JP2012065439A5 - 車両用制御装置および故障検出方法 - Google Patents

Description

実施形態の車両用制御装置は、パンタグラフが受けた電力が、変圧器および接触器を介して供給され、この電力を車両が駆動するための駆動電力に変換する電力変換器と、この電力変換器に接続され、地絡故障に伴って流れる電流を検出するための電流検出器と、この電流検出器に模擬電流を流すための模擬電流出力部と、電源が投入され、かつ前記接触器が開放されていることが検出されると、第１の所定期間とこの第１の所定期間に続く第２の所定期間に前記電流検出器が故障しているか否かを判定する制御部とを備え、この制御部は、前記第１の所定期間では、前記模擬電流出力部からの模擬電流の出力をさせず、前記電流検出器が検出する電流値に基づいて前記電流検出器が故障していると判断するための第１の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第１の条件を満たした場合は前記電流検出器が故障していると判定し、前記第２の所定期間では、前記模擬電流出力部に模擬電流を出力させ、前記電流検出器が検出する電流値に基づいて前記電流検出器が故障していると判断するための第２の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第２の条件を満たした場合は前記電流検出器が故障していると判定する。

また電力変換装置１１０は、遮断器１０１、接触器１０４、電流検出器１０７、電流検出器動作確認回路１０９接続され、地絡検出演算部１００１、模擬電流出力部１００２、接触器状態検出部１００３、ＣＴ故障検出部１００４、開放指令出力部１００５を内蔵する制御部１０００を有している。

制御部１０００の地絡検出演算部１００１は、電流検出器１０７、開放指令出力部１００５、ＣＴ故障検出部１００４、模擬電流出力部１００２と接続される。模擬電流出力部１００２は、電流検出器動作確認回路１０９、接触器状態検出部１００３と接続される。接触器状態検出部１００３は、接触器１０４、模擬電流状態検出部１００２、電流検出器ＣＴ故障検出部１００４と接続される。開放出力指令部１００５は、地絡検出演算部１００１、遮断器１０１、接触器１０４と接続される。

このような構成を有する車両は、以下のように動作する。架線から送られてくる電力はパンタグラフ１００及び、通常の走行時は投入状態にある遮断器１０１を通り、主変圧器１０２へ送られ、主変圧器１０２で降圧される。主変圧器１０２で降圧された電圧は、通常列車の走行時には投入状態にある接触器１０４を介して電力変換器１０５に送られる。電力変換器１０５は、電力をモータ１０６が駆動可能な状態に変換し、モータ１０６に供給する。電力を得たモータ１０６は、駆動力を発生し、車両を走行させる。

（動作）
このような車両の駆動時または走行時に、電力変換装置１１０とパンタグラフ１００を接続する高電圧配線が、電力変換装置１１０の筐体と接触することで地絡事故が起きた場合、地絡検出システムが作動する。地絡事故が起きると、主変圧器１０２から、電力変換器１０５、電力変換装置用接地１０８、主接地１０３という、地絡電流が流れる循環経路を形成する。地絡電流が発生すると、モータ１０６が駆動力を得られない、電力変換器１０５が破損するなど、車両の安全な走行の障害となる様々な問題が生じる。

開放指令出力部１００５からの開放指令信号を受けた遮断器１０１が開放すると、架線からパンタグラフ１００を介して電力変換装置１１０に流れる電流を遮断するため、地絡事故により電力変換器１０５の破損を防止し、出力が低下しながらも車両の安全な走行は保たれる。このように地絡検出システムが正常に動作している場合は、車両の安全は維持できる。

図２または図３（ａ）に示すように、電源をＯＮにすると電流検出器異常検出手段の動作が開始する電源投入信号を模擬電流出力部１００２が受け取る（Ｓ１）。電源投入信号を受け取った模擬電流出力部１００２は、接触器状態検出部１００３からの接触器１０４の開放状態を示す信号を入力されているかどうかを判定する（Ｓ２）。電源投入信号を受け取り、さらに接触器１０４の開放状態を示す信号が入力されている場合、図３（ｂ）に示すように模擬電流出力部１００２は一定時間後、電流検出器動作確認回路１０９の接触器を投入し、電流検出器動作確認回路１０９に模擬電流が流れるようにする。模擬電流検出部１００２では、模擬電流を電流検出器動作確認回路１０９に流すと同時に、この動作を行ったことを示す模擬電流出力信号を地絡検出演算部１００１に出力する。また、地絡検出演算部１００１には、電流検出器１０７により検出された電流値も入力される。図３（ｃ）に示すように正常に動作している場合は、一定時間後に電流検出器動作確認回路１０９に模擬電流が流れるため、電流検出器１０７では０以上の電流値を検出することになる。このような模擬電流を流しているかどうかを判断するため、模擬電流出力部１００２から地絡検出演算部１００１へ模擬電流信号を入力し、地絡検出演算部１００１では模擬電流出力信号が入力されるかどうかを判定する（Ｓ３）。また、接触器開放信号が無いと判定された場合は（Ｓ２）は、接触器に異常があるとする（Ｓ６）。

