JPH04309874A - 直流電鉄き電回路の故障点標定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は直流電鉄き電回路の故障
点標定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の直流電鉄き電回路の故障点標定方
法として、例えば特開昭６０─１７７２７６号公報に記
載されているように、故障点を挟む両変電所のき電線の
電流を検出して、各電流の平均値から故障点を演算する
方法や、特開昭６１─１９６７１２号公報に記載されて
いるように、故障電流のデータに基づいて最小二乗法を
繰り返すことにより推定短絡電流を演算し、この推定短
絡電流から故障点を演算する方法が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の各電流の平均値
から故障点を演算する方法では、両電流の同時刻性を確
保する必要があり、そのための演算処理が複雑で演算時
間が長かった。また推定短絡電流から故障点を演算する
方法では、最小二乗法を繰り返すために演算処理が複雑
で演算時間が長かった。

【０００４】本発明はかかる事情に鑑みて成されたもの
であり、簡単な演算処理により迅速に推定短絡電流ある
いはそれに対応した値を求めて故障点を標定できる直流
電鉄き電回路の故障点標定方法を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、き電回路の電
流を検出する電流検出器からの検出出力に対応したデー
タを一定時間間隔毎に所定容量の記憶装置に書き込んで
先入れ先出し方式により最新の一定数のデータを記憶装
置に保持させ、前記き電回路の地絡故障の発生を検出す
る故障検出器からの検出出力により前記データの前記記
憶装置への書き込みを停止し、前記記憶装置に記憶され
た一定数のデータを古い順に隣接データと比較して所定
回数以上連続してデータの値が増加しているデータ群の
うちの最初のデータを判定し、この最初のデータ以降の
データのうち所定数の連続したデータの和を演算し、こ
の演算結果に基づいて故障点を標定することを特徴とし
ている。

【０００６】

【作用】電流検出器は、き電回路の電流を検出する。記
憶装置は、き電回路の電流値に対応したデータが一定時
間間隔毎に書き込まれ、先入れ先出し方式により最新の
一定数のデータを保持する。故障検出器は、き電回路の
地絡故障の発生を検出する。故障検出器からの検出出力
により記憶装置へのデータの書き込みを停止する。これ
により故障電流を含むデータが記憶装置に固定されるの
で、記憶装置に記憶された一定数のデータを古い順に隣
接データと比較して、所定回数以上連続してデータの値
が増加しているデータ群のうちの最初のデータを判定す
る。これにより故障電流の始点が判るので、最初のデー
タ以降のデータのうち所定数の連続したデータの和を演
算する。これに基づいて故障電流を所定時間にわたって
積分した値に対応する演算値が得られるので、この演算
値に基づいて故障点を標定する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例における直流電鉄き
電回路の故障点標定方法の実施に用いた故障点標定シス
テムの概略構成図で、電車線１には一方の変電所の母線
２ａからはき電線３ａを介し、また他方の変電所の母線
２ｂからはき電線３ｂを介して給電されている。き電線
３ａには高速度遮断器４ａと故障検出器５ａと電流検出
器６ａとが設備されており、き電線３ｂには高速度遮断
器４ｂと故障検出器５ｂと電流検出器６ｂとが設備され
ている。高速度遮断器４ａ，４ｂは、電車線１に短絡故
障が生じた場合、回路を開路して故障電流を遮断する。 故障検出器５ａ，５ｂは、例えば不飽和変成器とリレー
スイッチとの組み合わせにより構成されており、故障電
流を検出して検出信号を出力する。電流検出器６ａ，６
ｂは、例えばホール発電器により構成されており、き電
線３ａ，３ｂの電流に応じた電圧の信号を出力する。故
障検出器５ａ，５ｂおよび電流検出器６ａ，６ｂの出力
端は演算装置７ａ，７ｂの入力端に接続されており、演
算装置７ａ，７ｂの出力は変電所を遠方制御する制御所
９に送られ同所内の故障点距離を計算する処理装置８に
接続されている。演算装置７ａ，７ｂはマイクロコンピ
ュータ等からなり、電流検出器６ａ，６ｂからの検出信
号に基づいてき電線３ａに流れる故障電流の推定短絡電
流を演算する。処理装置８はコンピュータ等からなり、
演算装置７ａ，７ｂからの推定短絡電流に基づいて故障
点を標定する。なお図示していないが、処理装置８は各
地の変電所で地絡故障が発生しても故障点を標定するよ
うになされている。

