JP4334307B2

JP4334307B2 - 交流き電回路用事故点標定装置

Info

Publication number: JP4334307B2
Application number: JP2003330091A
Authority: JP
Inventors: 貴士大石
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP2005096516A

Description

本発明は、変電所から交流電力が供給されるトロリ線とフィーダ線との間に設置されたオートトランスの中点とレールとの間を吸上線で接続した交流き電回路の事故点を評定する交流き電回路用事故点評定装置に関する。

電車に交流電力を供給するトロリ線とフィーダ線との間にオートトランスを設置した交流き電回路においては、オートトランスの中点とレールとを吸上線で接続して、交流を直流に変換した際に発生する高調波による電磁誘導障害を軽減するようにしている。

このような交流き電回路においてフィーダ線とレールの間またはトロリ線とレールの間に短絡事故が発生した場合には、すみやかに故障点及び故障内容を標定すると共に故障点を区分して、その故障による他への影響を少なくする必要がある。そのためにも、故障点及び故障内容をより正確に詳しく標定できることが望ましい。

図３は、従来の事故点標定装置１１を交流き電回路に適用した場合のシステム構成図である。交流き電回路には、変電所から交流電力が供給されるトロリ線１２とフィーダ線１３との間に所定の間隔を保って複数個のオートトランス１４が設置される。図３では、２個のオートトランス１４ａ、１４ｂの部分を示している。各々のオートトランス１４ａ、１４ｂの中点は吸上線１５ａ、１５ｂにてレール１６に接続されている。また、吸上線１５ａ、１５ｂには、吸上線１５ａ、１５ｂを流れる中性点電流を計測する中性点電流計測用変流器１７ａ、１７ｂがそれぞれ設置されており、その検出電流Ｉ１ａｔ、Ｉ２ａｔは事故点評定装置１１に入力され、事故点評定装置１１ではこれらの検出電流Ｉ１ａｔ、Ｉ２ａｔに基づいて事故点を評定する。このような交流き電回路においては、オートトランス１４ａ、１４ｂがそれぞれ電源の働きをしている。

オートトランス１４ａ、１４ｂの中点間の距離はＤであり、オートトランス１４ａの中点からＸの地点で、トロリ線１２とレール１６との間の事故点Ｆで短絡事故点が発生したとする。この場合の従来の事故点標定装置１１の動作を説明する。図４は、従来の事故点標定装置１１のブロック構成図である。

中性点電流計測用変流器１７ａ、１７ｂの検出電流Ｉ１ａｔ、Ｉ２ａｔは事故点評定装置１１の入力変換手段１８に入力され、入力変換手段１８にて予め定められた比で変換されてアナログフィルタでノイズが除去される。そして、サンプリングホールド手段１９でサンプリングホールドされ、このサンプリングホールド値はＡ／Ｄ変換手段２０によりディジタル値に変換される。ディジタル値に変換されたディジタルデータはデータ格納手段２１に記憶される。

データ格納手段２１に記憶された検出電流Ｉ１ａｔ、Ｉ２ａｔはオートトランス１４ａ、１４ｂの設置位置と事故点Ｆまでの距離にほぼ反比例するので、事故点評定手段２２では下記の（１）式で中性点電流比Ｈｉを求め、（２）式でオートトランス１４ａからの距離Ｘを求める。

Ｈｉ＝Ｉ１ａｔ／（Ｉ１ａｔ＋Ｉ２ａｔ） …（１）
Ｘ＝｛（Ｈｉ−Ｈ１）／（Ｈ１−Ｈ２）｝・Ｄ …（２）
図５は、中性点電流比Ｈｉとオートトランス１４ａからの距離Ｘとの関係を示すグラフである。図５に示すように、中性点電流比Ｈｉは距離Ｘに対して線形特性となる。従って、事故点Ｆまでの距離Ｘは（２）式で求めることができる。そして、出力処理手段２３は、事故点評定手段２２で求められた事故点Ｆまでの距離Ｘを外部に出力する。

以上の説明では、オートトランス１４ａの中点からＸの地点で、トロリ線１２とレール１６との間で短絡事故点が発生した場合について説明したが、フィーダ線１３とレール１６との間の短絡事故点の場合にも同様にして事故点Ｆが求められる。

