JP5827465B2 - レール破断検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道用レールの破断を検知するレール破断検知装置に関する。

従来、鉄道では、列車の位置検知を軌道回路によって行っており、この軌道回路の副次的な機能として、レール破断の検知が行われていた。一方、近年では、新たな列車制御システムとして、軌道回路を用いない移動閉塞システムの開発が進んでいる。移動閉塞システムでは、列車の位置検知は軌道回路によらず、列車自身において、例えば車軸に取り付けた速度発電機の回転数や、地上装置との無線通信によって自車の走行位置を算出し、算出した現在位置を、無線通信によって他の列車や地上装置等に送信する構成となっている。

このようなシステムでは、従来の軌道回路を用いたレール破断検知を行うことができない。そこで、軌道回路を用いずにレール破断を検知する手段として、例えば、特許文献１は、左右一対のレールに流れる各々の帰線電流を検知し、各々の帰線電流から不平衡を求めて、不平衡が予め設定した値を越えたことにより、レール破断を検知する技術を開示している。しかし、特許文献１は、車上側で帰線電流を検出する技術を開示し、地上側で帰線電流を検出する点については、その可能性を示唆するにとどまり、具体的な開示はない。

特開平６−３２１１１０号公報

本発明の課題は、地上側でレール破断を検知し得るレール破断検知装置を提供することである。

本発明のもう一つの課題は、コストの安価なレール破断検知装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係るレール破断検知装置は、第１検知区間と、第２検知区間と、信号処理装置とを含む。前記第１検知区間は、一対のレールの一方による所定のレール長によって構成されており、前記第２検知区間は、前記一対のレールの他方による所定のレール長によって構成されている。そして、第１検知区間と第２検知区間とを設定する導線接続部は、それぞれ任意の位置に設置される。

前記信号処理装置は、地上に備えられ、前記レールに流れる帰線電流により、前記第１検知区間に生じた第１電圧降下信号、及び、前記第２検知区間に生じた第２電圧降下信号が入力され、前記第１電圧降下信号及び前記第２電圧降下信号の不平衡から前記レールの破断を検知する。

第１電圧降下信号及び第２電圧降下信号は、第１検知区間及び第２検知区間の長さに応じたレールのインピーダンスと、レールに流れる帰線電流とによって定まる電圧値となる。レール破断がない場合、列車から一対のレールに流れ出る帰線電流は、ほぼ平衡した値であり、第１検知区間及び第２検知区間の長さがほぼ等しいという条件下では、レールの一方に構成された第１検知区間に生じる第１電圧降下信号、及び、レールの他方によって構成された第２検知区間に生じる第２電圧降下信号も、ほぼ平衡した値になる。

ところが、一対のレールの何れかにレール破断が生じると、破断レール側では、帰線電流が地中に漏れるため、一対のレールの各々を流れる帰線電流に不平衡が生じ、第１検知区間に生じる第１電圧降下信号、及び、第２検知区間に生じる第２電圧降下信号も、不平衡になる。

第１電圧降下信号及び第２電圧降下信号は信号処理装置に入力される。信号処理装置は入力された第１電圧降下信号及び第２電圧降下信号からレールの破断を検知する。即ち、第１電圧降下信号及び第２電圧降下信号の不平衡からレールの破断を検知する。

上述したように、本発明では、第１検知区間、第２検知区間および信号処理装置は、地上に設置されており、レール破断を地上側で検知することができる。

しかも、帰線電流からレール破断を検知するものであって、検知のための特別の信号発生回路、信号送信回路を用いるものではない。したがって、設備コストが安価になる。信号処理装置は、列車制御用地上装置の一部によって構成できるもので、しかも、レール破断検知は、実際にはソフトウエアによって実行され得る。追加すべきものは、第１検知区間および第２検知区間を画定するためのレールへのターミナル打ち込み、ケーブル配線作業などであるから、その実施も容易である。

具体的形態として、前記第１検知区間は、前記レールの一方に互いに距離をおいて設定された一対の導線接続部を含む。前記第１電圧降下信号は前記一対の導線接続部間において前記レールの一方に生じる電圧降下信号である。前記第２検知区間も、前記レールの他方に互いに距離をおいて設定された一対の導線接続部を含む。前記第２電圧降下信号は前記一対の導線接続部間において前記レールの他方に生じる電圧降下信号である。

