JP2009543529A - Ｄｃ牽引力供給システム用のデルタｉ地絡保護リレーシステム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣ牽引力供給システム用のデルタI地絡保護リレーシステム、及び、地絡事故が発生しているフィーダーを予測可能な前記リレーシステムの制御方法を提供する。
【解決手段】
本発明は、ＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステム及び前記リレーシステムの制御方法に関し、ＤＣ牽引力供給システム内で地絡事故が発生した際に地絡が発生しているフィーダーを予測し、最初に予測フィーダーを遮断することで事故による損害を最小限に抑え、地絡が実際に発生しているフィーダーを迅速且つ正確に決定するものである。本発明の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムは、一つ又はそれ以上の地絡検知ユニット（２０ａ、２０ｂ及び２０ｃ）、一つ又はそれ以上のフィーダー特定ユニット（３０ａ、３０ｂ又は３０ｃ）、及び、一つ又はそれ以上の地絡フィーダー制御ユニット（４０ａ、４０ｂ又は４０ｃ）を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、概して、ＤＣ牽引力供給システム用のデルタI地絡保護リレーシステム及び前記リレーシステムの制御方法に関するものであって、より詳細には、地絡事故がＤＣ牽引力供給システム内で発生した際に地絡が発生しているフィーダーを予測し、予測フィーダーを最初に遮断することで事故による損害を最小限に抑え、地絡が実際に発生しているフィーダーを迅速且つ正確に決定できるものである。

概して、電気鉄道は鉄道列車を運行するために必要な電力を、頭上のライン、又は、第三レール及び電力伝送路としての標準のレールによって供給される。鉄道列車への電力供給のための電力電送方法は、主に直流（ＤＣ）電力供給タイプ、及び交流（ＡＣ）電力供給タイプに分類される。

電力供給タイプの内ＤＣ電力供給タイプでは、長い鉄道線路の端部にまで規定電圧を安定して供給するために、変電所が適切な間隔で配置される。各変電所では、様々な設備を保護し公共の安全を確保するために、列車の走行中に予期しない事故により地絡事故が発生した際に、電力供給を遮断するよう地絡保護リレーが設置されている。

例えば、図１に示すようにＤＣマイナスバスは、地下に埋め込まれた金属装置等の電食防止のため非接地とされるが、地絡保護リレー６４Ｐ内の接地抵抗器Ｒを介して接地されるので、接地抵抗器Ｒの両端における電圧は、地絡電流Igが接地抵抗器Ｒを通って流れる際に測定され、その測定電流を所定基準値と比較することで地絡が発生しているか判断する。

更に、図２に示すように地絡事故が発生した際、例えば頭上のラインである上りライン上の所定場所で、地絡保護リレー１０ａ、１０ｂ及び１０ｃが地絡を検知し、対応する変電所のフィーダーＬＤ、ＬＵ、ＲＤ及びＲＵの全てに対応するブレーカ１２ａ、１２ｂ又は１２ｃが遮断される。

しかし、このような従来の地絡保護の仕組みによれば、地絡事故が変電所Ｂ Ｂ_サブと変電所Ｃ Ｃ_サブ間の上りラインで発生した際に、変電所Ｂ Ｂ_サブのブレーカ１２ｂ間でＲＵフィーダーに対応するブレーカのみ、及び、変電所Ｃ Ｃ_サブのブレーカ１２ｃ間でＬＵフィーダーに対応するブレーカのみが遮断されなければならないが、地絡事故により地電位がマイナスバスであるＤＣ（−）より高くなることで、前述したように地絡保護リレー１０ｂ及び１０ｃが作動されると、変電所Ｂ Ｂ_サブのブレーカ１２ｂ、及び変電所Ｃ Ｃ_サブのブレーカ１２ｃの全てが遮断されてしまう。

更に、変電所Ａ Ａ_サブの地絡保護リレー１０ａに加えて、図示しない他の変電所の地絡保護リレーは、複数の変電所の全てのブレーカが遮断されるよう作動することが多く、問題である。

すなわち、地絡事故が発生した箇所を正確に判断することが困難であるので、地絡事故に無関係な正常箇所への電力供給までが遮断され、鉄道列車の運行が広範囲に及び阻害されることで地絡事故の影響が不必要に増大されて問題である。特に、鉄道列車が橋、地下、及びトンネル内等を運行中にそのような地絡事故が発生した場合、乗客及び列車の安全が深刻な危険にさらされる可能性がある。

従って、本発明は前述の問題を鑑みるものであって、ＤＣ牽引力供給システム用のデルタI地絡保護リレーシステム、及び、地絡事故が発生しているフィーダーを予測可能な前記リレーシステムの制御方法を提供することを目的とし、本発明は、地絡事故がＤＣ牽引力供給システム内で発生した際に最初に予測フィーダーを遮断することができるため、事故による損害を最小限に抑え、地絡が実際に発生しているフィーダーを迅速且つ正確に決定することができるものである。