また、図３のＢ点からＣ点のような模擬電流出力信号が入力される期間において、地絡検出かあるかどうかは以下のように判断される。一定時間経過後、模擬電流出力部１００２から地絡検出演算部１００１に模擬出力信号が出力される。また同時に、模擬電流出力部１００１からの指令で電流検出器動作確認回路１０９の接触器は投入され、電流検出器動作確認回路１０９に模擬電流が流れるようになる。模擬電流が回路内を流れるようになると、電流検出器１０７から電流が検出されるようになる。その電流値（Ｉｃｔ）は、地絡検出演算部１００１に入力される。検出電流値（Ｉｃｔ）を受け取った地絡検出演算部１００１では、電流値（Ｉｃｔ）が所定の値（α）を超えているかどうかを判定する（Ｓ５）。検出された電流値（Ｉｃｔ）が所定の値を超えていない場合、地絡検出演算部１００１より接触器開放信号・有、模擬出力信号・有、Ｉｃｔ＜αの情報を持った第２地絡検出信号がＣＴ故障検出部１００４に入力され、第２パターンの電流検出器１０７の故障が発生していると判断される（Ｓ１０）。図３（ｅ）に示すように、電流検出器１０７が破損等により絶縁物となり地絡検出演算部１００１に電流が送られない状態になることを第２パターンＣＴ故障とする。地絡検出演算部１００１よりＣＴ故障第２パターンの信号を受け取ったＣＴ故障検出部１００４は、接触器１０４へ開放信号を出力し、接触器１０４を開放する。

また、ひとつの主変圧器１０２に複数の電力変換装置１１０が設置されているような場合には、各電力変換装置１１０の電流検出器１０７の故障を検出することで、故障が発見された電力変換装置１１０の接触器１０４のみを開放することができる。そのため、不必要な電力変換装置１１０の切り離しを発生させることがなく、不必要な出力低下を防止できる。また、メンテナンス時には故障が発生している電流検出器を特定できるため、作業効率を向上させることが可能である。また、電流検出器故障第１パターン及び、電流検出器故障第２パターンと故障状態を特定することで、故障の原因を特定することに役立つ。また本実施形態は、電圧値を検出して動作させることも可能である。また、走行途中で確認ボタンにより電流検出器異常検出手段を動作させることもできる。

Claims (8)

1. パンタグラフが受けた電力が、変圧器および接触器を介して供給され、この電力を車両が駆動するための駆動電力に変換する電力変換器と、
   この電力変換器に接続され、地絡故障に伴って流れる電流を検出するための電流検出器と、
   この電流検出器に模擬電流を流すための模擬電流出力部と、
   電源が投入され、かつ前記接触器が開放されていることが検出されると、第１の所定期間とこの第１の所定期間に続く第２の所定期間に前記電流検出器が故障しているか否かを判定する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記第１の所定期間では、前記模擬電流出力部からの模擬電流の出力をさせず、前記電流検出器が検出する電流値に基づいて前記電流検出器が故障していると判断するための第１の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第１の条件を満たした場合は前記電流検出器が故障していると判定し、
   前記第２の所定期間では、前記模擬電流出力部に模擬電流を出力させ、前記電流検出器が検出する電流値に基づいて前記電流検出器が故障していると判断するための第２の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第２の条件を満たした場合は前記電流検出器が故障していると判定する
   ことを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記制御部は、前記第１の所定期間において、前記電流検出器が所定の電流値を検出した場合に前記第１の条件を満たしたと判断し、前記第２の所定の期間において、前記電流検出器が所定の電流値を検出しない場合に前記第２の条件を満たしたと判断することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記制御部は、前記電流検出器が検出する電流値が第１の値より大きい場合に前記第１の条件を満たしたと判断し、前記電流検出器が検出する電流値が第２の値に満たない場合に前記第２の条件を満たしたと判断することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
4. 前記制御部は、車両の走行中に前記電流検出器によって検出された電流値に基づいて地絡の発生が検出されると、前記接触器を開放させ、接触器が開放されているときに前記電流検出器によって電流値が検出されると、前記電流検出器が故障していると判定することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
5. 変圧器および接触器に接続され車両を駆動させるための駆動電力を出力する電力変換器に接続され、地絡故障に伴って流れる電流を検出するための電流検出器の故障検出方法であって、
   電源が投入され、かつ前記接触器が開放されていることが検出されると、
   第１の所定期間において、前記電流検出器への模擬電流を供給させず、前記電流検出器が検出する電流値に基づいて前記電流検出器が故障していると判断するための第１の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第１の条件を満たした場合は前記電流検出器が故障していると判定し、
   第２の所定期間において、模擬電流を前記電流検出器に供給させ、前記電流検出器が検出する電流値に基づいて前記電流検出器が故障していると判断するための第２の条件を満たすか判断し、この判断の結果、前記第２の条件を満たした場合は前記電流検出器が故障していると判定する
   ことを特徴とする故障検出方法。
6. 前記第１の所定期間において、前記電流検出器が所定の電流値を検出した場合に前記第１の条件を満たしたと判断し、前記第２の所定の期間において、前記電流検出器が所定の電流値を検出しない場合に前記第２の条件を満たしたと判断することを特徴とすることを特徴とする請求項５に記載の故障検出方法。
7. 前記第１の所定期間において、前記電流検出器が検出する電流値が第１の値より大きい場合に前記第１の条件を満たしたと判断し、前記第２の所定期間において、前記電流検出器が検出する電流値が第２の値に満たない場合に前記第２の条件を満たしたと判断することを特徴とする請求項５に記載の故障検出方法。
8. 車両の走行中に前記電流検出器によって検出された電流値に基づいて地絡の発生が検出されると、前記接触器を開放させ、接触器が開放されているときに前記電流検出器によって電流値が検出されると、前記電流検出器が故障していると判定することを特徴とする請求項５に記載の故障検出方法。