前記検出信号が一定値を超えると比較器出力を発する比較器と、前記比較器出力によってゲートが開かれクロックパルスを出力するアンド回路と、遅延機能によって一定時間遅延されて出力される過去の検出電流と前記直流変流器で検出される各瞬時の検出信号との大きさを比較して両者に差があるときには前記カウンタの内容をクリアするクリア信号を発生する変動電流検出器とを備え、前記カウンタの内容がクリアされないで所定の計数値に達すると、電磁リレーを動作させて前記直流き電線に挿入された高速度遮断器を遮断するように構成されたことを特徴とするものである。

この従来の直流き電回路高抵抗地絡検出装置は、事故電流が小さいために困難視されていた高抵抗接地事故を、電車の電流は大きく変動するが事故電流は変動しないという性質を利用し、直流き電線を流れる電流の各瞬時における検出信号と一定時間前の検出信号とを比較する上述の構成によって事故を早期に且つ確実に検出できるものである。

しかしながら、この従来の直流き電回路高抵抗地絡検出装置は、検出した瞬間の回線電流と一定時間前の回線電流とを比較して事故電流か否かを判断するものであるので、事故発生から事故検知までの時間を短縮することができないという問題がある。前記一定時間は数分間であり、これよりも短くすると、通常時の回線電流と事故時の回線電流の判別が出来なくなるからである。また、事故検知が短時間に出来ないので、この従来の直流き電回路高抵抗地絡検出装置は、複数の列車が在線する運行列車間隔が短い直流き電回路には適用することが出来ないという問題がある。更に、回生電流が発生している時には、事故検知ができないという問題もある。
特開昭５７−１３９２４号公報

本発明が解決しようとする第１の課題は、直流き電回路において事故電流は継続し負荷電流は継続しないという特性を利用して直流き電回路の高抵抗地絡を検出するシステムにおいて、事故発生から事故検知までの時間を従来よりも短縮することである。
本発明が解決しようとする第２の課題は、直流き電回路において事故電流は継続し負荷電流は継続しないという特性を利用して直流き電回路の高抵抗地絡を検出するシステムにおいて、回生電流が発生しているときであっても、事故検知ができるようにすることである。

本発明は、直流き電回路において事故電流は継続し負荷電流は継続しないという特性を利用して、直流き電回路の高抵抗地絡を検出するシステムであり、回線電流が或る数値幅に含まれている場合には当該数値幅における事故の可能性の高さに対応した蓄積単位を加算し、蓄積単位の累計である事故条件蓄積値が指定値に達した時に事故と判断するものである。

即ち、上記課題を解決する直流き電回路高抵抗地絡検出システムを、事故条件の蓄積単位を検知対象の直流き電区間における回線電流及び編成数に基づいて設定した負荷判別表を予め記憶する負荷判別表記憶手段、検知対象の直流き電区間の回線電流を検出する回線電流検出手段、前記負荷判別表を参照して前記回線電流に対応する蓄積単位を検索する蓄積単位検索手段、前記蓄積単位を事故条件蓄積値に加算する事故条件蓄積手段、及び、前記事故条件蓄積値が事故指定値に到達した時に事故検知と判定する事故判定手段とで構成した。

本発明により、直流き電回路の高抵抗短絡事故の検知に要する時間を短縮することができ、また検知精度を高めることができた。また、本発明により、回生電流が発生しているときであっても、直流き電回路の高抵抗短絡事故を短時間に検知することができた。

本発明に係る直流き電回路高抵抗地絡検出システムは、事故条件の蓄積単位を検知対象の直流き電区間における回線電流及び編成数に基づいて設定した負荷判別表を予め記憶する負荷判別表記憶手段、検知対象の直流き電区間の回線電流を検出する回線電流検出手段、前記負荷判別表を参照して前記回線電流に対応する蓄積単位を検索する蓄積単位検索手段、前記蓄積単位を事故条件蓄積値に加算する事故条件蓄積手段、及び、前記事故条件蓄積値が事故指定値に到達した時に事故検知と判定する事故判定手段とで構成されている。そして、前記負荷判別表は、最小回線電流値と最大回線電流値の間を区分した複数の電流値幅を列に配置し、編成数を行に配置し、これらの列と行で形成されるマス目に当該編成数における当該電流値幅の回線電流に地絡電流が含まれる可能性を数値化した蓄積単位が配置されたものである。

