WO2021205944A1 - 保全装置、保全システム及び保全方法 - Google Patents

保全装置、保全システム及び保全方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2021205944A1
WO2021205944A1 PCT/JP2021/013566 JP2021013566W WO2021205944A1 WO 2021205944 A1 WO2021205944 A1 WO 2021205944A1 JP 2021013566 W JP2021013566 W JP 2021013566W WO 2021205944 A1 WO2021205944 A1 WO 2021205944A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
observation
rail
reflected wave
signal
abnormality
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/013566
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
橋本　直樹
正和 薗部
実 佐野
孝博 菊野
雄太 市川
陽平 森本
Original Assignee
東日本旅客鉄道株式会社
株式会社京三製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東日本旅客鉄道株式会社, 株式会社京三製作所 filed Critical 東日本旅客鉄道株式会社
Priority to CN202180026563.6A priority Critical patent/CN115397714B/zh
Priority to KR1020227034540A priority patent/KR20220149607A/ko
Priority to EP21784519.7A priority patent/EP4134293A4/en
Publication of WO2021205944A1 publication Critical patent/WO2021205944A1/ja
Priority to US17/937,579 priority patent/US20230029300A1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04—Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/042—Track changes detection
    • B61L23/044—Broken rails
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/18—Railway track circuits
    • B61L1/181—Details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/50—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades
    • B61L27/53—Trackside diagnosis or maintenance, e.g. software upgrades for trackside elements or systems, e.g. trackside supervision of trackside control system conditions

