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技術 直流電鉄き電回路の故障点標定システム及び故障点標定方法

出願人 東日本旅客鉄道株式会社
発明者 出野市郎植松正次
出願日 2013年3月29日 (7年3ヶ月経過) 出願番号 2013-071667
公開日 2014年10月16日 (5年8ヶ月経過) 公開番号 2014-196911
状態 特許登録済
技術分野 故障点標定 給配電網の遠方監視・制御
主要キーワード 送出電流 線路インダクタンス 遠方制御装置 供給停止処理 送出電圧 線路抵抗 故障発生時刻 変動部分
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

2つの変電所送出電圧の値が異なる場合であっても精度良く故障点標定を行うことができる直流電鉄き電回路故障点標定システムを提供する。

解決手段

走行する電車に、少なくとも2つの変電所から直流電圧を供給する直流電鉄き電回路における故障点標定システムであって、各変電所は、送出電圧及び送出電流を測定する測定器と、時刻情報を計時する時計装置と、送出電圧、送出電流及び時刻情報をそれぞれ周期的に取得して時系列情報として保存すると共に、故障が発生した場合に保存された時系列情報を送信する情報処理装置とを備え、送出電圧、送出電流及び時刻情報を受信し、時刻情報に基づき送出電圧及び送出電流の中から所定の時間幅に含まれる送出電圧及び送出電流を抽出し、平均化処理を行い、平均化処理した送出電圧及び送出電流に基づき故障点を標定して結果を表示する故障点標定装置とを備える。

概要

背景

2つの変電所で挟まれる区間走行する電車直流電圧を供給する直流電鉄き電回路において、故障等が生じた場合には、遮断器が作動して当該区間の直流電圧の供給を停止する技術がある。
このような、故障区間への直流電圧の供給停止処理において、故障発生から復旧までの時間を短縮するために、故障等の故障点演算により標定する故障点標定方法(或いは、故障点標定システム)として、従来より種々の方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、2つの変電所から故障点までの距離が、2つの変電所から故障点までの抵抗値に比例することを利用し、両変電所から流れ出故障電流値比率から当該故障点を標定する故障点標定方法が開示されている。
また、特許文献2には、2つの変電所から故障点までの距離が、2つの変電所から故障点までのインダクタンス値に比例することを利用し、両変電所から流れ出す故障電流値の比率から当該故障点を標定する故障点標定方法が開示されている。

概要

2つの変電所の送出電圧の値が異なる場合であっても精度良く故障点の標定を行うことができる直流電鉄き電回路の故障点標定システムを提供する。走行する電車に、少なくとも2つの変電所から直流電圧を供給する直流電鉄き電回路における故障点標定システムであって、各変電所は、送出電圧及び送出電流を測定する測定器と、時刻情報を計時する時計装置と、送出電圧、送出電流及び時刻情報をそれぞれ周期的に取得して時系列情報として保存すると共に、故障が発生した場合に保存された時系列情報を送信する情報処理装置とを備え、送出電圧、送出電流及び時刻情報を受信し、時刻情報に基づき送出電圧及び送出電流の中から所定の時間幅に含まれる送出電圧及び送出電流を抽出し、平均化処理を行い、平均化処理した送出電圧及び送出電流に基づき故障点を標定して結果を表示する故障点標定装置とを備える。

目的

本発明の課題は、2つの変電所の送出電圧の値が異なる場合であっても精度良く故障点の標定を行うことができる直流電鉄き電回路の故障点標定システム及び故障点標定方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

走行する電車に、少なくとも2つの変電所から直流電圧を供給する直流電鉄き電回路における故障点標定システムであって、前記各変電所は、送出電圧及び送出電流を測定する測定器と、時刻情報を計時する時計装置と、前記送出電圧、前記送出電流及び前記時刻情報をそれぞれ周期的に取得して時系列情報として保存すると共に、故障が発生した場合に保存された前記時系列情報を送信する情報処理装置とを備え、前記情報処理装置から前記各変電所における前記時系列情報を受信し、該時系列情報に含まれる前記時刻情報に対応した各変電所の前記送出電圧及び前記送出電流の中から所定の時間幅における前記送出電圧及び前記送出電流を抽出し、抽出した各変電所の前記送出電圧及び前記送出電流に平均化処理を行い、平均化処理した各変電所の送出電圧及び送出電流を、変電所間距離、変電所の送出電圧、変電所の送出電流、変電所の内部インダクタンスを変数とする所定の標定式に入れて計算し、故障点を標定して結果を表示する故障点標定装置とを備えることを特徴とする故障点標定システム。