この場合、事故点Ｆでの事故がトロリ線１２とレール１６との間（Ｔ−Ｎ間）の短絡事故か、フィーダ線１３とレール１６との間（Ｆ−Ｎ間）の短絡事故かの評定を行っていないので、Ｔ−Ｎ間又はＦ−Ｎ間のいずれの事故かの識別ができない。

そこで、トロリ線とレールとの短絡事故及びフィーダ線とレールとの短絡事故のいずれであるかを、吸上電流の位相差を測定し判別するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−２２７５０３号公報

ところが、従来のものでは、吸上線に短絡事故検出のための中性点電流計測用変流器を設け、その中性点電流計測用変流器で検出された電流に基づいて、トロリ線とレールとの短絡事故やフィーダ線とレールとの短絡事故を検出するようにしているのでコストがかかる。

本発明の目的は、中性点電流計測用変流器を設けることなく、トロリ線とレールとの短絡事故やフィーダ線とレールとの短絡事故を検出でき、しかも識別できる交流き電回路用事故点評定装置を提供することである。

請求項１の発明に係わる交流き電回路用事故点評定装置は、変電所から交流電力が供給されるトロリ線とフィーダ線との間に所定の間隔を保って複数個のオートトランスを設置し各々のオートトランスの中点とレールとの間を吸上線で接続した交流き電回路の事故点を評定する交流き電回路用事故点評定装置において、各々のオートトランスのトロリ線側の電流を検出する第１の保護用変流器及び各々のオートトランスのフィーダ線側の電流を検出する第２の保護用変流器で検出された電流に基づいてオートトランスの吸上線に流れる中性点電流をそれぞれ算出する中性点電流算出手段と、前記中性点電流算出手段で算出された中性点電流に基づいて故障点の標定をする事故点標定手段と、前記第１の保護用変流器及び前記第２の保護用変流器で検出された電流値の大小比較により事故回線を判別する事故回線判別手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、オートトランスの保護用変流器からの電流を用いてオートトランスの吸上線に流れる中性点電流をそれぞれ算出し故障点の標定をするので、短絡故障の検出をするための専用の中性点電流計測用変流器を設ける必要がなくコストを低減できる。また、オートトランスのフィーダ線側の電流値とオートトランスのトロリ線側の電流値との大小比較により事故回線を判別できるので、トロリ線とレールとの短絡事故かフィーダ線とレールとの短絡事故かの識別ができる。

交流き電回路のトロリ線とレールとの短絡事故やフィーダ線とレールとの短絡事故を中性点電流計測用変流器を設けることなく検出し識別するという目的を、オートトランスの保護用変流器からの電流を用いてオートトランスの吸上線に流れる中性点電流をそれぞれ算出し、算出した中性点電流に基づいて故障点の標定を行い、オートトランスのフィーダ線側の電流値とオートトランスのトロリ線側の電流値との大小比較により事故回線を判別することで実現した。

図１は本発明の実施例１に係わる事故点評定装置１１を交流き電回路に適用した場合のシステム構成図である。この実施例１は図３に示した従来例に対し、事故点標定装置１１には、中性点電流計測用変流器１７ａ、１７ｂからの検出電流に代えて、オートトランス１４ａ、１４ｂの第１の保護用変流器２４ａ、２４ｂ及び第２の保護用変流器２５ａ、２５ｂで検出された検出電流Ｉ１Ｔ、Ｉ２Ｔ、Ｉ１Ｆ、Ｉ２Ｆが入力されている。図３と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

図１において、実施例１の交流き電回路においては、オートトランス１４ａ、１４ｂがそれぞれ電源の働きをしており、オートトランス１４ａ、１４ｂの第１の保護用変流器２４ａ、２４ｂの検出電流Ｉ１Ｔ、Ｉ２Ｔ、第２の保護用変流器２５ａ、２５ｂの検出電流Ｉ１Ｆ、Ｉ２Ｆが事故点標定装置１１に入力されている。

いま、オートトランス１４ａ、１４ｂの中点間の距離はＤであり、オートトランス１４ａの中点からＸの地点で、トロリ線１２とレール１６との間の事故点Ｆで短絡事故点が発生したとする。また、事故点Ｆで短絡事故が起きた場合のオートトランス１４ａの吸上線１５ａに流れる吸上電流をＩ１Ａ、Ｉ１Ｂとし、オートトランス１４ｂの６０ｋＶ電流を０．５Ｉ１Ａ、オートトランス１４ａの６０ｋＶ電流を０．５Ｉ１Ｂとする。なお、図１ではオートトランス１４ａに着目した電流の流れを示しており、添え字Ａは図１の左側から供給される電力による電流であり、添え字Ｂは図１の右側から供給される電力による電流である。

