JP2007078645A - 交流ａｔき電回路用故障標定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】区間境界の近傍で発生する故障や、上下線タイ開閉器の結合−分離に影響されることなく、故障種別と故障発生区間を確実に判定することにある。
【解決手段】複数のＡＴ区間の両端にそれぞれ配置された標本量測定装置より送信される標本量情報を受信してこれら標本量情報から同一電源グループのＡＴ区間を分類して記憶し、故障発生当該グループの標本量情報を選別して記憶する区間グループ標定情報取得手段１ｂと、この区間グループ標定情報手段により選別して記憶された故障当該グループの標定情報から故障点区間比標定に必要な故障区間両端の標定情報を選別して記憶する故障当該区間情報選別手段１ｃと、この故障当該区間情報選別手段により選別された故障当該区間両端の標本量情報に基づいて故障点区間比を算出する故障点区間比標定手段１ｄと、この故障点区間比標定手段で求めた故障区間距離における故障点標定値に基づいて電車線路の起点から故障点までの絶対距離長を算出する故障点距離算出手段１ｅとを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電気鉄道における交流ＡＴき電回路のＡＴ区間に発生する地絡或いは短絡故障点距離を特定するための交流ＡＴき電回路用故障点標定装置に関する。

一般に交流電気鉄道におけるＡＴき電回路は、図１４に示すような系統構成となっている。

図１４において、鉄道沿線には、き電電源を供給する変電所ＳＳを数１０ｋｍ間隔で備え、双方の変電所電源間をき電区分所ＳＰで区分している。さらに、同一電源区間を限定区分するための補助き電区分所ＳＳＰを設けている。これら変電所ＳＳ及びそれぞれのき電区分所ＳＰ，ＳＳＰには単巻変圧器ＡＴを備えている。

ここで、き電区分所ＳＰで双方向の異なる電源を付き合わせる運転方式を突き合せき電といい、一方の電源を反対方面へ延ばした運転方法を延長き電という。

上記電車線には下り線と上り線があり、上下線は変電所及び各区分所に備える上下線タイ開閉器により分離または結合して運用する。

ＡＴき電回路は、図１５に示すようにトロリ線Ｔ、フィーダ線（き電線）Ｆ、レールＲ及び保護線ＰＷから構成され、約１０ｋｍ間隔で単巻変圧器ＡＴが配置される。また、変電所ＳＳのき電電圧は単巻変圧器ＡＴでトロリ線とレール間電圧を１／２に降圧して電気車に供給している。さらに、トロリ線とレールに流れる電気車電流は単巻変圧器ＡＴで１／２の値に変換されてトロリ線とフィーダ線を帰還し、変電所ＳＳの電源に流れる。

ところで、このようなＡＴき電回路の系統構成において、故障点の標定は、次のようにして行われている。

まず、変電所ＳＳでは、一般的に図１６に示すような電車線の線路短絡インピーダンスが検出される。

図１６に示すように、Ｔ−Ｆ短絡インピーダンスは線路長に対し直線であるが、Ｔ−Ｒ短絡、Ｔ−ＰＷ短絡、Ｆ−ＰＷ短絡及び図示しないＴ、Ｆの地絡故障は、レールと保護線（ＰＷ）の渡り地点を節として上部に膨らむインピーダンス特性を有している。このため、線路リアクタンスから求める故障点標定は、Ｔ−Ｆ短絡以外の故障に対し、標定精度が著しく低下する。また、電車線路の構成からＴ−Ｆ短絡は発生頻度が少なく、故障の多くは碍子せん絡や飛来物によるＴ−Ｒ短絡、Ｔ−ＰＷ短絡、Ｆ−ＰＷ短絡かＴ及びＦの地絡である。

そこで、線路インピーダンスが上部に膨らむ故障については、ＡＴ区間の故障電流がレールＲと保護線ＰＷとで接続される区間両端のＡＴ中性点に流れることを利用して故障点の標定を行っている。

次に図１７にＴ−Ｒ短絡故障の一般的な故障電流分布を示す。

図１７において、トロリ線ＴとレールＲに流れる故障点電流は、故障区間両端のＡＴ中性点に吸上げられ、ＡＴによってき電電圧基準に変換（１／２）された電流が変電所（ＳＳ）に帰還するので、故障区間両端のＡＴは電気車電圧基準の電源として作用する。

また、図１８に故障電流のＡＴ吸上げ原理図を示す。図１８は簡略のため両端ＡＴ₁，ＡＴ₂を同じ電圧、位相の電源とし、き電電圧基準系を無視している。

図１８に示す原理図から故障区間の両端ＡＴの吸上げ電流（Ｉ₁,Ｉ₂）は次式で求まる。

Ｉ₁＝Ｖ_Ｔ・（Ｚ₂）／（Ｚ₁・Ｚ₂＋Ｚ₂・Ｚ₃＋Ｚ₃・Ｚ₁） …… （１）
Ｉ₂＝Ｖ_Ｔ・（Ｚ₁）／（Ｚ₁・Ｚ₂＋Ｚ₂・Ｚ₃＋Ｚ₃・Ｚ₁） …… （２）
ただし、Ｖ_Ｔ：電車線系基準電圧、Ｚ₁：ＡＴ₁と故障点間のインピーダンス、Ｚ₂：ＡＴ₂と故障点間のインピーダンス、Ｚ₃：故障点インピーダンス、Ｄ：ＡＴ区間距離長、Ｘ：故障点距離長
実回路では、変電所ＳＳにき電電圧系基準の電流がＡＴのＴ−Ｆ間に流れることと、Ｚ₁とＺ₂にはＡＴの漏れインピーダンスが含まれることから補正を行うが、上述した（１）、（２）式は、故障電流に対するＡＴの吸上げ電流と故障点距離が直線的な関係となることを示している。

図１９は上述した従来の故障点標定における故障標本量測定装置の構成図である。

図１９は電車線路の上下線に配置される複数のＡＴ区間における任意ＡＴ区間ＡＴ_nを代表例として示している。ＡＴ_n区間両端の故障標本量測定装置ｂは、区間両端の単巻変圧器ＡＴ_n、ＡＴ_n+1のき電電圧と中性点電流を電気量入力としてそれぞれ取り込み、故障発生時の電気量入力を標定情報として測定し、これらの標定情報を遠隔の故障点標定装置ａに標定情報通信ラインを介して送信する。

この故障点標定装置ａは、各ＡＴ区間の両端から送信された故障発生時の標定情報（区間両端のＡＴの中性点電流の値）を取得し、これら取得した標定情報から各区間における両端の標定情報量和を求め、区間両端の標定情報量和の最大値区間を故障当該区間と判定し、この故障区間の両端標本情報から図１８に示した原理に基づいて故障点距離を算出する。

図２０は、図１９に示す従来の故障点標定装置ａにおける故障当該区間の両端の標定情報処理ブロック図である。

また、図２１は、ＡＴ_n区間で発生するトロリ〜レール短絡故障における区間両端の単巻変圧器ＡＴ_n,ＡＴ_n+1の中点吸上電流の状態を示している。つまり、故障当該区間両端の標定情報である。

故障点標定装置ａは、（３）式を用いて故障当該区間（ＡＴ_n区間）の両端の単巻変圧器ＡＴ_n、ＡＴ_n+1の中点吸上電流I_ATn、I_ATn+1の電流比（Ｈｉ）をそれぞれ算出する。これら算出された電流比（Ｈｉ）は、図１８に示す原理図で説明したように、故障点から区間両端の単巻変圧器ＡＴの中点との区間インピーダンスに比例するが、ＡＴ漏れインピーダンスに応じた誤差を含むため、求めた電流比(Ｈｉ)を定数(ｋ)を用い区間距離との直線比例関係に補正して、ＡＴ_n区間長（Ｄ）、起点（絶対基準点）から単巻変圧器ＡＴ_nでの距離(Ｌ_n)それぞれの定数を用いた（４）式により、起点から故障点までの距離(Ｌs)を算出する。

Ｈｉ＝（ＩＡＴ_n+1/（ＩＡＴ_n+ＩＡＴ_n+1）…… （３）
Ｌs＝Ｌ_n+Ｄ・（Ｈｉ−ｋ）/（１−２ｋ）…… （４）
但し、Ｈｉ：故障区間両端のAT吸上電流比
ｋ：ＡＴ漏れインピーダンス補正定数
Ｄ：故障区間の距離
Ｌ_n：起点から故障区間基準端ＡＴまでの距離
Ｌs：起点から故障点までの距離
図２２に（３），（４）式を用いて行う故障標定原理特性を示す。