請求項2

前記故障点標定装置は、故障発生時刻からそれぞれ所定の時間経過後の第1の時刻及び第2の時刻を予め設定しておき、前記時刻情報に基づき前記第1の時刻と前記第2の時刻との間に含まれる前記送出電圧及び前記送出電流を抽出することを特徴とする請求項1に記載の故障点標定システム。

請求項3

前記故障点標定装置は、抽出された前記送出電圧及び前記送出電流を特定の時間幅で移動平均処理することを特徴とする請求項1又は2に記載の故障点標定システム。

請求項4

上記所定の標定式として、Lx:一方の変電所から故障点までの距離L:変電所間距離Ea:一方の変電所の送出電圧Eb:他方の変電所の送出電圧ia:一方の変電所の送出電流(故障電流)ib:他方の変電所の送出電流(故障電流)l:単位長さ(km)あたりの線路インダクタンスla:一方の変電所の内部インダクタンスlb:他方の変電所の内部インダクタンスを用いて、故障点を標定して結果を表示することを特徴とする請求項3に記載の故障点標定システム。

請求項5

走行する電車に、少なくとも2つの変電所から直流電圧を供給する直流電鉄き電回路における故障点標定システムであって、前記各変電所は、送出電圧及び送出電流を測定する測定器と、時刻情報を計時する時計装置と、前記送出電圧、前記送出電流及び前記時刻情報をそれぞれ周期的に取得して時系列情報として保存すると共に、故障が発生した場合に保存された前記時系列情報に含まれる前記時刻情報に対応した記送出電圧及び前記送出電流の中から所定の時間幅における前記送出電圧及び前記送出電流を抽出し、抽出した前記送出電圧及び前記送出電流に平均化処理を行い、平均化処理した送出電圧及び送出電流の値を送信する情報処理装置とを備え、変電所の前記情報処理装置から送信された前記平均化処理した送出電圧及び送出電流の値を受信し、変電所間距離、変電所の送出電圧、変電所の送出電流、変電所の内部インダクタンスを変数とする所定の標定式に入れて計算し、故障点を標定して結果を表示する故障点標定装置とを備えることを特徴とする故障点標定システム。

請求項6

走行する電車に、少なくとも2つの変電所から直流電圧を供給する直流電鉄き電回路における故障点標定方法であって、前記各変電所の送出電圧、送出電流及び時刻情報をそれぞれ周期的に取得して時系列情報として保存するステップと、故障が発生した場合に前記時刻情報に対応して保存された各変電所の前記送出電圧及び前記送出電流の中から所定の時間幅に含まれる前記送出電圧及び前記送出電流を抽出するステップと、抽出された各変電所の前記送出電圧及び前記送出電流に平均化処理を行うステップと、平均化処理された各変電所の前記送出電圧及び前記送出電流を、変電所間距離、変電所の送出電圧、変電所の送出電流、変電所の内部インダクタンスを変数とする所定の標定式に入れて計算し、故障点を標定するステップとを含むことを特徴とする故障点標定方法。

技術分野

背景技術

0002

2つの変電所で挟まれる区間走行する電車直流電圧を供給する直流電鉄き電回路において、故障等が生じた場合には、遮断器が作動して当該区間の直流電圧の供給を停止する技術がある。
このような、故障区間への直流電圧の供給停止処理において、故障発生から復旧までの時間を短縮するために、故障等の故障点演算により標定する故障点標定方法(或いは、故障点標定システム)として、従来より種々の方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、2つの変電所から故障点までの距離が、2つの変電所から故障点までの抵抗値に比例することを利用し、両変電所から流れ出故障電流値比率から当該故障点を標定する故障点標定方法が開示されている。
また、特許文献2には、2つの変電所から故障点までの距離が、2つの変電所から故障点までのインダクタンス値に比例することを利用し、両変電所から流れ出す故障電流値の比率から当該故障点を標定する故障点標定方法が開示されている。

先行技術

0003

特開昭60−177276号公報
特開平10−319082号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、特許文献1及び2の技術では、2つの変電所の送出電圧の値が等しいことを前提にして、両変電所から流れ出す故障電流値に基づいて故障点を標定している。
例えば、実際の直流電鉄き電回路では、当該区間を走行する電車の本数、各電車で消費する電力等、負荷の変動によって2つの変電所の送出電圧の値は、逐次変化するものである。具体的には、変電所の送出電圧の値は、無負荷の場合と、定格負荷の場合との間で、8%程度の電圧変動が生じている。

0005

そして、このような変電所の送出電圧の値の変動にしたがって、故障電流の値も変動してしまう。しかるに、特許文献1及び2の技術では、送出電圧の値が等しいことを前提にして故障点の標定を行っているため、結果として故障点の標定結果に誤差を生じてしまうといった問題点がある。
また、特許文献1及び2の技術においては、故障点の標定の際に変電所内部における抵抗を考慮していない。
そのため、例えば、特許文献1及び2に開示された故障点標定方法を用いた場合、2つの変電所の送出電圧の値の違い等の諸条件によって、当該故障点標定方法によって標定された故障点と、実際の故障点との間には最大で±500m程度の誤差を生じてしまうという問題がある。

