JP2010057219A - 交流δi形故障検出方法及び故障検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流き電回路の電気車の負荷電流のベクトルを〔IL〕とし、前記交流き電回路の電車線路に故障が発生した場合の故障電流のベクトルを〔IS〕とし、両ベクトル〔IL〕及び〔IS〕に含まれる高調波成分の含有率により故障前後電流を抑制する抑制係数KfL及びKfSを求めるステップと、電流差ベクトル〔ΔI〕を〔ΔI〕=〔IS〕×KfS−〔IL〕×KfLにより演算するステップと、演算した電流差ベクトル〔ΔI〕の大きさが設定値を超えた場合に故障と判断するステップとを備え、故障前後の電流を抑制する抑制係数Kfを求める際に、故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する期間を越える一定時間の高調波含有率の最小値に基づいて抑制係数Kfを求める。
【選択図】 図2
Description
〔ΔI〕=〔IS〕−〔IL〕
により演算される差ベクトル〔ΔI〕の大きさが所定値を越えた場合に故障と選択するようにした交流ΔI形故障選択方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
〔ΔI11〕=〔IS〕−〔IL〕
〔ΔI12〕=〔IS〕×KfS−〔IL〕×KfL
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、故障時の電流変化により発生する過渡高調波成分の影響を受けず、故障前後の高調波含有率を正確に求めることで、電車線路で発生した故障を高感度に検出することができる交流ΔI形故障検出方法及び故障検出装置を提供することを目的としている。
前記電車線路に供給される電流を検出する電流検出部と、検出した電流の基本波成分及び高調波成分を抽出するフィルタ部と、抽出した基本波成分及び高調波成分に基づいて高調波含有率を演算する高調波含有率演算部と、演算した高周波含有率を順次記憶する高周波含有率記憶部と、前記高調波含有率演算部で演算された現在高周波含有率と前記高周波含有率記憶部に記憶された現在から故障時に過渡高調波成分が発生する所定時間分を遡った期間内の高周波含有率と、から最小値である最小高調波含有率を検出する最小高調波含有率検出部と、検出した最小高調波含有率に基づいて抑制係数を演算し、演算した抑制係数と前記フィルタ部で抽出した電流の基本波成分とを乗算して高調波抑制電流を演算する高調波抑制電流演算部と、該高調波抑制電流演算部で演算した高調波抑制電流を順次記憶する高調波抑制電流記憶部と、前記高調波抑制電流演算部で演算した現在の高調波抑制電流と、前記高調波抑制電流記憶部に記憶された現在から故障時に発生する過渡高調波成分が減衰する所定時間を越えて遡った時点での高調波抑制電流と、に基づいて電流差ベクトルΔIを演算する電流差ベクトル演算部と、演算した電流差ベクトルΔIを設定値と比較して故障検出を行う故障検出部とを備えたことを特徴としている。
図1は本発明に係る交流ΔI形故障検出装置を適用した交流き電システムを示す基本構成図である。
この図1において、1は交流き電システムであって、この交流き電システム1は、変電所2から出力される交流電力が電車線路3に供給され、この電車線路3に供給される交流電力がレール4上を走行する電気車5にパンタグラフ6を介して供給される。
交流ΔI形故障検出装置8は、例えばマイクロコンピュータで構成され、機能ブロック図で表すと図2に示すようになる。
nf(t)=|If3|÷|If1| ・・・(1)
そして、高調波含有率演算部12で演算された高調波含有率nf(t)のうち故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する期間を越える所定時間内の高調波含有率記憶部13に記憶されている高調波含有率nf(t)が最小高調波含有率演算部14に供給される。例えば、故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する期間を越える所定時間が2サイクルとすれば、最新時刻tの高調波含有率nf(t)、1サイクル前の時刻t−1の高調波含有率nf(t-1)及び2サイクル前の時刻t−2の高調波含有率nf(t-2)が最小高調波含有率演算部14に供給される。
