JP2021165053A - 保全装置、保全システム及び保全方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レール及びレールに接続された電気機器の異常を検出すること。
【解決手段】保全装置１０は、レールＲの所定の観測点Ｐからパルス信号を送信し、パルス信号の送信後に観測点Ｐに現れる観測信号を観測し、観測信号の観測履歴と、今回受信した観測信号とを比較して、レールＲ及びレールＲに接続されている電気機器２０の何れかに異常が発生したことを検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レール及びレールに接続されている電気機器の何れかに異常が発生したことを検知する保全装置等に関する。

鉄道のレールに発生する異常の１つであるレール破断を検出する技術の一例として、レールにパルス信号を入射し、入射波と同相の反射波が観測された場合にレール破断を検出する技術が特許文献１に開示されている。この技術は、軌道回路を用いずに地上側でレール破断を検出する技術である。

特開２０１０−５９６８８号公報

ところで、軌道回路を設置する列車制御システムでは、軌道回路の不正落下を判別する必要がある。不正落下を生じさせる主要因としては、漏れコンダクタンスの増加やレール破断がある。また、レールには、軌道回路に係る装置のほか、インピーダンスボンド等の様々な電気機器が接続されるが、これらの電気機器に発生した異常も、軌道回路の不正落下の要因となり得る。軌道回路の不正落下の要因となり得る異常の検出対象は多岐に亘るが、設置や保守に要するコストを考えると、特定の異常の検出に特化するのではなく、レール及びレールに接続される電気機器の全体を検出対象としつつ、異常の発生源及びその内容を特定して検出する技術が望まれている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レール及びレールに接続された電気機器の異常を検出できるようにすることである。

上記課題を解決するための第１の発明は、
鉄道のレールの所定の観測点からパルス信号を送信する送信制御部と、
前記パルス信号の送信後に前記観測点に現れる観測信号を観測する観測部と、
前記観測信号の観測履歴と、今回受信した前記観測信号とを比較して、前記レール及び前記レールに接続されている電気機器の何れかに異常が発生したことを検出する検出部と、
を備えた保全装置である。

他の発明として、
鉄道のレールの所定の観測点からパルス信号を送信することと、
前記パルス信号の送信後に前記観測点に現れる観測信号を観測することと、
前記観測信号の観測履歴と、今回受信した前記観測信号とを比較して、前記レール及び前記レールに接続されている電気機器の何れかに異常が発生したことを検出することと、
を含む保全方法を構成してもよい。

第１の発明等によれば、レール及びレールに接続された電気機器の何れかに異常が発生したことを検出することができる。つまり、レール及びレールに接続されている電気機器の何れかに異常が発生した場合、観測信号に変化が生じ得る。このため、観測信号を、例えば、レール及びレールに接続されている電気機器が正常である状態での過去の観測信号の観測履歴と比較することで、レール及びレールに接続されている電気機器の何れかに異常が発生したことを検出できる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記観測信号には、前記電気機器が接続されている接続点からの反射波が含まれ、
前記検出部は、前記反射波の信号レベルを用いて前記検出を行う、
保全装置である。

第２の発明によれば、レール及びレールに接続されている電気機器の何れに異常が発生したかを特定することができる。つまり、レールに送信されたパルス信号は、電気機器の接続点でその一部が反射し、反射されない信号はそのまま伝搬してゆく。レールに接続されている電気機器に異常が発生した場合、又は、観測点から電気機器の接続点までのレールに異常が発生した場合、当該電気機器の接続点からの反射信号に変化が生じ得る。例えば、絶縁境界に接続していない電気機器の異常として開放故障が発生した場合、観測点から見た当該電気機器の接続点の負荷インピーダンスがレールＲの特性インピーダンスに相当する状態になることで、当該接続点での反射波の信号レベルが無くなる（観測されない）。なお、接続点より先に他の電気機器が接続されていれば、その電気機器の接続点からの反射波の信号レベルは増加する。また、異常として電気機器の短絡故障が発生した場合には、観測点から見た当該電気機器の接続点の負荷インピーダンスがゼロ相当になることで、当該接続点での反射波の信号レベルが定常状態より増加する。なお、接続点より先に他の電気機器が接続されていれば、その電気機器の接続点からの反射波は無くなる（観測されない）。また、異常としてレールの漏れコンダクタンスの増加が発生した場合には、観測点から見て当該異常の発生箇所の先に接続されている全ての電気機器の接続点からの反射波の信号レベルが低下する。このように、観測される反射波の信号レベルの変化から、異常が発生した電気機器或いはレール部分を特定することができる。