0006

本発明の課題は、2つの変電所の送出電圧の値が異なる場合であっても精度良く故障点の標定を行うことができる直流電鉄き電回路の故障点標定システム及び故障点標定方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記課題を達成するため、この発明は、
走行する電車に、少なくとも2つの変電所から直流電圧を供給する直流電鉄き電回路における故障点標定システムであって、
前記各変電所は、
送出電圧及び送出電流を測定する測定器と、
時刻情報を計時する時計装置と、
前記送出電圧、前記送出電流及び前記時刻情報をそれぞれ周期的に取得して時系列情報として保存すると共に、故障が発生した場合に保存された前記時系列情報を送信する情報処理装置
を備え、
前記情報処理装置から前記各変電所における前記時系列情報を受信し、該時系列情報に含まれる前記時刻情報に対応した各変電所の前記送出電圧及び前記送出電流の中から所定の時間幅における前記送出電圧及び前記送出電流を抽出し、抽出した各変電所の前記送出電圧及び前記送出電流に平均化処理を行い、平均化処理した各変電所の送出電圧及び送出電流を、変電所間距離、変電所の送出電圧、変電所の送出電流、変電所の内部インダクタンスを変数とする所定の標定式に入れて計算し、故障点を標定して結果を表示する故障点標定装置とを備えるようにしたものである。

0008

ここで、送出電圧及び送出電流の中から所定の時間幅における送出電圧及び送出電流を抽出し、抽出した各変電所の送出電圧及び送出電流に対する平均化処理は、故障点標定装置ではなく、各変電所に設置された情報処理装置において行うようにしてもよい。
上記手段によれば、故障点を挟む2つの変電所における送出電圧に基づいて故障点の標定をするため、2つの変電所の送出電圧の違いを含んで故障点の標定を行うことができるので、2つの変電所の送出電圧の値が異なる場合であっても精度良く故障点の標定を行うことができる。

0009

また、望ましくは、故障点標定装置は、故障発生時刻からそれぞれ所定の時間経過後の第1の時刻及び第2の時刻を予め設定しておき、時刻情報に基づき第1の時刻と第2の時刻との間に含まれる送出電圧及び送出電流を抽出するようにする。
故障発生時刻直後におけるデータを使用することがないので、故障発生時刻直後における不要なデータを除去することができ、精度の高い故障点の標定を行うことができる。

0010

また、望ましくは、故障点標定装置は、抽出された送出電圧及び送出電流を特定の時間幅で移動平均処理するようにする。
送出電圧及び送出電流における循環的や不規則的な変動部分平均値を使用して演算を行うので、タイミングを設定して変動部分の値を抽出して演算する場合に比べて安定した演算結果が得られ、信頼性の高い故障点の標定を行うことができる。
ここで、上記所定の標定式としては、例えば、


を使用するとよい。

0011

また、本出願の他の発明は、
走行する電車に、少なくとも2つの変電所から直流電圧を供給する直流電鉄き電回路における故障点標定方法であって、
前記各変電所の送出電圧、送出電流及び時刻情報をそれぞれ周期的に取得して時系列情報として保存するステップと、
故障が発生した場合に前記時刻情報に対応して保存された各変電所の前記送出電圧及び前記送出電流の中から所定の時間幅に含まれる前記送出電圧及び前記送出電流を抽出するステップと、
抽出された各変電所の前記送出電圧及び前記送出電流に平均化処理を行うステップと、
平均化処理された各変電所の前記送出電圧及び前記送出電流を、変電所間距離、変電所の送出電圧、変電所の送出電流、変電所の内部インダクタンスを変数とする所定の標定式に入れて計算し、故障点を標定するステップと
を含むようにしたものである。

0012

上記ステップを含む故障点標定方法によれば、故障点を挟む2つの変電所における送出電圧に基づいて故障点の標定をするため、2つの変電所の送出電圧の違いを含んで故障点の標定を行うことができるので、2つの変電所の送出電圧の値が異なる場合であっても精度良く故障点の標定を行うことができる。

発明の効果

0013

本発明によれば、2つの変電所における送出電圧、送出電流及び時刻情報を取得し、故障が発生した場合に、時刻情報に基づき送出電圧及び送出電流の中から所定の時間幅に含まれる送出電圧及び送出電流を抽出し、抽出した送出電圧及び送出電流に平均化処理を行い、平均化処理した前記送出電圧及び前記送出電流に基づき故障点を標定することにより、両変電所における送出電圧に基づいて故障点の標定ができるので、2つの変電所の送出電圧の差異を加味して故障点の標定を行うことができ、2つの変電所の送出電圧の値が異なる場合であっても精度良く故障点の標定を行うことができる。