Definitions

  • the present invention relates to a maintenance device or the like that detects that an abnormality has occurred in either a rail or an electric device connected to the rail.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to enable detection of an abnormality in a rail and an electric device connected to the rail.
  • the first invention for solving the above problems is A transmission control unit that transmits a pulse signal from a predetermined observation point on a railroad rail, An observation unit that observes the observation signal that appears at the observation point after the transmission of the pulse signal, A detection unit that compares the observation history of the observation signal with the observation signal received this time and detects that an abnormality has occurred in either the rail or the electrical equipment connected to the rail. It is a maintenance device equipped with.
  • a maintenance method including the above may be configured.
  • the first invention or the like it is possible to detect that an abnormality has occurred in either the rail or the electric device connected to the rail. That is, if an abnormality occurs in either the rail or the electrical equipment connected to the rail, the observation signal may change. Therefore, by comparing the observation signal with the observation history of the rail and the past observation signal in the state where the electric equipment connected to the rail is normal, for example, the rail and the electric equipment connected to the rail can be compared. It is possible to detect that an abnormality has occurred in any of them.
  • the second invention is the first invention.
  • the observed signal includes a reflected wave from a connection point to which the electric device is connected.
  • the detection unit performs the detection using the signal level of the reflected wave. It is a maintenance device.
  • the second invention it is possible to identify which of the rail and the electric device connected to the rail has an abnormality. That is, a part of the pulse signal transmitted to the rail is reflected at the connection point of the electric device, and the unreflected signal propagates as it is. If an abnormality occurs in the electrical equipment connected to the rail, or if an abnormality occurs in the rail from the observation point to the connection point of the electrical equipment, the reflected signal from the connection point of the electrical equipment may change. .. For example, when an open failure occurs as an abnormality of an electric device that is not connected to the insulation boundary, the load impedance of the connection point of the electric device as seen from the observation point becomes a state corresponding to the characteristic impedance of the rail R.
  • the signal level of the reflected wave at the connection point disappears (not observed). If another electric device is connected before the connection point, the signal level of the reflected wave from the connection point of the electric device increases. In addition, when a short-circuit failure of an electric device occurs as an abnormality, the load impedance of the connection point of the electric device as seen from the observation point becomes equivalent to zero, so that the signal level of the reflected wave at the connection point is steady. Increases from the state. If another electric device is connected before the connection point, the reflected wave from the connection point of the electric device disappears (not observed).
  • the third invention is the second invention.
  • the detection unit performs the detection using the presence / absence of a past reflected wave corresponding to the reflected wave received this time. It is a maintenance device.
  • rail breakage can be detected as an abnormality.
  • the pulse signal is reflected at the rail break occurrence point and does not propagate beyond that point, so the connection points of all electrical equipment connected to the rail beyond the rail break occurrence point. No reflected waves from are observed.
  • the fourth invention is the second or third invention.
  • the observation history includes information regarding the time interval between the transmission of the pulse signal and the observation of the reflected wave.
  • the detection unit performs the detection using the time interval between the pulse signal transmitted this time and the reflected wave received this time. It is a maintenance device.
  • the fourth invention it is possible to identify which electric device the observed reflected wave is from the connection point of the electric device. This is because the time interval from the transmission of the pulse signal to the observation of the reflected wave at the connection point of the electric device is determined according to the distance from the observation point to the connection point.
  • the reflected wave is, for example, a reflected wave at the location where the rail breakage occurs. can do. The fact that a new reflected wave is generated can be presumed to have caused a rail rupture.
  • the fifth invention is the first invention.
  • the observed signal includes a reflected wave from a connection point to which the electric device is connected.
  • the observation history includes information regarding the time interval between the transmission of the pulse signal and the observation of the reflected wave.
  • the detection unit uses the signal level of the reflected wave, the presence / absence of a past reflected wave corresponding to the reflected wave received this time, and the time interval between the pulse signal transmitted this time and the reflected wave received this time. At least determine the source of the anomaly, It is a maintenance device.
  • the fifth invention it is possible to detect that an abnormality has occurred in either a rail or an electric device connected to the rail, and at least which rail portion or the electric device is the source of the abnormality. Can be determined. That is, from the time interval included in the observation history, it is possible to identify from which electrical device the connection point the observed reflected wave is the reflected wave. Then, from the signal level of the reflected wave, it is possible to determine the electrical device or rail portion where the abnormality has occurred. In addition, the occurrence and location of rail breakage can be determined from the presence or absence of reflected waves from the connection points of electrical equipment.