更に好ましくは、前記第１検知区間及び前記第２検知区間は、１つの閉塞区間において複数組備えられており、前記信号処理装置は、前記第１検知区間及び前記第２検知区間の各組の電圧降下信号から、各組の故障状態を検知する機能を有し、一方の組の前記第１検知区間及び前記第２検知区間の不平衡判定と他の組の前記第１検知区間及び前記第２検知区間の不平衡判定とが不一致ではなく、一方の組と他方の組とから出力された信号が不平衡である場合にはレール破断が生じていると判定する。

以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（ａ）地上側でレール破断を検知し得るレール破断検知装置を提供することができる。
（ｂ）コストの安価なレール破断検知装置を提供することができる。
（ｃ）複数検知区間の電圧降下信号から、導線接続部における接続不良を検知する機能を有する場合には、故障検知、それに続く保守によって、システムの健全性を、永続的に保持しえるレール破断検知装置を提供することができる。

本発明に係るレール破断検知装置の構成を示す図である。 本発明に係るレール破断検知装置の別の構成を示す図である。 図２に示したレール破断検知装置の動作を示すフローチャートである。

図１を参照すると、一対のレール１１、１２の上に矢印Ｆ１の方向に走行する列車２が在線している。列車２の車体２１の屋根などに集電装置（パンタグラフ）２２が取り付けられており、変電所などの電力供給設備５から架線３に供給された電力が、架線３に接触する集電装置２２によって列車２の内部に導入され、その電力によって図示しないモータ等が駆動される。架線３から集電装置２２を経て列車２の内部に導入された電流Ｉ１は、車軸２３などを通してレール１１、１２に導かれ、レール１１、１２を通って電力供給設備５に戻る。したがって、レール１１、１２には、帰線電流Ｉ２１、Ｉ２２が流れることになる。本発明の特徴は、帰線電流Ｉ２１、Ｉ２２を利用して、レール１１、１２の破断を地上側で検知するところにある。

その手段として、本発明に係るレール破断検知装置は、第１検知区間Ｌ１と、第２検知区間Ｌ２と、信号処理装置４とを含む。第１検知区間Ｌ１は、レール１１によって構成されており、第２検知区間Ｌ２は、レール１２によって構成されている。第１検知区間Ｌ１及び第２検知区間Ｌ２の長さは、例えば、３ｍ〜６ｍ程度の範囲であればよい。このような検知区間を、一つの閉塞区間に少なくとも一箇所設ける。第１検知区間Ｌ１及び第２検知区間Ｌ２の設置位置は、特に問わない。閉塞区間の中間であってもよいし、端部側であってもよい。

第１検知区間Ｌ１の設定に当たっては、レール１１の側部などの適当な位置に、互いに距離Ｌ１をおいて、導線接続部Ｐ１１、Ｐ１２を設定し、導線接続部Ｐ１１、Ｐ１２にケーブル線などの導線６１、を接続する。第２検知区間Ｌ２の設定に当たっても、同様に、レール１２の側部に、互いに距離をおいて導線接続部Ｐ２１、Ｐ２２を設定し、導線接続部Ｐ２１、Ｐ２２にケーブル線などの導線６２を接続する。導線６１、６２は信号処理装置４に導かれる。導線接続部Ｐ１１、Ｐ１２と導線接続部Ｐ２１、Ｐ２２とは、互いに対向関係にあることは必要でない。レール１１、１２の長さ方向にずれを生じていてもよい。

信号処理装置４は、地上に備えられ、レール１１、１２に流れる帰線電流Ｉ２１、Ｉ２２により、第１検知区間Ｌ１に生じた第１電圧降下信号Ｖ１及び第２検知区間Ｌ２に生じた第２電圧降下信号Ｖ２が入力され、第１電圧降下信号Ｖ１及び第２電圧降下信号Ｖ２からレール１１、１２の破断を検知する。第１電圧降下信号Ｖ１及び第２電圧降下信号Ｖ２は、第１検知区間Ｌ１及び第２検知区間Ｌ２の長さに応じたレールのインピーダンスと、レール１１、１２に流れる帰線電流Ｉ２１、Ｉ２とによって定まる電圧値となる。