第３の発明は、第２の発明において、
前記検出部は、今回受信した反射波に対応する過去の反射波の有無を用いて前記検出を行う、
保全装置である。

第３の発明によれば、異常としてレール破断を検出することができる。つまり、レール破断が生じた場合、パルス信号はレール破断の発生箇所で反射してその先に伝搬しないので、そのレール破断の発生箇所の先のレールに接続されている全ての電気機器の接続点からの反射波は観測されない。これにより、反射波の有無から、レール破断の発生及びその発生箇所を検出することができる。

第４の発明は、第２又は第３の発明において、
前記観測履歴には、前記パルス信号の送信と前記反射波の観測との間の時間間隔に関する情報が含まれ、
前記検出部は、今回送信したパルス信号と今回受信した反射波との間の時間間隔を用いて前記検出を行う、
保全装置である。

第４の発明によれば、観測した反射波が、何れの電気機器の接続点からの反射波であるかを特定できる。これは、パルス信号を送信してから電気機器の接続点での反射波を観測するまでの時間間隔は、当該観測点から当該接続点までの距離に応じて決まるからである。また、観測した反射波のうち、観測履歴に含まれている過去の時間間隔にはない反射波を観測した場合、その反射波は、例えば、レール破断の発生箇所での反射波であると判定することができる。新たに反射波が生じたということは、レール破断が生じたと推定することができるからである。

第５の発明は、第１の発明において、
前記観測信号には、前記電気機器が接続されている接続点からの反射波が含まれ、
前記観測履歴には、前記パルス信号の送信と前記反射波の観測との間の時間間隔に関する情報が含まれ、
前記検出部は、前記反射波の信号レベルと、今回受信した反射波に対応する過去の反射波の有無と、今回送信したパルス信号と今回受信した反射波との間の時間間隔と、を用いて、少なくとも異常の発生源を判定する、
保全装置である。

第５の発明によれば、レール及びレールに接続されている電気機器の何れかに異常が発生したことを検出できるとともに、少なくとも、何れのレール部分或いは電気機器が異常の発生源であるのかを判定することができる。つまり、観測履歴に含まれる時間間隔から、観測した反射波が何れの電気機器の接続点からの反射波であるのかを特定できる。そして、反射波の信号レベルから、異常が発生した電気機器或いはレール部分を判定できる。また、電気機器の接続点からの反射波の有無から、レール破断の発生及び発生箇所を判定できる。

第６の発明は、第５の発明において、
前記観測点から見た上り方向又は下り方向の情報を含む前記電気機器それぞれの相対的な接続位置の情報を前記時間間隔と関連付けて記憶する記憶部を更に備え、
前記検出部は、前記記憶部の記憶内容を参照して、異常の発生源を判定する、
保全装置である。

第６の発明によれば、異常の発生源を、観測点から見て上り方であるのか下り方であるのかを区別して判定することができる。つまり、観測点から見た上り方向又は下り方向の情報を含む電気機器それぞれの相対的な接続位置の情報を、パルス信号の送信と反射波の観測との間の時間間隔と関連付けて記憶していることから、観測した反射波が、上り方及び下り方の何れの方向のレールに接続されている電気機器の接続点からの反射波であるかを特定できるからである。

第７の発明は、
第１〜第６の何れかの発明の保全装置が前記レールに沿って複数配置され、且つ、隣り合う前記保全装置は前記観測部による観測範囲が一部重複するように前記観測点が定められた、
保全システムである。

第７の発明によれば、広範囲の線路を対象として、第１〜第６の何れかの発明を発揮する保全システムを実現できる。

保全システムの適用例。 観測信号の一例。 電気機器の異常が発生した場合の一例。 漏れコンダクタンスの増加が発生した場合の一例。 漏れコンダクタンスの増加が発生した場合の観測信号の一例。 レール破断が発生した場合の観測信号の一例。 保全装置の機能構成図。 電気機器接続テーブルの一例。 異常検出テーブルの一例。 観測履歴データの一例。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。

［システム構成］
図１は、本実施形態の保全システムの適用例である。図１に示すように、本実施形態の保全システム１は、鉄道のレールＲ及びレールＲに接続されている電気機器２０の何れかに異常が発生したことを検出するためのシステムであり、レールＲに沿って配置された複数の保全装置１０を備えて構成される。

