TWI685432B - 集電電流監視裝置 - Google Patents

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Abstract

集電電流監視裝置係具備有：電流值取得單元，係取得電流值I1、I2；第1均方根計算單元，係計算I1於窗寬度W中的均方根RMS1；第2均方根計算單元，係計算I2於窗寬度W中的均方根RMS2；判斷單元，係判斷均方根RMS1以及均方根RMS2之組合是否滿足異常條件；異常輸出單元，係在滿足異常條件的情況下輸出異常發生信號；資訊取得單元，係取得鐵路車輛資訊；以及設定單元，係對應鐵路車輛資訊，設定至少含有窗寬度W以及異常條件的其中一方之設定事項。

Description

集電電流監視裝置
本發明係關於集電電流監視裝置。
鐵路車輛係於其車頂上具備有集電裝置。集電裝置係具有以集電弓(pantograph)支持集電靴(collector shoe)的構造。集電靴係具備有靴體以及設置於靴體的上表面之滑動板，且構成為將滑動板向架線的下緣按壓，自架線將集電電流導入鐵路車輛(參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特許第4386253號公報。
在具備有複數個集電裝置之鐵路車輛，複數個集電裝置中某一集電裝置無法集電的狀態稱作電離線。在架線有積冰霜時設置於鐵路車輛之進行方向的前方之集電裝置會發生電離線。即使在這種情況下，因為藉由設置於鐵路車輛之進行方向的前方之集電裝置去除積冰霜，設置於鐵路車輛之進行方向的後方之集電裝置大多可以集電。
在某一集電裝置電離線的狀態，若再因某種原因而使另一方的集電裝置也離線則會發生電弧而損傷靴體。因 此，因為電離線的狀態為容易發生電弧的狀態，所以需要偵測電離線的狀態。
然而，因為即使在電離線時，在一個集電裝置之集電電流的瞬時波形仍與通常的波形相同，所以無法自一個集電裝置之集電電流的瞬時波形偵測電離線的狀態。
本發明的一種形式係期望提供可以偵測電離線的集電電流監視裝置。
本發明的一態樣係一種集電電流監視裝置，係具備有：電流值取得單元，係取得流動於第1集電裝置之集電電流的電流值I1以及流動於第2集電裝置之集電電流的電流值I2；第1均方根計算單元，係計算前述電流值I1於窗寬度W中的均方根RMS1；第2均方根計算單元，係計算前述電流值I2於前述窗寬度W中的均方根RMS2；判斷單元，係判斷前述均方根RMS1以及前述均方根RMS2之組合是否滿足異常條件；異常輸出單元，係在前述判斷單元判斷為滿足前述異常條件的情況下輸出異常發生信號；資訊取得單元，係取得鐵路車輛資訊，前述鐵路車輛資訊係至少含有具備有前述第1集電裝置以及前述第2集電裝置的鐵路車輛之位置及速度的其中一方；以及設定單元，係對應前述資訊取得單元所取得之前述鐵路車輛資訊，設定至少含有前述窗寬度W以及前述異常條件的其中一方之設定事項。
本發明的一態樣之集電電流監視裝置，係判斷均方根 RMS1以及均方根RMS2之組合是否滿足異常條件。該異常條件係可作為均方根RMS1以及均方根RMS2不均衡時滿足之條件(產生電離線時滿足之條件)。因此本發明一態樣之集電電流監視裝置可以判斷是否發生電離線。
且本發明的一態樣之集電電流監視裝置係對應鐵路車輛資訊設定設定事項。因此本發明的一態樣之集電電流監視裝置可以對應鐵路車輛資訊將設定事項最佳化。其結果可以提升針對電離線的偵測敏感度，並抑制電離線之錯誤偵測。
1‧‧‧集電電流監視裝置
3‧‧‧CPU
5‧‧‧記憶體
7‧‧‧電流值取得單元
9‧‧‧第1均方根計算單元
11‧‧‧第2均方根計算單元
13‧‧‧判斷單元
15‧‧‧異常輸出單元
17‧‧‧資訊取得單元
19‧‧‧設定單元
21‧‧‧速度感測器
23‧‧‧地面轉發器
25‧‧‧ATC
27‧‧‧第1集電裝置
29‧‧‧第2集電裝置
31‧‧‧第1電流感測器
33‧‧‧第2電流感測器
35‧‧‧控制傳送裝置
37‧‧‧監視器裝置
39‧‧‧主轉換裝置
41、43‧‧‧異常區域
A1、A2、 B1、B2‧‧‧臨限值
I1‧‧‧第1電流值
I2‧‧‧第2電流值
W‧‧‧窗寬度
圖1係表示集電電流監視裝置以及其他裝置的構成之方塊圖。
圖2係表示集電電流監視裝置的機能性構成之方塊圖。
圖3係表示集電電流監視裝置執行之處理的流程圖。