図面の簡単な説明

0014

本実施の形態に係る直流電鉄き電回路の故障点標定システムの構成の一例を示す概略構成図である。
本実施の形態に係る直流電鉄き電回路の情報処理装置等の構成の一例を示すブロック図である。
本実施の形態に係る直流電鉄き電回路の故障点標定装置の構成の一例を示すブロック図である。
故障点標定システムの動作の一例を示すフローチャートである。
送出電流の時間変動の一例を示す説明図である。
故障が発生した場合の直流電鉄き電回路の等価回路を示す回路図である。
標定式の導入の考え方を示す説明図である。
送出電圧の差異を加味していない場合の標定結果と、実施例を適用して送出電圧の差異を加味した場合の標定結果とを対比させた説明図である。
変形例の構成の一例を示すブロック図である。

実施例

0015

[1.構成の説明]
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態である直流電鉄き電回路の故障点標定システム及び故障点標定方法を詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されるものでない。

0016

(実施形態)
図1は、直流電鉄き電回路の故障点標定システム100の構成例を示す概略構成図である。
図1に示す2つの変電所50及び51で挟まれる区間を走行する電車1に直流電圧を供給する直流電鉄き電回路において、電車1は、電車1の集電装置であるパンタグラフにより電車線2(以下、架線と呼ぶ)から直流電圧の供給を受けて、当該直流電圧により電車1のモータ(図示せず)を回転させることによって、帰線3(以下、レールと呼ぶ)上を走行する。また、整流器4及び5は、変電所50及び51で受電した交流を直流に変換して架線2とレール3との間に供給する。さらに、変電所50及び51には、故障等が生じた場合に故障発生区間の架線への電圧の供給を遮断する遮断器61及び62がそれぞれ設けられている。

0017

整流器4における送出電圧及び送出電流(故障等が生じた場合は故障電流)は、変電所50および51に設置された測定器6および7によってそれぞれ測定され、測定されたデータは、変電所50に設置された情報処理装置52および53によって取得されて記憶装置に保存される。この時、情報処理装置52および53は、送出電圧や送出電流のデータを、変電所50および51に設置されたGPS(グローバルポジショニングステム)時計装置8において計時される時刻情報と共に逐次保存する。

0018

また、本実施例のシステムにおいては、遠方制御装置12が設けられているとともに、情報処理装置52および53にデータを送信する通信手段10,11が設けられ、遠方制御装置12と情報処理装置52および53とは、伝送線によって相互にデータの送受信が可能に接続されている。遠方制御装置12は、変電所を遠方から監視するために設けられている制御所54に設置され、遠方制御装置12からの指令等により、被制御側である変電所50及び51に設置された情報処理装置52および53の制御を行うように構成されている。

0019

図2は、変電所50に設置された情報処理装置52等の機能をブロック図として表したものである。図2に示すように、変電所50には、電流や電圧の測定器6、GPS時計装置8及び情報処理装置52が設置されており、情報処理装置52は、制御手段15、入力手段16、記憶手段17及び通信手段10などを有する。なお、変電所51に設置された情報処理装置53等については、図2と同一の構成であるため説明は省略する。

0020

制御手段15は、CPU(セントラルプロセッシングユニット)、ROM(リードオンリーメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)等を有しており、RAMの作業領域に展開されたROMや記憶手段17に記憶されたプログラムデータとCPUとの協働により各手段を統括制御する。

0021

入力手段16は、測定器6である電流測定器13、電圧測定器14で測定された送出電流(故障電流を含む)、送出電圧、及び、GPS時計装置8で計時された時刻情報にそれぞれ対応した信号を取得してディジタル信号に変換して、制御手段15へ入力する。
具体的には、入力手段16は、入力バッファや、入力バッファが取得した信号(アナログ信号)をディジタル信号に変換するA/D変換回路等により構成される。なお、入力手段16は、電流測定器13、電圧測定器14及びGPS時計装置8から直接ディジタルデータとして各種データを取得するものであっても構わない。

0022

記憶手段17は、プログラムデータや各種設定データ等のデータを制御手段15から読出し書込み可能に記憶する。例えば、記憶手段17は、HDDハードディスクドライブ)、半導体メモリ等であって、電圧測定器等から取り込んだ整流器4における送出電圧、送出電流及び時刻情報を逐次保存する。
制御手段15は、電圧測定器等から取り込んだ整流器4における送出電圧、送出電流に基づいて故障等の発生を検知する機能を備えており、故障等の発生を検知した場合、通信手段10によって、伝送線あるいはネットワーク等を介して記憶手段17に保存されている送出電圧、送出電流及び時刻情報等のデータを制御所54に設置された遠方制御装置12へ送信する。通信手段10は無線通信手段であってもよい。