電流比(Ｈｉ)直線には両端のＡＴ漏れインピーダンスなどの誤差要因となる定量インピーダンスが介在するため、傾き（電流比(Ｈｉ)直線）が生じ、この傾きを定数(ｋ)で補正した直線が区間距離(Ｄ)補正直線である。

このように鉄道き電回路の電車線の上下線は、大別すると電気車に電力を送電するトロリ線Ｔ、フィーダ線Ｆ、レールＲ、保護線ＰＷなどの電力線からなる送電区間、及び上下線をタイ開閉器で結合或いは分離するき電ポストＳＳ、ＳＳＰ、ＳＰから構成されている。

しかるに、故障は多様な個所でＴ、Ｆ地絡故障、或いはＴ−Ｒ短絡故障、Ｔ−ＰＷ短絡故障，Ｆ−Ｒ短絡故障，Ｆ−ＰＷ短絡故障、さらにはＴ−Ｆ短絡故障が発生する。

一方、故障点標定装置には、一旦故障が発生した場合の迅速な復旧処置のために故障発生点の選択性と故障点標定距離の正確性が求められる。

しかしながら、上述したＡＴ区間の両端のAT吸上電流比による故障点標定原理には次に述べる不具合がある。

（ア）Ｔ−Ｆ短絡故障電流は、トロリ線とフィーダ線を帰還し、ＡＴ中性点に流れない。このため、AT吸上電流比標定の原理ではＴ−Ｆ短絡故障点を特定できない。

Ｔ−Ｆ短絡故障は、故障点までの線路インピーダンスが故障点距離とほぼ直線的な関係を示すため、リアクタンス標定は可能であるが、境界点近傍の故障では変電所で検出する故障リアクタンスが両区間とも同等になるので、故障区間を特定することはできない。

また、上述のように、Ｔ−Ｒ短絡、Ｔ−ＰＷ短絡、Ｆ−ＰＷ短絡、及び図示しないＴ、Ｆの地絡故障は、レールＲと保護線ＰＷの渡り地点を節として上部に膨らむため、他の故障種別に対して故障区間の特定は困難である。

（イ）ＡＴ近傍の故障は、ＡＴより起点側の電車線故障、き電ポスト構内故障、ＡＴより終点側の電車線故障の三区間に区分されるが、いずれで発生する故障もＡＴの中性点電流では故障点近傍のＡＴと起点側、終点側それぞれのＡＴとの中性点電流比が均等になるため、故障区間を判別できない。

（ウ）電車線路に配置されるＳＳ、ＳＳＰ、ＳＰには上下線を結合−分離する上下線タイ開閉器を備えている。この上下線タイ開閉器で上下線が結合される場合は故障電流が上下線のＡＴにほぼ半分ずつ流れる。このため、各ＡＴ個所では、上下線ＡＴの中性点電流を合計して区間両端の吸上げ電流比を求めるため、結果として故障発生個所が上り線か下り線であるかを特定できない。

本発明は上記ような問題を解消し、Ｔ−Ｆ短絡故障を含む全故障種別に対し、区間境界の近傍で発生する故障や、上下線タイ開閉器の結合−分離に影響されることなく、故障種別と故障発生区間を確実に判定することができるＡＴき電回路用故障点標定装置を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するため、交流ＡＴき電回路の任意距離区間毎に配備された単巻変圧器ＡＴを境界とする複数のＡＴ区間の両端にそれぞれ配置され且つ各端の電気量を取得して標本量情報として測定する標本量測定装置より通信手段を介して送信される標本量情報をそれぞれ受信して前記ＡＴ区間の故障検知と故障点標定を行う交流ＡＴき電回路用故障点標定装置において、前記各標本量測定装置により測定された標本量情報から同一電源グループのＡＴ区間を分類して記憶し、故障発生当該グループの標本量情報を選別して記憶する区間グループ標定情報取得手段と、この区間グループ標定情報手段により選別して記憶された故障当該グループの標定情報から故障点区間比標定に必要な故障区間両端の標定情報を選別して記憶する故障当該区間情報選別手段と、この故障当該区間情報選別手段により選別された故障当該区間両端の標本量情報に基づいて故障点区間比を算出する故障点区間比標定手段と、この故障点区間比標定手段で求めた故障区間距離における故障点標定値に基づいて電車線路の起点から故障点までの絶対距離長を算出する故障点距離算出手段とを備える。

本発明によれば、Ｔ−Ｆ短絡故障を含む全故障種別に対し、区間境界の近傍で発生する故障や、上下線タイ開閉器の結合−分離に影響されることなく、故障検知と故障発生区間、故障点、故障種別を確実に判定することができる。

以下本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明による故障点標定装置を適用した交流ＡＴき電回路の系統構成図であり、本例では図１４に示す系統構成のＡＴき電回路下り線の任意ＡＴ_n区間を代表として説明する。

図１において、電車線はトロリ線Ｔ、レールＲ、フィーダ線Ｆに代表される電力送電線で構成され、各ＡＴ区間（ＡＴ_n区間）は、単巻変圧器ＡＴが設置される変電所ＳＳ又は、き電区分所ＳＰ或いは、補助き電区分所ＳＳＰなどを境界としてそれぞれ区分される。

図１の任意ＡＴ_n区間の代表例に示したように、ＡＴ_n区間境界点では、境界点両翼のトロリ線Ｔとフィーダ線Ｆに備えた計器用変流器ＣＴ_Tan,ＣＴ_Fan,ＣＴ_Tbn,ＣＴ_Fbn、及び計器用変圧器ＰＴ_nの二次電流と二次電圧を故障標定（電気量）情報として故障標本量測定装置２に導入する。

各ＡＴ境界点の故障標本量測定装置２も同様にそれぞれの区間境界点両翼のトロリ線、フィーダ線の計器用変流器及び計器用変圧器の二次電流と二次電圧をそれぞれ導入する。

これら故障標本量測定装置２に導入された電気量は、ＡＴ区間境界点から両翼区間双方向を基準極性としてそれぞれ示している。

この故障標本量測定装置２は、故障発生時の導入電気量を標定情報として測定し、その標定情報を遠隔の故障点標定装置１に標定情報通信ラインを介して送信する。

故障点標定装置１は、複数のＡＴ区間の各境界点の故障標本量測定装置２と通信して故障発生時の標定情報（ＡＴ区間境界点両翼の電流情報と境界点のき電電圧）を取得し、これらの標定情報から故障標定演算を実行する。

図２は、本発明による故障点標定装置の第１の実施形態における区間流入電流比標定の演算処理ブロック図である。

図２において、故障点標定装置１は、標本量測定装置通信手段１ａを備え、ＡＴき電回路の複数の標本量測定装置（図示せず）と定周期、又は定時及び故障発生時或いは随時通信してそれぞれのＡＴ境界点の標定情報（ＡＴ_０,ＡＴ₁，……ＡＴ_n+3）を取得する。

各標本量測定装置から取得する標定情報は、ＡＴ境界点の系統運用情報（上下線タイ開閉器運用、延長運用）、故障検知情報、電気量情報（境界点の電圧及び両翼トロリ線、フィーダ線電流）である。

グループ区間情報取得手段１ｂは、電車線の起点から終点までの全ＡＴ区間において、各ＡＴ境界点の故障標本量測定装置が検知して送信する系統運用情報と、故障検知信号を取得して次の処理を行う。

（ア）系統運用情報から同一電源区間の故障標本量測定装置をグループ分類して図示しないメモリに記憶し、随時取得する系統運用情報に応じてグループ分類を最新情報に更新する。

（イ）故障検知情報から故障当該グループの故障標本量測定装置に対して順次通信し、各ＡＴ境界点の故障発生時の電気量情報を取得して図示しないメモリに格納する。

（ウ）故障発生時に故障当該グループの全故障標本量測定装置からの電気量情報をメモリに格納した後、故障当該区間情報選別手段１ｃに通知する。

この故障当該区間情報選別手段１ｃは、上記グループ区間情報取得手段１ｂの電気量情報格納終了の通知を受けると次の処理（エ）〜（カ）を行う。

（エ）故障発生当該グループの複数のＡＴ境界点（複数ＡＴ区間）において、図示しないメモリに格納された同一ＡＴ区間両端の電気量情報を順次比較し、正常区間に流れる故障電流は区間外通過で相殺され、故障区間では区間内に流入する原則を応用して区間内流入電流の最大区間、若しくは任意値超過区間を選別する。

図３は、ＡＴ_n区間のトロリ〜レール短絡故障時における故障区間両端のＡＴ境界点の電流分布状態を示し、ＡＴ_n区間両端のトロリ線とフィーダ線は次に示す電流（１），（２），（３）である。