レール破断がない場合、列車からレール１１、１２に流れる帰線電流Ｉ２１、Ｉ２２は、ほぼ平衡しており、第１検知区間Ｌ１及び第２検知区間Ｌ２の長さがほぼ等しいという条件下では、レール１１によって構成された第１検知区間Ｌ１に生じる第１電圧降下信号Ｖ１、及び、レール１２によって構成された第２検知区間Ｌ２に生じる第２電圧降下信号Ｖ２は、ほぼ平衡した値になる。

ところが、レール１１、１２の何れか、例えばレール１１にレール破断Ｂが生じると、破断レール側であるレール１１では、帰線電流Ｉ２１が地中に漏れるため、レール１１、１２の各々を流れる帰線電流Ｉ２１、Ｉ２２に不平衡が生じ、第１検知区間Ｌ１に生じる第１電圧降下信号Ｖ１、及び、第２検知区間Ｌ２に生じる第２電圧降下信号Ｖ２も不平衡になる。

第１電圧降下信号Ｖ１及び第２電圧降下信号Ｖ２は、信号処理装置４に入力される。信号処理装置４は、入力された第１電圧降下信号Ｖ１及び第２電圧降下信号Ｖ２からレール１１の破断を検知する。即ち、第１電圧降下信号Ｖ１及び第２電圧降下信号Ｖ２の不平衡からレール１１の破断を検知する。具体的には、不平衡率（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）等を求め、基準として予め設定された不平衡率よりも高くなったときに、破断ありとするような判断手法を採ることができる。

上述したように、本発明では、第１検知区間Ｌ１、第２検知区間Ｌ２および信号処理装置４は、全て、地上に設置されており、レール破断を地上側で検知することができる。

しかも、帰線電流Ｉ２１、Ｉ２２からレール破断を検知するものであって、検知のための特別の信号発生回路、信号送信回路を用いるものではない。したがって、設備コストが安価になる。信号処理装置４は、列車制御用地上装置の一部によって構成できるもので、しかも、レール破断検知は、実際には、列車制御用地上装置などを用いて、ソフトウエアによって実行され得る。追加すべきものは、第１検知区間Ｌ１および第２検知区間Ｌ２を画定するためのレール１１、１２への導線接続部（Ｐ１１、Ｐ１２）、（Ｐ２１、Ｐ２２）の設定、導線６１、６２の準備、接続及び敷設作業などであるから、その実施・実現も容易である。

ところで、図１に示したレール破断検知装置の場合、導線接続部（Ｐ１１、Ｐ１２）、（Ｐ２１、Ｐ２２）の何れかにおいて、導線６１又は６２の接続が外れてしまったような場合、正常なレール破断検知動作ができなくなる。図２にそのための対策を施したレール破断検知装置の一例を示す。図２において、図１に現れた部分と対応する部分については、同一又は類似の参照符号を付し、重複説明は省略する。

図２を参照すると、１つの閉塞区間に、第１検知区間Ｌ１１及び第２検知区間Ｌ２１からなる第１検知系Ａと、この第１検知系Ａから、例えば、４ｋｍの距離をおいて、第１検知区間Ｌ１２及び第２検知区間Ｌ２２からなる第２検知系Ｂが設定されている。もっとも、検知系は、２以上の複数あればよいのであって、２つに限らない。

まず、第１検知系Ａにおいて、第１検知区間Ｌ１１は、導線接続部Ｐ１１、Ｐ１２を有しており、この導線接続部Ｐ１１、Ｐ１２にケーブル線などの導線６１１が接続されている。第２検知区間Ｌ２１は、導線接続部Ｐ２１、Ｐ２２を有しており、この導線接続部Ｐ２１、Ｐ２２に導線６２１が接続されている。

一方、第２検知系Ｂにおいて、第１検知区間Ｌ１２は、導線接続部Ｐ１３、Ｐ１４を有しており、この導線接続部Ｐ１３、Ｐ１４に導線６１２が接続されている。第２検知区間Ｌ２２は、導線接続部Ｐ２３、Ｐ２４を有しており、この導線接続部Ｐ２３、Ｐ２４に導線６２２が接続されている。