上記目的を達成するための本発明の１つの実施形態によれば、直流（ＤＣ）牽引力供給システム用のデルタI（ΔI）地絡保護リレーシステムであって、ＤＣ牽引力供給システム内での地絡事故を検知し、地絡事故が検知された際に、関連変電所の地絡電流値を検出する、１つ又はそれ以上の接地スイッチを短絡する１つ又はそれ以上の地絡検知ユニット、地絡電流検出用の接地スイッチ短絡の際に検出される複数のフィーダーの地絡電流値を互いに比較し、各変電所の最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーを特定し、及び、各予測地絡フィーダーに対応するブレーカを最初に遮断する１つ又はそれ以上のフィーダー特定ユニット、関連変電所に隣接変電所へ伝達されるブレーカ遮断信号を発信し、ブレーカ遮断信号が隣接変電所から受信された際に、関連変電所のフィーダーが地絡フィーダーであると判断し、且つ、予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカ間で、実際に地絡が発生していないフィーダーに対応するブレーカを再閉路する１つ又はそれ以上の地絡フィーダー制御ユニットを含む。

上記目的を達成するための本発明の他の実施形態によれば、直流（ＤＣ）牽引力供給システム用のデルタI（ΔI）地絡保護リレーシステムであって、ＤＣ牽引力供給システム内での地絡事故を検知し、地絡事故が検知された際に、関連変電所の地絡電流値を検出する、１つ又はそれ以上の接地スイッチを短絡する１つ又はそれ以上の地絡検知ユニット、地絡電流検出用の接地スイッチ短絡の際に検出される複数のフィーダーの地絡電流値を互いに比較し、各変電所の最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーを特定し、及び、各予測地絡フィーダーに対応するブレーカを最初に遮断する１つ又はそれ以上のフィーダー特定ユニット、各ブレーカに設置され、関連変電所と隣接変電所の両方が予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカを有する場合で、且つ、計測電圧値が所定値と同じかそれより少ない場合において、関連変電所と隣接変電所の間で地絡事故が発生していると判断するよう作動する１つ又はそれ以上の電圧計、及び、電圧計を監視し、予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカ間で、実際に地絡が発生していないフィーダーに対応するブレーカを再閉路する１つ又はそれ以上の地絡フィーダー制御ユニットを含む。

地絡検知ユニットは、地絡電流値が検出された後、複数の地絡電流検出用の接地スイッチを再開路するのが好ましい。

フィーダー特定ユニットは、地絡電流検出用の対応する接地スイッチが短絡されたt_c時点から、管理者が予め設定したt_w時点（式１参照）の時間枠内で得られた電流値を用いて地絡電流値を検出するのが好ましい。

フィーダー特定ユニットは、地絡事故が発生したt_f時点から、低漏れ抵抗の電力供給システム内で管理者が予め設定したt_w時点（式２参照）の時間枠内で得られた電流値を用いて地絡電流値を検出するのが好ましい。

地絡フィーダー制御ユニットが、前記２つの変電所からのブレーカ遮断信号が上りラインのフィーダーに対応するブレーカから発生するか、又は下りラインのフィーダーに対応するブレーカから発生する際、前記２つの変電所の予測地絡フィーダーが地絡フィーダーであると判断するのが好ましい。

上記目的を達成するために本発明の１つの実施形態によれば、直流（ＤＣ）牽引力供給システム用のデルタI（ΔI）地絡保護リレーシステムの制御方法であって、ＤＣ牽引力供給システム内で地絡事故を検知する地絡事故検知ステップ、地絡事故が検知された際に関連変電所の地絡電流値を検出するための複数の接地スイッチを短絡させる接地スイッチ短絡ステップ、地絡電流検出用の接地スイッチが短絡されると、各フィーダーの地絡電流値を検出して互いに比較し、且つ、各変電所の最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーを特定する遮断ブレーカ特定ステップ、各予測地絡フィーダーに対応するブレーカを最初に遮断するフィーダー遮断ステップ、及び、関連変電所から隣接変電所へブレーカ遮断信号を伝達し、ブレーカ遮断信号を隣接変電所から受信した際に、関連変電所のフィーダーが地絡フィーダーであると判断し、且つ、予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカ中で、実際に地絡が発生していないフィーダーに対応するブレーカを再閉路するフィーダー再閉路ステップを含む。

上記目的を達成するための本発明の他の実施形態によれば、直流（ＤＣ）牽引力供給システム用のデルタI（ΔI）地絡保護リレーシステムの制御方法であって、ＤＣ牽引力供給システム内で地絡事故を検知する地絡事故検知ステップ、地絡事故が検知された際に関連変電所の地絡電流値を検出するための複数の接地スイッチを短絡させる接地スイッチ短絡ステップ、地絡電流検出用の接地スイッチが短絡されると、各フィーダーの地絡電流値を検出して互いに比較し、且つ、各変電所の最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーを特定する遮断ブレーカ特定ステップ、各予測地絡フィーダーに対応するブレーカを最初に遮断するフィーダー遮断ステップ、及び、各ブレーカで電圧値を測定し、関連変電所と隣接変電所が共に予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカを有する場合、且つ測定電圧値が所定値と同じかそれより少ない場合に、地絡事故が関連変電所と隣接変電所間で発生したと判断する地絡箇所検出ステップ、及び、予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカ間で、実際に地絡が発生していないフィーダーに対応するブレーカを再閉路するフィーダー再閉路ステップを含む。

前記方法は地絡電流値が検出された後、地絡電流検出用の接地スイッチを再開路するステップを更に含むのが好ましい。

遮断ブレーカ特定ステップで、対応する地絡電流検出用の接地スイッチが短絡されたt_c時点から、管理者が予め設定したt_w時点（式[１]参照）の時間枠内で得られた電流値を用いて地絡電流値を検出するのが好ましい。