本発明が適用される直流き電回路の一例は、Ａ変電所の母線１から高速しゃ断器９と１０を夫々備える一対のき電引出線３と４を介して第１き電線７と第２き電線８に電力が供給され、且つ、Ｂ変電所の母線２から高速しゃ断器１１と１２を夫々備える一対のき電引出線５と６を介して第１き電線７と第２き電線８に電力が供給される直流き電回路である。

上述の直流き電回路に適用された本発明に係る高抵抗接地事故検出システムは、Ａ変電所からき電引出線３を介して第１き電線７に流れるＡ変電所側回線電流Iaと、Ｂ変電所からき電引出線５を介して第１き電線７に流れるＢ変電所側回線電流Ibとを加算した回線電流Iをモニターする回線電流モニター回路を含むシステムである。

即ち、前記回線電流モニター回路は、Ａ変電所側回線電流Iaを検出する直流変流器１３、直流変流器１３が検出したアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器１５、Ｂ変電所側回線電流Ibを検出する直流変流器１４、直流変流器１４が検出したアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器１６、アナログ・デジタル変換器１５と１６からのデジタル信号を受信してＡ変電所側回線電流とＢ変電所側回線電流を加算してデジタルの第１き電線７の回線電流Iを演算制御部１９に入力する回線電流入力部１７、編成数を演算制御部１９に入力する編成数入力部１８、記憶部２０、及び出力部２１とで構成されている。

記憶部２０は、演算制御部の制御プログラムとアプリケーションプログラムが格納されている。前記アプリケーションプログラムには、図２に示す如き処理を行う高抵抗接地事故検出プログラムが含まれている。また、記憶部２０には、表１に示す如き負荷判別表が記憶されている。

出力部２１は、回線電流と事故条件蓄積値の経時変化を表示する表示機能と、事故検出時に高速しゃ断器９を作動させる高速しゃ断信号を送出する機能とを備える。

前記編成数入力部１８が演算制御部１９に入力する編成数は、Ａ変電所とＢ変電所との間のき電区間に在線している車両編成数であり、図示しない列車運行管理システムから通信システムを介して入手される。

なお、回線電流モニターがＡ変電所側に設置されている場合、直流変流器１４が検出したＢ変電所側回線電流Ibはアナログ・デジタル変換器１６によりデジタル信号に変換された後、図示しない通信システムを介して回線電流入力部１７まで伝送される。

要するに、本発明に係る直流き電回路高抵抗地絡検出システムは、事故条件の蓄積単位を検知対象の直流き電区間における回線電流及び編成数に基づいて設定した負荷判別表を予め記憶する負荷判別表記憶手段と、検知対象の直流き電区間の回線電流を検出する回線電流検出手段と、前記負荷判別表を参照して前記回線電流に対応する蓄積単位を検索する蓄積単位検索手段と、前記蓄積単位を事故条件蓄積値に加算する事故条件蓄積手段と、前記事故条件蓄積値が事故指定値に到達した時に事故検知と判定する事故判定手段とで構成されるものである。

そして、図１の実施例１においては、前記負荷判別表記憶手段は回線電流モニターの記憶部２０で実現されている。前記回線電流検出手段は、直流変流器１３と１４、アナログ・デジタル変換器１５と１６、及び回線電流入力部１７によって実現されている。前記蓄積単位検索手段、前記事故条件蓄積手段、前記事故判定手段はいずれも、回線電流モニターの演算制御部１９と記憶部２０によって実現されている。

次に、図２を参照して本発明を構成する回線電流モニターの処理の流れ、従って本発明の実施例１の直流き電回路高抵抗地絡検出システムの地絡検出の流れの一例を以下に説明する。

図２において、データ読込指令がある（１０１）と、演算制御部１９は回線電流入力部１７から回線電流を読込み（１０２）、編成数入力部１８から編成数を読込む（１０３）。続いて、演算制御部１９は、記憶部２０に記憶されている事故条件蓄積値に事故条件の蓄積単位＋ｘを加算するか否かの判断を行う（１０４）。ステップ１０４の演算制御部１９の判断は、記憶部２０に記憶されている負荷判別表を検索し、読込んだ回線電流の値と編成数に対応する行と列のマス目に与えられている蓄積単位＋ｘが０か否かを判断してで行われる。

ステップ１０４で事故条件を加算しないと判断した場合には、演算制御部１９は記憶部２０に記憶されているリセット条件カウント値にリセット条件単位１を加算する（１０５）。続いて、演算制御部１９は記憶部２０に記憶されているリセット条件カウント値が指定値に到達したか否かを判断し（１０６）、ＮＯならば最初のステップ１０１に戻る処理を行う。ステップ１０６の判断結果がＹＥＳならば、演算制御部１９は記憶部２０に記憶されているリセット条件カウント値をリセットし、且つ、記憶部２０に記憶されている事故条件蓄積値もリセットし（１０７）、最初のステップ１０１に戻る処理を行う。

