JP2015098286A - 直流き電保護継電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】き電線の故障検出に対する感度を改善することができる直流き電保護継電装置を提供するものである。【解決手段】実施形態の直流き電保護継電装置は、直流き電線の電流値を一定時間ごとに取得する電流検出部と、電流正成分を算出する電流正成分算出部と、第１電流正成分と第２電流正成分とに基づいて突進率を算出する突進率算出部と、上限補正突進率を算出する上限補正値算出部と、下限補正突進率を算出する下限補正値算出部と、減衰補正突進率を算出する減衰補正値算出部と、増長率を算出する増長率算出部と、電流正成分の変化量を算出する変化量算出部と、増長変化量を算出し、増長変化量が予め定められる判定値以上か否かを判定する判定部と、増長変化量が判定値以上と判定された場合に、遮断器あるいは開閉器を開放するトリップ指令を出力するトリップ指令出力部とを有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、直流き電保護継電装置に関する。

図１３に示す一般的なき電回路において、変電所ＳＳ_１および変電所ＳＳ_２は、例えば数十ｋｍ間隔で設けられる。

各変電所ＳＳ_１，ＳＳ_２からは直流電力がき電線３１に供給される。

変電所ＳＳ_１は、交流電源４１、整流器４２、変流器（ＣＴ）４３、き電遮断器４５、連絡遮断装置４６、および直流き電保護継電装置４７を備える。

交流電源４１から供給される交流電力は、整流器４２によって直流電力に変換され、き電遮断器４５を通過してき電線３１の一端に供給される。

同様に変電所ＳＳ_２は、交流電源５１、整流器５２、ＣＴ５３、き電遮断器５５、連絡遮断装置５６、および直流き電保護継電装置５７を備える。

交流電源５１から供給される交流電力は、整流器５２によって直流電力に変換され、き電遮断器５５を通過してき電線３１の他端に供給される。

整流器４２，５２によって変換された直流電力は、レール３２にも供給され、き電線３１およびレール３２は、電気車３３に電力を供給する。

直流き電保護継電装置４７，５７は、ＣＴ４３，５３からき電線３１の電流値を取得し、き電線３１で故障等が発生した場合にき電遮断器４５，５５を開放する。

例えば、直流き電保護継電装置４７がき電線３の故障を検出した場合、変電所ＳＳ_１のき電遮断器４５を開放する。また、連絡遮断装置４６，５６は互いに連絡線３４で接続されるため、直流き電保護継電装置４７は変電所ＳＳ_１の連絡遮断装置４６を介して変電所ＳＳ_２の連絡遮断装置５６に遮断指令信号を出力する。すなわち、き電遮断器５５は、直流き電保護継電装置５７あるいは連絡遮断装置５６によって開放される。

特開２０１１−５３１８９号公報

き電線３１で故障が発生し、故障点抵抗Ｒ_ｆが０．４５［Ω］の場合の故障点区間長比率ｄと、所定時間当たりの故障点における電流の変化値ΔＩ_ｆ、所定時間当たりの変電所ＳＳ_１に流れる電流の変化値ΔＩ_１、所定時間当たりの変電所ＳＳ_２に流れる電流の変化値ΔＩ_２との関係の一例を図１４に示す。また、故障点抵抗Ｒ_ｆが０．７［Ω］の場合の故障点区間長比率ｄと、所定時間当たりの故障点における電流の変化値ΔＩ_ｆ、所定時間当たりの変電所ＳＳ_１に流れる電流の変化値ΔＩ_１，所定時間当たりの変電所ＳＳ_２に流れる電流の変化値ΔＩ_２との関係の一例を図１５に示す。

ここで、故障点区間長比率ｄは、変電所ＳＳ_１から変電所ＳＳ_２までの距離を１としたときの変電所ＳＳ_１から故障点までの比率である。例えば、ｄ＝０．５のときは両変電所ＳＳ_１，ＳＳ_２の中間地点にて故障が発生することを表す。

図１４，１５において、電流の変化値ΔＩ_１が閾値ΔＩ_ｓｅｔを超えると直流き電保護継電装置４７が動作し、電流の変化値ΔＩ_２が閾値ΔＩ_ｓｅｔを超えると直流き電保護継電装置５７が動作することを示す。

