以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかる故障点標定システムを適用した鉄道電化システムについて説明する。
図1は、本実施形態にかかる鉄道電化システムの構成の一例を示す図である。図1に示すように、本実施形態にかかる鉄道電化システムは、電車Tの架線Lに対して直流電力を供給する直流き電方式を採用するシステムである。直流き電方式を採用した鉄道電化システムでは、架線Lに対して、複数の発電所(本実施形態では、発電所TSS−A,TSS−B)から直流電力を供給する。以下の説明では、発電所TSS−A,TSS−Bを区別する必要が無い場合には、発電所TSSと記載する。
変電所TSSは、電車TからレールRを経由して変電所TSSに戻される電流を遮断する断路器16を有する。発電所TSS−Aは、第1電力供給部10Aおよび第2電力供給部20Aを有する。第1電力供給部10Aおよび第2電力供給部20Aは、互いに異なる区間の架線Lに対して直流電力を供給する。変電所TSS−Bは、第1電力供給部10Bおよび第2電力供給部20Bを有する。第1電力供給部10Bおよび第2電力供給部20Bは、互いに異なる区間の架線Lに対して直流電力を供給する。
具体的には、発電所TSS−Aの第1電力供給部10Aは、区間S1の架線Lに対して直流電力を供給する。発電所TSS−Aの第2電力供給部20Aは、区間S1に隣接する区間S2の架線Lに対して直流電力を供給する。発電所TSS−Bの第1電力供給部10Bは、区間S2の架線Lに対して直流電力を供給する。また、発電所TSS−Bの第2電力供給部20Bは、区間S2に隣接する区間S3の架線Lに対して直流電力を供給する。本実施形態の鉄道電化システムにおいては、電車Tが走行する各区間の架線Lに対して複数の発電所TSSから直流電力が供給する。
本実施形態では、第1電力供給部10A,10Bおよび第2電力供給部20A,20Bは、複線の区間の架線L(上り列車用の架線Lおよび下り列車用の架線L)に、直流電力を供給する。また、本実施形態では、鉄道電化システムには、一方の区間の架線Lから、当該一方の区間に隣接する他の区間の架線Lへの電流の流れ込みを防止するエアセクション30が設けられている。
次に、発電所TSS−Aの第1電力供給部10Aの構成について説明する。変電所TSS−Aの第1電力供給部10Aは、図1に示すように、変圧器11、整流器12、受電側遮断器13、送電側遮断器14A1,14A2、ラインテストデバイス15A1,15A2、計器用変流器17A1,17A2、および計器用変圧器18A1,18A2を有する。
変圧器11は、一般の電力網から供給される交流電力を受電し、当該受電した交流電力を降圧する。整流器12は、電車Tから、レールRを経由して、変電所TSS−Aに電流を戻す。また、整流器12は、受電側遮断器13を経由して、一般の電力網から供給される交流電力(本実施形態では、変圧器11により降圧された交流電力)を、直流電力に変換して、区間S1の架線Lに供給する。受電側遮断器13は、直流高速度遮断器(HSCB:High Speed vacuum Circuit Breaker)等により構成され、一般の電力網から架線Lへの交流電力の供給をオンまたはオフする。
送電側遮断器14A1は、直流高速度遮断器(HSCB)等により構成され、変電所TSS−Aから区間S1の上り列車用の架線Lへの直流電力の供給をオン(閉じた状態)またはオフ(開いた状態)する。具体的には、送電側遮断器14A1は、区間S1の上り列車用の架線Lの短絡故障や接地故障等の故障によって当該架線Lに流れる電流が大きくなった場合に、オフして、当該架線Lに対する直流電力の供給を遮断する。送電側遮断器14A2は、直流高速度遮断器(HSCB)等により構成され、変電所TSS−Aから区間S1の下り列車用の架線Lへの直流電力の供給をオンまたはオフする。具体的には、送電側遮断器14A2は、区間S1の下り列車用の架線Lの故障等によって当該架線Lに流れる電流が大きくなった場合に、オフして、当該架線Lに対する直流電力の供給を遮断する。
ラインテストデバイス15A1は、送電側遮断器14A1をオンして架線Lへの直流電力の供給を開始する場合に、架線Lが過負荷な状態若しくは架線Lに故障が発生した状態において送電側遮断器14A1がオンすることを防止するために用いられる。また、ラインテストデバイス15A2は、送電側遮断器14A2をオンして架線Lへの直流電力の供給を開始する場合に、架線Lが過負荷な状態若しくは架線Lに故障が発生した状態において送電側遮断器14A2がオンすることを防止するために用いられる。これにより、送電側遮断器14A1,14A2に対して、遮断電流が繰り返し流れて、当該送電側遮断器14A1,14A2が損傷することを防止できる。
計器用変流器17A1は、第1電力供給部10Aから、区間S1の上り列車用の架線Lに流れる電流の電流値を検出する電流検出部である。計器用変流器17A2は、第1電力供給部10Aから、区間S1の下り列車用の架線Lに流れる電流の電流値を検出する電流検出部である。計器用変圧器18A1は、区間S1の上り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧を検出する電圧検出部である。計器用変圧器18A2は、区間S1の下り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧を検出する電圧検出部である。