ステップ１０４の判断結果がＹＥＳならば、演算制御部１９は前記記憶部２０に記憶されている事故条件蓄積値に事故条件の蓄積単位＋ｘを加算する処理に進む。即ち、演算制御部１９は、ステップ１０４に続いて加算する蓄積単位＋ｘを特定する演算処理を順に行う（１０８〜１１０）。

即ち、ステップ１０４の判断結果がＹＥＳならば、演算制御部１９は読込んだ編成数がαで、且つ読込んだ回線電流の値がａより大きくｂよりも小さいかを判断し（１０８）、ＹＥＳならば事故条件の蓄積単位ｐを記憶部２０に記憶されている事故条件蓄積値に加算する（１１３）。

ステップ１０８の判断結果がＮＯならば、演算制御部１９は読込んだ編成数がαで、且つ読込んだ回線電流の値がｂより大きくｃよりも小さいかを判断し（１０９）、ＹＥＳならば事故条件の蓄積単位ｑを記憶部２０に記憶されている事故条件蓄積値に加算する（１１４）。

ステップ１０９の判断結果がＮＯならば、演算制御部１９は読込んだ編成数がαで、且つ読込んだ回線電流の値がｃより大きくｄよりも小さいかを判断し（１１０）、ＹＥＳならば事故条件の蓄積単位ｒを記憶部２０に記憶されている事故条件蓄積値に加算する（１１５）。

以下、記憶部２０に記憶されている負荷判別表の列と行について上述と同じ演算処理を行い、当該列と行に対応するマス目に与えられている事故条件の蓄積単位を決定する。

ステップ１０８〜ステップ１１５に続いて、演算制御部１９は事故条件蓄積値が整定値に到達したか否かを判断しており（１１１）、判断結果がＹＥＳならば事故検知の信号を出力部２１に与える（１１２）。ステップ１１１の判断結果がＮＯならば、演算処理部１９は最初のステップ１０１に戻る処理を行う。

次に、図３〜図５を参照し、直流き電回路における地絡検出のしかたを具体的な数値を示して説明する。

記憶部２０に記憶されている８列３行の表１は、０編成、１編成、２編成の列車在線の３つのケースが想定される直流き電区間用の負荷判別表である。表１において、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８の８列には所定電流範囲に区分した回線電流が記載され、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の３行には編成数が配置されている。

即ち、表１のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８の８列には順に「−５，０００〜１５０Ａ」、「１５０〜２５０Ａ」、「２５０〜３５０Ａ」、「３５０〜４５０Ａ」、「４５０〜８００Ａ」、「８００〜１，１００Ａ」、「１，１００〜１，６００Ａ」、「１，６００〜１０，０００Ａ」が配置されている。

また、表１のＱ１、Ｑ２、Ｑ３の３行には順に「０編成」、「１編成」、「２編成」が配置されている。

表１の負荷判別表において、８列３行で形成する２４のマス目には、事故条件蓄積値に加算される蓄積単位＋ｘが重み付けした数値として配置されている。仮に編成数が１編成の場合、負荷判別表１のＱ２行の数値から蓄積単位＋ｘを選択することになる。前記重み付けした数値は、対象とする直流き電回路の回線電流が事故電流を含む可能性に基づいて選定されるものであり、最小回線電流値と最大回線電流値の間を区分した複数の電流値幅に対して選定されるものである。しかも、編成数によって回線電流値は異なり、事故電流を含む可能性も異なってくるので、事故条件蓄積値に加算される蓄積単位＋ｘの重み付けの数値は編成数を考慮して選定されるものである。

補機電流は１５０Ａ未満であり、事故電流と同様に長時間継続することから、この範囲での負荷電流と事故電流の判別は困難である。このため、Ｐ１列Ｑ２行のマス目の蓄積単位＋ｘは「０」に選定されている。

負荷電流が１５０〜１１００Ａの範囲では、力行開始終了時にこの範囲の電流値になるが短時間である。一方、事故電流の場合はこの範囲で長時間継続すると推測される。そこで、事故の可能性に対応した蓄積単位＋ｘは次のように選定されている。即ち、Ｐ２列Ｑ２行、Ｐ３列Ｑ２行、及びＰ４列Ｑ２行の各マス目の蓄積単位＋ｘは、最小の蓄積単位＋「１」の５倍の「５」に選定されている。また、Ｐ５列Ｑ２行とＰ６列Ｑ２行の各マス目の蓄積単位＋ｘは、最小の蓄積単位＋「１」の２倍の「２」に選定されている。