保全装置１０は、レールＲとの接続点である観測点Ｐからパルス信号を送信し、パルス信号の送信後に観測点Ｐに現れる観測信号に基づいて、レールＲ及びレールＲに接続された電気機器２０の何れかでの異常発生を検出する。保全装置１０は、異常を検出可能な範囲である観測範囲１２が隣り合う保全装置１０同士で一部重複するように配置されており、保全システム１全体として、レールＲ及びレールＲに接続された電気機器２０の何れかでの異常発生の検出を行うことができる。

保全装置１０の観測範囲１２は、観測点Ｐを基準としてレールＲに沿った範囲であり、保全装置１０がレールＲに送信するパルス信号のパルス幅や信号レベルに応じて定まる。つまり、レールＲに送信されたパルス信号は伝搬距離に応じて減衰するが、後述のように、保全装置１０はレールＲにパルス信号を送信してその反射波を観測するので、観測される反射波の減衰の程度が反射波として判別可能な範囲に収まるような伝搬距離となるように観測範囲１２が定められる。

電気機器２０は、レールＲと接続されて電気回路を構成する機器であり、例えば、レールＲとの間で信号電流を送受信する軌道回路の送受信機や、インピーダンスボンドである。軌道回路には各種あり、閉そく区間を単位とする信号制御用の軌道回路のほか、閉そく区間の両端に設けられてチェックイン・チェックアウト方式の列車検知に用いられる短小軌道回路、踏切の警報区間全体に設けられて区間内の列車を連続的に検知する軌道回路や踏切の警報開始点及び警報終止点に設けられる踏切制御子といった踏切制御用の軌道回路、信号制御用と比較して検知区間が長いバックアップ用の軌道回路、等がある。また、インピーダンスボンドには、有絶縁軌道回路の境界である絶縁箇所に設けられるインピーダンスボンドや、無絶縁軌道回路が設置された線路においてレール間の異常電圧抑止のために所定間隔で設けられる平衡用のインピーダンスボンド、帰線電流吸い上げ用のインピーダンスボンド、等がある。

［異常発生の検出］
保全装置１０による異常発生の検出方法を説明する。以下の説明の際に参照する図２〜図６は、図１を簡略化した図としている。つまり、図２〜図６では、左右２本のレールＲをまとめて１本のレールＲとして示している。また、１台の保全装置１０に着目した図であり、不図示であるが、保全装置１０から見て上り方向及び下り方向それぞれのレールＲには、他の電気機器２０や隣り合う他の保全装置１０が接続されている。

図２は、レールＲに２台の電気機器２０Ａ，２０Ｂが接続されている例を示している。上側に、レールＲに接続されている保全装置１０及び電気機器２０Ａ，２０Ｂの位置関係を示し、下側に、保全装置１０での観測信号を示している。観測信号は、横軸を時刻ｔ、縦軸を信号レベルとして示している。図２の例では、２台の電気機器２０Ａ，２０Ｂは、保全装置１０から見て異なる方向（上り方向及び下り方向）に接続されている。

保全装置１０は、パルス信号を、レールＲとの接続点である観測点ＰからレールＲに送信する。レールＲに送信されたパルス信号は、上り方向及び下り方向それぞれに向かってレールＲを伝搬してゆき、その一部が電気機器２０との接続点Ｑ（Ｑ１，Ｑ２）で反射して再度観測点Ｐに到達する。接続点Ｑで反射されないパルス信号は、そのままレールＲを伝搬してゆく。保全装置１０は、パルス信号の送信後、観測点Ｐに現れる観測信号として、電気機器２０の接続点Ｑからの反射波を含む観測信号を観測する。観測点Ｐから見て、電気機器２０のインピーダンスがレールＲの特性インピーダンスと並列に接続されており、電気機器２０の接続点Ｑで必ず不整合となることから、レールＲの特性インピーダンスと電気機器２０のインピーダンスとによって決まる反射係数は負となり、電気機器２０の接続点Ｑからの反射波は、パルス信号に対して逆相の信号となる。

図２の例では、観測点Ｐから電気機器２０Ｂの接続点Ｑ２までの距離Ｄ２のほうが、電気機器２０Ａの接続点Ｑ１までの距離Ｄ１より長い。従って、図２の下側に示すように、保全装置１０が、時刻ｔｓ１において観測点Ｐからパルス信号を送信すると、先ず、時刻ｔｒ１において、電気機器２０Ａの接続点Ｑ１からの反射波を観測し、続く時刻ｔｒ２において、電気機器２０Ｂの接続点Ｑ２からの反射波を観測する。観測点Ｐにおけるパルス信号の送信から反射波の観測までの時間間隔Δｔは、観測点Ｐから電気機器２０のレールＲとの接続点Ｑまでの距離Ｄ（Ｄ１，Ｄ２）にほぼ比例する。時間間隔Δｔは、観測点Ｐから接続点ＱまでのレールＲの漏れコンダクタンスの変化に応じて変化し得る。従って、保全装置１０は、観測点Ｐから電気機器２０の接続点Ｑまでの距離Ｄが既知であれば、観測点Ｐで観測した反射波が何れの電気機器２０の接続点での反射波であるかを特定できる。