次に、発電所TSS−Aの第2電力供給部20Aの構成について説明する。以下の説明では、第1電力供給部10Aと異なる構成について説明する。変電所TSS−Bの第1電力供給部10Bは、図1に示すように、変圧器11、整流器12、受電側遮断器13、送電側遮断器14A3,14A4、ラインテストデバイス15A3,15A4、計器用変流器17A3,17A4、および計器用変圧器18A3,18A4を有する。
第2電力供給部20Aの整流器12は、受電側遮断器13を経由して、一般の電力網から供給される交流電力を、直流電力に変換して、区間S2の架線Lに供給する。
送電側遮断器14A3は、直流高速度遮断器(HSCB)等により構成され、変電所TSS−Aから区間S2の上り列車用の架線Lへの直流電力の供給をオンまたはオフする。具体的には、送電側遮断器14A3は、区間S2の上り列車用の架線Lの故障によって当該架線Lに流れる電流が大きくなった場合に、オフして、当該架線Lに対する直流電力の供給を遮断する。送電側遮断器14A4は、直流高速度遮断器(HSCB)等により構成され、変電所TSS−Aから区間S2の下り列車用の架線Lへの直流電力のオンまたはオフする。具体的には、送電側遮断器14A4は、区間S2の下り列車用の架線Lの故障等によって当該架線Lに流れる電流が大きくなった場合に、オフして、当該架線Lに対する直流電力の供給を遮断する。
ラインテストデバイス15A3は、送電側遮断器14A3をオンして架線Lへの直流電力の供給を開始する場合に、架線Lが過負荷な状態若しくは架線Lに故障が発生した状態において送電側遮断器14A3がオンとなることを防止するために用いられる。また、ラインテストデバイス15A4は、送電側遮断器14A3をオンして架線Lへの直流電力の供給を開始する場合に、架線Lが過負荷な状態若しくは架線Lに故障が発生した状態において送電側遮断器14A4がオンとなることを防止するために用いられる。これにより、送電側遮断器14A3,14A4に対して、遮断電流が繰り返し流れて、当該送電側遮断器14A3,14A4が損傷することを防止できる。
計器用変流器17A3は、第2電力供給部20Aから、区間S2の上り列車用の架線Lに流れる電流の電流値を検出する電流検出部である。計器用変流器17A4は、第2電力供給部20Aから、区間S2の下り列車用の架線Lに流れる電流の電流値を検出する電流検出部である。計器用変圧器18A3は、区間S2の上り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧を検出する電圧検出部である。計器用変圧器18A4は、区間S2の下り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧を検出する電圧検出部である。
次に、発電所TSS−Bの第1電力供給部10Bの構成について説明する。以下の説明では、第1電力供給部10Aと異なる構成について説明する。変電所TSS−Bの第1電力供給部10Bは、図1に示すように、変圧器11、整流器12、受電側遮断器13、送電側遮断器14B1,14B2、ラインテストデバイス15B1,15B2、計器用変流器17B1,17B2、および計器用変圧器18B1,18B2を有する。
第1電力供給部10Bの整流器12は、電車Tから、レールRを経由して、変電所TSS−Bに電流を戻す。また、整流器12は、受電側遮断器13を経由して、一般の電力網から供給される交流電力を、直流電力に変換して、区間S2の架線Lに供給する。
送電側遮断器14B1は、直流高速度遮断器(HSCB)等により構成され、変電所TSS−Bから区間S2の上り列車用の架線Lへの直流電力の供給をオンまたはオフする。具体的には、送電側遮断器14B1は、区間S2の上り列車用の架線Lの故障によって当該架線Lに流れる電流が大きくなった場合に、オフして、当該架線Lに対する直流電力の供給を遮断する。送電側遮断器14B2は、直流高速度遮断器(HSCB)等により構成され、変電所TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lへの直流電力の供給をオンまたはオフする。具体的には、送電側遮断器14B2は、区間S2の下り列車用の架線Lの故障等によって当該架線Lに流れる電流が大きくなった場合に、オフして、当該架線Lに対する直流電力の供給を遮断する。
ラインテストデバイス15B1は、送電側遮断器14B1をオンして架線Lへの直流電力の供給を開始する場合に、架線Lが過負荷な状態若しくは架線Lに故障が発生した状態において送電側遮断器14B1がオンすることを防止するために用いられる。また、ラインテストデバイス15B2は、送電側遮断器14B2をオンして架線Lへの直流電力の供給を開始する場合に、架線Lが過負荷な状態若しくは架線Lに故障が発生した状態において送電側遮断器14B2がオンすることを防止するために用いられる。これにより、送電側遮断器14B1,14B2に対して、遮断電流が繰り返し流れて、当該送電側遮断器14B1,14B2が損傷することを防止できる。