遮断ブレーカ特定ステップは、低漏れ抵抗の電力供給システム内で、地絡事故が発生したt_f時点から管理者が予め設定したt_w時点（式[２]参照）の時間枠内で得られた電流値を用いて地絡電流値を検出するのが好ましい。

フィーダー再閉路ステップは、前記２つの変電所からのブレーカ遮断信号が上りラインのフィーダーに対応するブレーカ、又は下りラインのフィーダーに対応するブレーカから発生する際、２つの変電所の予測地絡フィーダーが地絡フィーダーであると判断するのが好ましい。

前述するように、本発明によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステム及び前記リレーシステムの制御方法は、地絡事故が発生した際に地絡の発生しているフィーダーを予測し、予測した地絡フィーダーを最初に遮断することで、各変電所の全てのブレーカが遮断されることを防ぐことができる。

それゆえ、電気鉄道列車の運行定時制を向上し、様々な種類の設備及び公共の安全が確実に確保される。

更に、地絡の発生箇所を正確に決定できることで、実際に地絡が発生していないと予測される箇所のブレーカを再閉路でき、正常箇所における鉄道列車の運行を直ちに再開することができる。

従来のＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーの構造図である。 従来のＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの構造図である。 本発明の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの構造図である。 本発明の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムのフィーダー特定ユニットのブロック図である。 本発明の実施形態によるフィーダー特定ユニットの電流変動検出装置を示す図である。 本発明の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの地絡フィーダー制御ユニットを示すブロック図である。 本発明によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの操作を示す図である。 本発明の他の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムを示す図である。 本発明の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの制御方法を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの制御方法を示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステム及びその制御方法を、添付の図面を参照に詳しく説明する。

図３は、本発明の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの構造を示す図である。

図３に示すように、ＤＣ電力を供給するために、ＤＣ電力供給システム用牽引システムが変電所Ａ＿サブ、Ｂ＿サブ及びＣ＿サブにより三相電力で供給され、整流変圧器２３ａ、２３ｂ及び２３ｃは、三相電力を整流器２２ａ、２２ｂ及び２２ｃに入力するために適した電圧に変圧し、整流器２２ａ、２２ｂ及び２２ｃはＡＣ電圧をＤＣ電圧に変圧する。

ＤＣ電力供給システムはプラスバスＤＣ（＋）及びマイナスバスＤＣ（−）を有する。鉄道列車に電力を供給するフィーダーＬＤ、ＬＵ、ＲＤ及びＲＵは、各プラスバスＤＣ（＋）に設置されるブレーカ２４ａ、２４ｂ又は２４ｃを有し、電気鉄道線路に沿って設置される。鉄道列車のパンタグラフは、フィーダーＬＤ、ＬＵ、ＲＤ及びＲＵを介してＤＣ電力を供給される。

供給されたＤＣ電力は、鉄道列車の駆動装置を駆動するために必要な電力として使われた後、電気鉄道線路に沿って設置されるＤＣフィードバック回路を介して変電所Ａ＿サブ、Ｂ＿サブ及びＣ＿サブへ戻り、整流器２２ａ、２２ｂ及び２２ｃのマイナスバスＤＣ（−）に接続される。鉄道列車用走行レール２５及び２６がフィードバック回路として使われる場合もある。

その場合、地絡が鉄道列車にＤＣ電力を供給するフィーダーＬＤ、ＬＵ、ＲＤ及びＲＵで発生すると、地絡保護リレーシステムが迅速に地絡を検知し、フィーダーＬＤ、ＬＵ、ＲＤ及びＲＵに対応するブレーカ２４ａ、２４ｂ及び２４ｃを遮断させるよう働くことで、ＤＣ電力供給システムを保護する。

以上の構造において、本発明によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムは、地絡事故の発生を検知し、地絡電流検出用の接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃを短絡又は開路する地絡検知ユニット２０ａ、２０ｂ及び２０ｃ、各フィーダーＬＤ、ＬＵ、ＲＤ及びＲＵの地絡事故によりもたらされた地絡電流値を互いに比較し、各変電所Ａ＿サブ、Ｂ＿サブ及びＣ＿サブの最大地絡電流値を有するフィーダー（以下ＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵと表記）が、地絡の発生が予測されるフィーダーであると判断し、各予測フィーダーを最初に遮断するフィーダー特定ユニット３０ａ、３０ｂ及び３０ｃ、及び、関連変電所の反対側に位置する隣接変電所へブレーカ遮断信号を伝達、又は、その変電所から受信し、実際に地絡が発生していない箇所の予測フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵに接続するブレーカを再閉路する地絡フィーダー制御ユニット４０ａ、４０ｂ及び４０ｃを有する。

詳細には、各地絡検知ユニット２０ａ、２０ｂ及び２０ｃは地上とマイナスバスＤＣ（−）間の電位相違を常に監視し、地絡事故が上りラインと下りラインに分かれる頭上のラインの一箇所で発生した際に、その電位相違における変動を検知するよう構成されており、地上の電位とマイナスバスＤＣ（−）の電位間の相違は所定値と同じかそれ以上である。例えば、各地絡検知ユニットは、過電圧リレー（ＯＶＲ）５９を有する。

さらに、地絡検知ユニット２０ａ、２０ｂ及び２０ｃは、地絡事故が検知されると、地絡電流検出用の接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃを短絡させ、十分な地絡電流が流れる地絡電流値を検出するようになっているため、最初に遮断させる予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵを選択することができる。