【０００８】図２は演算装置７ａのブロック図で、演算
装置７ａは入出力インターフェイス１０とＣＰＵ１１と
記憶装置１２とにより構成されている。入出力インター
フェイス１０は故障検出器５ａと電流検出器６ａとに接
続されている。記憶装置１２はＲＡＭ等からなり、Ｍ１
　番地からＭ２００　番地までの領域に１個の電流検出
器６ａからの検出信号に基づくデータが格納される。な
お図示していないが、入出力インターフェイス１０は複
数の増幅器とマルチプレクサとＡ／Ｄ変換器とを含んで
おり、例えば４本のき電線３ａの電流検出器６ａからの
検出信号を所定の周期で順次ディジタル信号に変換し、
ＣＰＵ１１に供給できるようになされている。すなわち
４系統のき電回路についてのデータを記憶装置１２の各
々異なる領域に格納できる。演算装置７ｂも同様の構成
である。

【０００９】次に動作を説明する。一方の変電所におい
て、き電線３ａに流れる電流は電流検出器６ａにより検
出され、電流に応じた電圧が演算装置７ａに供給される
。この電圧は入出力インターフェイス１０により例えば
１ｍｓ毎にサンプリングされると共にディジタル信号に
変換されてＣＰＵ１１に供給され、記憶装置１２のＭ２
００　番地に書き込まれる。すなわち１ｍｓ毎に新たな
データが記憶装置１２のＭ２００　番地に格納され、前
に記憶装置１２に記憶されているデータは各々１つ前の
番地に移し変えられる。これにより最前のＭ１　番地に
格納されていたデータは消失する。この結果、記憶装置
１２は常に最新の２００ｍｓ分のデータを保持する。電
車線１に地絡故障が発生すると、き電線３ａに故障電流
が流れ、高速度遮断器４ａが作動してき電線３ａを開路
すると共に、故障検出器５ａが作動して検出信号が演算
装置７ａに供給される。これによりＣＰＵ１１は記憶装
置１２のＭ２００　番地への新たなデータの書き込みを
停止し、既に書き込まれた故障電流を含むデータを記憶
装置１２に保持させる。他方の変電所においても同様の
動作が行われる。

【００１０】ここで、き電回路の概略的な等価回路を示
す図３において、故障点をＰとすると、変電所の内部抵
抗や故障点抵抗等を無視すれば、き電線３ａに流れる故
障電流ｉＡ　（ｔ）は下記数１のようになり、き電線３
ｂに流れる故障電流ｉＢ　（ｔ）は下記数２のようにな
る。 なお故障電流ｉＡ　（ｔ），ｉＢ　（ｔ）は、電流検出
器６ａ，６ｂにより検出されるき電線３ａ，３ｂの電流
から通常時の電流であるベース分を減算したものである
。

【００１１】

【数１】

【００１２】ただし、ＥＡ　：一方の変電所における供
給電圧 Ｒ：単位長当たりの線路抵抗 Ｃ：一方の変電所から故障点Ｐまでの距離ε：自然対数
の底 ｔ：時間 τ：線路の時定数（＝Ｌ／Ｒ） Ｌ：単位長当たりの線路の自己インダクタンスＩｍＡ：
最大短絡電流

【００１３】

【数２】

【００１４】ただし、ＥＢ　：他方の変電所における供
給電圧 Ｄ：両変電所間の距離 ＩｍＢ：最大短絡電流 上記数１より下記数３が得られ、上記数２より下記数４
が得られる。

【００１５】

【数３】

【００１６】

【数４】

【００１７】両変電所における供給電圧ＥＡ　，ＥＢ　
、単位長当たりの線路抵抗Ｒ、両変電所間の距離Ｄは予
め知ることができるので、最大短絡電流ＩｍＡあるいは
ＩｍＢが判れば一方の変電所から地絡点Ｐまでの距離Ｃ
を知ることができる。すなわち故障点を標定できる。ま
たＥＡ　＝ＥＢ　として上記数３と数４との比を求めて
変形すると下記数５が得られる。