信号処理装置４は、第１検知系Ａを構成する第１検知区間Ｌ１１及び第２検知区間Ｌ１２の電圧降下信号Ｖ１１、Ｖ２１と、第２検知系Ｂを構成する第１検知区間Ｌ１２及び第２検知区間Ｌ２２の電圧降下信号Ｖ１２、Ｖ２２とから、導線接続部（Ｐ１１、Ｐ１２）、（Ｐ２１、Ｐ２２）、（Ｐ１３、Ｐ１４）又は（Ｐ２３、Ｐ２４）における導線（６１１、６２１）、（６１２、６２２）の接続不良を検知する。

図２には、信号処理装置４の具体的な構成がブロック図として示されており、第１信号処理部４１、第２信号処理部４２及び第３信号処理部４３を含んでいる。これらは、処理の流れを示すもので、必ずしも、ハードウエア的に互いに独立して存在するものではない。ソフトウエアとしての概念と捉えてもよい。

第１信号処理部４１は、第１検知系Ａを構成する第１検知区間Ｌ１１及び第２検知区間Ｌ１２の電圧降下信号（Ｖ１１、Ｖ２１）の不平衡率を検知する。第２信号処理部４２は、第２検知系Ｂを構成する第１検知区間Ｌ１２及び第２検知区間Ｌ２２の電圧降下信号（Ｖ１２、Ｖ２２）の不平衡率を検知する。

第３信号処理部４３は、第１信号処理部４１及び第２信号処理部４２から供給される信号Ｓ１１及びＳ２１から、レール破断の有無を判定すると共に、導線接続部（Ｐ１１、Ｐ１２）、（Ｐ２１、Ｐ２２）における導線６１１、６２１の接続不良、接続外れ、並びに、導線接続部（Ｐ１３、Ｐ１４）及び（Ｐ２３、Ｐ２４）における導線６１２又は６２２の接続不良、接続外れを検知する。さらには、導線６１１、６２１、６１２、６２２の断線なども検知する。

導線接続部（Ｐ１１、Ｐ１２）、（Ｐ２１、Ｐ２２）、（Ｐ１３、Ｐ１４）及び（Ｐ２３、Ｐ２４）の何れにおいても、導線（６１１、６２１）、（６１２、６２２）が正常に接続されている場合において、レール破断を生じたときは、第１検知系Ａの電圧降下信号（Ｖ１１、Ｖ２１）の不平衡率と、第２検知系Ｂの電圧降下信号（Ｖ１１、Ｖ２２）の不平衡率は、ほぼ同じような値になる。第３信号処理部４３は、このとき、第１信号処理部４１、４２から供給される信号Ｓ１１、Ｓ２１から、レール破断を検知する。

一方、導線接続部（Ｐ１１、Ｐ１２）、（Ｐ２１、Ｐ２２）、（Ｐ１３、Ｐ１４）、（Ｐ２３、Ｐ２４）の何れかにおいて、導線（６１１、６２１）、（６１２、６２２）の接続不良が生じた場合、第１検知系Ａを構成する第１検知区間Ｌ１１及び第２検知区間Ｌ２１の電圧降下信号（Ｖ１１、Ｖ２１）、及び、第２検知系Ｂを構成する第１検知区間Ｌ１２及び第２検知区間Ｌ２２の電圧降下信号（Ｖ１２、Ｖ２２）のうち、接続不良を生じた側の電圧降下信号が変化し、電圧不平衡率が大きくなる。従って、第１信号処理部４１、４２から供給される信号Ｓ１１、Ｓ２１の相互間の不平衡率も大きくなる。第３信号処理部４３は、第１信号処理部４１、４２より供給される信号Ｓ１１、Ｓ２１から、接続不良を検知する。

このように、ケーブルが外れる（ボンド脱落）などの接続不良を検知することができることは、高度のシステム安全性が要求される列車運行システムにおいて、きわめて重要で、技術的に価値の高いものである。なぜなら、故障検知、それに続く保守によって、システムの健全性を、永続的に保持しえるレール破断検知装置を実現できるからである。