nfmin=min{nf(t),nf(t-1),・・・,nf(t-P)} ・・・(2)
ここで、min{ }は{ }内の最小値を求める関数であり、Pは故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する期間を越える所定時間のサイクル数である。
Kf=1−nfmin×K ・・・(3)
ここで、Kは補正係数であって、電気車負荷電流が流れている場合に、き電電流に含まれる第3高調波は20%程度以下であることから、最大の電流抑制効果を確保し、また抑制係数Kfが負の値にならないように例えばK=3.33に設定される。しかし、Kfが負の値となる場合もあるため、係る場合にはKf=0を再設定する。例えば、本波成分If1が略零であるときにはnfmin=1となり、係る場合に該当する。そして、抑制係数演算部15で演算される抑制係数Kf及び前述したフィルタ部11で抽出された基本波成分If1が高調波抑制電流演算部16に供給される。この高調波抑制電流演算部16では、下記(4)式の演算を行って高調波抑制電流Ifs(t)を演算する。
Ifs(t)=If1×Kf ・・・(4)
そして、故障発生時における過渡高調波成分が存在する期間を越え、かつ、過渡高調波が減衰するサイクルをQとすれば、高調波抑制電流演算部16で演算された高調波抑制電流Ifs(t)及び高調波抑制電流記憶部17に記憶されているQサイクル前の高調波抑制電流If(t−Q)が電流差ベクトル演算部18に供給される。例えば3サイクルから5サイクルで故障発生時における過渡高調波成分が存在する期間を越え、かつ、過渡高調波が減衰するとき、高調波抑制電流If(t-3)、If(t-4)及びIf(t-5)のうちの1つ例えばIf(t-4)が電流差ベクトル演算部18に供給される。
ΔIf=|Ifs(t)−Ifs(t-Q)| ・・・(5)
この(5)式の演算を行うことにより、Ifs(t)が故障後の高調波抑制電流を表し、Ifs(t-Q)が故障前の高調波抑制電流を表すことから、下記(6)式及び(7)式で表すことができる。
〔IS〕×KfS=Ifs(t) ・・・(6)
〔IL〕×KfL=Ifs(t-Q) ・・・(7)
〔ΔI〕=〔IS〕×KfS−〔IL〕×KfL ・・・(8)
この電流差ベクトル演算部18で演算した電流差ベクトルΔIが故障検出部19に供給される。この故障検出部19では、入力された電流差ベクトルΔIが所定値ΔIs以上であるか否かを判定し、ΔI<ΔIsであるときには故障が発生していないものと判断し、ΔI≧ΔIsであるときには故障が発生しているものと判断して交流き電線遮断器20を開放する故障検出信号BSを出力する。
この故障検出処理は、図3に示すように、所定時間毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップS1で、計器用変流器9で検出した電車線路電流Iiを読込み、次いで、ステップS2に移行して、フィルタ処理を行って電車線路電流Iiの基本波成分If1及び第3高調波成分If3を抽出する。
ステップS11では、ステップS8又はS10で算出した抑制係数Kfに前記ステップS2で抽出した基本波成分If1を乗算する前記(4)式の演算を行って高調波抑制電流Ifs(t)を算出してからステップS12に移行する。
今、電車線路3に流れる電車負荷電流が略零の状態を継続しているものとすると、交流ΔI形故障検出装置8に入力される入力電流Iiも略零となるので、ステップS2で抽出した基本波成分If1も略零となって、設定値δI以下の値となる。このため、ステップS3からステップS4に移行して算出される高調波含有率nf(t)は“1”を継続することになる。なお、故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する時間を越える所定時間のサイクル数Pを2サイクルとし、故障発生時における過渡高調波成分が存在する期間を越え、かつ、過渡高調波が減衰するサイクル数Qを4サイクルとする。