図１４では、ｄ＝０〜０．６にて変電所ＳＳ_１の直流き電保護継電装置４７が動作し、ｄ＝０．４〜１．０にて変電所ＳＳ_２の直流き電保護継電装置５７が動作することになる。

一方、図１５では、ｄ＝０〜０．４にて変電所ＳＳ_１の直流き電保護継電装置４７が動作し、ｄ＝０．６〜１．０にて変電所ＳＳ_２の直流き電保護継電装置５７が動作するが、ｄ＝０．４〜０．６にて無保護区間が生じてしまう。すなわち、故障点抵抗Ｒ_ｆが増加することで、両変電所ＳＳ_１，ＳＳ_２から無保護になってしまう区間が生じてしまう。

次に、故障点抵抗Ｒ_ｆを０．６［Ω］としたときの（ａ）電流と時間との関係の一例、（ｂ）電流の変化値と時間との関係の一例、（ｃ）き電遮断器の遮断動作と時間との関係の一例を図１６乃至図１８に示す。なお、図１６では、故障点区間長比率ｄ＝０、図１７では、故障点区間長比率ｄ＝０．２５、図１８では、故障点区間長比率ｄ＝０．５である。図１６（ｃ）、図１７（ｃ）、図１８（ｃ）中の「ａｃｔ１」は、変電所ＳＳ_１のき電遮断器４５の動作を表し、「ａｃｔ２」は、変電所ＳＳ_２のき電遮断器５５の動作を示す。

図１６より、ｄ＝０のとき変電所ＳＳ_１のき電遮断器４５は、およそｔ＝５０［ｍｓ］で開放され、変電所ＳＳ_２のき電遮断器５５は開放されない。

図１７より、ｄ＝０．２５のとき変電所ＳＳ_１のき電遮断器４５は、およそｔ＝６３［ｍｓ］で開放され、その後変電所ＳＳ_２のき電遮断器５５は、およそｔ＝１３５［ｍｓ］で開放される。

図１８より、ｄ＝０．５のとき変電所ＳＳ_１のき電遮断器４５、変電所ＳＳ_２のき電遮断器５５ともに開放されない。

すなわち、両変電所ＳＳ_１，変電所ＳＳ_２間のどの地点にて故障が発生するかにより、直流き電保護継電装置４７，５７は、近端動作、遠端不動作となり近端開放後の遠端の電流の変化値も閾値に到達しない場合がある。そのため、き電線３１の保護は近端側のき電保護継電装置４７，５７と連絡遮断装置４６，５６に委ねられる。

そこで、本発明の実施形態はこれらの課題を解決するために、き電線の故障検出に対する感度を改善することができる直流き電保護継電装置を提供するものである。

上記課題を達成するために、実施形態の直流き電保護継電装置は、遮断器あるいは開閉器に接続され、電気車に電力を供給する直流き電線の電流値を一定時間ごとに取得する電流検出部と、前記電流検出部で取得された前記電流値の正成分である電流正成分を算出する電流正成分算出部と、前記電流検出部により取得された第１電流値から前記電流正成分算出部にて算出された第１電流正成分と、前記電流検出部により前記第１電流値の所定回数前に取得された第２電流値から前記電流正成分算出部にて算出された第２電流正成分とに基づいて、前記電流正成分の変化率を示す突進率を算出する突進率算出部と、前記突進率算出部により算出された前記突進率に対して、予め設定される上限閾値を超えた場合に前記上限閾値と一致するように補正した上限補正突進率を算出する上限補正値算出部と、前記上限補正値算出部により算出された前記上限補正突進率に対して、予め設定される下限閾値を下回った場合に前記下限閾値と一致するように補正した下限補正突進率を算出する下限補正値算出部と、前記下限補正値算出部により算出された前記下限補正突進率に対して、減衰を遅らせるように補正した減衰補正突進率を算出する減衰補正値算出部と、前記減衰補正値算出部にて直前に算出された第１減衰補正突進率と、前記第１減衰補正突進率の所定回数前に算出された第２減衰補正突進率とに対して、予め定められる増長係数を乗じて加算した増長率を算出する増長率算出部と、前記第１電流正成分と前記第２電流正成分とから、前記電流正成分の変化量を算出する変化量算出部と、前記増長率と前記変化量とを乗じた増長変化量を算出し、前記増長変化量が予め定められる判定値以上か否かを判定する判定部と、前記判定部により、前記増長変化量が前記判定値以上と判定された場合に、前記遮断器あるいは前記開閉器を開放するトリップ指令を出力するトリップ指令出力部とを有する。