  • the sixth invention is the fifth invention. Further provided with a storage unit that stores information on the relative connection position of each of the electric devices including information on the up direction or the down direction seen from the observation point in association with the time interval.
  • the detection unit determines the source of the abnormality by referring to the storage contents of the storage unit. It is a maintenance device.
  • the sixth invention it is possible to determine whether the source of the abnormality is ascending or descending when viewed from the observation point. That is, the information of the relative connection position of each electric device including the information of the up direction or the down direction seen from the observation point is stored in association with the time interval between the transmission of the pulse signal and the observation of the reflected wave. Therefore, it is possible to identify whether the observed reflected wave is a reflected wave from a connection point of an electric device connected to a rail in either an ascending direction or a descending direction.
  • the seventh invention is A plurality of maintenance devices according to any one of the first to sixth inventions are arranged along the rail, and the observation points of the adjacent maintenance devices are determined so that the observation ranges of the observation units partially overlap.
  • rice field, It is a maintenance system.
  • the seventh invention it is possible to realize a maintenance system that exhibits any of the first to sixth inventions for a wide range of lines.
  • An example of maintenance system An example of an observation signal. An example when an abnormality occurs in an electrical device. An example when an increase in leakage conductance occurs. An example of an observed signal when an increase in leakage conductance occurs. An example of an observation signal when a rail breaks.
  • Functional configuration diagram of the maintenance device An example of an electrical equipment connection table. An example of anomaly detection table. An example of observation history data.
  • FIG. 1 is an application example of the maintenance system of the present embodiment.
  • the maintenance system 1 of the present embodiment is a system for detecting that an abnormality has occurred in either the rail R of the railway or the electric device 20 connected to the rail R, and is a rail. It is configured to include a plurality of maintenance devices 10 arranged along R.
  • the maintenance device 10 transmits a pulse signal from the observation point P, which is a connection point with the rail R, and is an electric device connected to the rail R and the rail R based on the observation signal appearing at the observation point P after the transmission of the pulse signal.
  • the occurrence of an abnormality in any of 20 is detected.
  • the maintenance device 10 is arranged so that the observation range 12 which is a range in which an abnormality can be detected partially overlaps with the adjacent maintenance devices 10, and the maintenance system 1 as a whole is connected to the rail R and the rail R. It is possible to detect the occurrence of an abnormality in any of the electric devices 20.
  • the observation range 12 of the maintenance device 10 is a range along the rail R with reference to the observation point P, and is determined according to the pulse width and signal level of the pulse signal transmitted by the maintenance device 10 to the rail R. That is, the pulse signal transmitted to the rail R is attenuated according to the propagation distance, but as described later, the maintenance device 10 transmits the pulse signal to the rail R and observes the reflected wave, so that the observed reflection
  • the observation range 12 is determined so that the propagation distance is such that the degree of wave attenuation falls within a range that can be discriminated as a reflected wave.
  • the electric device 20 is a device that is connected to the rail R to form an electric circuit, and is, for example, a transmitter / receiver of a track circuit that transmits / receives a signal current to / from the rail R, or an impedance bond.
  • track circuits including track circuits for signal control in units of closed sections, short and small track circuits provided at both ends of closed sections and used for check-in / check-out train detection, and railroad crossing warning sections.
  • Track circuits for railroad crossing control such as track circuits provided throughout to continuously detect trains in the section, railroad crossing controllers provided at the warning start point and warning end point of railroad crossings, and detection sections compared to those for signal control.
  • the impedance bond includes an impedance bond provided at an insulated portion, which is the boundary of an insulated track circuit, and an impedance bond provided at a predetermined interval to suppress an abnormal voltage between rails in a line on which an uninsulated track circuit is installed. Impedance bond, impedance bond for sucking up the return current, etc.
  • FIGS. 2 to 6 which are referred to in the following description are simplified views of FIG. That is, in FIGS. 2 to 6, the two left and right rails R are collectively shown as one rail R. Further, although it is a diagram focusing on one maintenance device 10 and is not shown, the rails R in the up direction and the down direction when viewed from the maintenance device 10 have other electric devices 20 and other maintenance devices adjacent to each other. The device 10 is connected.
  • FIG. 2 shows an example in which two electric devices 20A and 20B are connected to the rail R.
  • the positional relationship between the maintenance device 10 and the electrical devices 20A and 20B connected to the rail R is shown on the upper side, and the observation signal on the maintenance device 10 is shown on the lower side.