（１）トロリ線とレールの故障点には、区間両端の単巻変圧器(ＡＴ_n、ＡＴ_n+1)の中点に流れる電流(Ｉ_ATn,Ｉ_ATn+1)と、さらに両翼遠端の単巻変圧器ＡＴ（図示しない）、及び電源の中点に帰還する電流（Ｉ_Ra,Ｉ_Rb）が流れ、トロリ線には双方向の電流が流入する。

（２）電源と反対側方向のトロリ線〜レールを流れる電流（Ｉ_ATn+1,I_Rb）は、単巻変圧器ＡＴの巻線比（１／２）に変換された電流値（０．５Ｉ_ATn+1,０．５Ｉ_Rb）でトロリ線とフィーダ線ともに故障区間を通過して電源に帰還する。区間を通過する上記トロリ線電流とフィーダ線電流は逆位相である。

（３）一方、電源側方向のトロリ線〜レールを流れる電流(Ｉ_ATn,Ｉ_Ra)は、故障区間外（電源側）のトロリ線とフィーダ線から電源に帰還する。

故に、故障区間両端のＡＴ境界点両翼の各電気量（トロリ線電流とフィーダ線電流）は、表１に示すような値となる。

つまり、ＡＴ_n故障区間の両端トロリ線とフィーダ線の合成（Ｉ_an+1＋Ｉ_bn+1）から区間流入故障電流が求まる。

（オ）選別された故障発生当該区間の両端ＡＴ境界点の電気量情報を故障標定情報として図示しないメモリに格納する。故障が多重区間で発生した場合は、それぞれの故障区間について故障標定情報を図示しないメモリに格納する。

（カ）故障発生当該グループの全ＡＴ区間の上記故障区間選別処理が終了するとその旨を故障点区間比標定手段１ｄに通知する。

この故障点区間比標定手段１ｄは、上記故障当該区間情報選別手段１ｃの故障区間選別処理終了の通知を受けると、選別された故障当該区間両端の故障標定情報を図示しないメモリより読み出し、その故障標定情報から故障区間両端の合成電流(ΣＩ_n、ΣＩ_n+1)を算出し、この合成電流から故障区間距離に対する区間基準端から故障発生点距離の比率を算出する。

図４に故障区間両端の合成電流比標定の一例を示す。ここで、図示しないメモリより読み出す故障標定情報は、図３で説明したようにＡＴ区間両端のＡＴ境界点の標本量測定装置により測定した事故発生時の電気量情報（ＡＴ境界点の電圧及び両翼トロリ線、フィーダ線電流）である。

故障点区間比標定手段１ｄは、ブロック内に示したアナログ合成回路（原理）で、読み出した故障標定格納情報から（５）,（６）式を用いて故障区間両端の合成電流(ΣＩ_n,ΣＩ_n+1)を算出する。

ΣＩ_n＝I_Tan+I_Fan+I_Tbn＋I_Fbn…… （５）
ΣＩ_n+1＝I_Tan+1+I_Fan+1+I_Tbn+1＋I_Fbn+1…… （６）
但し、ΣＩ_n：ＡＴ_n境界点の算出電流（ＡＴ_n中点吸上げ電流）
Ｉ_Tan：ＡＴ_n境界点の電源側トロリ線電流
Ｉ_Fan：ＡＴ_n境界点の電源側フィーダ線電流
Ｉ_Tbn：ＡＴ_n境界点のＡＴ_n区間側トロリ線電流
Ｉ_Fbn：ＡＴ_n境界点のＡＴ_n区間側フィーダ線電流
ΣＩ_n+1：ＡＴ_n+1境界点の算出電流（ＡＴ_n中点吸上げ電流）
Ｉ_Tan+1：ＡＴ_n+1境界点のＡＴ_n区間側トロリ線電流
Ｉ_Fan+1：ＡＴ_n+1境界点のＡＴ_n区間側フィーダ線電流
Ｉ_Tbn+1：ＡＴ_n+1境界点の電源側トロリ線電流
Ｉ_Fbn+1：ＡＴ_n+1境界点の電源側フィーダ線電流
上記（５）,（６）式の算出値は、表１に示す故障区間両端のＡＴ境界点両翼それぞれの電気量（トロリ線電流とフィーダ線電流）の値から、それぞれ故障区間両端の単巻変圧器(ＡＴ_n,ＡＴ_n+1)の中点吸上げ電流（Ｉ_ATn,Ｉ_ATn+1）であることが分かる。

故障点区間比標定手段１ｄは、次に（７）式を用い、（５）,（６）式で求めた合成電流(ΣＩ_n,ΣＩ_n+1)から故障区間距離に対する故障区間基準端から故障点までの区間距離比率(Ｄ％)を算出する。

なお、（７）式は従来方式と同様にＡＴき電回路における故障区間両端の故障電流分布原理に基づいている。

Ｄ％＝（ΣＩ_n+1）／（ΣＩ_n+ΣＩ_n+1）…… （７）
故障点距離算出手段１ｅは、（８）式を用い、故障点区間比標定手段１ｄで求めた故障点の区間距離比率(Ｈｉ)から電車線の起点から故障点までの距離を算出する。

Ｌｓ＝Ｌ_n+Ｄ・（Ｈｉ−ｋ）／（１−２ｋ）…… （８）
但し、Ｄ％：故障区間両端のＡＴ境界点のトロリ線とフィーダ線両翼合成電流比
ｋ：ＡＴ漏れインピーダンス補正定数
Ｄ：故障区間の距離
Ｌ_n：起点から故障区間基準端ＡＴまでの距離
Ｌｓ：起点から故障点までの距離
このように第１の実施形態では、区間両端のトロリ線とフィーダ線電流のベクトル合成和（区間流入電流）から故障発生区間の検知と故障点標定を行うので、従来の標定方式では困難とされた故障個所（ＡＴ構内・上り線・下り線）の特定と、Ｔ−Ｆ短絡故障の故障点標定が可能になる。

次に本発明による故障点標定装置の第２の実施形態における区間両端差電圧標定を説明する。

第２の実施形態において、演算処理ブロック、及び標本量測定装置通信手段１ａ、 グループ区間情報取得手段１ｂ、 故障当該区間情報選別手段１ｃ、 故障点距離算出手段１ｅはそれぞれ図２に示す故障点標定装置１における区間流入電流比標定と同様な手段により前述同様に作用する。

本実施形態では、故障点区間比標定手段１ｄにおいて、故障当該区間両端の標定情報から両端電圧差と、トロリ線及びフィーダ線の区間端通過電流及び区間流入電流とを算出し、予め定めて記憶した式、定数を用いて故障点の区間距離比を求めるようにしたものである。

上記故障点区間比標定手段１ｄは、故障当該区間情報選別手段１ｃの故障区間選別処理終了の通知を受けると、選別された故障当該区間両端の故障標定格納情報から、図５に示す故障区間両端の電気量情報（Ｖ₁、Ｉ_T1、Ｉ_F1、Ｖ₂、Ｉ_T2、Ｉ_F2）を図示しないメモリより読み出し、次の（９）式を用いて故障区間距離（Ｄ）に対する区間基準端から故障発生点距離の比率(Ｄ％)を算出する。

Ｄ％＝(（ΔＶ）／(Ｚ_L)＋（Ｉ_T2＋α(Ｉ_F2)）)／（(Ｉ_T1+Ｉ_T2)+α(Ｉ_F1＋Ｉ_F2)）……(９)
但し、ＡＴ区間両端電流の極性は、それぞれ区間方向に流れる電流を基準(正極)とし,各記号は以下である。

Ｄ％：基準側ＡＴ境界点から故障点距離の故障区間距離に対する比率
ΔＶ：ＡＴ区間両端の差電圧（基準側ＡＴ境界点電圧Ｖ₁−反基準側ＡＴ境界点電圧Ｖ₂）
Ｚ_L：区間線路インピーダンス（＝トロリ線路インピーダンスＺ_T）
I_T1：基準側ＡＴ境界点の故障区間端トロリ電流（I_Tbn）
I_F1：基準側ＡＴ境界点の故障区間端フィーダ電流（I_Fbn）
Ｉ_T2：反基準側ＡＴ境界点の故障区間端トロリ電流（Ｉ_Tan+1）
Ｉ_F2：反基準側ＡＴ境界点の故障区間端フィーダ電流（I_Fan+1）
α：トロリ線インピーダンスに対するフィーダ線インピーダンス比
また、故障点距離算出手段１ｅは、故障点区間比標定手段１ｄの区間両端差電圧標定原理式（９）で求めた故障点の区間距離比率(Ｈｉ)から図２で述べた区間流入電流比標定と同様に、電車線起点から故障点までの距離を算出する。