また、地絡電流値が検知された後、地絡電流検出用の接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃは、再び開路されるので、接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが短絡され、過電圧リレー（ＯＶＲｓ）５９が作動しない結果他の変電所が地絡を検出できない、といった事態の発生を防ぐことができる。

すなわち、ＯＶＲ５９による地絡の検知は、全ての変電所で必ずしも一斉に行われる必要がない。従って、任意の１つの変電所が地絡を検知し、地絡電流検出用の接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃを短絡させた場合、ＯＶＲ５９による地絡の検知はどの変電所においても不可能となりうる。それゆえ、地絡電流値が検知された後、短絡された接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃを再び開路しなければならない。

各フィーダー特定ユニット３０ａ、３０ｂ及び３０ｃは、各変電所に設置されたフィーダーＬＤ、ＬＵ、ＲＤ及びＲＵ間で、地絡事故発生の結果として、最大地絡電流値を有するフィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵを特定し、特定したフィーダーを地絡事故が発生した箇所へ電力を供給する予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵであると判断し、各変電所の予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵに対応する１つのブレーカを最初に遮断するように構成されている。

例えば、図３に示すように、変電所Ｂのブレーカ２４ｂ間では、フィーダーＲＵを保護するブレーカ、及び、変電所Ｃのブレーカ２４ｃ間では、フィーダーＬＵを保護するブレーカが最初に遮断される。

この操作では、１例として変電所Ａのフィーダー特定ユニット３０ａを図示する図４に示すように、各フィーダー特定ユニット３０ａ、３０ｂ及び３０ｃは、各フィーダーＬＤ、ＬＵ、ＲＤ及びＲＵの地絡電流値を計測する電流変動検出装置３１ａ〜３４ａ、前記電流変動検出装置３１ａ〜３４ａにより検出された地絡電流値中での最大電流値を有する予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵを選択する比較装置３５ａ、及び、前記比較装置３５ａにより選択された予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵに対応するブレーカを遮断する遮断制御ユニット３６ａを有する。

すなわち、図３に示すように、変電所は電気鉄道線路の設計上電力の供給を分類することが必要とされるため、対応するフィーダーが、上りライン又は下りラインのどちらに使われるかにより上と下に分類し、また、右か左のどちらに位置するかにより右か左に分類し、フィーダーＬＤ（左下）、ＬＵ（左上）、ＲＤ（右下）、及びＲＵ（右上）とする。この中から、最大地絡電流値を有するフィーダーが予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵであると判断され、判断された予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵに対応するブレーカが最初に遮断される。

この場合、図５に示すように、各接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが地絡事故の発生後短絡されるt_c時点から、管理者が予め設定したt_w時点の時間枠内で得られた電流値を用いて、下記の式[１]に示すように、地絡電流値を算出することができる。

前記式では、ΔIは電流変動、t_cは接地スイッチが短絡した時点、t_wは管理者が予め設定した電流変動の計測に必要な一時制限、i_fは計測地絡、そして、i_preflt（地絡前）は地絡の発生直前に存在する負荷電流である。接地スイッチ短時点t_cから所定時点t_wの時間枠は、負荷電流における変化の影響を最小限にする必要があるので、数ミリセカンド（ｍｓ）かそれ以下に設定されるのが好ましい。

更に、地絡電流値は、各接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが短絡された時点t_cにおける地絡電流値i_{f_tc}と、管理者が予め設定した所定時点t_wにおける電流値i_{f_tw}間の相違i_{f_tw}-i_{f_tc}を使って算出することもできる。

一方で、漏れ抵抗値は各電力供給システムによって異なった設計になっている。送電レールをＤＣ電流フィードバック回路として絶縁体に設置して使われる第４レールの場合、漏れ抵抗値は非常に高く、そのため各接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが短絡される前の地絡電流は非常に低い。従って、各接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが短絡された時点t_cで計測される地絡値i_fと、所定時点t_wで計測された地絡値i_f間には大きな相違があり、地絡電流値の計測信頼性は上記式[１]だけを使うことで保証される。

しかしながら、走行レールがフィードバック回路として使われる場合、漏れ抵抗値は比較的低く、そのため各接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが短絡される前に存在する地絡電流は非常に高い。従って、各接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが短絡した時点t_cで計測される地絡値i_fと、所定時点t_wで計測される地絡値i_f間での相違は、比較的低い。

それゆえこの場合、下記の式[２]に示すように、地絡電流値は各接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが短絡した時点t_cよりもむしろ、地絡事故が発生した時点t_fから所定時点t_wの時間枠内で得られる電流変動を用いて、地絡電流値を算出することができる。

前記式では、ΔIは電流変動、t_fは地絡事故が発生した時点、t_wは管理者が予め設定した電流変動の計測に必要な一時制限、i_fは計測地絡、そして、i_prefltは地絡事故発生直前に存在する負荷電流である。

しかしながら、地絡事故が発生した時点t_fは、接地スイッチ短絡時点t_cからＯＶＲ５９を作動するのに必要な時間を引くことで算出できる。地絡事故発生時点t_fから所定時点t_wまでの時間枠は、２０ミリ秒又はそれ未満に設定されるのが好ましい。

また、式[２]に示すように、地絡電流値も、積分を施す代わりに、地絡事故が発生した時点t_fにおける電流値と所定時点t_wにおける電流値の差i_{f_tw}-i_prefltを使って算出できる。