本実施形態に係る直流き電保護継電装置とその周辺装置の構成を示す全体構成図。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置の構成を示すブロック図。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置のリレー演算部の構成を示すブロック図。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置の突進率算出部により算出された突進率の一例。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置の減衰補正値算出部により算出された減衰補正突進率の一例。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置の増長率算出部により算出された増長率の一例。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置の動作を示すフローチャート。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置のリレー演算部の動作を示すフローチャート。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された突進率α^＋および遠端側に流れる電流Ｉと時間との関係を示す一例。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された増長率α、増長変化量ΔＩαおよび電流正成分の変化量ΔＩ^＋と時間との関係を示す一例。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された突進率α^＋および電気車力行電流Ｉと時間との関係を示す一例。 本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された増長率α、増長変化量ΔＩαおよび電流正成分の変化量ΔＩ^＋と時間との関係を示す一例。 従来のき電回路図。 従来のき電回路において故障点区間長比率ｄと、所定時間当たりの故障点における電流の変化値ΔＩ_ｆ、所定時間当たりの変電所ＳＳ_１に流れる電流の変化値ΔＩ_１、所定時間当たりの変電所ＳＳ_２に流れる電流の変化値ΔＩ_２との関係を示す一例（Ｒ_ｆ＝０．４５［Ω］）。 従来のき電回路において故障点区間長比率ｄと、所定時間当たりの故障点における電流の変化値ΔＩ_ｆ、所定時間当たりの変電所ＳＳ_１に流れる電流の変化値ΔＩ_１、所定時間当たりの変電所ＳＳ_２に流れる電流の変化値ΔＩ_２との関係を示す一例（Ｒ_ｆ＝０．７［Ω］）。 従来のき電回路における（ａ）電流と時間との関係の一例、（ｂ）電流の変化値と時間との関係の一例、（ｃ）き電遮断器の遮断動作と時間との関係の一例（ｄ＝０）。 従来のき電回路における（ａ）電流と時間との関係の一例、（ｂ）電流の変化値と時間との関係の一例、（ｃ）き電遮断器の遮断動作と時間との関係の一例（ｄ＝０．２５）。 従来のき電回路における（ａ）電流と時間との関係の一例、（ｂ）電流の変化値と時間との関係の一例、（ｃ）き電遮断器の遮断動作と時間との関係の一例（ｄ＝０．５）。

以下、実施形態を図面に基づき説明する。

（実施形態）
図１は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置とその周辺装置の構成を示す全体構成図である。

直流電気鉄道のき電系統においては、１区間のき電線３の両端にそれぞれ変電所１，２が接続され、各変電所１，２からは所要とする直流電力がき電線３に供給される。

変電所１は、交流電源１１、整流器１２、断路器１３、変流器（ＣＴ）１４、き電遮断器１５、連絡遮断装置１６、交流遮断器１７および直流き電保護継電装置１００を備える。

交流電源１１から供給される交流電力は、整流器１２によって直流電力に変換され、き電遮断器１５を通過してき電線３の一端に供給される。

同様に変電所２は、交流電源２１、整流器２２、断路器２３、ＣＴ２４、き電遮断器２５、連絡遮断装置２６、交流遮断器２７および直流き電保護継電装置２００を備える。

交流電源２１から供給される交流電力は、整流器２２によって直流電力に変換され、き電遮断器２５を通過してき電線３の他端に供給される。

整流器１２，２２によって変換された直流電力は、レール４にも供給され、き電線３およびレール４は、図示しない電気車に電力を供給する。

直流き電保護継電装置１００，２００は、ＣＴ１４，２４からき電線３の電流値を取得し、き電線３で故障等が発生した場合にき電遮断器１５，２５を開放する。

例えば、直流き電保護継電装置１００がき電線３の故障を検出した場合、変電所１のき電遮断器１５を開放する。また、連絡遮断装置１６，２６は互いに連絡線５で接続されるため、直流き電保護継電装置１００は変電所１の連絡遮断装置１６を介して変電所２の連絡遮断装置２６に遮断指令信号を出力する。すなわち、き電遮断器２５は、直流き電保護継電装置２００あるいは連絡遮断装置２６によって開放される。