圖4係表示窗寬度W之說明圖。
圖5係表示異常條件之說明圖。
圖6係表示異常條件之說明圖。
圖7A係表示在區間S1，集電電流監視裝置1計算之均方根RMS1以及均方根RMS2，以及設定之異常區域41、43的說明圖。
圖7B係表示在區間S2，集電電流監視裝置1計算之均方根RMS1以及均方根RMS2，以及設定之異常區域41、43的說明圖。
圖7C係表示在區間S3，集電電流監視裝置1計算之均方根RMS1以及均方根RMS2，以及設定之異常區域41、43的說明圖。
圖8A係表示在區間S1，固定窗寬度W而計算之均方根RMS1以及均方根RMS2，以及固定之異常區域41、43的說明圖。
圖8B係表示在區間S2，固定窗寬度W而計算之均方根RMS1以及均方根RMS2，以及固定之異常區域41、43的說明圖。
圖8C表示在區間S3，固定窗寬度W而計算之均方根RMS1以及均方根RMS2，以及固定之異常區域41、43的說明圖。
依據圖式說明本發明之實施形態。
(第1實施形態)
1. 集電電流監視裝置1之構成
依據圖1以及圖2說明集電電流監視裝置1。集電電流監視裝置1係搭載於鐵路車輛之裝置。集電電流監視裝置1如圖1所示，由具有CPU3(Central Processing Unit；中央處理器)、記憶體5之習知的微電腦為中心所構成。作為記憶體5，可列舉例如RAM(Random Access Memory；隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory；唯讀記憶體)、快閃記憶體(Flash Memory)等半導體記憶體。集電電流監視裝置1的各種機能由CPU3執行儲存於記憶體5的 程式所實現。
如圖2所示，集電電流監視裝置1作為由CPU3執行程式所實現之機能的構成，係具備有電流值取得單元7、第1均方根計算單元9、第2均方根計算單元11、判斷單元13、異常輸出單元15、資訊取得單元17以及設定單元19。
鐵路車輛不只具有集電電流監視裝置1還具備有速度感測器21、地面轉發器(transponder)23、ATC(Automatic Train Control；自動列車停止裝置)25、第1集電裝置27、第2集電裝置29、第1電流感測器31、第2電流感測器33、控制傳送裝置35、監視器裝置37以及主轉換裝置39。
速度感測器21係偵測鐵路車輛的速度v，將偵測之速度v送至ATC25。ATC25將速度v以時間積分，經常推定鐵路車輛的位置P。地面轉發器23係將位置修正資訊送至ATC25。位置修正資訊係鐵路車輛的正確位置資訊。ATC25利用位置修正資訊適切地修正如上述地推定之位置P。ATC25透過監視器裝置37將速度v以及位置P送至集電電流監視裝置1。另外，速度v以及位置P係對應鐵路車輛資訊。監視器裝置37係顯示速度v以及位置P。
第1電流感測器31係偵測流動於第1集電裝置27之集電電流的電流值I1，並將偵測之電流值I1送至集電電流監視裝置1。第2電流感測器33係偵測流動於第2集電裝置29之集電電流的電流值I2，並將偵測之電流值I2送至集電電流監視裝置1。第1集電裝置27配置於鐵路車輛之 中的n號車，第2集電裝置29配置於m號車，n、m為1至16之範圍內的自然數且n比m小。
監視器裝置37以及控制傳送裝置35係接收由集電電流監視裝置1輸出的後述之異常發生信號。控制傳送裝置35在接收到異常發生信號時，將該異常發生信號傳達至主轉換裝置39。監視器裝置37係配置於駕駛座。鐵路車輛的駕駛員可以看到監視器裝置37的顯示影像。監視器裝置37在接收異常發生信號時顯示異常通報影像。異常通報影像係在接收異常發生信號時的特有影像。主轉換裝置39在異常發生信號被傳達時進行檔速限制。檔速限制係限制鐵路車輛速度或加速之控制。
2. 集電電流監視裝置1執行之處理
依據圖3至圖6說明集電電流監視裝置1在預定時間內反覆執行之處理。在圖3之步驟1，資訊取得單元17自ATC25取得位置P以及速度v。
在步驟2，設定單元19對應於前述步驟1取得之位置P以及速度v而設定窗寬度W以及異常條件。窗寬度W如圖4所示，係在後述之步驟4計算均方根RMS1以及均方根RMS2時的積分區間的長度。窗寬度W的單位為毫秒(msec；millisecond)。窗寬度W係對應於設定事項。窗寬度W愈大，則在後述之步驟5中均方根RMS1以及均方根RMS2之組合愈難滿足異常條件。