レール破断も、導線接続不良も生じていない正常時は、第１検知系Ａ及び第２検知系Ｂにおける各電圧不平衡率は、小さく、しかも、等価的な関係を保つ。第３信号処理部４３は、このとき、第１信号処理部４１及び第２信号処理部４２より供給される信号Ｓ１１、Ｓ２１に基づき、レール破断も、導線接続不良も生じていないと判定する。第３信号処理部４３から出力される判定信号Ｓ３は、例えば、警報信号やディスプレイ表示信号などに利用される。

次に、図３のフローチャートを参照し、図２に示したレール破断検知装置の動作を更に詳しく説明する。第１検知系Ａと第２検知系Ｂは同じ構成で同じ動作をするので、第１検知系Ａを中心に説明する。レール１１に設定された第１検知区間Ｌ１１で検出された電圧降下信号Ｖ１１が第１信号処理部４１に入力されると、第１信号処理部４１は、電圧降下信号Ｖ１１が規定値以上である場合、帰線電流Ｉ２１が流れたことによる電圧降下分であると判断する。また、レール１２に設定された第２検知区間Ｌ２１で検出された電圧降下信号Ｖ２１が第１信号処理部４１に入力されると、第１信号処理部４１は、電圧降下信号Ｖ２１が規定値以上である場合、帰線電流Ｉ２２が流れたことによる電圧降下分であると判断する。そして、電圧降下信号Ｖ１１と電圧降下信号Ｖ２１の不平衡率を求め、それが基準値（例えば７０％）よりも大きいかどうかを判定する。電圧降下信号Ｖ１１と電圧降下信号Ｖ２１の不平衡率が基準値（例えば７０％）よりも大きくなければ、不平衡でないと判定し、大きければ不平衡であると判定する。これらの判定結果は、第１信号処理部４１から第３信号処理部４３に供給される。

第２検知系Ｂでも、第２信号処理部４２において同様のフロー処理が実行され、その判定結果が第２信号処理部４２から第３信号処理部４３に供給される。

第３信号処理部４３では、第１信号処理部４１から供給された第１検知系Ａの不平衡判定結果と、第２信号処理部４２から供給された第２検知系Ｂの不平衡判定結果とが、不一致であるかどうかを判定し、不一致でない場合は、一致判定を出力する。即ち、導線接続に異常なしという判定結果を出力する。不一致である場合は、不一致判定を出力する。この不一致判定は、導線接続異常、導線接続不良、導線断線等に相当する。不一致判定の信号は、例えば、警報信号やディスプレイ表示信号などに利用されることは、前述したとおりである。そして、導線接続異常、導線接続不良、導線断線などを修理する作業に資する。

一致判定が出た場合であって、第１信号処理部４１及び第２信号処理部４２から出力される信号が「不平衡である」ことを示すものならば、「レール破断」であると判定することになる。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

Ｌ１ 第1検知区間
Ｌ２ 第２検知区間
４ 信号処理装置

Claims (2)

1. 一対のレールの一方によって構成された第１検知区間と、
   前記レールの他方によって構成された第２検知区間と、
   レール破断がない場合は前記レール間で互いに平衡しレール破断が生じると前記レール間で互いに不平衡となる帰線電流により、前記第１検知区間に生じた電圧降下信号及び前記第２検知区間に生じた電圧降下信号の不平衡から前記レールの破断を検知する信号処理装置と、を備え、
   前記第１検知区間と前記第２検知区間とを設定する導線接続部は、それぞれ任意の位置に設置される、レール破断検知装置。
2. 請求項１に記載されたレール破断検知装置であって、
   前記第１検知区間及び前記第２検知区間は、１つの閉塞区間において複数組備えられており、
   前記信号処理装置は、前記第１検知区間及び前記第２検知区間の各組の電圧降下信号から、各組の故障状態を検知する機能を有し、一方の組の前記第１検知区間及び前記第２検知区間の不平衡判定と他の組の前記第１検知区間及び前記第２検知区間の不平衡判定とが不一致ではなく、一方の組と他方の組とから出力された信号が不平衡である場合にはレール破断が生じていると判定する、レール破断検知装置。
   
   
   
   
   
   
   

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