【００１８】

【数５】

【００１９】この数５には回路定数等が含まれていない
ので、故障の状況により変化する故障点抵抗等の影響を
受けない。したがって地絡点Ｐを挟む両変電所における
最大短絡電流ＩｍＡ，ＩｍＢの双方を用いて故障点を標
定することにより一層正確な結果が得られる。ところで
、き電線３ａを流れる故障電流ｉＡ　（ｔ）は理論的に
は図４の実線イのように漸次増加し、最大短絡電流Ｉｍ
Ａに接近していくのであるが、実際には高速度遮断器４
ａの作動により破線ロのように急激に消失する。したが
って最大短絡電流ＩｍＡを実測することは不可能であり
、推定により求める必要がある。これが推定短絡電流で
あり、以下、ＩｍＡ，ＩｍＢを推定短絡電流という。い
ま、故障電流ｉＡ　（ｔ）を時刻ｔ１　から時刻ｔ２　
まで積分して面積ＳＡ　を求めれば、下記数６のように
なる。

【００２０】

【数６】

【００２１】上記数６において、ｔ１　，ｔ２　は任意
に設定した値であるのでＫ１　は定数である。またＫ２
　は固有の線路定数τにより決定される定数であり、予
め計算できる。したがって、故障電流の立ち上がり時刻
ｔ０　およびベース部分の面積Ｓ１　が判れば面積ＳＡ
　を計算でき、面積ＳＡ　から推定短絡電流ＩｍＡを計
算できる。実際には、故障電流ｉＡ　（ｔ）が消失する
最小値は時刻ｔ０　から２０ｍｓ程度であるので、時刻
ｔ１　は時刻ｔ０　から４ｍｓ程度、時刻ｔ２　は時刻
ｔ０　から１０ｍｓ程度とするのが望ましい。すなわち
時刻ｔ１　が早すぎると故障電流ｉＡ　（ｔ）の変化が
急激すぎて誤差が大きくなり、また時刻ｔ２　が遅すぎ
ると破線ロのように測定した故障電流ｉＡ　（ｔ）の波
形が実線イから外れて誤差が大きくなるのである。なお
推定短絡電流ＩｍＢについても同様に考えられる。

【００２２】演算装置７ａは上記の理論を利用して推定
短絡電流ＩｍＡを演算するものであり、以下その動作に
ついて図５のフローチャートを参照しながら説明する。 ＣＰＵ１１は、先ずステップＳ１で電流検出器６ａから
のデータを読み込み、記憶装置１２のＭ２００　番地に
格納する。このとき、格納前にＭ２００　番地からＭ２
　番地の内容を１番地前にずらせる。これにより元のＭ
１　番地の内容は消失する。この読み込みは１ｍｓ毎に
行われる。次にステップＳ２に進んで、故障検出器５ａ
からの検出信号が入力されているか否かを判断し、入力
されていなければステップＳ１に戻る。入力されていれ
ばステップＳ３に進んで、電流検出器６ａからのデータ
の読み込みを中止し、記憶装置１２の内容をそのまま保
持する。次にステップＳ４に進んで、故障電流の傾きを
判断するためのパラメータｎを１にする。次にステップ
Ｓ５に進んで、時刻ｔ１　を判断するためのパラメータ
Ｃを０にする。次にステップＳ６に進んで、パラメータ
ｎに１を加える。 次にステップＳ７に進んで、記憶装置１２のＭｎ　番地
のデータがＭｎ−１　番地のデータよりも大きいか否か
、すなわち故障電流が時間の経過と共に増加しているか
否かを判断し、増加していなければステップＳ５に戻る
。増加していればステップＳ８に進んで、パラメータＣ
が０であるか否か、すなわち故障電流の最初の立ち上が
りか否かを判断し、最初の立ち上がりでなければステッ
プＳ１０に進む。最初の立ち上がりであればステップＳ
９に進んで、ベース部分の面積Ｓ１　を表すパラメータ
Ｂを記憶装置１２のＭｎ−１　番地のデータとする。次
にステップＳ１０に進んで、パラメータＣに１を加える
。次にステップＳ１１に進んで、パラメータＣが４であ
るか否か、すなわち記憶装置１２のＭｎ　番地のデータ
が時刻ｔ１　のデータであるか否かを判断し、時刻ｔ１
　のデータでなければステップＳ６に戻る。時刻ｔ１　
のデータであればステップＳ１２に進んで、面積ＳＡ　
を下記数７により演算する。