  • the horizontal axis represents the time t and the vertical axis represents the signal level.
  • the two electric devices 20A and 20B are connected in different directions (upward direction and downward direction) when viewed from the maintenance device 10.
  • the maintenance device 10 transmits a pulse signal from the observation point P, which is a connection point with the rail R, to the rail R.
  • the pulse signal transmitted to the rail R propagates on the rail R in each of the up and down directions, and a part of the pulse signal is reflected at the connection point Q (Q1, Q2) with the electric device 20 and observed again. Reach point P.
  • the pulse signal that is not reflected at the connection point Q propagates on the rail R as it is.
  • the maintenance device 10 observes an observation signal including a reflected wave from the connection point Q of the electric device 20 as an observation signal appearing at the observation point P.
  • the impedance of the electrical equipment 20 Seen from the observation point P, the impedance of the electrical equipment 20 is connected in parallel with the characteristic impedance of the rail R, and there is always a mismatch at the connection point Q of the electrical equipment 20. Therefore, the characteristic impedance of the rail R and the electrical equipment The reflection coefficient determined by the impedance of 20 becomes negative, and the reflected wave from the connection point Q of the electric device 20 becomes a signal having the opposite phase to the pulse signal.
  • the distance D2 from the observation point P to the connection point Q2 of the electric device 20B is longer than the distance D1 to the connection point Q1 of the electric device 20A. Therefore, as shown on the lower side of FIG. 2, when the maintenance device 10 transmits a pulse signal from the observation point P at the time ts1, the reflected wave from the connection point Q1 of the electric device 20A is first observed at the time tr1. At the following time tr2, the reflected wave from the connection point Q2 of the electric device 20B is observed.
  • the time interval ⁇ t from the transmission of the pulse signal to the observation of the reflected wave at the observation point P is substantially proportional to the distance D (D1, D2) from the observation point P to the connection point Q with the rail R of the electric device 20.
  • the time interval ⁇ t can change according to the change in the leakage conductance of the rail R from the observation point P to the connection point Q. Therefore, in the maintenance device 10, if the distance D from the observation point P to the connection point Q of the electric device 20 is known, the reflected wave observed at the observation point P is the reflected wave at the connection point of any electric device 20. You can identify if there is one.
  • the abnormality detected by the maintenance device 10 is an abnormality of the electric device 20 connected to the rail R and an abnormality of the rail R.
  • the former abnormality of the electric device 20 includes an open failure inside the electric device 20 or an open failure of the wiring between the electric device 20 and the rail R, a short circuit failure inside the electric device 20, or a short circuit failure between the electric device 20 and the rail R. Includes short-circuit failure of the wiring between.
  • the latter abnormality of the rail R includes an increase in leakage conductance between the rail and the trackbed and a rail breakage.
  • the observation signal of the maintenance device 10 changes according to the abnormality that has occurred.
  • the maintenance device 10 detects the source of the abnormality and the content of the generated abnormality by comparing with the observation signal in the steady state in which the abnormality has not occurred.
  • FIG. 3 is an example when an abnormality occurs in the electric device 20.
  • the positional relationship between the maintenance device 10 and the electric device 20C connected to the rail R is shown on the upper side, and the observation signal on the maintenance device 10 is shown on the lower side.
  • the observation signals show, in order from the top, an observation signal when an open failure occurs in the electric device 20C, an observation signal when a short-circuit failure occurs in the electric device 20C, and an observation signal in a steady state.
  • the signal level of the reflected wave from the connection point Q3 of the electric device 20C observed at the observation point P changes. That is, when an open failure of the electric device 20C occurs, the reflected wave disappears (not observed) as compared with the steady state. This is because the load impedance at the connection point Q3 of the electric device 20C when viewed from the maintenance device 10 changes from the load impedance corresponding to the electric device 20C in the steady state to only the characteristic impedance of the rail R. be. Since the pulse signal is propagated as it is without being reflected at the connection point Q3, the reflected wave from the connection point Q of the electric device 20 connected before the connection point Q3 is compared with the steady state. , It increases by the amount that does not attenuate at the connection point Q3.
  • the reflected wave becomes a reflected wave having a reflection coefficient of "-1" with respect to the pulse signal, and the signal level of the reflected wave increases from the steady state.
  • a short-circuit failure corresponds to a state in which the impedance of the electric device 20C when viewed from the maintenance device 10 is lost and the load impedance at the connection point Q3 of the electric device 20C is equivalent to zero.
  • the pulse signal is not propagated before the connection point Q3 of the electric device 20, so that the reflection from the connection point Q of the electric device 20 connected before the connection point Q3. The waves are gone.
  • the maintenance device 10 can detect the occurrence of an abnormality in the electric device 20 by comparing the signal level of the observed reflected wave with the steady state.