各地絡フィーダー制御ユニット４０ａ、４０ｂ及び４０ｃは、地絡がＯＶＲ５９の作動により検知された各変電所に、一つの予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵを選択し、選択したフィーダーに対応するブレーカを最初に遮断し、遮断した予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵ中で、実際に地絡が発生していない個所に対応する予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵのブレーカを再閉路し、再閉路したブレーカに通常電力を供給する。

この操作では、一例として変電所Ａを図示する図６に示すように、各地絡フィーダー制御ユニット４０ａ、４０ｂ及び４０ｃは、遮断制御ユニット（図４の３６ａ）から受信したブレーカ遮断情報に応じてブレーカ遮断信号を隣接変電所に伝達し、且つ、隣接変電所が生成したブレーカ遮断信号を受信する遮断信号伝達／受信ユニット４１ａ、ブレーカ遮断信号が管理者の予め設定した時間枠内で受信されたかを判断するタイマー４２ａ、ブレーカ遮断信号が、関連変電所から伝達された後の所定の時間枠内で隣接変電所から伝達される場合、関連変電所と隣接変電所間で地絡事故が発生していると判断する地絡箇所判断ユニット４３ａ、及び、実際に地絡が発生していない個所の予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵに対応するブレーカを再閉路するための再閉路制御ユニット４４ａを有する。

しかしながら、地絡個所判断ユニット４３ａは、関連変電所と隣接変電所の両方からのブレーカ遮断信号が、上りラインのフィーダーに対応するブレーカに関係するか否かを決定し、又は、さらにブレーカ遮断信号が下りラインのフィーダーに対応するブレーカに関係するか否かを決定できるので、地絡事故が上りラインで発生しているにも拘わらず、上りライン及び下りラインのフィーダーがそれぞれブレーカ遮断信号を伝達するという判断異常の発生を最小限に抑えることができる。

以下に、上りラインだけが示された電力供給システムを概略的に図７を参照に記載する。

図に示すように、地絡事故が変電所Ｂと変電所Ｃ間の上りラインの個所で発生した際に、空気中の地絡事故が発生している個所に沿って配置される、変電所ＡのＢｋｒ−ＲＵブレーカ５２、変電所ＢのＢｋｒ−ＲＵブレーカ５４、変電所ＣのＢｋｒ−ＬＵブレーカ５５、及び、変電所ＤのＢｋｒ−ＬＵブレーカ５７が、予測地絡フィーダーであると判断され、最初に遮断される。

その後、変電所Ａの地絡フィーダー制御ユニット（図３の４０ａ）は、Ｂｋｒ−ＲＵブレーカ５２が遮断されたことを知らせる信号を変電所Ｂへ伝達し、Ｂｋｒ−ＬＵブレーカ５３が遮断されたことを知らせる信号が、所定の時間枠内で変電所Ｂから伝達されたかを監視する。この時、変電所Ａはブレーカ遮断信号を伝達するが、変電所Ｂはブレーカ遮断信号を伝達しないので、変電所ＡのＢｋｒ−ＲＵブレーカ５２は再閉路される。

さらに、変電所ＤのＢｋｒ−ＬＵブレーカ５７も、ブレーカ遮断信号が変電所ＣのＢｋｒ−ＲＵブレーカ５６から伝達されないので再閉路される。

しかしながら、変電所ＢのＢｋｒ−ＲＵブレーカ５４と変電所ＣのＢｋｒ−ＬＵブレーカ５５の両方が遮断されるので、変電所Ｂと変電所Ｃは互いにブレーカ遮断信号を伝達し、地絡事故が変電所Ｂと変電所Ｃの間で発生していると判断し、管理者が修理を施すまでブレーカ５４とブレーカ５５は遮断されたままとなる。

前述の本発明によると、地絡の発生が予測される箇所に配置されるフィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵが地絡事故が発生した時に決定され、前記フィーダーに対応するブレーカだけが最初に遮断されるため、ブレーカ２４ａ、２４ｂ及び２４ｃの全てが遮断されるのを防ぎ、様々な設備や公共の安全が迅速に確保される。さらに、予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵに対応するブレーカが遮断された後、地絡が発生している箇所が正確に判断され、実際に地絡が発生していない予測地絡フィーダーＢｋｒ−ＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵに対応するブレーカが再閉路されるため、正常個所の鉄道列車の運行を迅速に再開できる。

以下、本発明の他の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムを記載する。下記記述においても同じ符号を同じ要素に対して用い、可能な限り繰り返しの記述は省略する。

図８は、本発明の他の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの構造を示す図である。

図に示すように、本発明の他の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムは、地絡事故の発生を検知し、地絡電流検出用の接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃを短絡又は開路する地絡検知ユニット２０ａ、２０ｂ及び２０ｃ、各フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵの地絡事故により発生する地絡電流値を互いに比較し、各変電所Ａ＿サブ、Ｂ＿サブ及びＣ＿サブの最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵを決定し、最初に決定された各予測フィーダーを遮断するフィーダー特定ユニット３０ａ、３０ｂ及び３０ｃ、対応する箇所が地絡事故が発生している箇所かを判断する各ブレーカ２４ａ、２４ｂ及び２４ｃに設置される電圧計６０、及び、電圧計６０を監視し、予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵに対応するブレーカ中で、実際に地絡事故が発生していないフィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵに対応するブレーカを再閉路する地絡フィーダー制御ユニット４０ａ’、４０ｂ’及び４０ｃ’を有する。