【００２３】

【数７】

【００２４】すなわち、時刻ｔ１　に対応する記憶装置
１２のＭｎ＋１　番地から時刻ｔ２　に対応するＭｎ＋
６　番地までのデータを加算し、時刻ｔ０　のデータに
対応するパラメータＢを６倍してベース部分の面積Ｓ１
　として減算することにより、面積ＳＡがほぼ正確に求
められる。次にステップＳ１３に進んで、上記数６によ
り面積ＳＡ　の演算値から推定短絡電流ＩｍＡを演算す
る。次にステップＳ１４に進んで、推定短絡電流ＩｍＡ
の値を処理装置８に出力した後、ステップＳ１に戻る。

【００２５】上記の動作は演算装置７ｂによっても同様
に行われ、推定短絡電流ＩｍＢの値が処理装置８に出力
される。処理装置８は、推定短絡電流ＩｍＡ，ＩｍＢか
ら上記数５により故障点を演算する。このように、記憶
装置１２に保持されたデータから時刻ｔ０　におけるデ
ータを判断し、これに基づいて時刻ｔ１　〜ｔ２　のデ
ータを判断して、それらの和に基づいて面積ＳＡ　，Ｓ
Ｂ　を演算し、面積ＳＡ　，ＳＢ　から推定短絡電流Ｉ
ｍＡ，ＩｍＢを演算するので、演算処理が容易であり、
迅速に故障点を標定できる。

【００２６】なお上記実施例では処理装置８により双方
の推定短絡電流ＩｍＡ，ＩｍＢの大きさから故障点を標
定したが、上記数３あるいは数４により各変電所毎に故
障点を標定することも可能である。また上記実施例では
演算装置７ａ，７ｂから処理装置８に推定短絡電流Ｉｍ
Ａ，ＩｍＢを供給したが、演算装置７ａ，７ｂから処理
装置８に面積ＳＡ　，ＳＢ　を供給してこれから故障点
を標定してもよい。この演算は下記数８により容易に行
える。

【００２７】

【数８】

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、き
電回路の電流を検出する電流検出器からの検出出力に対
応したデータを一定時間間隔毎に所定容量の記憶装置に
書き込んで先入れ先出し方式により最新の一定数のデー
タを記憶装置に保持させ、き電回路の地絡故障の発生を
検出する故障検出器からの検出出力によりデータの記憶
装置への書き込みを停止し、記憶装置に記憶された一定
数のデータを古い順に隣接データと比較して所定回数以
上連続してデータの値が増加しているデータ群のうちの
最初のデータを判定し、この最初のデータ以降のデータ
のうち所定数の連続したデータの和を演算し、この演算
結果に基づいて故障点を標定するので、簡単な演算処理
により迅速に推定短絡電流あるいはそれに対応した値を
求めて故障点を標定できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における直流電鉄き電回路の
故障点標定方法の実施に用いた故障点標定システムの概
略構成図である。

【図２】演算装置のブロック図である。

【図３】き電回路の概略的な等価回路である。

【図４】故障電流の波形図である。

【図５】演算装置の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

５ａ　　　　故障検出器 ５ｂ　　　　故障検出器 ６ａ　　　　電流検出器 ６ｂ　　　　電流検出器 １２　　　　記憶装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　き電回路の電流を検出する電流検出器
   からの検出出力に対応したデータを一定時間間隔毎に所
   定容量の記憶装置に書き込んで先入れ先出し方式により
   最新の一定数のデータを記憶装置に保持させ、前記き電
   回路の地絡故障の発生を検出する故障検出器からの検出
   出力により前記データの前記記憶装置への書き込みを停
   止し、前記記憶装置に記憶された一定数のデータを古い
   順に隣接データと比較して所定回数以上連続してデータ
   の値が増加しているデータ群のうちの最初のデータを判
   定し、この最初のデータ以降のデータのうち所定数の連
   続したデータの和を演算し、この演算結果に基づいて故
   障点を標定することを特徴とする直流電鉄き電回路の故
   障点標定方法。