  • the abnormality of the electric device 20 may include a failure other than an open failure and a short circuit failure.
  • the signal level of the observed reflected wave can change depending on the content of the failure, it is possible to detect the possibility of some abnormality occurring in the electric device.
  • the decrease in the signal level of the reflected wave may be caused by an abnormality of the rail R as described later, in that case, the signal level of the reflected wave from the connection point Q of each of the plurality of electric devices 20 changes. From, the source of the abnormality and the content of the abnormality are estimated and detected.
  • FIG. 4 shows an example in which an increase in leakage conductance occurs as an abnormality of the rail R.
  • the positional relationship between the maintenance device 10 connected to the rail R and the electric devices 20D and 20E is shown on the upper side, and the observation signal on the maintenance device 10 is shown on the lower side.
  • the observation signals indicate, in order from the top, an observation signal when an increase in leakage conductance between the rail and the track bed occurs between the observation point P and the connection point Q4 of the electrical equipment 20D, and an observation signal in a steady state. There is.
  • the maintenance device 10 can detect the occurrence of an increase in leakage conductance on the rail R by comparing the signal level of the observed reflected wave with the steady state.
  • the signal level of the reflected wave from the connection point Q of the electric device 20 observed at the observation point P can be reduced by the abnormality of the electric device 20.
  • the reflection from the connection point Q of each of these electric devices 20 By comparing the signal levels of the waves, it is possible to determine whether the decrease in the signal level of the observed reflected wave is due to an increase in the leakage conductance of the rail R or an abnormality in the electric device 20.
  • FIG. 5 shows another example in which an increase in leakage conductance occurs as an abnormality of the rail R, and three electric devices 20F, 20G, and 20H are connected to the rail R.
  • the positional relationship between the maintenance device 10 connected to the rail R and the electric devices 20F, 20G, and 20H is shown on the upper side, and the observation signal on the maintenance device 10 is shown on the lower side.
  • one electric device 20F is connected in the downward direction and two electric devices 20G and 20H are connected in the upward direction when viewed from the maintenance device 10. Then, an increase in leakage conductance occurs in the rail R between the connection points Q7 and Q8 of the electrical devices 20G and 20H in the upward direction.
  • the pulse signal transmitted from the observation point P to the rail by the maintenance device 10 propagates on the rail in each of the up direction and the down direction, and a part of the pulse signal leaks by passing through the place where the increase in leakage conductance occurs. It becomes an electric current. That is, when viewed from the maintenance device 10, the signal level of all reflected waves from a position (far position) ahead of the position where the increase in leakage conductance occurs is lowered. In the example of FIG. 5, the signal level of the reflected wave at the connection point Q8 of the electric device 20H is lower than that in the steady state.
  • the maintenance device 10 can detect the occurrence of an increase in leakage conductance on the rail R by comparing the observed signal level of the reflected wave with the steady state, and any of the plurality of electric devices 20.
  • the location where the increase in leakage conductance occurs is narrowed down in units such as between two adjacent connection points Q. Can be done.
  • FIG. 6 is an example when a rail breaks as an abnormality of the rail R.
  • the positional relationship between the maintenance device 10 connected to the rail R and the electric device 20I is shown on the upper side, and the observation signal on the maintenance device 10 is shown on the lower side.
  • the observation signals show, in order from the top, an observation signal when a rail break occurs between the observation point P and the connection point Q9 of the electric device 20I, and an observation signal in a steady state.
  • the pulse signal transmitted from the observation point P to the rail R is the location where the rail break occurs. It reflects and does not propagate beyond the point of occurrence. Therefore, in the maintenance device 10, the reflected wave at the connection point Q9 of the electric device 20I is not observed, and the reflected wave is newly observed at the break point of the rail break. This reflected wave is in phase with the pulse signal.
  • the time interval ⁇ t from the transmission of the pulse signal to the observation of the reflected wave at the location where the rail break occurs is proportional to the distance from the observation point P to the location where the rail break occurs.
  • the maintenance device 10 can detect the occurrence of rail breakage by comparing the time interval from the transmission of the pulse signal to the observation of the reflected wave with the steady state, and from the observation point P to the rail breakage point. The distance can be specified. Further, since the reflected wave from the connection point Q of the electric device 20 connected before the occurrence point of the rail breakage is not observed from the maintenance device 10, the reflected wave from the connection point of any electric device 20 is observed. It is possible to identify whether the rail breakage has occurred in the rail in the up direction or the down direction depending on whether or not the rail breaks.
  • the reflected wave from the short circuit point is also observed, but the reflected wave from the short circuit point in that case has the opposite phase to the pulse signal, so it can be distinguished from the rail breakage. ..
  • FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of the maintenance device 10.