保全装置１０が検出する異常は、レールＲに接続された電気機器２０の異常、及び、レールＲの異常である。前者の電気機器２０の異常には、電気機器２０内部の開放故障或いは電気機器２０とレールＲとの間の配線の開放故障と、電気機器２０内部の短絡故障或いは電気機器２０とレールＲとの間の配線の短絡故障とが含まれる。また、後者のレールＲの異常には、レール・道床間の漏れコンダクタンスの増加と、レール破断とがある。発生した異常に応じて保全装置１０の観測信号に変化が生じる。保全装置１０は、異常が発生していない定常状態における観測信号と比較することで、異常の発生源及び発生した異常の内容を検出する。

図３は、電気機器２０の異常が発生した場合の例である。図３では、上側に、レールＲに接続される保全装置１０及び電気機器２０Ｃの位置関係を示し、下側に、保全装置１０での観測信号を示している。観測信号は、上から順に、電気機器２０Ｃに開放故障が発生した場合の観測信号、電気機器２０Ｃに短絡故障が発生した場合の観測信号、定常状態での観測信号、を示している。

図３に示すように、電気機器２０Ｃに異常が発生した場合、観測点Ｐにて観測される電気機器２０Ｃの接続点Ｑ３からの反射波の信号レベルに変化が生じる。つまり、電気機器２０Ｃの開放故障が発生した場合、定常状態と比較して、反射波が無くなる（観測されない）。これは、保全装置１０から見たときの電気機器２０Ｃの接続点Ｑ３での負荷インピーダンスが、定常状態での電気機器２０Ｃに相当する負荷インピーダンスから、レールＲの特性インピーダンスのみの状態になるからである。なお、パルス信号は、接続点Ｑ３で反射されずにそのまま伝搬されてゆくので、接続点Ｑ３より先に接続されている電気機器２０の接続点Ｑからの反射波は、定常状態と比較して、接続点Ｑ３で減衰しない分だけ増加する。

また、電気機器２０Ｃの短絡故障が発生した場合、パルス信号に対して反射係数が「−１」の逆相の反射波となり、定常状態より反射波の信号レベルは増加する。これは、短絡故障は、保全装置１０から見たときの電気機器２０Ｃのインピーダンスが無くなり、電気機器２０Ｃの接続点Ｑ３での負荷インピーダンスがゼロ相当となった状態に相当するからである。なお、電気機器２０の短絡故障が発生した場合、パルス信号が電気機器２０の接続点Ｑ３より先に伝搬されないので、接続点Ｑ３より先に接続されている電気機器２０の接続点Ｑからの反射波は無くなる。

このように、保全装置１０は、観測した反射波の信号レベルを定常状態と比較することで、電気機器２０の異常の発生を検出することができる。

また、電気機器２０の異常には、開放故障及び短絡故障以外の故障もあり得る。その場合には、故障の内容に応じて観測される反射波の信号レベルが変化し得ることから、当該電気機器の何らかの異常の発生の可能性を検出することができる。但し、反射波の信号レベルの低下は、後述のように、レールＲの異常によっても生じ得るから、その場合には、複数の電気機器２０それぞれの接続点Ｑからの反射波の信号レベルの変化から、異常の発生源及び異常の内容を推定して検出する。

図４は、レールＲの異常として漏れコンダクタンスの増加が発生した場合の例である。図４では、上側に、レールＲに接続される保全装置１０と電気機器２０Ｄ，２０Ｅの位置関係を示し、下側に、保全装置１０での観測信号を示している。観測信号は、上から順に、観測点Ｐと電気機器２０Ｄの接続点Ｑ４との間でレール・道床間の漏れコンダクタンスの増加が発生した場合の観測信号、定常状態での観測信号、を示している。

図４に示すように、観測点Ｐと電気機器２０Ｄの接続点Ｑ４との間のレールＲにおいて漏れコンダクタンスの増加が発生した場合、観測点Ｐにて観測される電気機器２０Ｄ，２０Ｅの接続点Ｑ４，Ｑ５からの反射波の信号レベルが、定常状態に比較して低下する。これは、レールＲにおける漏れインダクタンスの増加とは、漏れ電流が増加している状態であり、つまり、レールＲを伝搬するパルス信号のうち漏れ電流となる割合が増加しているからである。従って、保全装置１０は、観測した反射波の信号レベルを定常状態と比較することで、レールＲにおける漏れコンダクタンスの増加の発生を検出することができる。