0023

図3は、制御所54に設置された故障点標定装置55の機能をブロック図として表したものである。図3に示すように、故障点標定装置55は、制御手段19、通信手段20、記憶手段21及び表示手段22を有する。
制御手段19は、CPU、ROM、RAM等を有しており、RAMの作業領域に展開されたROMや記憶手段21に記憶されたプログラムデータとCPUとの協働により各手段を統括制御する。
通信手段20は、変電所50または51から送信されて来る送出電圧、送出電流及び時刻情報等のデータを受信して制御手段19に入力する。

0024

記憶手段21は、プログラムデータや各種設定データ等のデータを制御手段19から読出し書込み可能に記憶する。例えば、記憶手段21は、HDD、半導体メモリ等であって、2つの変電所の間隔、各変電所内部のインダクタンス値、架線の単位長さ(km)当たりの抵抗値及びインダクタンス値等の各種情報や、故障点標定のための標定式等が予め保存されている。プログラムデータには、故障点を標定するための演算プログラム(標定式)が含まれる。また、記憶手段21には、予め測定もしくは演算された各変電所の送電回路の内部インダクタンスの値や変電所間距離L、標定式に使用する係数等も記憶されている。
表示手段22は、制御手段19から出力された表示制御信号に基づいた情報や画像を表示画面に表示するもので、例えば、CRTカソードレイチューブ)やLCD(リクイッドクリスタルディスプレイ)等で構成される。有機EL(エレクトロルミネッセンス素子を用いたFPD(フラットパネルディスプレイ)であってもよい。

0025

[2.動作の説明]
ここで、本発明の一実施形態における故障点標定システム100を構成する情報処理装置52および故障点標定装置55による故障点標定処理の具体的な手順の説明を図4図5図6図7及び図8を用いて詳細に行う。図4において、ステップS1からS4までは、変電所の情報処理装置52による処理、ステップS5からS8までは、制御所の故障点標定装置55による処理である。但し、変電所51に設置された情報処理装置53の動作は、変電所50に設置された情報処理装置52の動作と同じであるため重複する説明は省略する。

0026

図4のフローチャートに示すように、変電所50に設置された情報処理装置52の制御手段15は、測定器6および7によってそれぞれ測定される、整流器4における送出電圧及び送出電流を一定周期毎に取得し、同時にGPS時計装置8から取得した時刻情報と共に記憶手段17に逐次保存する(ステップS1)。
そして、情報処理装置52の制御手段15は、測定された整流器4の送出電流の変化に基づいて電鉄き電回路において、故障FAが発生したか否かを判断し(ステップS2)、もし、故障FAが発生していないと判断した場合(ステップS2:No)、ステップS1に戻り、送出電圧、送出電流及び時刻情報のデータの取得及び保存を繰り返し行う。

0027

一方、故障FAが発生したと判断した場合(ステップS2:Yes)、情報処理装置52の制御手段15は、送出電圧、送出電流及び時刻情報のデータの取得を中止し(ステップS3)、記憶手段17に保存されている変電所50における送出電圧、送出電流及び時刻情報の履歴データを、通信手段10によって、制御所54へ送信する(ステップS4)。また、変電所51に設置された情報処理装置53の制御手段も、故障FAが発生したことを検出した場合には、記憶手段に保存されている変電所51における送出電圧、送出電流及び時刻情報のデータを、通信手段11によって、制御所54へ送信する。

0028

一方、制御所54の通信手段20は変電所50および51から送信されてきたデータを受信して、故障点標定装置55の制御手段19へ渡す。すると、制御手段19は、受信した変電所50及び51における送出電圧、送出電流及び時刻情報のデータを記憶手段21に記憶するとともに、時刻情報に基づき当該データの中から所定の時間幅に含まれる送出電圧及び送出電流のデータを抽出する(ステップS5)。
例えば、図5は送出電流(故障電流)の時間変動の一例を示す説明図であり、図5に示すように、時刻T0で故障FAが発生した場合であっても、送出電流CTは、直ちに流れ出すものではなく、その電流値はゼロであり、その後、送出電流CTの電流値は、遮断器が作動する時刻TDまで順次増加するように変化する。
しかし、図5における故障発生時刻T0の付近はデータが乱れることが予想されており、このようなデータを故障点の標定に用いることは適当ではなく、当該不要なデータを除去することが好ましい。