  • the maintenance device 10 includes a transmission control unit 102, an observation unit 104, a detection unit 106, an external interface unit 108, and a storage unit 200.
  • the transmission control unit 102 transmits a pulse signal from a predetermined observation point P on the rail R at a predetermined transmission interval.
  • the pulse wave generates, for example, a sine wave signal having a predetermined frequency, a self-squared signal of the sine wave, a square wave signal, or a triangular wave signal, and extracts a signal waveform for half a cycle or one cycle of the waveform. Can be generated by.
  • the pulse wave is not limited to this.
  • the transmission interval of the pulse wave is set to be sufficiently longer than the time interval required for the reflected wave to arrive from the end of the observation range 12 of the maintenance device 10.
  • the observation unit 104 observes the observation signal that appears at the observation point after the transmission control unit 102 transmits the pulse signal.
  • the detection unit 106 compares the observation history of the observation signal observed by the observation unit 104 with the observation signal received this time, and an abnormality occurs in either the rail R or the electric device 20 connected to the rail R. Detect what you have done.
  • the detection unit 106 detects the occurrence of an abnormality by using the signal level of the reflected wave from the connection point Q to which the electric device 20 included in the observation signal is connected. Further, the detection unit 106 detects the occurrence of an abnormality by using the presence / absence of the past reflected wave corresponding to the reflected wave received this time.
  • the observation history contains information about the time interval between the transmission of the pulse signal and the observation of the reflected wave.
  • the detection unit 106 detects the occurrence of an abnormality by using the time interval between the pulse signal transmitted this time and the reflected wave received this time. Further, the detection unit 106 determines the source of the abnormality.
  • the detection unit 106 regards receiving an observation signal between the transmission of the pulse signal by the transmission control unit 102 and the transmission of the next pulse signal as one observation, and for each observation, Based on the observation signal by the observation unit 104, it is detected whether an abnormality has occurred in any of the rail R and the electric device 20 connected to the rail R in the observation range 12. That is, for each observation, the reflected wave included in the observation signal is discriminated, and the reflected wave corresponding to each of the electric devices 20 connected to the rail R within the observation range 12 is specified.
  • the correspondence between the electric device 20 and the reflected wave is specified by referring to the electric device connection table 202 and based on whether the time intervals ⁇ t from the transmission of the pulse signal to the observation of the reflected wave match.
  • FIG. 8 is an example of the electrical equipment connection table 202.
  • the device ID for identifying the electric device 20 is set to the rail R.
  • the connection position of is stored in association with the observation time interval.
  • the connection position is a relative position with the maintenance device 10, and is a connection direction indicating whether the maintenance device 10 is going up or down, and a distance D along the rail from the observation point P of the maintenance device 10.
  • the observation time interval is the time interval from the transmission of the pulse signal from the observation point P to the observation of the reflected wave at the connection point Q of the electric device 20.
  • This time interval is determined by the distance D from the observation point P to the connection point Q and the propagation speed Vp of the pulse signal or the reflected wave in the rail R, but the propagation speed Vp can be changed by the leakage conductance of the rail R.
  • it may be defined in a time range such as "X1 to X2" corresponding to the case where the leakage conductance is "0 to 0.01 [S / km]".
  • FIG. 8 it is shown as a hidden character without showing a specific numerical value.
  • the detection unit 106 detects the occurrence of "rail breakage" as an abnormality if there is a reflected wave having the same phase as the pulse signal that cannot be associated with any of the electric devices 20 among the discriminated reflected waves. Then, the reflected wave is regarded as a reflected wave from the location where the rail breakage occurs, and the distance from the observation point P to the location where the rail breakage occurs is determined based on the time interval ⁇ t from the transmission of the pulse signal to the observation of the reflected wave. calculate.
  • the electric device 20 determines whether or not an abnormality has occurred in the electric device 20 by comparing the signal level of the corresponding reflected waves with the signal level in the steady state. That is, with reference to the observation history data 210, which is the observation history of the observation signal, the reflected wave detected as having no abnormality (normal) among the past reflected waves is regarded as the reflected wave in the steady state, and the reflected wave observed this time. Compare with signal level. If the signal level has not changed, the electric device 20 determines that there is no abnormality (normal). If the signal level is changing, the source of the abnormality and the content of the abnormality are determined according to the abnormality detection table 204.
  • FIG. 9 is an example of the abnormality detection table 204.
  • the abnormality detection table 204 shows the signal of the reflected wave observed when the abnormality occurs in the combination of the source and the content of the abnormality for each of the abnormalities generated in the rail R or the electric device 20. The level changes are associated and defined.