なお、観測点Ｐで観測される、電気機器２０の接続点Ｑからの反射波の信号レベルは、当該電気機器２０の異常によっても減少し得る。図４の例に示すように、観測点Ｐから見て漏れコンダクタンスの増加の発生箇所より先に複数の電気機器２０が接続されている場合、これらの電気機器２０それぞれの接続点Ｑからの反射波の信号レベルを比較することで、観測される反射波の信号レベルの低下が、レールＲの漏れコンダクタンスの増加によるものか、電気機器２０の異常であるのかを判別できる。つまり、電気機器２０Ｄに発生した異常により当該電気機器２０Ｄの接続点Ｑ４での反射波の信号レベルが低下した場合、観測点Ｐから見て電気機器２０Ｄの先に接続されている電気機器２０Ｅの接続点Ｑ５からの反射波の信号レベルは、レールＲの漏れコンダクタンスの増加が発生した場合とは異なり殆ど変化しないからである。

保全装置１０の観測範囲１２内のレールＲには複数の電気機器２０が接続されており、これらの電気機器２０の接続点Ｑからの反射波の信号レベルから、漏れコンダクタンスの増加の発生箇所を絞り込むことができる。図５は、レールＲの異常として漏れコンダクタンスの増加が発生した場合の他の例であり、レールＲに３台の電気機器２０Ｆ，２０Ｇ，２０Ｈが接続されている。図５では、上側に、レールＲに接続される保全装置１０と電気機器２０Ｆ，２０Ｇ，２０Ｈの位置関係を示し、下側に、保全装置１０での観測信号を示している。図５の例では、保全装置１０から見て下り方向に１台の電気機器２０Ｆが接続され、上り方向に２台の電気機器２０Ｇ，２０Ｈが接続されている。そして、上り方向の電気機器２０Ｇ，２０Ｈの接続点Ｑ７，Ｑ８の間のレールＲに、漏れコンダクタンスの増加が発生している。

保全装置１０により観測点Ｐからレールに送信されたパルス信号は、上り方向及び下り方向それぞれに向かってレールを伝搬してゆき、漏れコンダクタンスの増加の発生箇所を通過することでその一部が漏れ電流となる。つまり、保全装置１０から見て、漏れコンダクタンスの増加が発生した箇所よりも先の位置（遠い位置）からの反射波は全て信号レベルが低下する。図５の例では、電気機器２０Ｈの接続点Ｑ８での反射波の信号レベルが、定常状態と比較して低下する。一方、漏れコンダクタンスの増加の発生箇所とは反対方向の電気機器２０Ｆの接続点Ｑ６からの反射波、及び、漏れコンダクタンスの増加の発生箇所の手前となる電気機器２０Ｇの接続点Ｑ７からの反射波の信号レベルは、定常状態と比較して殆ど変化しない。従って、保全装置１０は、観測した反射波の信号レベルを定常状態と比較することで、レールＲにおける漏れコンダクタンスの増加の発生を検出することができるとともに、複数の電気機器２０のうちの何れの電気機器２０の接続点Ｑからの反射波の信号レベルが定常状態に比較して変化しているかによって、漏れコンダクタンスの増加の発生箇所を、隣り合う２つの接続点Ｑの間といった単位で絞り込むことができる。

図６は、レールＲの異常としてレール破断が発生した場合の例である。図６では、上側に、レールＲに接続される保全装置１０と電気機器２０Ｉとの位置関係を示し、下側に、保全装置１０での観測信号を示している。観測信号は、上から順に、観測点Ｐと電気機器２０Ｉの接続点Ｑ９との間にレール破断が発生した場合の観測信号、定常状態での観測信号、を示している。