計器用変流器17B1は、第1電力供給部10Bから、区間S2の上り列車用の架線Lに流れる電流の電流値を検出する電流検出部である。計器用変流器17B2は、第1電力供給部10Bから、区間S2の下り列車用の架線Lに流れる電流の電流値を検出する電流検出部である。計器用変圧器18B1は、区間S2の上り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧を検出する電圧検出部である。計器用変圧器18B2は、区間S2の下り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧を検出する電圧検出部である。
次に、発電所TSS−Bの第2電力供給部20Bの構成について説明する。以下の説明では、第1電力供給部10Bと異なる構成について説明する。変電所TSS−Bの第2電力供給部20Bは、図1に示すように、変圧器11、整流器12、受電側遮断器13、送電側遮断器14B3,14B4、ラインテストデバイス15B3,15B4、計器用変流器17B3,17B4、および計器用変圧器18B3,18B4を有する。
第2電力供給部20Bの整流器12は、受電側遮断器13を経由して、一般の電力網から供給される交流電力を、直流電力に変換して、区間S3の架線Lに供給する。
送電側遮断器14B3は、直流高速度遮断器(HSCB)等により構成され、変電所TSS−Bから区間S3の上り列車用の架線Lへの直流電力の供給をオンまたはオフする。具体的には、送電側遮断器14B3は、区間S3の上り列車用の架線Lの故障によって当該架線Lに流れる電流が大きくなった場合に、オフして、当該架線Lに対する直流電力の供給を遮断する。送電側遮断器14B4は、直流高速度遮断器(HSCB)等により構成され、変電所TSS−Bから区間S3の下り列車用の架線Lへの直流電力の供給をオンまたはオフする。具体的には、送電側遮断器14B4は、区間S3の下り列車用の架線Lの故障等によって当該架線Lに流れる電流が大きくなった場合に、オフして、当該架線Lに対する直流電力の供給を遮断する。
ラインテストデバイス15B3は、送電側遮断器14B3をオンして架線Lへの直流電力の供給を開始する場合に、架線Lが過負荷な状態若しくは架線Lに故障が発生した状態において送電側遮断器14B3がオンすることを防止するために用いられる。また、ラインテストデバイス15B4は、送電側遮断器14B3をオンして架線Lへの直流電力の供給を開始する場合に、架線Lが過負荷な状態若しくは架線Lに故障が発生した状態において送電側遮断器14B3がオンすることを防止するために用いられる。これにより、送電側遮断器14B3,14B4に対して、遮断電流が繰り返し流れて、当該送電側遮断器14B3,14B4が損傷することを防止できる。
計器用変流器17B3は、第2電力供給部20Bから、区間S3の上り列車用の架線Lに流れる電流の電流値を検出する電流検出部である。計器用変流器17B4は、第2電力供給部20Bから、区間S3の下り列車用の架線Lに流れる電流の電流値を検出する電流検出部である。計器用変圧器18B3は、区間S3の上り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧を検出する電圧検出部である。計器用変圧器18B4は、区間S3の下り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧を検出する電圧検出部である。
次に、区間S2の下り列車用の架線Lに故障が生じた場合に、変電所TSS−Aの第2電力供給部20Aから区間S2の架線Lへの直流電力の供給の遮断処理について説明する。ここでは、変電所TSS−Aの第2電力供給部20Aによる架線Lへの直流電力の供給の遮断処理について説明するが、他の電力供給部(第1電力供給部10A、第1電力供給部10B、第2電力供給部20B)においても同様に、架線Lへの直流電力の供給の遮断処理が実行される。
第2電力供給部20A(例えば、送電側遮断器14A4を制御する開閉装置)は、図1に示すように、区間S2の下り列車用の架線Lにおいて短絡故障が発生した場合(例えば、計器用変流器17A4によって通常の電流値より高い電流値を検出した場合)、送電側遮断器14A4に対して、直流電流の供給の遮断を指示する遮断指示を送信する。ここで、通常の電流値は、架線Lにおいて故障が発生していない場合に架線Lに流れる電流値である。送電側遮断器14A4は、遮断指示を受信した場合、オフして、短絡故障が発生した区間の架線Lに対する直流電力の供給を遮断する。
次に、ラインテストデバイス15A4の具体的な構成について説明する。ここでは、ラインテストデバイス15A4の構成について説明するが、他のラインテストデバイス15A1,15A2、15A3,15B1,15B2,15B3,15B4も同様の構成を有する。
ラインテストデバイス15A4は、送電側遮断器14A4に対して並列接続される。また、ラインテストデバイス15A4は、第2電力供給部20Aから架線Lに供給される直流電力の電圧を降下させる抵抗LT(以下、電圧降下抵抗と言う)と、当該電圧降下抵抗LTにより電圧を降下させた直流電力の架線Lへの供給をオンまたはオフするスイッチ(コンタクタ)SWと、第2電力供給部20Aから架線Lへ大電流が流れた場合に溶断するヒューズFと、を有する。
送電側遮断器14A4がオフとなっている場合、ラインテストデバイス15A4は、スイッチSWをオンとして、架線Lに対して、直流電力を供給する。この場合、ラインテストデバイス15A4は、電圧降下抵抗LTを介して、架線Lに対して電流を流すため、架線Lに流れる電流の電流値が下げられる。電圧降下抵抗LTには、一般的に、大きな抵抗値を有する抵抗が用いられるため、架線Lから直流電力の供給を受ける電車Tに流れる電流は小さくなる。