すなわち、図３を参照に前述した本発明の他の実施形態によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムとは異なり、電圧計６０はブレーカ２４ａ、２４ｂ及び２４ｃにそれぞれ設置されるため、関連変電所及び隣接変電所の電圧を計測することができる。

さらに、関連変電所と隣接変電所が共に遮断される予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵを有し、電圧計６０で計測した電圧値が使用者により設定された電圧値と同じかそれ未満の場合、地絡事故は関連変電所と隣接変電所間で発生していると判断することができる。さらに、関連変電所及び／又は隣接変電所が遮断される予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵを有さず、電圧計６０で計測した電圧値が使用者により設定された電圧値以上である場合、地絡事故は関連変電所と隣接変電所間で発生していないと判断することができる。

本発明が、電圧計６０を有して地絡事故が発生している個所を決定するよう構成される場合、本発明の実施形態による地絡フィーダー制御ユニット４０ａ、４０ｂ及び４０ｃとは異なり、個々の地絡フィーダー制御ユニット４０ａ’、４０ｂ’及び４０ｃ’は、ブレーカ遮断信号を隣接変電所へ伝達、又はブレーカ遮断信号を隣接変電所から受信する遮断信号伝達／受信ユニット４１は有さない。

それゆえ、地絡事故が発生しているフィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵをより正確且つ簡易に決定することができる。

上記では、本発明によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムを記載した。本発明の構造は、後述するように、ＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの制御方法を通してより明確に理解される。

図９は、本発明の実施形態による、ＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの制御方法を示すフローチャートである。

図に示すように、本発明によるＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステムの制御方法では、地上とマイナスバスＤＣ（−）間の電位差が、過電圧リレー（ＯＶＲ）５９により監視されるので、地絡事故が頭上のライン（又は上りライン／下りライン）で発生しているかがステップＳ１０において判断される。

結果として、実際に地絡事故が発生していないと判断される場合、地絡事故が発生しているかが継続的に監視されるが、地絡事故が発生していると判断された場合は、地絡電流検出用の接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが入り（又は、短絡され）、ステップＳ１１において十分な地絡電流値が得られる。

地絡電流検出用の接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃがステップＳ１１において短絡し十分な地絡電流が流れると、電流変動検出装置３１ａ〜３４ａは、ステップＳ１２において各フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵの地絡電流値を計測し、他の変電所が地絡を検知できるようステップＳ１３において接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃを切断する。しかしながら、前述のように、地絡電流値を算出するのに必要な計測は、できる限り短い時間内で行うのが望ましい。

地絡電流値の計測が完了すると、各比較装置３５は各フィーダーＬＤ、ＬＵ、ＲＤ及びＲＵ（又は、電流変動）の計測地絡電流値を互いに比較し、ステップＳ１４において各変電所の最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵを判断する。各遮断制御ユニット３６は、ステップＳ１５において判断した予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵを保護するために前記ブレーカを遮断する。

前記ブレーカがステップＳ１５において遮断されると、図６及び図７を参照して前述したように、ブレーカ遮断信号はステップＳ１６における地絡事故の方向の隣接変電所へ伝達される。

このとき、ステップＳ１７において、ブレーカ遮断信号が地絡事故の方向の隣接変電所からも伝達されているか否かが判断される。ブレーカ遮断信号が伝達されていると判断されると、関連変電所の予測地絡フィーダーと隣接変電所の予測地絡フィーダー間で地絡事故が発生していると判断され、ブレーカの遮断状態が維持される。さらに、ΔI地絡保護リレーシステムはリセットにより上記動作を繰り返す。

しかしながら、関連変電所と隣接変電所のブレーカ遮断信号が、上りラインのフィーダーに対応するブレーカに関係するか否かが更に判断されるか、又は、下りラインのフィーダーに対応するブレーカに関係するか否かが更に判断されることにより、地絡が発生している個所を誤って判断する可能性を最小限に抑えることが望ましい。

一方、ステップＳ１８で隣接変電所からブレーカ遮断信号が伝達されないと判断すると、管理者が予め設定した再閉路設定時間が経過したか否かが判断される。再閉路設定時間が経過していないと判断されると、ステップＳ１７においてブレーカ遮断信号が隣接変電所から伝達されたか否かが継続的に監視される。

これに対し、再閉路設定時間が経過したと判断されると、対応する箇所は実際に地絡が発生していない個所であると判断され、ステップＳ１９において遮断される予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵに対応するブレーカが再閉路される。さらに、ΔI地絡保護リレーシステムはリセットされ、その後上記動作が繰り返される。

次に、本発明のもう一つの実施形態によるＤＣ電力供給システム用ΔI地絡保護リレーシステムの制御方法を記載する。しかしながら、以下においては可能な限り繰り返しの記載は省略する。

図１０は、本発明のもう一つの実施形態によるＤＣ電力供給システム用ΔI地絡保護リレーシステムの制御方法を示すフローチャートである。

図１０のフローチャートについては、図８の構造を参照に説明する。まず、ステップＳ２０で地絡事故が頭上のライン（又は、上りライン／下りライン）で発生しているか否かが各ＯＶＲ５９により判断される。

その結果、地絡事故が発生していないと判断されると、地絡事故が発生しているか否かが継続的に監視されるが、一方、地絡事故が発生していると判断されると、ステップＳ２１において地絡電流検出用の接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが入る（又は、短絡する）。

ステップＳ２１において地絡電流検出用の接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが入り十分な電流が流れると、ステップＳ２２において各フィーダーＬＤ、ＬＵ、ＲＤ及びＲＵの地絡電流値が計測され、ステップＳ２３において接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが切れて他の変電所が地絡を検知できる。