オートトランス１４ａの吸上線１５ａに流れる吸上電流Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂは、吸上線１５ａ、オートトランス１４ａ、トロリ線１２、故障点Ｆ、レール１６、吸上線１５ａを循環する電流である。オートトランス１４ｂの６０ｋＶ電流０．５Ｉ１Ａは、左側から供給される電力によるオートトランス１４ｂに流れる電流であり、トロリ線１２、オートトランス１４ｂ、フィーダ線１３を流れる電流である。オートトランス１４ａの６０ｋＶ電流０．５Ｉ１Ｂは、右側から供給される電力によるオートトランス１４ａに流れる電流であり、トロリ線１２、オートトランス１４ａ、フィーダ線１３を流れる電流である。

従って、オートトランス１４ａの第１の保護用変流器２４ａには、吸上電流Ｉ１Ａ、Ｉ１Ｂ及び６０ｋＶ電流０．５Ｉ１Ａが同一方向に流れ、６０ｋＶ電流０．５Ｉ１Ｂが逆方向に流れる。オートトランス１４ａの第２の保護用変流器２５ａには、６０ｋＶ電流０．５Ｉ１Ａと６０ｋＶ電流０．５Ｉ１Ｂとが互いに逆方向に流れる。

次に、このオートトランス１４ａに着目した場合の事故点標定装置１１の動作を説明する。図２は、本発明の実施例１の事故点標定装置１１のブロック構成図である。オートトランス１４ａの第１の保護用変流器２４ａで検出された検出電流Ｉ１Ｔ及び第２の保護用変流器２５ａで検出された検出電流Ｉ１Ｆは、事故点評定装置１１の入力変換手段１８に入力され、入力変換手段１８にて予め定められた比で変換されてアナログフィルタでノイズが除去される。

なお、オートトランス１４ｂの第１の保護用変流器２４ｂで検出された検出電流Ｉ２Ｔ及び第２の保護用変流器２５ｂで検出された検出電流Ｉ２Ｆも、同様に、事故点評定装置１１の入力変換手段１８に入力されるが、オートトランス１４ａに着目しているので、オートトランス１４ｂの検出電流Ｉ２Ｔ及び検出電流Ｉ２Ｆの演算処理については後述する。

入力変換手段１８で変換されたオートトランス１４ａの検出電流Ｉ１Ｔ及び検出電流Ｉ１Ｆは、サンプリングホールド手段１９でサンプリングホールドされ、このサンプリングホールド値はＡ／Ｄ変換手段２０によりディジタル値に変換される。ディジタル値に変換されたディジタルデータはデータ格納手段２１に記憶される。データ格納手段２１に記憶された検出電流Ｉ１Ｔ、Ｉ１Ｆは、それぞれ下記の（３）式及び（４）式で示される。

Ｉ１Ｔ＝Ｉ１Ａ＋Ｉ１Ｂ−０．５Ｉ１Ｂ＋０．５Ｉ１Ａ …（３）
Ｉ１Ｆ＝０．５Ｉ１Ｂ−０．５Ｉ１Ａ …（４）
オートトランス１４ａの吸上線１５ａに流れる中性点電流Ｉ１ａｔは下記の（５）式で示されることから、吸上線１５ａに流れる中性点電流Ｉ１ａｔは、（６）式に示すように、オートトランス１４ａの第１の保護用変流器２４ａで検出された検出電流Ｉ１Ｔと第２の保護用変流器２５ａで検出された検出電流Ｉ１Ｆとの和で求められる。

Ｉ１ａｔ＝Ｉ１Ａ＋Ｉ１Ｂ …（５）
Ｉ１ａｔ＝Ｉ１Ｔ＋Ｉ１Ｆ＝Ｉ１Ａ＋Ｉ１Ｂ …（６）
同様に、オートトランス１４ｂの吸上線１５ｂに流れる中性点電流Ｉ２ａｔも、（７）式に示すように、オートトランス１４ｂの第１の保護用変流器２４ｂで検出された検出電流Ｉ２Ｔと第２の保護用変流器２５ｂで検出された検出電流Ｉ２Ｆとの和で求められる。