ところで、従来、電力系統の故障点を標定する方法(以下、故障点標定方法と言う)は、既に開発されかつ工業的に用いられている。例えば、架線のインピーダンスに基づいて電力系統の故障点を標定する故障点標定方法は、簡単に適用できる点で、工業的に最も確立された方法である。この故障点標定方法は、電力系統の故障点を標定するために、電力系統において故障が発生している間に検出される電流値および電圧を用いる。しかしながら、この故障点標定方法は、以下の理由により、直流き電方式を用いた鉄道電化システムに適用することが困難である。
まず、直流き電方式を用いた鉄道電化システムには、非常に大きい短絡電流が流れ、かつ当該鉄道電化システムが有する保護装置が直ちに短絡電流の発生を防止する。そのため、鉄道電化システムが有する電圧検出器および電流検出器は、故障が発生した際の電力系統の電圧および電流値の検出が困難な場合がある。
また、上述の故障点標定方法は、故障点の抵抗値を検出する装置を、当該故障点に設けなければならないが、直流き電方式を用いた鉄道電化システムにおいては、当該故障点の抵抗値を検出することは難しい。上述の故障点標定方法では、故障点を標定するための演算において、当該故障点の抵抗値を考慮しなくても良いが、この方法は、架線に対して1つの変電所のみが電力を供給しかつ電車Tの負荷が除かれた鉄道電化システムにおいてのみ実現可能である。
また、直流き電方式を用いた鉄道電化システムにおいては、変電所毎に設けられた電流検出器により検出される短絡電流の電流値は、時間経過と共に、指数関数的に、実際の短絡電流の電流値まで上昇する。理論的には、各変電所において検出される短絡電流の電流値を比較することによって、架線の故障点を検出できる。しかしながら、架線において故障が発生すると、遮断器が直ちにオフとなるため、電流検出器による短絡電流の電流値の検出を妨げる。また、遮断器がオフとなる際に流れる遮断電流が、架線の故障点の検出を妨げる可能性もある。さらに、故障が発生した区間の架線に直流電力を供給する変電所の遮断器を同時にオフとする必要があるが、実際は、各変電所の遮断器をオフにするタイミングにずれが生じる。以上の理由により、従来の故障点標定方法によっては、直流き電方式を適用した鉄道電化システムにおいて、故障点を検出することは困難である。
そこで、本実施形態にかかる鉄道電化システムは、区間S2の下り列車用の架線Lにおいて故障が発生した場合、ラインテストデバイス15A4,15B2を用いて、短絡電流や架線Lの故障点の抵抗の計測結果を考慮することなく、架線Lのインピーダンスに基づいて、区間S2の下り列車用の架線Lの故障点を検出する。
具体的には、鉄道電化システムは、区間S2の下り列車用の架線Lの故障点を検出する際、送電側遮断器14A4,14B2をオフし、ラインテストデバイス15A4のスイッチSWをオンし,ラインテストデバイス14B2のスイッチSWをオフした場合における、計器用変圧器18A4,18B2により検出される電圧および計器用変流器17A4により検出される電流値と、架線Lの所定の長さ当りの抵抗値と、に基づいて、変電所TSS−Aから、区間S2の下り列車用の架線Lの故障点までの距離を算出する。これにより、架線Lにおいて故障が発生した場合に、送電側遮断器14A4,14B2をオフからオンにする処理を繰り返したり、架線Lの故障点を標定するための他の装置を設けたりすることなく、架線Lの故障点を求めることができる。
図2は、本実施形態にかかる鉄道電化システムにおける架線の故障点を求める処理を説明するための図である。ここでは、区間S2の下り列車用の架線Lの故障点を求める処理について説明するが、他の区間の架線Lの故障点も同様にして故障点を求めることができる。図2において、RLTAは、ラインテストデバイス15A4が有する電圧降下抵抗LTの抵抗値(Ω)である。Rfは、架線Lの故障点の抵抗値(Ω)である。Vfは、架線Lの故障点の電圧(V)である。VAは、図2に示す位置Aと位置A´との間で電圧(言い換えると、計器用変圧器18A4により検出される電圧)である。VBは、図2に示す位置Bと位置B´との間の電圧(言い換えると、計器用変圧器18B2により検出される電圧)である。
Iaは、変電所TSS−Aから区間S2の下り列車用の架線Lの故障点に流れる電流の電流値(言い換えると、計器用変流器17A4により検出される電流値)である。Ibは、変電所TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lの故障点に流れる電流の電流値(言い換えると、計器用変流器17B2により検出される電流値)である。D1は、変電所TSS−Aから区間S2の架線Lの故障点までの距離である。D2は、変電所TSS−Bから区間S2の架線Lの故障点までの距離である。rは、架線Lの所定の長さ(本実施形態では、1km)当たりの抵抗値(Ω/km)である。
第2電力供給部20Aおよび第1電力供給部10Bは、キルヒホッフの法則によれば、下記の式(1),(2)に示すように、電圧VAおよび電圧VBを求めることができる。
VA=Ia(D1×r)+Vf・・・(1)
VB=Ib(D2×r)+Vf・・・(2)