次に、直流き電保護継電装置１００の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置の構成を示すブロック図である。直流き電保護継電装置２００は、直流き電保護継電装置１００と同様の構成であるため説明を省略する。

直流き電保護継電装置１００は、入力変換器１０１、アナログフィルタ１０２、ＡＤ変換器１０３、リレー演算部１０４を備える。

入力変換器１０１は、ＣＴ１４およびアナログフィルタ１０２に接続され、ＣＴ１４により測定されたき電線３の電流値を取得し、アナログフィルタ１０２に出力する処理部である。

アナログフィルタ１０２は、入力変換器１０１およびＡＤ変換器１０３に接続され、入力変換器１０１から取得した電流値のノイズや高調波成分を除去し、ＡＤ変換器１０３に出力する処理部である。

ＡＤ変換器１０３は、アナログフィルタ１０２、リレー演算部１０４に接続され、アナログフィルタ１０２から取得したアナログデータの電流値をディジタル化し、リレー演算部１０４に出力する処理部である。

次に、リレー演算部１０４の構成について図３を用いて説明する。図３は本実施形態に係る直流き電保護継電装置のリレー演算部の構成を示すブロック図である。

リレー演算部１０４は、主にＣＰＵによって動作されるプログラムによって実現され、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＲＡＭ等の図示しない記憶媒体に保存される。

リレー演算部１０４は、電流検出部２０１、電流正成分算出部２０２、突進率算出部２０３、上限補正値算出部２０４、下限補正値算出部２０５、減衰補正値算出部２０６、増長率算出部２０７、変化量算出部２０８、判定部２０９、トリップ指令出力部２１０を有する。

電流検出部２０１は、ＡＤ変換器１０３によりディジタル化された電流値Ｉ_ｓｐを一定時間ごとに取得する処理部である。

電流正成分算出部２０２は、電流検出部２０１で取得された電流値Ｉ_{ｓｐ（ｍ）}の正成分（電流正成分）Ｉ^＋ _（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（１）により算出される。ここで、ｍ＝１，２，・・・，ｐであり、ｐはサンプリング数を表す。

数式（１）において、Ｉ_{ｓｐ（ｍ）}が負の場合、分子はゼロになる。

突進率算出部２０３は、電流検出部２０１により直前（ｍ回目のサンプリング）に取得された電流値（第１電流値）から電流正成分算出部２０２にて算出された電流正成分（第１電流正成分）Ｉ^＋ _（ｍ）と、電流検出部２０１により第１電流値の所定回数ｎ前（ｍ−ｎ回目のサンプリング）に取得された電流値（第２電流値）から電流正成分算出部２０２にて算出された電流正成分（第２電流正成分）Ｉ^＋ _{（ｍ−ｎ）}とに基づいて突進率α^＋ _（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（２）により算出される。

すなわち、突進率は電流正成分の変化率を示している。ここで、係数ｋ_αは予め定められ、算出する単位時間当たりの電流増加量を調整するための係数である。なお、所定回数ｎは任意に設定可能であり、以下同様である。

数式（２）において、Ｉ^＋ _（ｍ）−Ｉ^＋ _{（ｍ−ｎ）}が負の場合、分子はゼロになる。

突進率算出部２０３により算出された突進率α^＋ _（ｍ）の一例を図４に示す。

上限補正値算出部２０４は、突進率算出部２０３により算出された突進率α^＋ _（ｍ）に対して、予め設定される上限閾値ｋ_αＨを超えた場合に上限閾値ｋ_αＨと一致するように補正した上限補正突進率α_Ｈ（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（３）により算出される。

数式（３）において、ｋ_αＨ−α^＋ _（ｍ）が負の場合、分子はゼロになる。

下限補正値算出部２０５は、上限補正値算出部２０４により算出された上限補正突進率α_Ｈ（ｍ）に対して、予め設定される下限閾値ｋ_αＬを下回った場合に下限閾値ｋ_αＬと一致するように補正した下限補正突進率α_Ｌ（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（４）により算出される。

数式（４）において、α_Ｈ（ｍ）−ｋ_αＬが負の場合、分子はゼロになる。

減衰補正値算出部２０６は、下限補正値算出部２０５により算出された下限補正突進率α_Ｌ（ｍ）に対して、減衰を遅らせるように補正した減衰補正突進率ατ_（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（５）により算出される。