次に、図６を用いて上述した故障発生点距離の比率(Ｄ％)を算出する（９）式の原理について説明する。

図６は第２の実施形態におけるＡＴ区間差電圧標定の原理説明図であり、トロリ、レール、フィーダの各電車線インピーダンスを一線のき電回路インピーダンス(Ｚ₁,Ｚ₂)に代表（簡略）したトロリ〜レール短絡故障の電流と電圧分布の一例を示している。

トロリ〜レール間のインピーダンス(Ｚ₃)は、故障インピーダンスである。図はそれぞれ電源電圧(Ｖ)・ＡＴ区間両端のき電電圧(Ｖ₁,Ｖ₂)、ＡＴ区間両端の単巻変圧器（ＡＴ₁、ＡＴ₂）のトロリ線とフィーダ線から電源に帰還する電流（Ｉ₁，Ｉ₂）、単巻変圧器（ＡＴ₁、ＡＴ₂）から変圧比(ｎ)倍となって両端から故障点のトロリー〜レール間に流れる故障電流（ｎＩ₁，ｎＩ₂）、ＡＴ区間両端から故障点までの区間電圧(Ｖ_L1,Ｖ_L2)を示している。原理図からは次の(１０)〜(１３)式に示す関係式が成立する。

Ｖ₁＝(Ｖ)((Ｚ₁)＋(Ｚ₃)＋ｎ²((Ｚ₁)(Ｚ₂)／(Ｚ₁＋Ｚ₂))／((Ｚ_P)＋(Ｚ₁)＋(Ｚ₃)
＋ｎ²((Ｚ₁)(Ｚ₂)／(Ｚ₁＋Ｚ₂))…… （１０）
Ｖ₂＝(Ｖ)((Ｚ₃)＋ｎ²((Ｚ₁)(Ｚ₂)／(Ｚ₁＋Z₂))／((Ｚ_P)＋(Ｚ₁)＋(Ｚ₃)
＋ｎ²((Ｚ₁)(Ｚ₂)／(Ｚ₁＋Ｚ₂))…… （１１）
Ｖ₁−Ｖ₂＝(Ｖ)((Ｚ₁)／((Ｚ_P)＋(Ｚ₁)＋(Ｚ₃)
＋ｎ²((Ｚ₁)(Ｚ₂)／(Ｚ₁＋Ｚ₂)…… （１２）
Ｖ_L1＋Ｖ_L2＝(ｎ(Ｉ₁)＋(Ｉ₂))(Ｚ₁)−(Ｉ₂)(Ｚ₂)
＝Ｖ(Ｚ₁)／(((Ｚ_P)＋(Ｚ₁)＋(Ｚ₃))(Ｚ₁＋Ｚ₂)＋ｎ²((Ｚ₁)(Ｚ₂))／(Ｚ₁＋(ｎ
−１)(Ｚ₂)))…… （１３）
ここで、ＡＴ区間両端の単巻変圧器(ＡＴ₁,ＡＴ₂)の変圧比(ｎ＝２)において、(１２)式に示すＡＴ区間両端差電圧(Ｖ₁−Ｖ₂)は、（１３）式に示す区間インピーダンス(Ｚ₁,Ｚ₂)と区間電流(Ｉ₁,Ｉ₂)から発生する区間差電圧(Ｖ_L1＋Ｖ_L2)と透過するので、（１４）式に示す区間距離（Ｚ_Ｌ）に対する故障点距離比（Ｄ％）の区間差電圧標定原理式が成立する。

ΔＶ＝(ｎ(Ｉ₁)＋(Ｉ₂))(Ｄ％)(Ｚ_Ｌ)−(Ｉ₂)(1-Ｄ％)(Ｚ_Ｌ)
∴ Ｄ％＝((ΔＶ_T／Ｚ_L)＋Ｉ_T2)／(Ｉ_T1＋Ｉ_T2)…… （１４）
但し、ΔＶ_T:ＡＴ区間両端差電圧(＝Ｖ₁−Ｖ₂)
Ｚ_L:ＡＴ区間距離インピーダンス(＝Ｚ₁＋Ｚ₂)
Ｄ％:ＡＴ区間距離に対する故障点距離比（Ｚ₁＝(Ｄ％)Ｚ_L,Ｚ₂＝(１−Ｄ％)Ｚ_L）
Ｉ_T1:ＡＴ区間におけるＡＴ₁境界点のトロリ線電流(＝ｎ(Ｉ₁)＋Ｉ₂)
Ｉ_T2:ＡＴ区間におけるＡＴ₂境界点のトロリ線電流(＝Ｉ₂)
また、図示しないが、フィーダ〜レール短絡故障の場合は図６に示す原理図が上下対象となるので、上記（１４）式のトロリ線電流をフィーダ線電流に置き換えて（１５）式が成立する。

∴ Ｄ％＝((ΔＶ_F／(Ｚ_L)＋(α)(Ｉ_F2))/(α)(Ｉ_F1＋Ｉ_F2)…… （１５）
但し、ΔＶ_F:ＡＴ区間両端差電圧(＝Ｖ₁−Ｖ₂)
α:トロリ線のＡＴ区間インピーダンスに対するフィーダ線区間インピーダンス比
Ｉ_F1:ＡＴ区間におけるＡＴ₁境界点のフィーダ線電流(＝ｎ(Ｉ₁)＋Ｉ₂)
I_F2:ＡＴ区間に置けるＡＴ₂境界点のフィーダ線電流(＝Ｉ₂)
しかるに、（１４）式と（１５）式の合成から前記（９）式が、トロリ〜レール短絡故障、フィーダ〜レール短絡故障、トロリ〜フィーダ短絡故障、トロリ地絡故障、フィーダ地絡故障の全故障種別において、ＡＴ区間距離に対する故障点距離比(Ｄ％)を求める統一原理式として成り立つことが分かる。

次に、実系統のき電回路について説明する。

実際のき電回路は、図７に示すようにトロリＴ、フィーダＦ、レールＲ、保護線ＰＷに代表される多線条回路で構成され、レールＲと保護線ＰＷは相互に均等距離区間毎に渡り線で結合されている。つまり、図６のＡＴ区間差電圧標定の原理図に示すＡＴ区間両端のＡＴ₁,ＡＴ₂の電流帰還回路インピーダンス(Ｚ₁,Ｚ₂)は多線条合成インピーダンス(ΣＺ₁,ΣＺ₂)であり、トロリ〜レール短絡故障における実系統のＡＴ区間インピーダンス例を図８に示す。

図８に示した特性は、凡例順にＡＴ境界点のＴ−Ｆ帰還インピーダンス（Ｖ_１/（ΣＩ_F））、区間距離に対する故障点距離比（(ｋ)Ｚ_L）、ＡＴ区間両端のＡＴ₁,ＡＴ₂の電流帰還回路合成インピーダンス比（ΣＺ₁/（ΣＺ₁＋ΣＺ₂））、区間差電圧標定から求める故障点インピーダンス比（Ｄ％）であり、それぞれ次の特性（キ）、（ク）、（ケ）を有している。

（キ）ＡＴ境界点のＴ−Ｆ帰還インピーダンス（Ｖ_１／（ΣＩ_F））は、前述の従来方式で説明したように、Ｔ−Ｆ短絡の場合は区間長に対し直線(（ｋ）Ｚ_L)であるが、Ｔ−Ｒ短絡、Ｔ−ＰＷ短絡、Ｆ−ＰＷ短絡及び図示しないＴ、Ｆの地絡故障の場合は、区間両端ＡＴ帰還インピーダンス合成とＡＴ変圧比によるＡＴ区間の大きな膨らみとレールと保護線ＰＷの渡り地点を節とした小さな膨らみが重なる。このため、線路リアクタンスから求める故障点距離標定は、Ｔ−Ｆ短絡以外の故障に対し標定精度低下が著しい。

（ク）ＡＴ区間両端の合成インピーダンス比（ΣＺ₁／（ΣＺ₁＋ΣＺ₂））は、区間距離との直線比例関係に対し、片端側の合成インピーダンス（図７の例ではＡＴ₂帰還インピーダンス）にフィーダ線インピーダンス(Ｚ_F)が直列結合するので、ＡＴ区間両端の吸上げ電流比の直線比例関係に対して、故障点距離比例直線に対する傾斜誤差が生じる。

（ケ）区間差電圧標定から求める故障点インピーダンス比（Ｄ％）は、故障点に対する区間両端電流と区間インピーダンスとの比例関係から生じる区間両端の実差電圧と区間両端の実電流、及び既知の値として予め定めた区間インピーダンス定数とから（９）式を用いて故障点を逆算するので原理上の誤差は生じないが、区間インピーダンスの実回路値と既知数として定める区間インピーダンス定数の不整合率が比例直線に傾き誤差を生じさせる。