そして、計器用変流器17A4,18B2によって所定電流値より高い電流値Ia,Ibが検出されて、架線Lの故障が発生したと判断した場合、鉄道電化システムは、変電所TSS−Aのラインテストデバイス15A4が有するスイッチSWをオンし、かつ変電所TSS−Bのラインテストデバイス15B2が有するスイッチSWをオフする。これにより、電圧VAおよび距離D1は、下記の式(3)で表される。
VA=Ia(D1×r)+VB
D1=(VA−VB)/(Ia×r)・・・(3)
ここで、架線Lの所定の長さ当りの抵抗値rは、予め求められており、かつ電圧VA,VBおよび電流値Iaは、計器用変流器17A4および計器用変圧器18A4,18B2により検出可能である。そのため、第2電力供給部20Aは、上記の式(3)に従うことによって、架線Lの故障点における短絡電流を検出することなく、変電所TSS−Aから区間S2の架線Lの故障点までの距離D1を求めることができる。また、第1電力供給部10Bも、同様にして、変電所TSS−Bから区間S2の架線Lの故障点までの距離を求めることができる。
本実施形態では、計器用変流器18A4,17B2によって所定電流値より高い電流値Ia,Ibが検出されて、架線Lの故障が発生したと判断した場合、変電所TSS−Aおよび変電所TSS−Bの両方において、変電所TSSから架線Lの故障点までの距離を求める処理を行う。変電所TSS−Aから区間S2の下り列車用の架線Lの故障点までの距離D1を求める場合、鉄道電化システムは、送電側遮断器14A4,14B2をオフし、変電所TSS−Aのラインテストデバイス15A4が有するスイッチSWをオンし、かつ変電所TSS−Bのラインテストデバイス15B2が有するスイッチSWをオフする。この場合、Vf=VBとなり、かつIb=0となる。そのため、第2電力供給部20Aは、上記の式(3)によって、変電所TSS−Aから区間S2の架線Lの故障点までの距離D1を求めることができる。
一方、変電所TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lの故障点までの距離D2を求める場合、鉄道電化システムは、送電側遮断器14A4,14B2をオフし、変電所TSS−Aのラインテストデバイス15A4が有するスイッチSWをオフし、かつ変電所TSS−Bのラインテストデバイス15B2が有するスイッチSWをオンする。この場合、Vf=VAとなり、かつIa=0となる。そのため、第1電力供給部10Bは、下記の式(4)によって、変電所TSS−Bから区間S2の架線Lの故障点までの距離D2を求めることができる。
VB=Ib(D2×r)+VA
D2=(VB−VA)/(Ib×r)・・・(4)
次に、図3を用いて、変電所TSS−Aから、区間S2の下り列車用の架線Lの故障点までの距離D1を求める処理の流れの一例について説明する。図3は、本実施形態にかかる鉄道電化システムにおける変電所から故障点までの距離を求める処理の流れの一例を示すフローチャートである。
区間S2(所定区間の一例)の下り列車用の架線Lの故障点を検出する場合、変電所TSS−Aの第2電力供給部20Aは、送電側遮断器14A4をオフして、変電所TSS−Aから区間S2の下り列車用の架線Lへの直流電力の供給を遮断する(ステップS301)。また、変電所TSS−Bの第1電力供給部10Bも、送電側遮断器14B2をオフして、変電所TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lへの直流電力の供給を遮断する(ステップS321)。また、第1電力供給部10Bは、計器用変流器17B2を制御して、変電所TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lに流れる電流の電流値Ibを検出し、かつ計器用変圧器18B2を制御して、変電所TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧VBを検出する(ステップS322)。
送電側遮断器14A4がオフすると、変電所TSS−Aの第2電力供給部20Aは、ラインテストデバイス15A4を用いて、区間S2の下り列車用の架線Lの故障点を検出する処理を行った回数X(以下、処理回数と言う)を「1」に設定する(ステップS302)。次いで、第2電力供給部20Aは、計器用変圧器18A4による電圧の検出結果を取得する(ステップS303)。そして、第2電力供給部20Aは、計器用変圧器18A4により検出された電圧VAが所定の閾値Vminより低いか否かを判断する(ステップS304)。ここで、所定の閾値Vminは、架線Lにおいて故障が発生したと判断する電圧の閾値である。
計器用変圧器18A4により検出された電圧VAが所定の閾値Vmin以上である場合(ステップS304:No)、第2電力供給部20Aは、ラインテストデバイス15A4のスイッチSWをオフし(ステップS305)、かつ送電側遮断器14A4,14B2をオンして、変電所TSS−A,TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lへ直流電力を供給する(ステップS306)。
一方、計器用変圧器18A4により検出された電圧VAが所定の閾値Vminより低い場合(ステップS304:Yes)、第2電力供給部20Aは、ラインテストデバイス15A4のスイッチSWをオンして、ラインテストデバイス15A4の電圧降下抵抗LTにより降圧された直流電力を、区間S2の下り列車用の架線Lに供給する(ステップS307)。次いで、第2電力供給部20Aは、計器用変流器17A4を制御して、変電所TSS−Aから区間S2の下り列車用の架線Lに流れる電流の電流値Iaを検出し、かつ計器用変圧器18A4を制御して、変電所TSS−Aから区間S2の下り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧VAを検出する(ステップS308)。