ステップＳ２３において地絡電流検出用の接地スイッチ２１ａ、２１ｂ及び２１ｃが切れると、各比較装置３５は、地絡電流値を互いに比較し、ステップＳ２４において各変電所の最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵを決定し、ステップＳ２５においてブレーカを遮断してその予測地絡フィーダーを保護する。

ブレーカがステップＳ２５において遮断されると、ブレーカにおける電圧値が所定値と同じかそれ以下であるかがステップＳ２６において判断される。

その結果、電圧値が所定値と同じかそれ以下と判断されると、地絡事故は関連変電所の予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵと、隣接変電所の予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵとの間で発生していると判断され、ブレーカの遮断状態が維持される。その後、ΔI地絡保護リレーシステムはリセットされる。

反対に、前記ブレーカにおける電圧値が所定値と同じかそれ以下でないと判断されると、ステップＳ２７において再閉路設定時間が経過したか否かが判断される。これは、遮断されるブレーカの方向にある変電所のＯＶＲ５９が作動する前に接地スイッチが関連変電所で遮断されると、遮断されるブレーカの方向にある変電所のＯＶＲ５９が、各ＯＶＲ５９の作動変動や製造特性により作動しない場合があるからである。従って、そのような状況に対応するため、短絡接地スイッチを再開路するのに必要な時間待機し、隣接変電所のＯＶＲ５９を作動させて、対応するブレーカを作動させている。

その結果、再閉路設定時間が経過していないと、再閉路設定時間が経過したか否かが継続的に判断され、一方、再閉路設定時間が経過すると、地絡事故が関連変電所の予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵと、隣接変電所の予測地絡フィーダーＬＤ／ＬＵ／ＲＤ／ＲＵとの間では発生していないと判断され、遮断される予測地絡フィーダーに対応するブレーカはステップＳ２８において再閉路され、その後ΔI地絡保護リレーシステムはリセットされる。

上記において、ＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステム及び前記リレーシステムの制御方法を記載した。本発明の技術的構造は、当業者であれば、本発明の技術的意義と重要な特徴を逸脱せずに他の実施形態として実施可能であるものと理解すべきである。

以上のように、上記実施形態は一例であってその記載した範囲に限定されず、本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりも添付する請求項により定義され、請求項の意味や範囲、同等のものから派生する全ての変更及び修正は、本発明の範囲内のものと理解すべきである。

本発明は、概して、ＤＣ牽引力供給システム用のΔI地絡保護リレーシステム及び前記リレーシステムの制御方法に関するものであって、より詳細には、地絡事故がＤＣ牽引力供給システム内で発生した際、地絡が発生しているフィーダーを予測し、最初に予測フィーダーを遮断することで、事故による損害を最小限に抑え、地絡が実際に発生しているフィーダーを迅速且つ正確に決定するものである。

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・地絡保護リレー、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・ブレーカ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ・・地絡検知ユニット、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・短絡又は閉路接地スイッチ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・整流器、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・整流変圧器、２５、２６・・鉄道列車用走行レール、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ・・フィーダー特定ユニット、３１ａ〜３４ａ・・電流変動検出ユニット、３５ａ・・比較ユニット、３６ａ・・遮断制御ユニット、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ・・地絡フィーダー制御ユニット、４１ａ・・遮断信号伝達／受信ユニット、４２ａ・・タイマー、４３ａ・・地絡箇所判断ユニット、４４ａ・・再閉路制御ユニット、５２・・変電所ＡのＢｋｒ−ＲＵブレーカ、５４・・変電所ＢのＢｋｒ−ＲＵブレーカ、５５・・変電所ＣのＢｋｒ−ＬＵブレーカ、５７・・変電所ＤのＢｋｒ−ＬＵブレーカ、５９・・過電圧リレー（ＯＶＲ）、６０・・電圧計

Claims (12)