このため、nf(t)<nf(t-1),nf(t-2)となり、最小高調波含有率nfmin=nf(t)となり、この最小高調波含有率nfminに基づいて前記(3)式によって抑制係数Kfが算出される。
なお、上記実施形態においては、過渡高調波成分が存在する時間を越える所定時間(例えば2サイクル間の3点)の最小値を求め、故障前電流の算出時点を3サイクル前〜5サイクル前の間のサイクルとした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、上記所定時間に合わせて2サイクル前の値とするようにしてもよい。
2…変電所
3…電車線路
4…レール
5…電気車
7…計器用変圧器
8…交流ΔI形故障検出装置
9…計器用変流器
11…フィルタ部
12…高調波含有率演算部
13…高調波含有率記憶部
14…最小高調波含有率演算部
15…抑制係数演算部
16…高調波抑制電流演算部
17…高調波抑制電流記憶部
18…電流差ベクトル演算部
19…故障検出部
20…交流き電線路遮断器
Claims (2)
- 変電所から電車線路を通じて電気車に交流電力を供給する交流き電回路の故障を電流差ベクトルΔIを演算することにより検出する交流ΔI形故障検出方法であって、
前記電車線路に供給される電流を検出し、
前記検出した電流の基本波成分及び高調波成分に基づいて高調波含有率を演算し、
現在から故障時に過渡高調波成分が発生する所定時間分を遡った期間内の高周波含有率から最小値である最小高調波含有率を検出し、
前記最小高調波含有率に基づいて抑制係数を演算し、
前記抑制係数と前記検出した電流の基本波成分とを乗算して高調波抑制電流を演算し、
現在の高調波抑制電流と、現在から故障時に発生する過渡高調波成分が減衰する所定時間を越えて遡った時点での高調波抑制電流と、に基づいて電流差ベクトルΔIを演算し、
当該電流差ベクトルΔIを設定値と比較して故障検出を行うことを特徴とする交流ΔI形故障検出方法。 - 変電所から電車線路を通じて電気車に交流電力を供給する交流き電回路の故障を、電流差ベクトルΔIを演算することにより検出する交流ΔI形故障検出装置であって、
前記電車線路に供給される電流を検出する電流検出部と、検出した電流の基本波成分及び高調波成分を抽出するフィルタ部と、
抽出した基本波成分及び高調波成分に基づいて高調波含有率を演算する高調波含有率演算部と、
演算した高周波含有率を順次記憶する高周波含有率記憶部と、
前記高調波含有率演算部で演算された現在の高周波含有率と、前記高周波含有率記憶部に記憶された現在から故障時に過渡高調波成分が発生する所定時間を越えて遡った期間内の高周波含有率と、から最小値である最小高調波含有率を検出する最小高調波含有率検出部と、
検出した最小高調波含有率に基づいて抑制係数を演算し、演算した抑制係数と前記フィルタ部で抽出した電流の基本波成分とを乗算して高調波抑制電流を演算する高調波抑制電流演算部と、
該高調波抑制電流演算部で演算した高調波抑制電流を順次記憶する高調波抑制電流記憶部と、
前記高調波抑制電流演算部で演算した現在の高調波抑制電流と、前記高調波抑制電流記憶部に記憶された現在から故障時に発生する過渡高調波成分が減衰する所定時間を越えて遡った時点での高調波抑制電流と、に基づいて電流差ベクトルΔIを演算する電流差ベクトル演算部と、
演算した電流差ベクトルΔIを設定値と比較して故障検出を行う故障検出部と、
を備えたことを特徴とする交流ΔI形故障検出装置。
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JP2011111128A (ja) * | 2009-11-30 | 2011-06-09 | Japan Railway Construction Transport & Technology Agency | 交流atき電回路のき電保護装置及び方法 |
JP2012029501A (ja) * | 2010-07-26 | 2012-02-09 | Toshiba Corp | 配電線路の事故区間弁別手段 |
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