次に、第2電力供給部20Aは、検出した電圧VAが所定電圧VLTより低いか否かを判断する(ステップS309)。ここで、所定電圧VLTは、架線Lに異常が発生していない場合に電圧降下抵抗LTに印加される電圧である。検出した電圧VAが所定電圧VLT以上である場合(ステップS309:No)、第2電力供給部20Aは、区間S2の下り列車用の架線Lに故障が発生していないと判断し、かつラインテストデバイス15A4のスイッチSWをオフする(ステップS310)。その後、第2電力供給部20Aは、送電側遮断器14A4,14B2をオンして、変電所TSS−A,TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lへ直流電力を供給する(ステップS306)。
一方、検出した電圧VAが所定電圧VLTより低い場合(ステップS309:Yes)、第2電力供給部20Aは、区間S2の下り列車用の架線Lに故障が発生していると判断し、かつ送電側遮断器14A4,14B2をオンすることを禁止する(ステップS311)。すなわち、第2電力供給部20Aは、送電側遮断器14A4,14B2をオフのままとし、変電所TSS−A,TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lに対して直流電力を供給しない。さらに、第2電力供給部20Aは、ラインテストデバイス15AのスイッチSWをオフする(ステップS312)。次いで、鉄道電化システムは、処理回数Xが所定回数(例えば、「2」)より少ないか否かを判断する(ステップS313)。処理回数Xが所定回数より少ない場合(ステップS313:Yes)、鉄道電化システムは、処理回数Xをインクリメントし(ステップS314)、その後、ステップS303に戻る。一方、処理回数Xが所定回数以上である場合(ステップS313:No)、鉄道電化システムは、区間S2の下り列車用の架線Lに対するメンテナンスを指示するメンテナンス情報を、鉄道電化システムの管理者の端末に送信する(ステップS315)。
また、鉄道電化システムが有する演算器C(第1算出部の一例)は、計器用変流器17A4により検出された電流値Ia、計器用変圧器18A4により検出された電圧VA、および計器用変圧器18B2により検出された電圧VBが入力されると、上述の式(3)を用いて、変電所TSS−Aから区間S2の下り列車用の架線Lの故障点までの距離を算出する(ステップS316)。そして、演算器Cは、変電所TSS−Aから区間S2の下り列車用の架線Lの故障点までの距離の算出結果を、外部装置に出力する。その後、第2電力供給部20Aは、ステップS315へと進む。
ここで、ステップS316に示す処理は、送電側遮断器14A4や受電側遮断器13を制御する開閉装置、またはPLC(Programmable Logic Computer)等、変電所TSS−Aに設けられた演算器Cにより実行される。この場合、演算器Cは、予め設定された伝送手段を用いて、隣接する変電所TSS−Bから、計器用変圧器18B2により検出された電圧VBを受信する。
または、演算器Cは、変電所TSS−Aの外部の制御盤(例えば、変電所TSSを制御する外部の制御盤、変電所TSSと後述するSCADAとの間で各種情報を転送する制御盤)に設けられても良い。この場合、外部の制御盤は、予め設定された伝送手段を用いて、変電所TSS−Aから、計器用変流器17A4により検出された電流値Iaおよび計器用変圧器18A4により検出された電圧VAを受信し、かつ変電所TSS−Bから、計器用変圧器18B2により検出された電圧VBを受信する。
または、演算器Cは、鉄道電化システム全体を制御するSCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)等の管理装置やその他のコンピュータを用いた媒体に設けられても良い。この場合、管理装置(またはその他のコンピュータを用いた媒体)は、予め設定された伝送手段を用いて、変電所TSS−Aから、計器用変流器17A4により検出された電流値Iaおよび計器用変圧器18A4により検出された電圧VAを受信し、かつ変電所TSS−Bから、計器用変圧器18B2により検出された電圧VBを受信する。
次に、図4を用いて、変電所TSS−Bから、区間S2の下り列車用の架線Lの故障点までの距離D2を求める処理の流れの一例について説明する。図4は、本実施形態にかかる鉄道電化システムにおける変電所から故障点までの距離を求める処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下の説明では、図3に示すフローチャートと同様の処理については説明を省略する。
ステップS312において、ラインテストデバイス15AのスイッチSWがオフになると、変電所TSS−Bの第1電力供給部10Bは、ラインテストデバイス15B2のスイッチSWをオンする(ステップS401)。次いで、第1電力供給部10Bは,計器用変流器17B2を制御して、変電所TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lに流れる電流の電流値Ibを検出し、かつ計器用変圧器18B2を制御して、変電所TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lに供給される直流電力の電圧VBを検出する(ステップS402)。