以上述べたように図８に示した特性は、上述した（キ）ＡＴ境界点のＴ−Ｆ帰還インピーダンス（Ｖ_１／（Ｉ_T1−Ｉ_F1））がき電電圧とき電電流から求める従来の線路リアクタンス標定であり、Ｔ−Ｆ短絡故障に限り有効であるが、上下線が上下タイ開閉器で結合している場合は上下線の線路リアクタンスが半減するため、前方ＡＴ区間の故障を当該区間内の故障と標定する場合が発生する。

従って、電源から故障区間までの健全区間を含めた全ＡＴ区間の故障点標定結果の中から故障が実際に発生した区間の標定値を選別することが必要である。また、上述した（ク）ＡＴ区間両端の合成インピーダンス比（ΣＺ₁／（ΣＺ₁＋ΣＺ₂））は、従来の区間両端ＡＴの吸上げ電流比標定である。

この標定原理は、Ｔ−Ｒ短絡、Ｔ−ＰＷ短絡、Ｆ−ＰＷ短絡、Ｔ地絡、Ｆ地絡の故障点標定に有効であるが、Ｔ−Ｆ短絡故障の場合、故障電流はトロリ〜フィーダ間を帰還するため、AT吸上電流比標定は原理上困難である。さらに、上下線タイ開閉器による突合せき電、或いは延長き電などの系統運用により区間両端のＡＴ台数に応じた吸上げ電流の分流や、無視できない標定誤差要因となる区間外へのトロリ線〜レールを流れる電流などの区間両端で吸上げ電流の総和処置が必要となる。

上述の（ケ）の区間差電圧から故障点インピーダンス比（Ｄ％）を求める本発明の標定方法は、全故障種別に対して故障点標定が有効である。又、健全ＡＴ区間では故障電流が区間両端を通過するため標定値（故障点の区間比）は無効（∞）となる。

一方、故障ＡＴ区間の標定値（故障点の区間比）のみが有効（０．０〜１．０）となる。また、上下タイ開閉器による突合せき電、或いは延長き電などの系統運用による分流岐路変化や区間外へのトロリ線〜レールを流れる電流などの影響も無視できる（原理上影響を受けない）。

つまり、本発明の要点は系統運用変化や区間外レール帰還の結果として区間に流入する故障電流と故障点の区間距離との比例関係で、発生する区間両端の差電圧とから故障点を標定することにある。

このように第２の実施形態では、区間に流入する故障電流と故障点の区間距離との比例関係で発生する区間両端の差電圧とから故障点を算出するので、ＡＴ接続台数や上下線タイ開閉器による突合せき電、或いは延長き電などの系統運用による分流岐路変化や区間外へのトロリ線〜レールを流れる電流などの影響を受けることがなくなる。つまり、従来の標定方式では困難とされた故障個所（ＡＴ構内・上り線・下り線）の特定と、Ｔ−Ｆ短絡故障の故障点標定が可能になり、系統変化に対して安定した精度で故障点を標定することができ。

次に本発明による故障点標定装置の第３の実施形態として、Ｔ分岐（３端子）ＡＴ区間の差電圧標定例について説明する。

第３の実施形態において、演算処理ブロック、及び標本量測定装置通信手段１ａ、 グループ区間情報取得手段１ｂ、故障当該区間情報選別手段１ｃ、故障点距離算出手段１ｅは図２に示す故障点標定装置１における区間流入電流比標定と同様な手段により前述同様に作用する。

本実施形態では、故障点区間比標定手段１において、Ｔ分岐３端子区間の各端の標定情報から、３端子間の両端差電圧及びトロリ線、フィーダ線の区間端通過電流、及びＴ分岐区間流入電流とを算出し、予め定めて記憶したＴ分岐の３端子間に対応する式とＴ分岐点を境界とする３区間それぞれの定数を用いて、３端子間それぞれの故障点区間距離比を算出し、これら３端子間それぞれの故障点区間距離比からＴ分岐点を境界とする３区間における故障発生区間を検知し、検知した故障発生当該区間の故障点区間距離比を標定値とするものである。

故障点区間比標定手段１ｄは、本発明における区間両端差電圧標定演算を行う手段である。この故障点区間比標定手段１ｄは、上記故障当該区間情報選別手段１ｃの故障区間選別処理終了の通知を受けると、図示しないメモリから選別された故障当該区間両端の故障標定情報から、前述した図５と同様に故障当該Ｔ分岐３区間端の電気量情報（３区間端のき電電圧Ｖ₁,Ｖ₂,Ｖ₃及びＴ分岐区間端のトロリ線電流、Ｉ_T1,Ｉ_T2,Ｉ_T3とフィーダ電流Ｉ_F1,Ｉ_F2,Ｉ_F3）を読み出し、各区間１,２,３の故障発生点距離の比率(Ｄ₁,Ｄ₂,Ｄ₃％)を算出する。

図９は、Ｔ分岐（３端子）ＡＴ区間の差電圧標定原理図である。

Ｔ分岐区間は、分岐点を境界として３区間（区間１，２，３）に区分される。各区間端（ＡＴ₁,ＡＴ₂,ＡＴ₃）にはそれぞれ単巻変圧器ＡＴが設置され、図９はＡＴ₁区間端をＴ分岐区間の基準点としている。各区間は、前述した図７のようにトロリ、フィーダ、レール、保護線ＰＷに代表される多線条回路で構成されているが、図９はこれらの多線条回路インピーダンスを簡略のため、一線に代表したそれぞれの区間インピーダンス（Ｚ₁,Ｚ₂,Ｚ₃）で示している。

図中、記号Ｆ₁,Ｆ₂,Ｆ₃は、各区間の起点側から故障点までの区間距離比（Ｄ₁,Ｄ₂,Ｄ₃％）の故障点を示している。また、記号Ｖ₁,Ｖ₂,Ｖ₃は、Ｔ分岐区間の各区間端のき電電圧である。さらに、記号Ｉ₁,Ｉ₂,Ｉ₃は各区間端に流れる故障電流であり、Ｖ_L1,Ｖ_L2,Ｖ_L3はそれぞれの区間インピーダンス（Ｚ₁,Ｚ₂,Ｚ₃）と各区間に流れる故障電流(Ｉ₁,Ｉ₂,Ｉ₃)との関係からＴ分岐点を中心として発生する区間電圧である。

これら各区間故障(Ｆ₁,Ｆ₂,Ｆ₃)において、図９の原理図に示す各区間端の電圧(Ｖ₁,Ｖ₂,Ｖ₃)、電流(Ｉ₁,Ｉ₂,Ｉ₃)、区間インピーダンス(Ｚ₁,Ｚ₂,Ｚ₃)及び故障点(ｋ)の関係について、次の（コ）、（サ）、（シ）の（１６）,（１７）,（１８）式に示す、各区間の故障点区間比（Ｄ₁,Ｄ₂,Ｄ₃％）を求める関係式が成り立つ。