ここで、ｋ_ατは予め定められる遅れ係数であり、上下限値が制限された下限補正突進率α_Ｌ（ｍ）は、数式（５）により所定回数ｎ前の減衰補正突進率ατ_{（ｍ―ｎ）}に対して増加分は遅れなしで、減少分は遅れ係数ｋ_ατの減少率で追従する。

すなわち、故障電流の変化量の応答に比べて故障電流の突進率は急峻に立つが、減衰が早いため、遅れ係数ｋ_ατにより減衰が遅らされる。

減衰補正値算出部２０６により算出された減衰補正突進率ατ_（ｍ）の一例を図５に示す。

増長率算出部２０７は、減衰補正値算出部２０６にて直前（ｍ回目のサンプリング）に算出された減衰補正突進率（第１減衰補正突進率）ατ_（ｍ）と、第１減衰補正突進率の所定回数ｎ前（ｍ−ｎ回目のサンプリング）に算出された減衰補正突進率（第２減衰補正突進率）ατ_{（ｍ−ｎ）}とに対して、予め定められる増長係数ｋ_α％を乗じて加算した増長率α_（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（６）により算出される。

α_（ｍ）＝ｋ_α％・（ατ_（ｍ）＋ατ_{（ｍ−ｎ）}） （６）
ここで、所定回数ｎは、故障点の近端側の直流き電保護継電装置１００，２００が故障を検出して、き電遮断器４５，５５を開放する時間（概ね５０ｍｓｅｃ）をサンプリング間隔で除した値を目安にすれば二段階後続する電流の増加タイミングに合致する。

第１減衰補正突進率ατ_（ｍ）と第２減衰補正突進率ατ_{（ｍ−ｎ）}に対して、数式（６）に示すように同一の増長係数ｋ_α％を乗じてもよいし、数式（７）に示すように異なる増長係数ｋ_α１％，ｋ_α２％を乗じてもよい。

α_（ｍ）＝ｋ_α１％・ατ_（ｍ）＋ｋ_α２％・ατ_{（ｍ−ｎ）} （７）
増長率算出部２０７により算出された増長率α_（ｍ）の一例を図６に示す。

変化量算出部２０８は、第１電流正成分Ｉ^＋ _（ｍ）と第２電流正成分Ｉ^＋ _{（ｍ−ｎ）}とから、電流正成分の変化量ΔＩ^＋ _（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（８）により算出される。

判定部２０９は、増長率算出部２０７により算出された増長率α_（ｍ）と変化量算出部２０８により算出された変化量ΔＩ^＋ _（ｍ）とを乗じた増長変化量ΔＩα_（ｍ）を算出し、算出した増長変化量ΔＩα_（ｍ）が予め定められる判定値ｋ_ΔＩ以上か否かを判定する処理部である。増長変化量ΔＩα_（ｍ）は、下記の数式（９）により算出され、数式（１０）に基づいて判定される。

ΔＩα_（ｍ）＝α_（ｍ）・ΔＩ^＋ _（ｍ） （９）
ｋ_ΔＩ≦ΔＩα_（ｍ） （１０）
トリップ指令出力部２１０は、判定部２０９により増長変化量ΔＩα_（ｍ）が判定値ｋ_ΔＩ以上と判定された場合に、き電遮断器１５を開放するトリップ指令を出力する処理部である。

トリップ指令出力部２１０は、き電遮断器１５に代わる開閉器を開放するトリップ指令を出力するように構成されてもよい。

次に、直流き電保護継電装置１００の動作について図７を用いて説明する。図７は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置の動作を示すフローチャートである。

入力変換器１０１は、ＣＴ１４により測定されたき電線３の電流値を取得し、アナログフィルタ１０２に出力する（Ｓ３０１）。

アナログフィルタ１０２は、入力変換器１０１から取得した電流値のノイズや高調波成分を除去し、ＡＤ変換器１０３に出力する（Ｓ３０２）。

ＡＤ変換器１０３は、アナログフィルタ１０２から取得したアナログデータの電流値をディジタル化し、リレー演算部１０４に出力する（Ｓ３０３）。

リレー演算部１０４は、ＡＤ変換器１０３からディジタル化された電流値を取得し、リレー演算を行い、条件を満たした場合にき電遮断器１５を開放するトリップ指令を出力する（Ｓ３０４）。