図６に示すように、観測点Ｐと電気機器２０Ｉの接続点Ｑ９との間のレールＲに破断が発生した場合、観測点ＰからレールＲに送信されたパルス信号はレール破断の発生箇所で反射し、その発生箇所の先には伝搬しない。従って、保全装置１０では、電気機器２０Ｉの接続点Ｑ９での反射波が観測されず、新たに、レール破断の破断箇所での反射波が観測される。この反射波は、パルス信号と同相となる。パルス信号の送信からレール破断の発生箇所での反射波の観測までの時間間隔Δｔは、観測点Ｐからレール破断の発生箇所までの距離に比例する。従って、保全装置１０は、パルス信号の送信から反射波の観測までの時間間隔を定常状態と比較することで、レール破断の発生を検出することができるとともに、観測点Ｐからレール破断箇所までの距離を特定することができる。また、保全装置１０から見てレール破断の発生箇所より先に接続されている電気機器２０の接続点Ｑからの反射波は観測されないので、何れの電気機器２０の接続点からの反射波が観測されないかによって、上り方向及び下り方向のどちらの方向のレールにレール破断が発生したかを特定することができる。なお、列車在線によるレール短絡の場合にもその短絡箇所からの反射波を観測するが、その場合の短絡箇所からの反射波はパルス信号と逆相となるので、レール破断と区別することができる。

［保全装置の機能構成］
図７は、保全装置１０の機能構成を示すブロック図である。図７によれば、保全装置１０は、送信制御部１０２と、観測部１０４と、検出部１０６と、外部インターフェース部１０８と、記憶部２００とを備える。

送信制御部１０２は、レールＲの所定の観測点Ｐから、所定の送信間隔でパルス信号を送信する。パルス波は、例えば、所定周波数の正弦波の信号や、この正弦波を自乗した信号、方形波の信号、三角波の信号を生成し、その波形の半周期分又は１周期分の信号波形を取り出すことで生成できる。勿論、パルス波はこれに限られない。また、パルス波の送信間隔は、当該保全装置１０の観測範囲１２の端部からの反射波の到達に要する時間間隔よりも十分に長い時間とする。

観測部１０４は、送信制御部１０２によるパルス信号の送信後に観測点に現れる観測信号を観測する。

検出部１０６は、観測部１０４により観測された観測信号の観測履歴と、今回受信した観測信号とを比較して、レールＲ及びレールＲに接続されている電気機器２０の何れかに異常が発生したことを検出する。検出部１０６は、観測信号に含まれる電気機器２０が接続されている接続点Ｑからの反射波の信号レベルを用いて異常の発生の検出を行う。また、検出部１０６は、今回受信した反射波に対応する過去の反射波の有無を用いて異常の発生の検出を行う。観測履歴は、パルス信号の送信と反射波の観測との間の時間間隔に関する情報を含む。検出部１０６は、今回送信したパルス信号と今回受信した反射波との間の時間間隔を用いて異常の発生の検出を行う。また、検出部１０６は、異常の発生源を判定する。

具体的には、検出部１０６は、送信制御部１０２によるパルス信号の送信から次のパルス信号の送信までの間に観測信号を受信することを１回分の観測として、１回の観測毎に、観測部１０４による観測信号に基づいて、観測範囲１２内のレールＲ及びレールＲに接続されている電気機器２０の何れかに異常が発生したかを検出する。すなわち、１回の観測毎に、観測信号に含まれる反射波を判別し、観測範囲１２内のレールＲに接続されている電気機器２０それぞれに対応する反射波を特定する。電気機器２０と反射波との対応の特定は、電気機器接続テーブル２０２を参照し、パルス信号の送信から反射波の観測までの時間間隔Δｔが一致するかに基づいて行う。

図８は、電気機器接続テーブル２０２の一例である。図８によれば、電気機器接続テーブル２０２は、当該保全装置１０の観測範囲１２内のレールＲに接続されている電気機器２０それぞれについて、当該電気機器２０を識別する機器ＩＤに、レールＲとの接続位置と、観測時間間隔とを対応付けて格納している。接続位置は、当該保全装置１０との相対位置であり、当該保全装置１０から見て上り方か下り方かを示す接続方向と、当該保全装置１０の観測点Ｐからのレールに沿った距離Ｄとを含む。観測時間間隔は、観測点Ｐからのパルス信号の送信から当該電気機器２０の接続点Ｑでの反射波の観測までの時間間隔である。この時間間隔は、観測点Ｐから接続点Ｑまでの距離Ｄと、レールＲ中のパルス信号や反射波の伝搬速度Ｖｐとによって決まるが、伝搬速度ＶｐはレールＲの漏れコンダクタンスによって変化し得るため、例えば、漏れコンダクタンスが「０〜０．０１［Ｓ／ｋｍ］」であるときに対応する「Ｘ１〜Ｘ２」といった時間範囲で定めるとよい。図８では、具体的な数値を示さずに伏せ字として示している。