1. ＤＣ牽引力供給システム内で地絡事故を検知し、前記地絡事故を検知した際に関連変電所の地絡電流値を検出する１つ又はそれ以上の接地スイッチを短絡させる、１つ又はそれ以上の地絡検知ユニットと、
   前記地絡電流検出用の接地スイッチ短絡の際に検出される複数のフィーダーの地絡電流値を互いに比較し、各変電所の最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーを特定し、前記各予測地絡フィーダーに対応するブレーカを最初に遮断させる、１つ又はそれ以上のフィーダー特定ユニットと、
   前記関連変電所から隣接変電所へブレーカ遮断信号を伝達し、前記ブレーカ遮断信号を隣接変電所から受信した際に、関連変電所のフィーダーが地絡フィーダーであると決定し、前記予測地絡フィーダーに対応する遮断ブレーカ中で、実際に地絡が発生していないフィーダーに対応するブレーカを再閉路する、１つ又はそれ以上の地絡フィーダー制御ユニット、を備える
   ことを特徴とする直流（ＤＣ）牽引力供給システム用のデルタI（ΔI）地絡保護リレーシステム。
2. ＤＣ牽引力供給システム内で地絡事故を検知し、前記地絡事故が検知された際に関連変電所の地絡電流値を検出する１つ又はそれ以上の接地スイッチを短絡させる、１つ又はそれ以上の地絡検知ユニットと、
   地絡電流検出用の接地スイッチ短絡の際に検出される複数のフィーダーの地絡電流値を互いに比較し、各変電所の最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーを特定し、各予測地絡フィーダーに対応するブレーカを最初に遮断させる、１つ又はそれ以上のフィーダー特定ユニットと、
   各ブレーカに設置され、関連変電所と隣接変電所の両方が予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカを有し、計測電圧値が所定値と同じかそれ以下である場合に作動される１つ又はそれ以上の電圧計によって、関連変電所と隣接変電所間で地絡事故が発生していると判断し、且つ、
   前記電圧計を監視し、予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカの中で、実際に地絡が発生していないフィーダーに対応するブレーカを再閉路する１つ又はそれ以上の地絡フィーダー制御ユニット、を含む
   ことを特徴とする直流（ＤＣ）牽引力供給システム用のデルタI（ΔI）地絡保護リレーシステム。
3. 前記地絡検知ユニットにおいて、地絡電流値が検出された後、前記地絡電流検出用の接地スイッチを再開路するようにした
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のΔI地絡保護リレーシステム。
4. 前記フィーダー特定ユニットが、対応する地絡電流検出用の接地スイッチが短絡された時点t_cから、管理者が予め設定した所定時点t_w（式[１]参照）までの時間枠内で得られた電流値を用いて地絡電流値を検出するようにした
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のΔI地絡保護リレーシステム。
5. フィーダー特定ユニットが、低漏れ抵抗の電力供給システム内で、地絡事故が発生した時点t_fから、管理者が予め設定した所定時点t_w（式[２]参照）までの時間枠内で得られた電流値を用いて地絡電流値を検出するようにした
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のΔI地絡保護リレーシステム。
6. 前記地絡フィーダー制御ユニットが、前記二つの変電所からのブレーカ遮断信号が、上りラインのフィーダーに対応するブレーカ、又は、下りラインのフィーダーに対応するブレーカから生成される際に、前記二つの変電所の予測地絡フィーダーが地絡フィーダーであると判断するようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載のΔI地絡保護リレーシステム。
7. ＤＣ牽引力供給システム内での地絡事故を検知する地絡事故検知ステップと、
   地絡事故が検知された際に、関連変電所の地絡電流値を検出する複数の接地スイッチを短絡する接地スイッチ短絡ステップと、
   前記地絡電流検出用の接地スイッチ短絡の際に、複数の各フィーダーの地絡電流値を検出し、互いに比較し、各変電所の最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーを特定する遮断ブレーカ特定ステップと、
   各予測地絡フィーダーに対応するブレーカを最初に遮断するフィーダー遮断ステップ、及び、
   関連変電所から隣接変電所へブレーカ遮断信号を伝達し、前記ブレーカ遮断信号を隣接変電所から受信した際に、関連変電所のフィーダーが地絡フィーダーであると決定し、予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカ中で、実際に地絡が発生していないフィーダーに対応するブレーカを再閉路するフィーダー再閉路ステップ、を含む
   ことを特徴とする直流（ＤＣ）牽引力供給システム用のデルタI（ΔI）地絡保護リレーシステムの制御方法。
8. ＤＣ牽引力供給システム内での地絡事故を検知する地絡事故検知ステップと、
   地絡事故が検知された際に、関連変電所の地絡電流値を検出する複数の接地スイッチを短絡する接地スイッチ短絡ステップと、
   前記地絡電流検出用の接地スイッチ短絡の際に、複数の各フィーダーの地絡電流値を検出して互いに比較し、各変電所の最大地絡電流値を有する予測地絡フィーダーを特定する遮断ブレーカ特定ステップと、
   前記各予測地絡フィーダーに対応するブレーカを最初に遮断するフィーダー遮断ステップと、
   前記各ブレーカにおける電圧値を計測し、関連変電所と隣接変電所が共に前記予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカによって、計測された電圧値が所定値と同じかそれ以下である場合に、関連変電所と隣接変電所の間で地絡事故が発生していると判断する地絡個所検出ステップ、及び、
   前記予測地絡フィーダーに対応する遮断されるブレーカ中で、実際に地絡が発生していないフィーダーに対応するブレーカを再閉路するフィーダー再閉路ステップ、を含む
   ことを特徴とする直流（ＤＣ）牽引力供給システム用のデルタI（ΔI）地絡保護リレーシステムの制御方法。
9. 地絡電流値が検出された後、前記地絡電流検出用の接地スイッチを再開路するステップをさらに含む
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の制御方法。
10. 前記遮断ブレーカ特定ステップが、対応する地絡電流検出用の接地スイッチ短絡の時点t_cから、管理者が予め設定した所定時点t_w（式[１]参照）までの時間枠内に得られた電流値を用いて地絡電流値を検出するようにした
    ことを特徴とする請求項７又は８に記載の制御方法。
11. 前記遮断ブレーカ特定ステップが、低漏れ抵抗の電力供給システム内で、地絡事故が発生した時点t_fから、管理者が予め設定した所定時点t_w（式[２]参照）までの時間枠内に得られた電流値を用いて前記地絡電流値を検出するようにした
    ことを特徴とする請求項７又は８に記載の制御方法。
12. 前記フィーダー再閉路ステップは、前記二つの変電所からのブレーカ遮断信号が、上りラインのフィーダーに対応するブレーカ、又は、下りラインのフィーダーに対応するブレーカから生成される際に、前記二つの変電所の予測地絡フィーダーが地絡フィーダーであると判断するようにした
    ことを特徴とする請求項７に記載の制御方法。

Images