そして、演算器C(第2算出部の一例)は、計器用変流器17B2により検出された電流値Ib、計器用変圧器18A4により検出された電圧VA、および計器用変圧器18B2により検出された電圧VBが入力されると、上述の式(4)を用いて、変電所TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lの故障点までの距離を算出する(ステップS403)。その後、演算器Cは、変電所TSS−Bから区間S2の下り列車用の架線Lの故障点までの距離の算出結果を、外部装置に出力する。この場合、演算器Cは、送電側遮断器14B2や受電側遮断器13を制御する開閉装置、変電所TSS−BのPLC、変電所TSS−Bの外部の制御盤、管理装置、またはその他のコンピュータを用いた媒体に設けられる。
本実施形態では、演算器Cは、鉄道電化システムが稼働していない時間に、上述した、変電所TSSから架線Lの故障点までの距離を求める処理を実行する。例えば、鉄道電化システムが稼働していない時間に電車TのレールRが破損して短絡故障を引き起こす可能性があるため、演算器Cは、鉄道電化システムが稼働していない時間に、変電所TSSから架線Lの故障点までの距離を求める処理を実行する。また、鉄道電化システムが稼働前は、架線Lには直流電力が供給されておらず、かつ受電用遮断器13がオンすることが禁止されているため、演算器Cは、鉄道電化システムが稼働していない時間に、変電所TSSから架線Lの故障点までの距離を求める処理を実行する。
次に、図5および図6を用いて、変電所TSS−Aの送電側遮断器14A3を制御する開閉装置RyA(または変電所TSS−Aが有するPLCでも良い)に演算器Cを設けた例について説明する。図5は、本実施形態にかかる鉄道電化システムの変電所において故障点を検出する処理の流れの一例を示すフローチャートである。図6は、本実施形態にかかる鉄道電化システムの変電所の開閉装置において故障点を検出する処理の一例を説明するための図である。
例えば、区間S2の上り列車用の架線Lの故障点を検出する場合、送電側遮断器14A3,14B1は、オフして、変電所TSS−A,TSS−Bから区間S2の上り列車用の架線Lへの直流電力の供給を遮断する(ステップS501)。また、ラインテストデバイス15A3のスイッチSWをオンし、かつラインテストデバイス15B1のスイッチSWをオフする(ステップS502)。次いで、計器用変流器17A3が電流値Iaを検出し、かつ計器用変圧器18A3が電圧VAを検出する(ステップS503)。
送電側遮断器14A3の開閉装置RyAは、変電所TSS−B(例えば、送電側遮断器14B1の開閉装置RyB)から、予め設定された伝送手段を用いて、外部装置を介さずに(または外部の制御盤を介して)、計器用変圧器18B1により検出された電圧VBを受信する(ステップS504)。その後、開閉装置RyAは、検出された電流値Iaおよび電圧VAと、受信した電圧VBと、抵抗値rと、に基づいて、変電所TSS−Aから、区間S2の上り列車用の架線Lの故障点までの距離を算出する(ステップS505)。そして、開閉装置RyAは、算出した距離を、変電所TSS−Aを制御する制御盤PAを介して、SCADA500に出力する。また、開閉装置RyAは、算出した距離を、表示部等のHMI(Human Machine Interface)に表示する。
次に、図7および図8を用いて、変電所TSS−Bの送電側遮断器14B1を制御する開閉装置RyB(変電所TSS−BのPLCでも良い)に演算器Cを設けた例について説明する。図7は、本実施形態にかかる鉄道電化システムの変電所において故障点を検出する処理の流れの一例を示すフローチャートである。図8は、本実施形態にかかる鉄道電化システムの変電所の開閉装置において故障点を検出する処理の一例を説明するための図である。図5および図6と同様の処理については説明を省略する。
変電所TSS−Aの開閉装置RyAが、変電所TSS−Aから故障点までの距離を、SCADA500に出力した後(ステップS701)、ラインテストデバイス15A3のスイッチSWがオフし、ラインテストデバイス15B1のスイッチSWをオンする(ステップS702)。次いで、計器用変流器17B1が電流値Ibを検出し、かつ計器用変圧器18B1が電圧VBを検出する(ステップS703)。
送電側遮断器14B1の開閉装置RyBは、送電側遮断器14A3の開閉装置RyAから、予め設定された伝送手段を用いて、外部装置を介さずに(または外部の制御盤を介して)、計器用変圧器18A3により検出された電圧VAを受信する(ステップS704)。その後、開閉装置RyBは、検出された電流値Ibおよび電圧VBと、電圧VAと、抵抗値rと、に基づいて、変電所TSS−Bから、区間S2の上り列車用の架線Lの故障点までの距離を算出する(ステップS705)。そして、開閉装置RyBは、算出した距離を、制御盤PBを介して、SCADA500に出力する(ステップS706)。また、開閉装置RyBは、算出した距離を、表示部等のHMIに表示する。