検出部１０６は、判別した反射波のうち、何れの電気機器２０にも対応付けられない、パルス信号と同相の反射波が有るならば、異常として“レール破断”の発生を検出する。そして、当該反射波をレール破断の発生箇所からの反射波とみなして、パルス信号の送信から当該反射波の観測までの時間間隔Δｔに基づき、観測点Ｐからレール破断の発生箇所までの距離を算出する。そして、上り方向及び下り方向それぞれについて、算出したレール破断の発生箇所までの距離の位置より先に接続されている電気機器２０それぞれの接続点Ｑからの反射波の有無を確認することで、レール破断の発生箇所が、当該保全装置１０の観測点Ｐから見て下り方向及び上り方向のうちのどちらの方向であるかを判定して、レール破断の発生箇所を特定する（図６参照）。

また、対応する反射波が有る電気機器２０それぞれについて、対応する反射波の信号レベルを定常状態での信号レベルと比較することで、当該電気機器２０に異常が発生したか否かを判定する。つまり、観測信号の観測履歴である観測履歴データ２１０を参照して、過去の反射波のうち異常無し（正常）と検出された反射波を定常状態での反射波として、今回観測した反射波の信号レベルと比較する。信号レベルが変化していないならば、当該電気機器２０は“異常無し（正常）”と判定する。信号レベルが変化しているならば、異常検出テーブル２０４に従って、異常の発生源及び異常の内容を判定する。

図９は、異常検出テーブル２０４の一例である。図９によれば、異常検出テーブル２０４は、レールＲ又は電気機器２０に発生する異常それぞれについて、当該異常の発生源及び内容の組み合わせに、当該異常が発生した場合に観測される反射波の信号レベルの変化を対応付けて定めている。

例えば、ある電気機器２０の接続点Ｑからの反射波がなくなっている場合、当該電気機器２０の開放故障と判定する。また、ある電気機器２０の接続点Ｑからの反射波の信号レベルが増加している場合、１）当該電気機器２０の短絡故障、２）開放故障及び短絡故障以外の故障であって、当該電気機器２０のインピーダンスが低下し得るような故障、３）観測点Ｐから見て当該電気機器２０の手前のレールの漏れコンダクタンスの減少、の何れかと判定する。この場合、更に、当該電気機器２０の先に接続されている他の電気機器２０の反射波の信号レベルを参照し、なくなっているならば、１）短絡故障、と判定し、殆ど変化していない又は増加しているならば、２）インピーダンスが低下し得るような故障、と判定し、全て減少しているならば、３）漏れコンダクタンスの減少、と判定する。また、ある電気機器２０の接続点Ｑからの反射波の信号レベルが定常状態の信号レベルと比較して減少している場合、１）観測点Ｐから見て当該電気機器２０の手前のレールの漏れコンダクタンスの増加、或いは、２）当該電気機器２０の故障（開放故障及び短絡故障以外の故障であって、当該電気機器２０のインピーダンスが増加し得るような故障）、と判定する。この場合、更に、当該電気機器２０の先に接続されている他の電気機器２０の反射波の信号レベルを参照し、全て減少しているならば、１）漏れコンダクタンスの増加と判定し、殆ど変化していないならば、２）当該電気機器２０の故障と判定する。

このように、検出部１０６は、観測範囲１２内のレールＲに接続されている複数の電気機器２０の接続点Ｑそれぞれのからの反射波の信号レベルの組み合わせから、レールＲ又はレールＲに接続されている電気機器２０の何れにどのような異常が発生したかといった異常の発生源及び異常の内容を絞り込んで検出する。

検出部１０６による検出結果は、観測履歴データ２１０に含めて記憶される。図１０は、観測履歴データ２１０の一例である。図１０によれば、観測履歴データ２１０は、１回の観測毎に生成され、当該観測を識別する観測ＩＤ２１２に対応付けて、送信制御部１０２によるパルス信号送信時刻２１４と、観測部１０４による観測信号波形データ２１６と、観測信号に含まれる反射波データ２１８と、異常の検出結果データ２２０とを格納している。反射波データ２１８及び検出結果データ２２０は、検出部１０６により算出されるデータである。反射波データ２１８は、観測信号に含まれる反射波それぞれについて、当該反射波を識別する反射波ＩＤに対応付けて、パルス信号の送信から当該反射波の観測までの時間間隔と、信号レベルとを対応付けて格納している。検出結果データ２２０は、対応する反射波（反射波ＩＤ）及び電気機器（機器ＩＤ）の組み合わせ毎に、異常の検出結果を対応付けて格納している。この組み合わせには、対応する一方が無い組み合わせも含まれる。