  • the reflected wave from the connection point Q of a certain electric device 20 disappears, it is determined that the electric device 20 has an open failure. Further, when the signal level of the reflected wave from the connection point Q of a certain electric device 20 is increasing, 1) a short-circuit failure of the electric device 20, 2) a failure other than an open failure and a short-circuit failure, and the electric power It is determined that the failure is such that the impedance of the device 20 may decrease, or 3) the leakage conductance of the rail in front of the electric device 20 is reduced when viewed from the observation point P.
  • the signal level of the reflected wave of the other electric device 20 connected to the tip of the electric device 20 is referred to, and if it disappears, it is determined that 1) a short circuit failure, and the change is almost changed. If it is absent or increased, it is determined that 2) the failure is such that the impedance can be decreased, and if it is all decreased, it is determined that 3) the leakage conductance is decreased. Further, when the signal level of the reflected wave from the connection point Q of a certain electric device 20 is reduced as compared with the signal level in the steady state, 1) the rail in front of the electric device 20 when viewed from the observation point P.
  • the leakage conductance is increased, or 2) the failure of the electric device 20 (a failure other than an open failure and a short-circuit failure, in which the impedance of the electric device 20 can be increased).
  • the signal level of the reflected wave of the other electric device 20 connected to the tip of the electric device 20 is referred to, and if all of them are decreased, 1) it is determined that the leakage conductance is increased, and almost all of them are determined. If it has not changed, 2) it is determined that the electric device 20 has failed.
  • the detection unit 106 is connected to the rail R or the rail R from the combination of the signal levels of the reflected waves from each of the connection points Q of the plurality of electric devices 20 connected to the rail R in the observation range 12.
  • the source of the abnormality and the content of the abnormality, such as what kind of abnormality has occurred in any of the electric devices 20, are narrowed down and detected.
  • the detection result by the detection unit 106 is included in the observation history data 210 and stored.
  • FIG. 10 is an example of the observation history data 210.
  • the observation history data 210 is generated for each observation, and is associated with the observation ID 212 that identifies the observation, and the pulse signal transmission time 214 by the transmission control unit 102 and the observation by the observation unit 104.
  • the signal waveform data 216, the reflected wave data 218 included in the observation signal, and the abnormality detection result data 220 are stored.
  • the reflected wave data 218 and the detection result data 220 are data calculated by the detection unit 106.
  • the reflected wave data 218 associates each of the reflected waves included in the observed signal with the reflected wave ID that identifies the reflected wave, and sets the time interval from the transmission of the pulse signal to the observation of the reflected wave and the signal level. It is stored in association with each other.
  • the detection result data 220 stores the abnormality detection results in association with each combination of the corresponding reflected wave (reflected wave ID) and the electric device (device ID). This combination also includes combinations that have no corresponding one.
  • the external interface unit 108 is realized by, for example, a communication device such as a communication module that performs wired or wireless communication via a given communication network, a relay for external output, or the like, and is combined with an external device such as another maintenance device 10. Input / output data.
  • a communication device such as a communication module that performs wired or wireless communication via a given communication network, a relay for external output, or the like, and is combined with an external device such as another maintenance device 10. Input / output data.
  • the storage unit 200 is realized by, for example, a storage device such as a hard disk, a ROM (Read Only Memory), or a RAM (Random Access Memory).
  • the storage unit 200 stores the electrical equipment connection table 202, the abnormality detection table 204, and the observation history data 210.
  • the maintenance device 10 transmits a pulse signal from the observation point P to the rail R and observes the observation signal appearing at the observation point P, but an abnormality occurs in either the rail R or the electric device 20 connected to the rail R. If so, the observed signal may change. Therefore, the observation signal is connected to the rail R and the rail R, for example, by comparing the observation signal with the observation history which is the past observation signal in the state where the rail R and the electric device 20 connected to the rail R are normal. It is possible to detect that an abnormality has occurred in any of the electric devices 20 being installed.
  • the maintenance device 10 determines the source of the occurrence of the abnormality in the rail R or the electric device 20 connected to the rail R, and the content of the occurrence of the abnormality. If it is only necessary to know the source and it is not necessary to notify the contents of the abnormality, the source of the abnormality may be determined. Further, when the signal level of the reflected wave, which is an observation signal, changes to a threshold value or more as compared with the steady state, it may be detected that an abnormality has occurred in any of the electric devices 20 or the steady state. If it is below the threshold value compared to the state but is continuously changing, it may be detected as a sign of an abnormality in the electrical equipment. For example, a continuous decrease in signal level can be regarded as a sign of an illegal drop due to an increase in leakage conductance.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Machines For Laying And Maintaining Railways (AREA)