次に、図9を用いて、変電所TSS−Aを制御する制御盤PAに演算器Cを設けた例について説明する。図9は、本実施形態にかかる鉄道電化システムの制御盤において故障点を検出する処理の一例を説明するための図である。
図9に示すように、送電側遮断器14A3,14B1がオフし、ラインテストデバイス15A3のスイッチSWがオンしかつラインテストデバイス15B1のスイッチSWがオフした場合、変電所TSS−Aを制御する制御盤PAは、外部装置を介さずに、計器用変流器17A3により検出される電流値Iaおよび計器用変圧器18A3により検出される電圧VAを、変電所TSS−A(例えば、送電側遮断器14A3の開閉装置RyA)を受信する。さらに、制御盤PAは、外部装置を介さずに、計器用変圧器18B1により検出される電圧VBを、変電所TSS−B(例えば、送電側遮断器14B1の開閉装置RyB)から受信する。
次いで、制御盤PAは、受信した電流値Ia、電圧VA、電圧VB、および抵抗値rに基づいて、変電所TSS−Aから、区間S2の上り列車用の架線Lの故障点までの距離を算出する。そして、制御盤PAは、変電所TSS−Aから、区間S2の上り列車用の架線Lの故障点までの距離の算出結果を、SCADA500に送信する。これにより、送電側遮断器14A3の開閉装置RyAや送電側遮断器14B1の開閉装置RyBに新たな機能を追加することなく、変電所TSSから故障点までの距離を求めることができる。
制御盤PAは、SCADA500と変電所TSS−Aとの間で各種情報を転送する制御盤、変電所TSS−Aの外部に存在しかつ変電所TSS−Aを制御する制御盤、変電所TSS−Aの外部に存在する外部装置、変電所TSS−Aの外部に存在しかつ変電所TSS−Aの制御専用の装置など、電流値Ia、電圧VA、電圧VB、および抵抗値r等の各種情報を送受信する通信機能を有する装置であれば良い。
次に、図10を用いて、変電所TSS−Aを制御する制御盤PAが、変電所TSS−Bを制御する制御盤PBを介して、送電側遮断器14B1の開閉装置RyBから電圧VBを取得する例について説明する。図10は、本実施形態にかかる鉄道電化システムの制御盤において故障点を検出する処理の一例を説明するための図である。以下の説明では、図9に示す処理と異なる箇所について説明する。
図10に示すように、送電側遮断器14A3,14B1がオフし、ラインテストデバイス15A3のスイッチSWがオンしかつラインテストデバイス15B1のスイッチSWがオフした場合、変電所TSS−Aを制御する制御盤PAは、変電所TSS−Bを制御する制御盤PBを介して、送電側遮断器14B1の開閉装置RyBから、計器用変圧器18B1により検出される電圧VBを受信する。これにより、送電側遮断器14A3の開閉装置RyAや送電側遮断器14B1の開閉装置RyBに新たな機能を追加することなく、変電所TSSから故障点までの距離を求めることができる。また、制御盤PAと制御盤PBを接続する既存の伝送媒体を用いて、計器用変圧器18B1により検出される電圧VBを伝送できる。
次に、図11を用いて、SCADA500に演算器Cを設けた例について説明する。図11は、本実施形態にかかる鉄道電化システムのSCADAにおいて故障点を検出する処理の一例を説明するための図である。
図11に示すように、送電側遮断器14A3,14B1がオフし、ラインテストデバイス15A3のスイッチSWがオンしかつラインテストデバイス15B1のスイッチSWがオフした場合、SCADA500は、制御盤PAを介して、変電所TSS−A(例えば、送電側遮断器14A3の開閉装置RyA)から、計器用変流器17A3により検出される電流値Iaおよび計器用変圧器18A3により検出される電圧VAを受信する。さらに、SCADA500は、制御盤PBを介して、変電所TSS−B(例えば、送電側遮断器14B1の開閉装置RyB)から、計器用変圧器18B1により検出される電圧VBを受信する。そして、SCADA500は、受信した電流値Ia、電圧VA、電圧VB、および抵抗値rに基づいて、変電所TSS−Aから、区間S2の上り列車用の架線Lの故障点までの距離を算出する。
その後、図11に示すように、送電側遮断器14A3,14B1がオフし、ラインテストデバイス15A3のスイッチSWがオフしかつラインテストデバイス15B1のスイッチSWがオンした場合、SCADA500は、変電所TSS−A(例えば、送電側遮断器14A3の開閉装置RyA)から、計器用変圧器18A3により検出される電圧VAを受信する。さらに、SCADA500は、変電所TSS−B(例えば、送電側遮断器14B1の開閉装置RyB)から、計器用変流器17B1により検出される電流値Ib、および計器用変圧器18B1により検出される電圧VBを受信する。そして、SCADA500は、受信した電流値Ib、電圧VA、電圧VB、および抵抗値rに基づいて、変電所TSS−Bから、区間S2の上り列車用の架線Lの故障点までの距離を算出する。これにより、変電所TSSとSCADA500とを接続する既存の伝送手段を用いて、電圧VA,VB、および電流値Ia,Ibを伝送できる。
このように、本実施形態にかかる鉄道電化システムによれば、架線Lにおいて故障が発生した場合に、送電側遮断器14A4,14B2をオフからオンにする処理を繰り返したり、架線Lの故障点を標定するための他の装置を設けたりすることなく、架線Lの故障点を求めることができる。
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。