但し、Ｚ₁＝Z_L, Z₂＝αZ_L, Z₃＝βZ_L,
（コ）区間１故障（Ｆ₁）の故障点区間比（Ｄ％）を求める関係式
Ｖ₁−Ｖ₂＝Ｖ_L1＋Ｖ_L2＝(Ｄ₁％)(Ｚ_L1)(Ｉ₁)−(Ｉ-Ｄ₁％)(Ｚ_L1)(Ｉ₂+Ｉ₃)−(Ｚ_L2)(Ｉ₂)
(Ｄ₁％)＝((Ｖ₁−Ｖ₂)＋(Ｚ_L1＋Ｚ_L2))(Ｉ₂)＋(Ｚ_L1)(Ｉ₃))/(Ｚ_L1)（Ｉ₁＋Ｉ₂＋Ｉ₃）
(Ｄ₁％)＝((Ｖ₁−Ｖ₂)/Ｚ_L)＋(1＋α)(Ｉ₂)＋(Ｉ₃))／（Ｉ₁＋Ｉ₂＋I₃）…… （１６）
（サ）区間２故障（Ｆ₂）の故障点区間比（Ｄ₂％）を求める関係式
Ｖ₁−Ｖ₂＝Ｖ_L1＋Ｖ_L2＝(Ｚ_L1)(Ｉ₁)＋(Ｄ₂％)(Ｚ_L2)(Ｉ₁＋Ｉ₃)−(１−Ｄ₂％)(Ｚ_L2)(Ｉ₂)
(Ｄ₂％)＝((Ｖ₁−Ｖ₂)＋(Ｚ_L2))(Ｉ₂)−(Ｚ_L1)(Ｉ₁))／(Ｚ_L2)（Ｉ₁＋Ｉ₂＋I₃）
(Ｄ₂％)＝((Ｖ₁−Ｖ₂)／Ｚ_L)＋α(Ｉ₂)−(Ｉ₁))／α（Ｉ₁＋Ｉ₂＋Ｉ₃）…… （１７）
（シ）区間３故障（Ｆ₃）の故障点区間比（Ｄ₃％）を求める関係式
Ｖ₁−Ｖ₃＝Ｖ_L1＋Ｖ_L3＝(Ｚ_L1)(Ｉ₁)＋(Ｄ₃％)(Ｚ_L3)(Ｉ₁+Ｉ₂)−(１−Ｄ₃％)(Ｚ_L3)(Ｉ₃)
(Ｄ₃％)＝((Ｖ₁−Ｖ₃)＋(Ｚ_L3))(Ｉ₃)−(Ｚ_L1)(Ｉ₁))／(Ｚ_L3)（Ｉ₁＋Ｉ₂＋Ｉ₃）
(Ｄ₃％)＝((Ｖ₁−Ｖ₂)／Ｚ_L)＋β(Ｉ₃)−(Ｉ₁))／β（Ｉ₁＋Ｉ₂＋Ｉ₃）…… （１８）
上述した各区間の故障点区間比を求める(１６),(１７),(１８)式の関係式は、当該区間の故障において原理上故障点を正確に標定できるが、一方で他の区間故障の場合には正確な故障点比を求めることができない。Ｔ分岐区間で発生する故障はＴ分岐点（３区間の中心）、または３区間内の何処かで発生している。

しかるに、本発明の第３の実施形態では、上記(１６),(１７),(１８)式の故障区間比の関係式で求めた値を用い、次に示す（１９）,（２０）の結果から故障区間を次に示す方法（４）、（５）、（６）で判定し、故障区間に応じた関係式で求めた故障点区間比を選別する。

(ΣＤ％)＝(Ｄ₂％)＋(Ｄ₃％)…… （１９）
(ΔＤ％)＝(Ｄ₂％)−(Ｄ₃％)…… （２０）
判定方法
（４）Ｄ％≦ｋの場合……区間１故障（故障点区間比（Ｄ₁％）の標定値を選別）
（５）ΣＤ％≧ｋで、且つΔＤ％≧ｋの場合……区間２故障（故障点区間比（Ｄ₂％）の標定値を選別）
（６）ΣＤ％≧ｋで、且つΔＤ％≦ｋの場合……区間３故障（故障点区間比（Ｄ₂％）の標定値を選別）
但し、ｋの値は０近似の任意値とする。（原理上は０である）
以上述べた本発明によるＴ分岐区間差電圧標定の特性例を図１０に示す。

図１０において、グラフ横軸は順に区間１,２,３の各区間に対する故障点比率であり、縦軸は（１６）,（１７）,（１８）で求めた故障点標定比率の値である。

また、グラフ凡例記号の（Ｆ_１故障）、（Ｆ₂故障）、（Ｆ₃故障）は、それぞれグラフ上段の故障発生区間領域に対する故障区間判定結果を凡例記号で示すもので、縦軸の数値とは関係しない。

（１６）式で求める区間１故障（Ｆ₁）の故障点区間比は、グラフ凡例記号の（Ｄ₁％）であり、（１７）式で求める区間２故障（Ｆ₂）の故障点区間比は、（Ｄ₂％）、（１８）式で求める区間３故障（Ｆ₃）の故障点区間比は、（Ｄ₃％）である。

各区間の故障点標定(Ｄ₁％, Ｄ₂％, Ｄ₃％)は、当該区間の故障に対しては正確な故障点比率を算出する一方で他区間の故障標定が不可能であることが分かる。また、上記（１９）,（２０）の結果を用いて行う故障区間判定論理は、故障区間を的確に選別し、故障区間に応じた標定関係式の標定結果(Ｄ％)を選別している。

故に、故障区間と故障当該区間標定値とを選別する本発明による標定原理を用いれば正確にＴ分岐区間領域で発生する故障点を正確に標定することが可能である。

次に実回路（多線条）における本発明のＴ分岐区間の差電圧標定による原理式の応用例を説明する。

Ｔ分岐３区間における実際のき電回路は、図７と同様にトロリ、フィーダ、レール、保護線ＰＷに代表される多線条回路で構成され、レールと保護線(ＰＷ)は相互に均等距離区間毎に渡り線で結合されている。つまり、図６のＡＴ区間差電圧標定の原理図での説明と同様に、Ｔ分岐３区間端もＡＴ₁,ＡＴ₂、ＡＴ₃の各電流帰還回路インピーダンス(Ｚ₁,Ｚ₂,Ｚ₃)は他条線合成インピーダンス(ΣＺ₁,ΣＺ₂,ΣＺ₃)である。

このように系統運用変化や区間外への帰還回路及び故障種別に応じて合成インピーダンスは複雑・多様に変化し、故障電流値や３区間端の分流比も多様に変化する。３区間端の分流比や合成インピーダンスがそれぞれどのように変化しても、結果として故障電流は区間内に流入するので図９で示した本発明の標定原理を応用できる。

しかしながら、故障区間に流入する実回路の故障電流はトロリ線、又はフィーダ線、或いは両線から故障点に流入するので、３区間端のトロリ線電流とフィーダ線電流、及び故障点区間距離との比例関係で発生する３区間端の差電圧を関数とする故障点比率との関係式で求めることが必要となる。

実回路における各区間１，２，３の区間インピーダンス関係式を次の（７），（８）,（９）に示し、本発明の第３の実施形態では、これら関係式（ス）、（セ）、（ソ）を展開して成り立つ（２１）,（２２）,（２３）式を用いて故障点区間比（Ｄ₁,Ｄ₂,Ｄ₃％）を標定する。

（７）Ｚ_L1＝（Ｚ_T1＋Ｚ_F1）,Ｚ_L2＝（Ｚ_T2＋Ｚ_F2）,Ｚ_L3＝（Ｚ_T3＋Ｚ_F3）
（８）Ｚ_F1＝(τ₁)Ｚ_T1,Ｚ_F2＝(τ₂)Ｚ_T2,Ｚ_F3＝(τ₃)Ｚ_T3
（９）Ｚ_L1＝(１＋τ₁)Ｚ_T1,Ｚ_L2＝α(１＋τ₂)Ｚ_T1,Ｚ_L3＝β(１＋τ₃)Ｚ_T1
但し、Ｚ_T:トロリ線インピーダンス,Ｚ_F:フィーダ線インピーダンス,
τ：トロリ線に対するフィーダ線のインピーダンス比,１,２,３:それぞれの区間区分
α:区間１と区間２の距離比、β：区間１と区間２の距離比
ここで、簡略のため、各区間インピーダンスは均等に分布し、各区間のトロリ線に対するフィーダ線のインピーダンス比τ₁, τ₁₂, τ₃は同一（τ₁=τ₂=τ₃=τ）とする。