Abstract

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。

Description

保全装置、保全システム及び保全方法
　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。
PCT/JP2021/013566 2020-04-06 2021-03-30 保全装置、保全システム及び保全方法 WO2021205944A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180026563.6A CN115397714B (zh) 2020-04-06 2021-03-30 维护装置、维护系统以及维护方法
KR1020227034540A KR20220149607A (ko) 2020-04-06 2021-03-30 보전 장치, 보전 시스템 및 보전 방법
EP21784519.7A EP4134293A4 (en) 2020-04-06 2021-03-30 MAINTENANCE DEVICE, MAINTENANCE SYSTEM AND MAINTENANCE METHOD
US17/937,579 US20230029300A1 (en) 2020-04-06 2022-10-03 Maintenance apparatus, maintenance system, and maintenance method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020068190A JP7385521B2 (ja) 2020-04-06 2020-04-06 保全装置、保全システム及び保全方法
JP2020-068190 2020-04-06

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/937,579 Continuation US20230029300A1 (en) 2020-04-06 2022-10-03 Maintenance apparatus, maintenance system, and maintenance method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021205944A1 true WO2021205944A1 (ja) 2021-10-14

Family

ID=78021677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/013566 WO2021205944A1 (ja) 2020-04-06 2021-03-30 保全装置、保全システム及び保全方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230029300A1 (ja)
EP (1) EP4134293A4 (ja)
JP (1) JP7385521B2 (ja)
KR (1) KR20220149607A (ja)
TW (1) TW202144797A (ja)
WO (1) WO2021205944A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07245629A (ja) * 1994-03-04 1995-09-19 Meidensha Corp 伝送路の異常検出装置
JP2516431B2 (ja) * 1989-07-14 1996-07-24 日本電信電話株式会社 通信線路の故障位置探索装置
JP2010059688A (ja) 2008-09-03 2010-03-18 Kyosan Electric Mfg Co Ltd レール破断検査方法及びレール破断検査装置
JP2010274832A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Hitachi Ltd 軌道回路用送信器
EP3150459A1 (en) * 2015-09-30 2017-04-05 ALSTOM Transport Technologies Method, controller and system for detecting a leakage of a track signal on at least one railway track

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002021119A1 (fr) * 2000-09-04 2002-03-14 The Nippon Signal Co., Ltd. Systeme de detection de defauts

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2516431B2 (ja) * 1989-07-14 1996-07-24 日本電信電話株式会社 通信線路の故障位置探索装置
JPH07245629A (ja) * 1994-03-04 1995-09-19 Meidensha Corp 伝送路の異常検出装置
JP2010059688A (ja) 2008-09-03 2010-03-18 Kyosan Electric Mfg Co Ltd レール破断検査方法及びレール破断検査装置
JP2010274832A (ja) * 2009-05-29 2010-12-09 Hitachi Ltd 軌道回路用送信器
EP3150459A1 (en) * 2015-09-30 2017-04-05 ALSTOM Transport Technologies Method, controller and system for detecting a leakage of a track signal on at least one railway track

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4134293A4

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021165053A (ja) 2021-10-14
TW202144797A (zh) 2021-12-01
US20230029300A1 (en) 2023-01-26
EP4134293A4 (en) 2024-04-10
JP7385521B2 (ja) 2023-11-22
KR20220149607A (ko) 2022-11-08
EP4134293A1 (en) 2023-02-15
CN115397714A (zh) 2022-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1268252B1 (en) Broken rail detection
US7197932B2 (en) Failure detecting system
US20050076716A1 (en) Method and apparatus for detecting guideway breaks and occupation
EP1348609B1 (en) Process and installation for detecting a rail break
AU2019261670B2 (en) Redundancy switching of detection points
KR20130121461A (ko) 레일 손상 검지 장치 및 그 방법
AU2013395156B2 (en) Track circuit mechanical joint integrity checker
US20020148931A1 (en) Method and apparatus for detecting misaligned railroad tracks
JP4201189B2 (ja) 送電線故障点標定システム
Morant et al. Railway EMI impact on train operation and environment
CN108819986B (zh) 一种用于对轨道线路进行故障检测的系统及方法
WO2021205944A1 (ja) 保全装置、保全システム及び保全方法
CN115397714B (zh) 维护装置、维护系统以及维护方法
US20220111878A1 (en) Device, system and method for monitoring conditions on a railway track
CN108008210B (zh) 断轨检测方法及装置
CN107914737B (zh) 断轨检测方法及装置
JP6846209B2 (ja) 光ケーブルを利用した踏切制御システムおよび鉄道制御システム
Smith et al. Smart Switch: The Application of Fiber Optic Continuous Strain Sensing to the Railroad Turnouts
Rodríguez et al. Dependability issues of Track Circuits: A hybrid approach
GB2548193B (en) Methods for selecting a clear current threshold for a railway track circuit
Rodríguez et al. Safety Issues of Track Circuits-A Hybrid Approach

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21784519

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20227034540

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021784519

Country of ref document: EP

Effective date: 20221107