所謂異常條件係指均方根RMS1以及均方根RMS2之組合位於圖5所示之異常區域41或異常區域43內之條 件。圖5係表示橫軸為均方根RMS1之大小且縱軸為均方根RMS2之大小的二次元空間。
在圖5所示之二次元空間中，異常區域41為均方根RMS1在臨限值A1以下且均方根RMS2在臨限值B1以上之區域。而異常區域43為均方根RMS1在臨限值B2以上且均方根RMS2在臨限值A2以下之區域。
均方根RMS1在臨限值A1以下且均方根RMS2在臨限值B1以上時異常條件被滿足。
而均方根RMS1在臨限值B2以上且均方根RMS2在臨限值A2以下時異常條件被滿足。
臨限值A1、A2、B1、B2皆為正的值，臨限值B1比臨限值A1、A2大。臨限值B2比臨限值A1、A2大。臨限值A1以及A2可以為相同的值也可以為不同的值。臨限值B1以及B2可以為相同的值也可以為不同的值。異常條件係對應於設定事項。
另外，異常區域41、43如圖6所示，在橫軸為均方根RMS1之大小且縱軸為均方根RMS2之大小的二次元空間中，亦可以為具有矩形以外的形狀之區域。
異常條件愈嚴苛(亦即異常區域41、43愈狹窄)，則在後述之步驟5中，均方根RMS1以及均方根RMS2之組合愈難滿足異常條件。
設定單元19係預先具備有列表，該列表係規定位置P以及速度v、窗寬度W以及異常條件之間的對應關係。設定單元19係利用該列表，設定對應於由前述步驟1取得之 位置P以及速度v的窗寬度W以及異常條件。列表複寫的上述對應關係為可以被複寫。
列表之窗寬度W的範圍例如為10msec至1000msec的範圍內。列表係可以藉由例如在製作出基本之列表後，反覆進行：使用列表、驗證使用結果以及基於驗證結果修正列表的循環而製作。較佳為列表之窗寬度W以及異常條件的至少其中一方對應位置P以及速度v變化。
異常條件為圖5所示之條件的情況下，異常條件因為如上所述是由臨限值A1、A2、B1、B2所決定，所以，設定單元19設定異常條件即等於設定臨限值A1、A2、B1、B2中的任何一個以上相同。
在步驟3，電流值取得單元7係使用第1電流感測器31取得第1電流值I1，並利用第2電流感測器33取得第2電流值I2。
在步驟4，第1均方根計算單元9係計算在步驟3取得之第1電流值I1在窗寬度W中的均方根RMS1。在此使用的窗寬度W係在前述步驟2所設定。
而在本步驟，第2均方根計算單元11係計算在步驟3取得之第2電流值I2在窗寬度W中的均方根RMS2。在此使用的窗寬度W係在前述步驟2所設定。
在步驟5，由判斷單元13判斷前述步驟4計算之均方根RMS1以及均方根RMS2之組合是否滿足異常條件。亦即由判斷單元13判斷前述步驟4計算之均方根RMS1以及均方根RMS2之組合是否屬於圖5或圖6所示之異常區域 41、43中的任何一方。在此使用的異常條件係在前述步驟2所設定。
判斷為滿足異常條件的情況下則進入步驟6，判斷為不滿足異常條件的情況下則結束本處理。
在步驟6異常輸出單元15輸出異常發生信號。
3. 集電電流監視裝置1達成之功效
(1A)集電電流監視裝置1判斷均方根RMS1以及均方根RMS2之組合是否滿足異常條件。該異常條件係均方根RMS1以及均方根RMS2不均衡時滿足的條件且係產生電離線時滿足的條件。因此集電電流監視裝置1藉由判斷均方根RMS1以及均方根RMS2之組合是否滿足異常條件而可以判斷是否發生電離線。
(1B)集電電流監視裝置1係對應鐵路車輛的位置P以及速度v設定窗寬度W以及異常條件。因此集電電流監視裝置1可以對應鐵路車輛的位置P以及速度v最佳化窗寬度W以及異常條件。結果，可以提升針對電離線的偵測敏感度並抑制電離線之錯誤偵測。此外，位置P以及速度v各自為對均方根RMS1以及均方根RMS2帶來影響的因素。
(1C)集電電流監視裝置1作為異常條件可以設定條件為均方根RMS1在臨限值A1以下且均方根RMS2在臨限值B1以上；或是均方根RMS1在臨限值B2以上且均方根RMS2在臨限值A2以下。
因此，只要設定臨限值A1、A2、B1、B2中的任何一個 以上就可以設定異常條件。結果，使設定異常條件變得容易。而判斷均方根RMS1以及均方根RMS2之組合是否滿足異常條件也變得容易。
(1D)集電電流監視裝置1係具備有列表而規定位置P以及速度v、窗寬度W以及異常條件之對應關係，並使用該列表設定窗寬度W以及異常條件。因此窗寬度W以及異常條件的設定很容易。而若交換或複寫列表即可容易地變更位置P以及速度v、窗寬度W以及異常條件的對應關係。