力行電流は、通常１１００〜１６００Ａ程度であるが、事故電流の可能性も少しあるので、Ｐ７列Ｑ２行のマス目の蓄積単位＋ｘは最小の「１」に選定されている。

そして、負荷電流が１６００Ａ以上の場合は１編成では生じ得ない値であり、これは事故電流の可能性は非常に高いので、Ｐ８列Ｑ２行のマス目の蓄積単位＋ｘは、最小の蓄積単位＋「１」の５０倍の「５０」に選定されている。

上述した如く、表１の負荷判別表の「１編成」の場合に事故条件蓄積値に加算される蓄積単位＋ｘは、補機電流並びに力行電流、及び事故電流の可能性を考慮して、「０」、「１」、「２」、「５」及び「５０」の数値が、所定電流範囲に区分した回線電流に対応してそれぞれ選定されている。本発明の実施例１においては、編成数が１編成の場合、これらの蓄積単位「０」、「１」、「２」、「５」及び「５０」の中から、検出した瞬間における回線電流値に対応する蓄積単位が自動的に選択され、事故条件蓄積値に加算されことになる。

編成数が０編成、２編成の時も同様であり、その瞬間の回線電流値と編成数に応じた蓄積単位をカウントすることになる。即ち、Ｑ１行の「０編成」の場合には、回線電流値の所定電流範囲のＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８の蓄積単位＋ｘはそれぞれ「０」、「３０」、「３００」、「３００」、「３００」、「３００」、「３００」、「３００」と選定されている。蓄積単位「３００」は最小の蓄積単位＋「１」の３００倍であり、これは事故発生は確実と判定するのに相応しい数値である。

また、Ｑ３行の「２編成」の場合には、回線電流値の所定電流範囲Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８の蓄積単位＋ｘはそれぞれ「０」、「０」、「２」、「２」、「２」、「２」、「１」、「１」と選定されている。

要するに、本発明における負荷判別表は、検知対象の直流き電区間の最小回線電流値と最大回線電流値の間を区分した複数の電流値幅を列に配置し、編成数を行に配置し、これらの列と行で形成されるマス目に当該編成数における当該電流値幅の回線電流に地絡電流が含まれる可能性を数値化した蓄積単位が配置されたものである。そして、前記負荷判別表においては、短時間に事故検知を確実に行えるようにするために、通常の負荷電流以外の場合の蓄積単位は通常の負荷電流の場合の蓄積単位よりも大きく設定されている。

図３は、或る線区における通常時の回線電流波形と事故条件蓄積値の変化波形を示した図で、横軸は時間を、縦軸は電流値[Ａ]と事故条件蓄積数[回]を表す。図３において、丸で囲んだ数字１は回線電流値に応じて蓄積単位＋ｘが加算され、事故条件蓄積値が増加した状態を示している。この時間範囲において回線電流は０から８００[Ａ]近くまで急激に増加し、最大値１４００[Ａ]を１分近く維持した後に０まで急激に減少している。このような回線電流の変化であるので、この時間範囲における蓄積単位は「５」→「２」→「１」、「１」→「２」→「５」と変化するが、時間範囲に閉める割合は「１」が圧倒的に大きく、事故条件蓄積値の最大値は１００[回]となっている。また、丸で囲んだ数字２は蓄積単位が０で事故でないと判断した事故条件蓄積待機状態が一定時間経過した後に、事故条件蓄積値をリセットした状態を示している。更に、丸で囲んだ数字３は事故条件蓄積待機中に一定時間経過する前に事故条件蓄積値への蓄積単位＋ｘの加算を再開した部分である。

通常時は、事故条件蓄積値の変化は図３の如く、或る間隔をおいて鋸歯状波形であって、その最大蓄積値は１００[回]から１５０[回]である。本発明において、事故指定値、即ち事故が発生したと判断する指定値は通常時にカウントされる最大蓄積値を基に定めてあるので、事故条件蓄積値が前記事故指定値に達すると直ちに事故発生と判断することができる。