外部インターフェース部１０８は、例えば、所与の通信ネットワークを介して有線又は無線の通信を行う通信モジュール等の通信装置や、外部出力用のリレー等で実現され、他の保全装置１０といった外部装置とデータの入出力を行う。

記憶部２００は、例えば、ハードディスクやＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置で実現される。本実施形態では、記憶部２００には、電気機器接続テーブル２０２と、異常検出テーブル２０４と、観測履歴データ２１０とが記憶される。

［作用効果］
このように、本実施形態によれば、レールＲ及びレールＲに接続された電気機器２０の何れかに異常が発生したことを検出することができる。保全装置１０は、観測点ＰからレールＲにパルス信号を送信し、観測点Ｐに現れる観測信号を観測するが、レールＲ及びレールＲに接続されている電気機器２０の何れかに異常が発生した場合、観測信号に変化が生じ得る。このため、観測信号を、例えば、レールＲ及びレールＲに接続されている電気機器２０が正常である状態での過去の観測信号である観測履歴と比較することで、レールＲ及びレールＲに接続されている電気機器２０の何れかに異常が発生したことを検出できる。

なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

例えば、上述の実施形態では、保全装置１０は、レールＲ及びレールＲに接続された電気機器２０の何れに異常が発生したのかの発生源、及び、発生した異常の内容を判定するが、発生源さえ分かればよく、異常内容まで報知する必要がない場合には、異常の発生源を判定するに留めることとしてもよい。また、観測信号である反射波の信号レベルが、定常状態に比較して閾値以上に変化した場合に、電気機器２０の何れかに異常が発生したことを検出するようにしてもよいし、定常状態に比較して閾値以下であるが継続的に変化している場合は、電気機器異常の予兆として検知してもよい。例えば、信号レベルが継続的に低下していくことを、漏れコンダクタンス増加による不正落下の予兆と捉える事も可能である。

１…保全システム
１０…保全装置
１０２…送信制御部
１０４…観測部
１０６…検出部
１０８…外部インターフェース部
２００…記憶部
２０２…電気機器接続テーブル
２０４…異常検出テーブル
２１０…観測履歴データ
１２…観測範囲
Ｐ…観測点
２０…電気機器
Ｑ…接続点
Ｒ…レール

Claims (8)

1. 鉄道のレールの所定の観測点からパルス信号を送信する送信制御部と、
   前記パルス信号の送信後に前記観測点に現れる観測信号を観測する観測部と、
   前記観測信号の観測履歴と、今回受信した前記観測信号とを比較して、前記レール及び前記レールに接続されている電気機器の何れかに異常が発生したことを検出する検出部と、
   を備えた保全装置。
2. 前記観測信号には、前記電気機器が接続されている接続点からの反射波が含まれ、
   前記検出部は、前記反射波の信号レベルを用いて前記検出を行う、
   請求項１に記載の保全装置。
3. 前記検出部は、今回受信した反射波に対応する過去の反射波の有無を用いて前記検出を行う、
   請求項２に記載の保全装置。
4. 前記観測履歴には、前記パルス信号の送信と前記反射波の観測との間の時間間隔に関する情報が含まれ、
   前記検出部は、今回送信したパルス信号と今回受信した反射波との間の時間間隔を用いて前記検出を行う、
   請求項２又は３に記載の保全装置。
5. 前記観測信号には、前記電気機器が接続されている接続点からの反射波が含まれ、
   前記観測履歴には、前記パルス信号の送信と前記反射波の観測との間の時間間隔に関する情報が含まれ、
   前記検出部は、前記反射波の信号レベルと、今回受信した反射波に対応する過去の反射波の有無と、今回送信したパルス信号と今回受信した反射波との間の時間間隔と、を用いて、少なくとも異常の発生源を判定する、
   請求項１に記載の保全装置。
6. 前記観測点から見た上り方向又は下り方向の情報を含む前記電気機器それぞれの相対的な接続位置の情報を前記時間間隔と関連付けて記憶する記憶部を更に備え、
   前記検出部は、前記記憶部の記憶内容を参照して、異常の発生源を判定する、
   請求項５に記載の保全装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の保全装置が前記レールに沿って複数配置され、且つ、隣り合う前記保全装置は前記観測部による観測範囲が一部重複するように前記観測点が定められた、
   保全システム。
8. 鉄道のレールの所定の観測点からパルス信号を送信することと、
   前記パルス信号の送信後に前記観測点に現れる観測信号を観測することと、
   前記観測信号の観測履歴と、今回受信した前記観測信号とを比較して、前記レール及び前記レールに接続されている電気機器の何れかに異常が発生したことを検出することと、
   を含む保全方法。

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