4. 為了確認集電電流監視裝置1達成之功效的實驗
搭載集電電流監視裝置1的鐵路車輛依區間S1、S2、S3的順序行駛。集電電流監視裝置1在區間S1以50msec作為窗寬度W，構成異常條件之異常區域41、43係如圖7A所示。而在區間S2，以33.3msec作為窗寬度W，構成異常條件之異常區域41、43係如圖7B所示。而在區間S3，以200msec作為窗寬度W，構成異常條件之異常區域41、43係如圖7C所示。
將在區間S1之均方根RMS1以及均方根RMS2的偵測結果示於圖7A，將在區間S2之均方根RMS1以及均方根RMS2的偵測結果示於圖7B，將在區間S3之均方根RMS1以及均方根RMS2的偵測結果示於圖7C。在區間S1、S2、S3的任一方都可以提升針對電離線的偵測敏感度並抑制電離線之錯誤偵測。
另一方面，作為比較實驗，基本的實驗方法與以上相 同，但是使窗寬度W以及異常條件始終固定並進行實驗。將在區間S1之均方根RMS1以及均方根RMS2的偵測結果示於圖8A，將在區間S2之均方根RMS1以及均方根RMS2的偵測結果示於圖8B，將在區間S3之均方根RMS1以及均方根RMS2的偵測結果示於圖8C。在區間S2雖然實際上產生了電離線但卻沒辦法偵測到。而在區間S3雖然實際上沒有發生電離線，但卻錯誤而滿足異常條件。
(其他實施形態)
以上雖針對本發明之實施形態進行說明，但本發明並不限於上述實施形態，可以採用各種形態。
(1)資訊取得單元17可以為取得速度v以及位置P的其中一方。在這情況下，設定單元19可以對應其中一方設定窗寬度W以及異常條件。
另外，資訊取得單元17不只可取得速度v以及位置P還可以更取得第3個資訊。在這情況下設定單元可以對應速度v、位置P以及第3個資訊而設定窗寬度W以及異常條件。
(2)設定單元19也可以設定窗寬度W但不設定異常條件。在這情況下異常條件可以始終為固定的條件。而設定單元19也可以設定異常條件但不設定窗寬度W。在這情況下窗寬度W可以例如是固定值。
(3)設定單元19也可以只設定臨限值A1、A2、B1、B2之中的一部分。而前述一部分以外可以例如是固定值。
(4)異常條件也可以是其他條件。例如異常條件也可以 是以下列的(式1)表示之R比臨限值X大或是比臨限值Y小的條件。
(式1)R=(均方根RMS1)/(均方根RMS2)
在此，臨限值X為比1大的值，臨限值Y為比0大且比1小的值。
1‧‧‧集電電流監視裝置
7‧‧‧電流值取得單元
9‧‧‧第1均方根計算單元
11‧‧‧第2均方根計算單元
13‧‧‧判斷單元
15‧‧‧異常輸出單元
17‧‧‧資訊取得單元
19‧‧‧設定單元

Claims (4)

  1. 一種集電電流監視裝置，係具備有：電流值取得單元，係取得流動於第1集電裝置之集電電流的電流值I1以及流動於第2集電裝置之集電電流的電流值I2；第1均方根計算單元，係計算前述電流值I1於窗寬度W中的均方根RMS1；第2均方根計算單元，係計算前述電流值I2於前述窗寬度W中的均方根RMS2；判斷單元，係判斷前述均方根RMS1以及前述均方根RMS2之組合是否滿足異常條件；異常輸出單元，係在前述判斷單元判斷為滿足前述異常條件的情況下輸出異常發生信號；資訊取得單元，係取得鐵路車輛資訊，前述鐵路車輛資訊係至少含有具備有前述第1集電裝置以及前述第2集電裝置的鐵路車輛之位置及速度的其中一方；以及設定單元，係對應前述資訊取得單元所取得之前述鐵路車輛資訊，設定至少含有前述窗寬度W以及前述異常條件的其中一方之設定事項。
  2. 如請求項1所記載之集電電流監視裝置，其中前述異常條件係前述均方根RMS1以及前述均方根RMS2的其中一方在臨限值A以下，且另一方在比前述臨限值A大的臨限值B以上。
  3. 如請求項2所記載之集電電流監視裝置，其中前述設定單元係設定前述臨限值A及/或前述臨限值B。
  4. 如請求項1至3中任一項所記載之集電電流監視裝置，其中係具備有：列表，係規定前述鐵路車輛資訊以及前述設定事項的對應關係；前述設定單元係利用前述列表設定與前述資訊取得單元所取得之前述鐵路車輛資訊對應的前述設定事項。
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