0029

そこで、故障点標定装置55の制御手段19は、故障FAが発生した時刻T0直後の不要なデータを使用することなく、図5に示すように、故障発生時刻T0からそれぞれ所定の時間経過後の時刻T1及び時刻T2を予め設定しておき、取得したデータの中から時刻T1と時刻T2との間に含まれるデータを抽出して標定に使用する。
そして、故障点標定装置55の制御手段19は、抽出した送出電圧及び送出電流の平均化処理を行い(ステップS6)、平均化処理した送出電圧及び送出電流を標定式に適用して故障点を標定する(ステップS7)。

0030

具体的には、平均化処理としては、抽出された時刻T1〜T2の時間帯に含まれる送出電圧及び送出電流のうち、図5の特定の時間幅T3における送出電圧及び送出電流の測定値を移動平均処理する。
抽出された送出電圧及び送出電流にはノイズリップル等が重畳されており、故障点の標定に誤差が生じてしまうおそれがあるが、このような移動平均処理によって、抽出された送出電圧及び送出電流における循環的や不規則的な変動部分を除去することができ、それにより、故障点の標定を精度良く行うことができる。

0031

ここで、故障点の標定式について説明する。図6は故障等が発生した場合の直流電鉄き電回路の等価回路を示す回路図である。図6において、変電所50の送出電圧Eaは、変電所50の内部インダクタンスlaを介して架線2に印加される。同様に、図6において、変電所51の送出電圧Ebは、変電所51の内部インダクタンスlbを介して架線2に印加される。また、送出電流(故障電流)ia及びibが、変電所50及び51からそれぞれ送出される。
ここで、変電所50から故障点PTまでの距離を「Lx」、変電所50及び51の間隔を「L」、架線2の単位長さ(km)当たりの抵抗値及びインダクタンス値を「r」及び「l」とした場合、変電所50から故障点PTまでの架線2の抵抗及びインダクタンスは、「rLx」及び「lLx」となり、変電所51から故障点PTまでの架線2の抵抗及びインダクタンスは、「r(L−Lx)」及び「l(L−Lx)」となる。
なお、故障点PTにおいて、架線2は故障点抵抗rg及び故障点アーク電圧eを介してレール3に接続されるとみなすことができる。

0032

特許文献1及び2の先行技術では、2つの変電所の送出電圧の値が等しい場合に、両変電所から流れ出す故障電流の値に基づいて故障点を標定することを想定している。すなわち、図6における変電所50の送出電圧Eaと変電所51の送出電圧Ebとが等しい場合を想定している。
一方、本発明の一実施形態の直流電鉄き電回路の故障点標定システムでは、2つの変電所の送出電圧の値が異なることを想定して、そのような場合であっても精度良く故障点の標定を行うことができる標定式を導入した。
すなわち、図7に示すように変電所50の送出電圧Eaから故障点PTまでの電圧降下Vaを差し引いた故障点アーク電圧eと、変電所51の送出電圧Ebから故障点PTまでの電圧降下Vbを差し引いた故障点アーク電圧eとは等しいことに着目して標定式を導入した。このように導入された標定式を、[数1]及び[数2]に示す。

0033

Lx:変電所50から故障点までの距離
L:変電所間距離
Ea:変電所50送出電圧
Eb:変電所51送出電圧
ia:変電所50送出電流(故障電流)
ib:変電所51送出電流(故障電流)
l:単位長さ(km)あたりの線路インダクタンス
la:変電所50内部インダクタンス
lb:変電所51内部インダクタンス

0034

r:単位長さ(km)あたりの線路抵抗

0035

なお、上記数式1及び数式2に代入される送出電圧及び送出電流は、前記平均化処理によって平均化された電圧、電流である。
[数1]に示す標定式は、2つの変電所から故障点までの距離が、2つの変電所から故障点までのインダクタンス値に比例することを利用し、2つの変電所50及び51の送出電圧Ea及びEbの差異を加味して故障点を標定することを可能にしたものである。
同様に、[数2]に示す標定式は、2つの変電所から故障点までの距離が、2つの変電所から故障点までの抵抗値に比例することを利用し、2つの変電所50及び51の送出電圧Ea及びEbの差異を加味して故障点を標定することを可能にしたものである。
すなわち、[数1]に示す標定式の第一項には、送出電圧Ea及びEbが変数として設定され、[数2]に示す標定式の第一項には、送出電圧Ea及びEbが変数として設定されている。ちなみに、[数2]に示す標定式の第2項は、送出電圧には無関係であり、変電所間距離Lと送出電流(故障電流)に依存する項であるとともに、第2項の値は第1項の値に比べると小さな値であり、第2項を省略してもそれなりの精度向上を期待できるので、第2項は関数F(L,i)と簡略化し詳細な式の記載は省略する。