図４は、１列車在線時、即ち編成数１の場合に、地絡抵抗４Ω相当の事故が発生した場合の地絡電流を図１と同じ負荷に重畳した電流波形と事故条件蓄積数の変化を示した図で、横軸は時間を、縦軸は電流値[Ａ]と事故条件蓄積数[回]を表す。図４において、丸で囲んだ数字１が事故発生時であり、この時点から回線電流は０から４００[Ａ]まで急激に増加し、２分近くにわたって３００[Ａ]程度の値を維持している。従って、この時間範囲における蓄積単位は「５」であり、上述の図３に示した事故のない通常状態における蓄積単位「２」の２．５倍である。このため、通常状態と比較すると、事故条件蓄積値に２倍以上の伸び率で急速に増加している。ここで、本発明の実施例１において事故指定値は３００[回]、且つデータ読込みを０．６秒間隔とされているので、事故発生時から２３秒経過した時点という短時間で事故検知を行うことができた。

また、図５は回生中に地絡抵抗４Ω相当の事故が発生した場合の地絡電流を図３と同じ負荷に重畳した回線電流波形と事故条件蓄積数の変化波形を示した図で、横軸は時間を、縦軸は電流値[Ａ]と事故条件蓄積数[回]を表す。図５において、丸で囲んだ数字１が事故発生時であるが、図４の場合と異なり、事故発生しても回生中は蓄積待機状態にある。蓄積待機が終了した後は図４で説明した通り、蓄積単位「５」が事故条件蓄積値に加算され続けられる。そして、事故指定値は３００回且つデータ読込み間隔は０．６秒間隔とされているので、図５の回生中の地絡事故の場合も、事故発生時から４８秒経過した時点という短時間で事故検知を行うことができた。

なお、列車在線がない時に上述の地絡電流を重畳すると、表１のＱ１行が適用され、１５０〜２５０[Ａ]の場合では蓄積単位は「３０」であるから、事故指定値は３００回且つデータ読込み間隔は０．６秒間隔とされているので、６秒という非常に短い時間で事故検知を行うことができる。また、２５０ [Ａ」以上の場合では蓄積単位は「３００」であるから、事故条件蓄積値は事故指定値３００[回]に瞬時に到達するから、事故検知は瞬時に行われる。

以上、実施例１について詳細に説明したが、本発明は実施例１に限定されるものではなく、その特許請求の範囲において様々に変形して実施することができることは勿論である。

ブロック回路図で示した回線電流モニターを含む本発明の実施例１の直流き電回路高抵抗地絡検出システムの概要図である。前記回線電流モニターの処理の流れの一例を示したフローチャート図である。或る線区における通常時の回線電流波形と事故条件蓄積値の変化波形を示した図で、横軸は時間を、縦軸は電流値[Ａ]と事故条件蓄積数[回]を表す。１列車在線時の場合に、地絡抵抗４Ω相当の事故が発生した場合の地絡電流を図３と同じ負荷に重畳した電流波形と事故条件蓄積数の変化を示した図である。回生中に地絡抵抗４Ω相当の事故が発生した場合の地絡電流を図３と同じ負荷に重畳した回線電流波形と事故条件蓄積数の変化波形を示した図である。

符号の説明

１，２母線
３，４，５，６き電引出線
７，８き電線
９，１０，１１，１２高速しゃ断器
１３，１４直流変流器
１５，１６アナログ・デジタル変換器
１７回線電流入力部
１８編成数入力部
１９演算制御部
２０記憶部
２１出力部

Claims

事故条件の蓄積単位を検知対象の直流き電区間における回線電流及び編成数に基づいて設定した負荷判別表を予め記憶する負荷判別表記憶手段、
検知対象の直流き電区間の回線電流を検出する回線電流検出手段、
前記負荷判別表を参照して前記回線電流に対応する蓄積単位を検索する蓄積単位検索手段、
前記蓄積単位を事故条件蓄積値に加算する事故条件蓄積手段、及び、
前記事故条件蓄積値が事故指定値に到達した時に事故検知と判定する事故判定手段
とから構成された直流き電回路高抵抗地絡検出システム。
前記負荷判別表は、最小回線電流値と最大回線電流値の間を区分した複数の電流値幅を列に配置し、編成数を行に配置し、これらの列と行で形成されるマス目に当該編成数における当該電流値幅の回線電流に地絡電流が含まれる可能性を数値化した蓄積単位が配置されたものであることを特徴とする請求項１の直流き電回路高抵抗地絡検出システム。
前記負荷判別表において、通常の負荷電流以外の場合の蓄積単位を通常の負荷電流の場合の蓄積単位よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１又は２の直流き電回路高抵抗地絡検出システム。