（ス）実回路における区間１故障（Ｆ₁）の故障点区間比（Ｄ₁％）を求める関係式
Ｖ₁−Ｖ₂＝Ｖ_L1＋Ｖ_L2＝(Ｄ₁％)(Ｚ_L1)(Ｉ₁)−(１−Ｄ₁％)(Ｚ_L1)(Ｉ₂＋Ｉ₃)−(Ｚ_L2)(Ｉ₂)
＝(Ｄ₁％)(Ｚ_T1)(Ｉ_T1＋(τ₁)Ｉ_F1)−(１−Ｄ₁％)(Ｚ_T1)(Ｉ_T2＋(τ₂)Ｉ_F2＋Ｉ_T3
＋(τ₃)Ｉ_F3)−α(Ｚ_T1)(Ｉ_T2＋(τ₂)Ｉ_F2)
(Ｄ₁％)＝((Ｖ₁−Ｖ₂)／Ｚ_T1＋(１＋α)(Ｉ_T2＋τ(Ｉ_F2)＋Ｉ_T3＋τ(Ｉ_F3))／(（I_T1+I_T2+I_T3）
＋τ（Ｉ_F1＋Ｉ_F2＋Ｉ_F3）…… （２１）
（セ）実回路における区間２故障（Ｆ₂）の故障点区間比（Ｄ₂％）を求める関係式
Ｖ₁−Ｖ₂＝Ｖ_L1＋Ｖ_L2＝(Ｚ_L1)(Ｉ₁)＋(Ｄ₂％)(Ｚ_L2)(Ｉ₁＋Ｉ₃)−(１−Ｄ₂％)(Ｚ_L2)(Ｉ₂)
(Ｄ₂％)＝((Ｖ₁−Ｖ₂)／Ｚ_T1＋α(Ｉ_T2−Ｉ_T1＋τ(Ｉ_F2−Ｉ_F1))／α(（Ｉ_T1＋Ｉ_T2＋Ｉ_T3）
＋τ（I_F1+I_F2+I _F3）…… （２２）
（ソ）実回路における区間３故障（Ｆ₃）の故障点区間比（Ｄ₃％）を求める関係式
Ｖ₁−Ｖ₃＝Ｖ_L1＋Ｖ_L3＝(Ｚ_L1)(Ｉ₁)＋(Ｄ₃％)(Ｚ_L3)(Ｉ₁＋Ｉ₂)−(１−Ｄ₃％)(Ｚ_L3)(Ｉ₃)
(Ｄ₃％)＝((Ｖ₁−Ｖ₂)／Ｚ_T1＋β(Ｉ_T3−Ｉ_T1＋τ(Ｉ_F3−Ｉ_F1))／β(（Ｉ_T1＋Ｉ_T2＋Ｉ_T3）
＋τ（Ｉ_F1＋Ｉ_F2＋Ｉ_F3）)…… （２３）
このように第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に本発明による故障点標定装置の第４の実施形態として、同一ＡＴ区間に異なる線路インピーダンス区分を有する異線種区分ＡＴ区間に対する原理式の応用例を説明する。

実際のき電回路は、山間・渓谷・河川など立地・周囲条件による電車線路構成の違いにより同一ＡＴ区間が異なるインピーダンス線路で結合される場合が多い。

図１１はこのような異なるインピーダンス線路で結合されるＡＴ区間の一例として線種区分１（トンネル）と線種区分２の結合を示し、図１２は、図１１におけるインピーダンス比（線種区分１：線種区分２＝１：２）と距離比（線種区分1：線種区分２＝１３：７）から求めた本発明の標定原理特性を示したものである。

図１１において、線種区分1（ｄ１）区間はトロリＺ_T1、フィーダＺ_F1、レールＺ_R1,（本図ではレールと保護線(ＰＷ)の均等距離区間毎に渡り線で結合を省略し、一線表示している）で代表される多線条回路で構成され、線種区分２（ｄ２）区間はトロリＺ_T2、フィーダＺ_F2、レールＺ_R2、で代表される多線条回路で構成される。つまり、同一ＡＴ区間が異種のインピーダンスと距離で結合されると、ＡＴ区間基準端から故障点までの故障点距離比(Ｄ％)とインピーダンス比(Ｚ_F)との直線比例関係が崩れる。

即ち、図１２に示すように、故障点距離比(Ｚ_F)が比例直線で有るに対し、インピーダンス比(Ｚ_F)は線種区分の結合点を節として直線の傾斜が変わる。従って、ＡＴ区間インピーダンスが区間全域に均等分布することを前提とした計算では標定誤差が生じることになる。

そこで、本発明による方式は、それぞれの線種区分毎に各当該区分（ｄ１,ｄ２）上で発生する故障を前提とする（２４），（２５）式を用いた標定式により求めたそれぞれの標定値(ｄ₁％,ｄ₂％)から故障発生の線種区分を選別し、この選別された線種区分の標定結果から全区間距離に対する故障点距離比(Ｄ％)を求める。

Ｖ₁−Ｖ₂＝(ｄ₁％)（(Ｉ_T1)(Ｚ_T1)＋(Ｉ_F1)(Ｚ_F1)）−(Ｉ_T2)（１−ｄ₁％）(Ｚ_T1)＋Ｚ_T2)−(Ｉ_F2)（(１−ｄ₁％)(Ｚ_F1)＋Ｚ_F2）
∴ｄ₁％＝((Ｖ₁−Ｖ₂)／Ｚ_T1＋(１＋ε)(Ｉ_T2＋(τ)Ｉ_F2))／(Ｉ_T1＋Ｉ_T2)
＋(τ)(Ｉ_F1＋Ｉ_F2)…… （２４）
Ｖ₁−Ｖ₂＝(Ｉ_T1)(Ｚ_T1)＋(Ｉ_F1)(Ｚ_F1)＋(ｄ₂％)（(Ｉ_T1)(Ｚ_T2)＋(Ｉ_F1)(Ｚ_F2)）
−(１−ｄ₂％)（((Ｉ_T2)(Ｚ_T2)＋(Ｉ_F2)(Ｚ_F2))
∴ｄ₂％＝((Ｖ₁−Ｖ₂)／Ｚ_T1＋(ε)(Ｉ_T2＋(τ)Ｉ_F2))
−(１／ε)(Ｉ_T1＋(τ)Ｉ_F1))/(ε)((Ｉ_T1＋Ｉ_T2)＋(τ)(Ｉ_F1＋Ｉ_F2))…… （２５）
但し、各区間のインピーダンスは均等分布とし、
ε：区間距離比（トンネル区間基準）
τ：フィーダ線路インピーダンス比（トロリ線路基準）
（２５）,（２６）で求めた値から故障発生の線種区分を次のように選別する。
線種区分1故障を選別するための論理
ｄ₁％≦１, 又はｄ₂％≦0, 又はｄ₁％×ｄ₂％≦０
次に故障発生区分が線種区分１の場合は、（２６）式、線種区分1でない場合（＝線種区分２）は（２７）式を用いて故障点距離比(Ｄ％)を算出する。
[線種区分1故障]
Ｄ％＝(ｄ₁％)((ｄ₁)／(ｄ₁＋ｄ₂)))…… （２６）
[線種区分２故障]
Ｄ％＝((ｄ₂％)(ｄ₂)＋(ｄ₁))／(ｄ₁＋ｄ₂)))…… （２７）
このように第４の実施形態では、従来方式では困難とされていた異なる線種（異なる線路インピーダンス）で区分される区間において、線種インピーダンスと通過電流との比例関係で生じる差電圧と区間通過電流と区間流入電流とをそれぞれ線種区分上で発生する故障の標定関係式で線種区分の故障点距離比を算出し、線種区分の故障点距離比の算出値から故障発生当該線種区分の故障標定値を選別するので、故障個所（ＡＴ構内・上り線・下り線）の特定と、Ｔ−Ｆ短絡故障の故障点標定が可能になり、系統変化に対し安定した精度で故障点を標定することができる。

次に、本発明による故障点評定装置の第５の実施形態として、ＡＴ区間のインピーダンス定数の算出、及び補正の方法について説明する。

上述したＡＴ区間の差電圧標定方式（区間端の差電圧、区間端の通過電流、既知数定める区間インピーダンスインピーダンス定数を関数として故障点の区間距離比を求める方法）は既知数として定めた区間インピーダンス定数と実回路インピーダンス値の不整合率が故障点の標定誤差に影響する。

差電圧標定方式の標定値は、区間端に発生する差電圧成分と区間通過電流比からなり、既知数として定めたインピーダンス定数の不整合率は差電圧に誤差を発生させるが、区間通過電流比で抑制されるので定数不整合率に比べて標定誤差率は縮小するものの、既知数として定めた定数値が実回路値に近く、インピーダンス不整合率から発生する標定誤差が無視できる範囲であることが重要になる。

一方、き電回路は他条線で構成されている。このため故障種別に応じた電流帰還岐路により電流帰還線相互インピーダンスは一定しない。

従って、机上計算から求めた定数値を実回路値と一致させることは困難である。つまり、既知数として定める区間インピーダンス定数は実際回路におけるＡＴ区間の差電圧とＡＴ区間通過電流から求めれば理想的な値を得ることができる。

図１３はＡＴ区間のインピーダンス算出原理図であり、実回路における任意ＡＴ区間と置き換える。区間のトロリ線とフィーダ線夫々の区間両端には端巻き変圧器ＡＴ₁,ＡＴ₂が接続され、それぞれの区間端電圧Ｖ₁,Ｖ₂が発生している。故障点は基準端から任意区間距離比（Ｄ％）地点で発生している。

区間両端の端巻き変圧器ＡＴ₁,ＡＴ₂は区間距離に応じた区間インピーダンスで結合され、トロリ、フィーダ線それぞれの故障点(Ｄ％)から基準端、及び反基準端までのインピーダンスはそれぞれ（Ｄ％Ｚ_T）,((１−Ｄ％)Ｚ_T),（Ｄ％Ｚ_F）,((１−Ｄ％)Ｚ_F)である。