0036

図8は、送出電圧の差異を加味していない場合の標定結果と、送出電圧の差異を加味した場合の標定結果とを対比させた説明図である。
図8においては、縦軸に標定値(km)をとって、送出電圧の差異を加味していない場合の標定結果と、送出電圧の差異を加味した場合の標定結果を並べて示したものである。
ちなみに、図8は、[数1]に示す標定式を使用して故障点を標定したものであり、標定条件は下記の通りである。
L:変電所間距離 10km
Ea:変電所50送出電圧 1620V
Eb:変電所51送出電圧 1500V
但し、ia:変電所50送出電流(故障電流)と、ib:変電所51送出電流(故障電流)とは、同時刻に同一の電流値で変化(増加)するものと仮定する。

0037

図8から明らかなように、上述のような同一条件であるにもかかわらず、送出電圧の差異を加味していない場合の標定結果と、送出電圧の差異を加味した場合の標定結果との間には「192m」のずれが存在することが分かる。
言い換えれば、送出電圧の差異を加味していない標定方法では、標定条件である送出電圧Ea(1620V)と送出電圧Eb(1500V)との電圧差による各変電所の送出電流(故障電流)のずれは考慮されていないため、本願発明と比較して「192m」分だけ標定結果に誤差が生じていることになる。
一方、本実施例における上述の標定式には、2つの変電所50及び51の送出電圧Ea及びEbが変数として含まれているので、当該変数により2つの変電所の送出電圧の差異を加味して故障点を標定することができ、2つの変電所の送出電圧の値が異なる場合であっても精度良く故障点の標定を行うことができる。

0038

そして、上記のような標定式を使用した処理が終了すると、故障点標定装置55の制御手段19は、標定された故障点の情報(標定結果)を表示手段22に表示させる(ステップS8)。
例えば、故障点標定装置55の制御手段19は、当該表示手段22の表示画面上に、故障点の位置を「変電所50から2.2km」、或いは、単に「2.2km」と距離情報文字及び数値、或いは、数値)として表示させたり、2つの変電所50及び51で挟まれる区間の地図を表示させると共に、故障点の位置を位置情報ポインタマーク記号等)として上記地図上に重畳させて表示させる。
従って、この場合、故障点標定装置55の制御手段19が、故障点の位置を距離情報として表示させたり、地図および故障点の位置を位置情報(ポインタ、マークや記号等)として表示させる画像データを生成したりする画像データ生成手段として機能することになる。

0039

以上のように、本発明の一実施形態によれば、2つの変電所における送出電圧、送出電流及び時刻情報を取得し、故障が発生した場合に、時刻情報に基づき送出電圧及び送出電流の中から所定の時間幅に含まれる送出電圧及び送出電流を抽出し、抽出した送出電圧及び送出電流に平均化処理を行い、平均化処理した送出電圧及び送出電流に基づき故障点を標定することにより、両変電所における送出電圧に基づいて故障点の標定ができるので、2つの変電所の送出電圧の差異を加味して故障点を標定することができ、2つの変電所の送出電圧の値が異なる場合であっても精度良く故障点の標定を行うことができる。

0040

また、故障点標定装置が、故障発生時刻T0からそれぞれ所定の時間経過後の時刻T1及び時刻T2を予め設定しておき、時刻情報に基づき時刻T1と時刻T2との間に含まれる送出電圧及び送出電流を抽出することにより、故障発生時刻直後におけるデータを使用することがないので、故障発生時刻T0直後における不安定なデータを除去することができ、精度の高い故障点の標定を行うことができる。
また、故障点標定装置が、抽出された送出電圧及び送出電流を特定の時間幅で移動平均処理することにより、送出電圧及び送出電流における変動部分の平均値を使用して演算を行うので、タイミングを設定して変動部分の値を抽出して演算する場合に比べて安定した演算結果が得られ、信頼性の高い故障点の標定を行うことができる。
また、故障点標定装置の表示手段に、標定された故障点の情報を距離情報として表示させることにより、故障点の変電所からの距離が数値で表示されるので、故障点の位置を容易に認識することができる。
さらに、故障点標定装置の表示手段に、区間の地図を表示させると共に標定された故障点の情報を位置情報として当該地図上に重ねて表示させることにより、故障点と各変電所の位置関係や故障点の実際の位置が明確になるので、故障点の位置を直感的に把握でき、故障点の位置をより容易に認識することができる。