次に、リレー演算部１０４の動作について図８を用いて詳しく説明する。図８は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置のリレー演算部の動作を示すフローチャートである。

電流検出部２０１は、ＡＤ変換器１０３によりディジタル化された電流値を一定時間ごとに取得する（Ｓ４０１）。

電流正成分算出部２０２は、電流検出部２０１で取得された電流値の正成分である電流正成分を算出する（Ｓ４０２）。

突進率算出部２０３は、電流検出部２０１により直前に取得された第１電流値から電流正成分算出部２０２にて算出された第１電流正成分と、電流検出部２０１により第１電流値の所定回数前に取得された第２電流値から電流正成分算出部２０２にて算出された第２電流正成分とに基づいて突進率を算出する（Ｓ４０３）。

上限補正値算出部２０４は、突進率算出部２０３により算出された突進率に対して、予め設定される上限閾値を超えた場合に上限閾値と一致するように補正した上限補正突進率を算出する（Ｓ４０４）。

下限補正値算出部２０５は、上限補正値算出部２０４により算出された上限補正突進率に対して、予め設定される下限閾値を下回った場合に下限閾値と一致するように補正した下限補正突進率を算出する（Ｓ４０５）。

減衰補正値算出部２０６は、下限補正値算出部２０５により算出された下限補正突進率に対して、減衰を遅らせるように補正した減衰補正突進率を算出する（Ｓ４０６）。

増長率算出部２０７は、減衰補正値算出部２０６にて直前に算出された第１減衰補正突進率と、第１減衰補正突進率の所定回数前に算出された第２減衰補正突進率とに対して、予め定められる増長係数を乗じて加算した増長率を算出する（Ｓ４０７）。

変化量算出部２０８は、第１電流正成と第２電流正成分とから、電流正成分の変化量を算出する（Ｓ４０８）。

判定部２０９は、増長率算出部２０７により算出された増長率と変化量算出部２０８により算出された変化量とを乗じた増長変化量を算出する（Ｓ４０９）。

また判定部２０９は、算出した増長変化量が予め定められる判定値以上か否かを判定する（Ｓ４１０）。

トリップ指令出力部２１０は、判定部２０９により増長変化量が判定値以上と判定された場合（Ｓ４１０ ＹＥＳ）に、き電遮断器１５を開放するトリップ指令を出力する（Ｓ４１１）。

次にシミュレーション結果を示す。

図９は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された突進率α^＋および遠端側に流れる電流Ｉと時間との関係を示す一例である。また図１０は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された増長率α、増長変化量ΔＩαおよび電流正成分の変化量ΔＩ^＋と時間との関係を示す一例である。

ただし、図８、図９において遠端側の電流模擬は、故障初期電流ｄｉ／ｄｔは３０Ａ／２０ｍｓｅｃ、近端側開放直後の次期電流ｄｉ／ｄｔは９００Ａ／２０ｍｓｅｃとしている。

また、図８、図９におけるΔＩｓｅｔは判定値ｋ_ΔＩを意味し、１０００Ａとしている。

故障発生の初期電流Ｉは近端側（対向端）に多く遠端側は小さい。近端側の直流き電保護継電装置（例えば図１中、直流き電保護継電装置１００）が故障を検知してき電遮断器１５を開放した直後に、遠端側の電流Ｉは増加する。

しかし、図１０に示すように電流正成分の変化量ΔＩ^＋が判定値ΔＩｓｅｔに届かない場合がある。この場合、遠端側の直流き電保護継電装置２００がき電遮断器２５を開放する動作判定に電流正成分の変化量ΔＩ^＋が用いられていると、遠端側の直流き電保護継電装置２００は動作しないことを意味する。

増長率αは、初期故障電流の突進率に応じて推移し、対向端開放直後の連続した増加故障電流の突進率により更に増加・維持する。その結果、電流正成分の変化量ΔＩ^＋が判定値ΔＩｓｅｔに届かない場合でも増長変化量ΔＩαは判定値ΔＩｓｅｔを超過する。