各区間端のトロリ線とフィーダ線には、故障電流Ｉ_T1,Ｉ_T2,Ｉ_F1,Ｉ_F2がそれぞれ流れている。図１３の上述した関係に於いて（２８）式の原理式が成立する。

Ｖ₁−Ｖ₂＝（Ｖ_T1＋Ｖ_F1）−（Ｖ_T2＋Ｖ_F2）
＝(Ｄ％)（(Ｉ_T1)(Ｚ_T)＋(Ｉ_F1)(Ｚ_F)）−(１−Ｄ％)((Ｉ_T2)(Ｚ_T)＋(Ｉ_F2)(Ｚ_F))
＝（(Ｄ％)(Ｉ_T1＋Ｉ_T2)−(Ｉ_T2)）(Ｚ_T)＋（(Ｄ％)(Ｉ_F1＋Ｉ_F2)−(Ｉ_F2)）(Ｚ_F)
∴ ΔＶ＝Ａ（Ｚ_T）＋Ｂ（Ｚ_F）…… （２８）
但し、ΔＶ＝Ｖ₁−Ｖ₂、Ａ＝（(Ｄ％)(Ｉ_T1＋Ｉ_T2)−(Ｉ_T2)），
Ｂ＝（(Ｄ％)(Ｉ_F1＋Ｉ_F2)−(Ｉ_F2)）
上記（２８）式は、故障点(Ｄ％)を既知数としてＡＴ区間両端の電圧(Ｖ₁,Ｖ₂)と電流(Ｉ_T1,Ｉ_T2,Ｉ_F1,Ｉ_F2)、これら二組の実測値から区間インピーダンス(Ｚ_T,Ｚ_F)が求まることを示している。二組の実測値の故障点比率を（Ｄ％）、（Ｄ％^m）とすると、それぞれの実測値による関係式（１０），（１１）から（２９）,（３０）式のインピーダンス算出原理式が成り立つ。

（１０） ΔＶ＝Ａ（Ｚ_T）＋Ｂ（Ｚ_F）
（１１）ΔＶ^m ＝ Ａ^m（Ｚ_T）＋Ｂ^m（Ｚ_F）
Ｚ_T＝（（△Ｖ）（Ｂ^m）−(△Ｖ^m)（Ｂ））／（（Ａ）（Ｂ^m）−（Ａ^m）（Ｂ））…… （２９）
Ｚ_F＝（（△Ｖ（（Ａ^m）−（△Ｖ^m）（Ａ））／（（Ａ^m）（Ｂ）−（Ａ）（Ｂ^m））… （３０）
しかるに、故障点の区間比率が明らかな、ＡＴ区間における人工故障試験の実測値や、実際に発生した過去の故障記録情報から上述の（２９）,（３０）式を用いて、実回路の区間インピーダンスを求め、求めた値を本発明の差電圧標定における予め定める区間インピーダンス定数とすれば、より正確な故障点標定が可能である。

このように第５の実施形態では、ＡＴ区間の差電圧標定方式は区間端の差電圧、区間端の通過電流、既知数として定める区間インピーダンスインピーダンス定数を実際回路におけるＡＴ区間の差電圧とＡＴ区間通過電流から求めるので、理想的な値を容易に得ることが可能となる。

本発明による故障点標定装置を適用した交流ＡＴき電回路の系統構成図。 本発明による故障点標定装置の第１の実施形態における区間流入電流比標定の演算処理ブロック図。 同実施形態において、ＡＴ_n区間のトロリ〜レール短絡故障時における故障区間両端のＡＴ境界点の電流分布状態を示す図。 同実施形態において、故障区間両端の合成電流比標定の一例を説明するための図。 本発明による故障点標定装置の第２の実施形態として、差電圧標定における故障区間両端の選別例を説明するための図。 同実施形態におけるＡＴ区間差電圧標定の原理を説明するための図。 実系統における故障区間の電圧と電流の状態を示す図。 同実施形態において、故障点距離の区間距離比と区間インピーダンス比の関係を示す特性図。 本発明による故障点標定装置の第３の実施形態として、Ｔ分岐ＡＴ区間の差電圧標定原理を説明するための図。 同実施形態において、Ｔ分岐区間差電圧標定の特性例を示す図。 本発明による故障点標定装置の第４の実施形態として、異線種区分ＡＴ区間の差電圧標定を説明するための系統構成図。 同実施形態における異線種区分ＡＴ区間の差電圧標定特性図。 本発明による故障点標定装置の第５の実施形態を説明するためのＡＴ区間のインピーダンス算出原理図。 従来の交流電気鉄道におけるＡＴき電回路を示す系統構成図。 交流ＡＴき電回路の原理図。 交流ＡＴき電回路のインピーダンス特性図。 交流ＡＴき電回路において、Ｔ−Ｒ短絡故障の一般的な故障電流分布を説明するための図。 故障電流のＡＴ吸上げ原理を説明するための等価回路図。 従来の故障点標定装置を適用した系統構成図。 従来の故障点標定装置の処理ブロック図。 従来の故障点標定装置における標本量情報の説明図。 従来の故障点標定原理を説明するための特性図。

符号の説明

１…故障点標定装置、１ａ…標本量測定装置通信手段、１ｂ…グループ区間情報取得手段、１ｃ…故障当該区間情報選別手段、１ｄ…故障点区間比標定手段、１ｅ…故障点距離算出手段、２…電気量情報測定装置

Claims (5)

1. 交流ＡＴき電回路の任意距離区間毎に配備された単巻変圧器ＡＴを境界とする複数のＡＴ区間の両端にそれぞれ配置され且つ各端の電気量を取得して標本量情報として測定する標本量測定装置より通信手段を介して送信される標本量情報をそれぞれ受信して前記ＡＴ区間の故障検知と故障点標定を行う交流ＡＴき電回路用故障点標定装置において、
   前記各標本量測定装置により測定された標本量情報から同一電源グループのＡＴ区間を分類して記憶し、故障発生当該グループの標本量情報を選別して記憶する区間グループ標定情報取得手段と、
   この区間グループ標定情報手段により選別して記憶された故障当該グループの標定情報から故障点区間比標定に必要な故障区間両端の標定情報を選別して記憶する故障当該区間情報選別手段と、
   この故障当該区間情報選別手段により選別された故障当該区間両端の標本量情報に基づいて故障点区間比を算出する故障点区間比標定手段と、
   この故障点区間比標定手段で求めた故障区間比に基づいて電車線路の起点から故障点までの絶対距離長を算出する故障点距離算出手段と、
   を備えたことを特徴とする交流ＡＴき電回路用故障点標定装置。
2. 請求項１記載の交流ＡＴき電回路用故障点標定装置において
   前記故障点区間比標定手段は、故障当該区間両端の標定情報から両端電圧差と、トロリ線及びフィーダ線の区間端通過電流及び区間流入電流とをそれぞれ算出し、これらの算出結果をもとに予め定められた関係式と定数を用いて故障点の区間距離比を求めることを特徴とする交流ＡＴき電回路用故障点標定装置。
3. 請求項１記載の交流ＡＴき電回路用故障点標定装置において
   前記故障点区間比標定手段は、Ｔ分岐３端子区間の各端の標定情報から、３端子の各端子の両端差電圧及びトロリ線、フィーダ線の区間端通過電流及びＴ分岐区間流入電流とをそれぞれ算出し、これらの算出結果をもとに予め定められたＴ分岐の３端子間に対応する関係式とＴ分岐点を境界とする３区間それぞれの定数を用いて３端子間の故障点区間距離比をそれぞれ算出し、これら３端子間の故障点区間距離比からＴ分岐点を境界とする３区間における故障発生区間を検知し、この検知した故障発生当該区間の故障点区間距離比を標定値とすることを特徴とするＡＴき電回路用故障点標定装置。
4. 請求項２又は請求項３記載のＡＴき電回路用故障点標定装置において、
   前記故障点区間比標定手段は、異なるインピーダンスの線路（線種）で結合されるＡＴ区間を線種区分毎に予め定められた線種区分上で発生する故障を前提とする関係式と線種区分定数を用いて故障点区間距離比を算出し、これら各線種区分毎の故障点区間距離比から故障発生の線種区分を検知し、この検知した故障発生当該線種区分の故障点区間距離比を標定値とすることを特徴とするＡＴき電回路用故障点標定装置。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のＡＴき電回路用故障点標定装置において、
   前記故障点区間比標定手段は、実回路で行う人工故障試験の故障標定情報、又は実回路における過去の故障標定情報から、故障発生点の区間比率を既知数として予め定めた関係式から求め、その値を区間インピーダンス定数として定めることを特徴とするＡＴき電回路用故障点標定装置。

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