Ｉ２ａｔ＝Ｉ２Ｔ＋Ｉ２Ｆ …（７）
そこで、中性点電流算出手段２６では、オートトランス１４ａの第１の保護用変流器２４ａで検出された検出電流Ｉ１Ｔと第２の保護用変流器２５ａで検出された検出電流Ｉ１Ｆとを加算して、オートトランス１４ａの吸上線１５ａに流れる中性点電流Ｉ１ａｔを求めると共に、オートトランス１４ｂの第１の保護用変流器２４ｂで検出された検出電流Ｉ２Ｔと第２の保護用変流器２５ｂで検出された検出電流Ｉ２Ｆとを加算して、オートトランス１４ｂの吸上線１５ｂに流れる中性点電流Ｉ２ａｔを求める。

そして、従来例で述べたように、中性点電流Ｉ１ａｔ、Ｉ２ａｔはオートトランス１４ａ、１４ｂの設置位置と事故点Ｆまでの距離にほぼ反比例するので、事故点評定手段２２にて、（１）式により中性点電流比Ｈｉを求め、（２）式でオートトランス１４ａからの距離Ｘを求め事故点Ｆを評定する。

一方、事故回線判別手段２７では以下条件により、トロリ線１２とレール１６との間（Ｔ−Ｎ間）の短絡事故か、フィーダ線１３とレール１６との間（Ｆ−Ｎ間）の短絡事故かの判別を行う。

Ｔ−Ｎ間事故＝｜Ｉ１Ｔ｜＞｜Ｉ１Ｆ｜
Ｆ−Ｎ間事故＝｜Ｉ１Ｔ｜＜｜Ｉ１Ｆ｜
すなわち、オートトランス１４ａの第１の保護用変流器２４ａで検出された検出電流Ｉ１Ｔの値が第２の保護用変流器２５ａで検出された検出電流Ｉ１Ｆの値より大きいときは、トロリ線１２とレール１６とに短絡事故が発生していると判断でき、同様に、オートトランス１４ａの第２の保護用変流器２５ａで検出された検出電流Ｉ１Ｆの値が第１の保護用変流器２４ａで検出された検出電流Ｉ１Ｔの値より大きいときは、フィーダ線１３とレール１６とに短絡事故が発生していると判断できる。従って、事故回線の識別も評定できる。そして、出力処理手段２３は、事故点評定手段２２で求められた事故点Ｆまでの距離Ｘを外部に出力する。

本発明の実施例１に係わる事故点評定装置を交流き電回路に適用した場合のシステム構成図。本発明の実施例１の事故点標定装置のブロック構成図。従来の事故点標定装置を交流き電回路に適用した場合のシステム構成図。従来の事故点標定装置のブロック構成図。吸上線を流れる中性点電流比Ｈｉとオートトランス１４ａからの距離Ｘとの関係を示すグラフ。

符号の説明

１１…事故点標定装置、１２…トロリ線、１３…フィーダ線、１４…オートトランス、１５…吸上線、１６…レール、１７…中性点電流計測用変流器、１８…入力変換手段、１９…サンプリングホールド手段、２０…Ａ／Ｄ変換手段、２１…データ格納手段、２２…事故点評定手段、２３…出力処理手段、２４…第１の保護用変流器、２５…第２の保護用変流器、２６…中性点電流算出手段、２７…事故回線判別手段

Claims

変電所から交流電力が供給されるトロリ線とフィーダ線との間に所定の間隔を保って複数個のオートトランスを設置し各々のオートトランスの中点とレールとの間を吸上線で接続した交流き電回路の事故点を評定する交流き電回路用事故点評定装置において、各々のオートトランスのトロリ線側の電流を検出する第１の保護用変流器及び各々のオートトランスのフィーダ線側の電流を検出する第２の保護用変流器で検出された電流に基づいてオートトランスの吸上線に流れる中性点電流をそれぞれ算出する中性点電流算出手段と、前記中性点電流算出手段で算出された中性点電流に基づいて故障点の標定をする事故点標定手段と、前記第１の保護用変流器及び前記第２の保護用変流器で検出された電流値の大小比較により事故回線を判別する事故回線判別手段とを備えたことを特徴とする交流き電回路用事故点評定装置。