すなわち、近端側の直流き電保護継電装置１００が故障を検知してき電遮断器１５を開放し、遠端側の電流正成分の変化量ΔＩ^＋が判定値ΔＩｓｅｔを下回る場合でも、増長変化量ΔＩαは判定値ΔＩｓｅｔを超過するため、遠端側の直流き電保護継電装置２００もき電遮断器２５を開放することが可能となる。このことにより、近端側の直流き電保護継電装置１００と端側の直流き電保護継電装置２００の動作が一致する。

図１１は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された突進率α^＋および電気車力行電流Ｉと時間との関係を示す一例である。また図１２は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された増長率α、増長変化量ΔＩαおよび電流正成分の変化量ΔＩ^＋と時間との関係を示す一例である。

ただし、電気車力行電流ｄｉ／ｄｔは５ｋＡ／１ｓｅｃとしている。

電気車力行電流は、最大でもその突進率が１０ｋＡ／１ｓｅｃ以下であり、き電回路の時定数に比べて遥かに小さい。

本実施形態では、上限補正値算出部２０４により上限閾値ｋ_αＨを設け、下限補正値算出部２０５により下限閾値ｋ_αＬを設けたため、増長率αの下限値は限りなく１ｐｕに近くなる。

また、電気車の回生電流は区間の電気車走行位置から変電所に向かう負方向電流であるため除去され、回生失効から生じる負の突進率は算出されない。その結果、増長変化量ΔＩαおよび電流正成分の変化量ΔＩ^＋はほぼ同等の値となり、判定値ΔＩｓｅｔを超えない。そのため、直流き電保護継電装置１００，２００が電気車力行電流によりき電遮断器１５，２５を開放することを防止できる。

本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，２，ＳＳ_１，ＳＳ_２…変電所
３，３１…き電線
４，３２…レール
５，３４…連絡線
１１，２１，４１，５１…交流電源
１２，２２，４２，５２…整流器
１３，２３…断路器
１４，２４，４３，５３…変流器（ＣＴ）
１５，２５，４５，５５…き電遮断器
１６，２６，４６，５６…連絡遮断装置
１７，２７…交流遮断器
３３…電気車
４７，５７，１００，２００…直流き電保護継電装置
１０１…入力変換器
１０２…アナログフィルタ
１０３…ＡＤ変換器
１０４…リレー演算部
２０１…電流検出部
２０２…電流正成分算出部
２０３…突進率算出部
２０４…上限補正値算出部
２０５…下限補正値算出部
２０６…減衰補正値算出部
２０７…増長率算出部
２０８…変化量算出部
２０９…判定部
２１０…トリップ指令出力部

Claims (1)

1. 遮断器あるいは開閉器に接続され、電気車に電力を供給する直流き電線の電流値を一定時間ごとに取得する電流検出部と、
   前記電流検出部で取得された前記電流値の正成分である電流正成分を算出する電流正成分算出部と、
   前記電流検出部により取得された第１電流値から前記電流正成分算出部にて算出された第１電流正成分と、前記電流検出部により前記第１電流値の所定回数前に取得された第２電流値から前記電流正成分算出部にて算出された第２電流正成分とに基づいて、前記電流正成分の変化率を示す突進率を算出する突進率算出部と、
   前記突進率算出部により算出された前記突進率に対して、予め設定される上限閾値を超えた場合に前記上限閾値と一致するように補正した上限補正突進率を算出する上限補正値算出部と、
   前記上限補正値算出部により算出された前記上限補正突進率に対して、予め設定される下限閾値を下回った場合に前記下限閾値と一致するように補正した下限補正突進率を算出する下限補正値算出部と、
   前記下限補正値算出部により算出された前記下限補正突進率に対して、減衰を遅らせるように補正した減衰補正突進率を算出する減衰補正値算出部と、
   前記減衰補正値算出部にて直前に算出された第１減衰補正突進率と、前記第１減衰補正突進率の所定回数前に算出された第２減衰補正突進率とに対して、予め定められる増長係数を乗じて加算した増長率を算出する増長率算出部と、
   前記第１電流正成分と前記第２電流正成分とから、前記電流正成分の変化量を算出する変化量算出部と、
   前記増長率と前記変化量とを乗じた増長変化量を算出し、前記増長変化量が予め定められる判定値以上か否かを判定する判定部と、
   前記判定部により、前記増長変化量が前記判定値以上と判定された場合に、前記遮断器あるいは前記開閉器を開放するトリップ指令を出力するトリップ指令出力部と
   を有する直流き電保護継電装置。

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