0041

(変形例1)
本発明の一実施形態の変形例1である直流電鉄き電回路の故障点標定システムの構成について図9を参照して説明する。但し、本発明の一実施形態と同様の説明については適宜省略する。
図1に示す直流電鉄き電回路の故障点標定システムでは、標定結果を制御所54に設置された故障点標定装置55の表示手段22に表示させているが、変形例1は、2つの変電所50及び51で挟まれる区間に分散して配置された現場端末に標定結果を表示可能にしたものである。
すなわち、図9に示すように、制御所54に設置された故障点標定装置55は、伝送線またはネットワークNにより、2つの変電所50及び51で挟まれる区間に分散して配置された複数の現場端末23にそれぞれ接続される。なお、図9において、制御所54に設置された故障点標定装置55を除き、図1と重複する構成要素の記載は省略している。

0042

このように、故障点標定装置55の制御手段19と現場端末23が伝送線またはネットワークNを介して接続されているため、制御手段19は先に標定した故障点の標定結果(距離情報、位置情報)を分散配置された複数の現場端末23に送信してそれぞれの表示装置に表示させたり、現場端末23が故障点標定装置55の制御手段19より故障点の標定結果(距離情報、位置情報)を受信して表示装置に表示させたりすることができる。
なお、現場端末23は、専用の端末であってもよいし、PC(パーソナルコンピュータ)に現場に設置可能な端末やタブレット端末スマートフォン等の容易に移送可能な端末その他、標定結果を受信して表示可能な機器であればよい。

0043

以上のように、上記変形例1によれば、2つの変電所50及び51で挟まれる区間に分散して配置された複数の現場端末23に故障点の標定結果(距離情報、位置情報)を送信して表示させることにより、故障点の近くの現場端末で標定結果を確認することができるので、迅速に対応することができ、実際の故障点の確認および復旧作業を故障発生から短時間のうちに行うことができる。

0044

(変形例2)
上述した変形例1は、2つの変電所50及び51で挟まれる区間に分散して配置された全ての現場端末23に標定結果を表示させているが、変形例2では、2つの変電所50及び51で挟まれる区間に分散して配置された現場端末23の中で、標定された故障点に最も近い現場端23に標定結果を表示させるというものである。
すなわち、制御所54に設置された故障点標定装置55の制御手段19は、先に標定した故障点の標定結果(距離情報、位置情報)、特に、位置情報に基づき最も故障点に近い現場端末23を特定すると共に故障点標定装置55の制御手段19は、通信手段20等を制御して、先に標定した故障点の標定結果(距離情報、位置情報)を伝送線またはネットワークNを介して当該特定した現場端末23に送信して表示させる。

0045

例えば、図9において、故障点標定装置55の制御手段19が、先に標定した故障点の標定結果に基づき現場端末FTが最も故障点に近いと特定した場合には、通信手段17等を制御して、先に標定した故障点の標定結果を現場端末FTに送信して表示させる。
以上のように、本発明の変形例2によれば、2つの変電所50及び51で挟まれる区間に分散して配置された複数の現場端末23の中で、故障点に最も近い現場端末FTに、故障点の標定結果(距離情報、位置情報)を、伝送線またはネットワークNを介して送信して表示させることにより、故障点に最も近い現場端末FTで標定結果を確認することができるので、より迅速に対応することができ、実際の故障点の確認および復旧作業を故障発生から短時間のうちに行うことができる。

0046

なお、上記実施形態および変形例の説明においては、故障点標定装置55の表示手段22や現場端末23に故障点の標定結果を表示させる旨説明しているが、単に標定結果を表示させただけでは、作業者操作者は、表示を見落とす可能性も否定できないので、警報(警報表示発音による警報)と共に故障点の標定結果を表示させても構わない。この場合には、作業者や操作者は当該警報によって注意喚起されるので、表示手段の表示内容を直ちに確認でき、標定結果の見落としを防止することができる。

0047

また、上記実施形態では、変電所の遮断器が作動するような故障が発生した場合について説明したが、本発明は、遮断器が作動するまでに至らない比較的急速な送出電流、送出電圧の変動を伴う異常が発生した場合にも、その異常発生地点を標定する場合にも適用することができる。
さらに、上記実施形態では、図4のフローチャートのステップS5の所定時間幅データ抽出およびステップS6の抽出データの平均化処理を制御所54の故障点標定装置55が行うと説明したが、所定時間幅のデータ抽出および抽出データの平均化処理を変電所50、51の情報処理装置52,53で行い、平均化処理で得られたデータを制御所54の故障点標定装置55へ送信して、故障点標定装置55が前記数式(1),(2)のような標定式を用いて故障点の標定を行うように構成してもよい。

0048

1電車
2電車線(架線)
3帰線(レール)
4、5整流器
6、7測定器
8、9GPS時計装置
10、11通信手段
12遠方制御装置
13電流測定器
14電圧測定器
15、19 制御手段
16入力手段
17、21 記憶手段
20 通信手段
22 表示手段
23現場端末
50、51変電所
52、53情報処理装置
54制御所
55故障点標定装置
61、62遮断器
100 故障点標定システム

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