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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 山本浩志松本晃
出願日 2014年8月7日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2014-160930
公開日 2016年3月22日 (4年3ヶ月経過) 公開番号 2016-038266
状態 特許登録済
技術分野 故障点標定
主要キーワード 送出電流 測定出力信号 アーク損 供給区間 両センター 送出電圧 電圧変動率 故障発生時刻
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

送り直流き電系統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及び故障点標定方法を提供する。

解決手段

変電所50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100であって、変電所50に設置され当該変電所50における故障発生時送出電圧波形及び送出電流波形を測定する測定装置7と、測定装置7から変電所50における故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形を受信し、送出電圧波形及び送出電流波形と予め算出された電圧及び電流波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータ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9とを備える。

概要

背景

直流電鉄き電回路は、一般に、停電リスクの低減、電圧降下対策電気的区分におけるアーク損傷の軽減のため、2つの変電所で挟まれる区間直流電圧を供給する並列き電系統で構成されている。
このような直流電鉄き電回路において、短絡故障等が生じた場合には、変電所の遮断器が作動して当該区間の直流電圧の供給が停止される。

そして、短絡故障等の発生による変電所で挟まれる区間への直流電圧の供給停止時間を短縮するために、短絡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)が知られている。
例えば、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、具体的には、両変電所から流れ出す故障電流について、GPS(Global Positioning System)情報により時間の同期をとり、歪のない時間帯について平均電流値を計算し、電流配分比に基づき故障点を標定する故障点標定方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。

概要

送り直流き電系統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。変電所50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100であって、変電所50に設置され当該変電所50における故障発生時送出電圧波形及び送出電流波形を測定する測定装置7と、測定装置7から変電所50における故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形を受信し、送出電圧波形及び送出電流波形と予め算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータ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9とを備える。

目的

本発明の課題は、片送り直流き電系統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
0件
牽制数
0件

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請求項1

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、前記変電所に設置され当該変電所における故障発生時送出電圧波形及び送出電流波形を測定する測定装置と、前記測定装置から前記変電所における故障発生時の前記送出電圧波形及び前記送出電流波形を受信し、前記送出電圧波形及び前記送出電流波形と予め算出された電圧及び電流波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき故障点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、前記送出電圧波形と予め算出された電圧の前記波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき前記変電所の内部抵抗及び内部インダクタンスを選定し、前記送出電流波形と予め算出された電流の前記波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき前記変電所の内部電圧から故障点までの抵抗及びインダクタンスを選定し、所定の算出式を用いて故障点を標定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、前記送出電圧波形と予め算出された電圧の前記波形パターンとの同一時刻における残差平方和が最小になる波形パターンを選択し、選択した波形パターンの算出時のパラメータに基づき前記変電所の内部抵抗及び内部インダクタンスを選定し、前記送出電流波形と予め算出された電流の前記波形パターンとの同一時刻における残差平方和が最小になる波形パターンを選択し、選択した波形パターンの算出時のパラメータに基づき前記変電所の内部電圧から故障点までの抵抗及びインダクタンスを選定し、所定の算出式を用いて故障点を標定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4

前記測定装置は、電圧測定器電流測定器とから構成され、前記電圧測定器は高感度直流変成器であることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の故障点標定システム。

請求項5

前記故障点標定装置は、故障発生時点送電端電圧と、前記送出電流波形及び電圧変動率に基づき所定の算出式を用いて前記送出電圧波形を算出することを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の故障点標定システム。

請求項6

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、前記変電所に設置された測定装置で当該変電所における故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形を測定するステップと、前記送出電圧波形及び前記送出電流波形と予め算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき故障点を標定するステップと、標定結果を表示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

直流電鉄き電回路は、一般に、停電リスクの低減、電圧降下対策電気的区分におけるアーク損傷の軽減のため、2つの変電所で挟まれる区間直流電圧を供給する並列き電系統で構成されている。
このような直流電鉄き電回路において、短絡故障等が生じた場合には、変電所の遮断器が作動して当該区間の直流電圧の供給が停止される。

0003

そして、短絡故障等の発生による変電所で挟まれる区間への直流電圧の供給停止時間を短縮するために、短絡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)が知られている。
例えば、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、具体的には、両変電所から流れ出す故障電流について、GPS(Global Positioning System)情報により時間の同期をとり、歪のない時間帯について平均電流値を計算し、電流配分比に基づき故障点を標定する故障点標定方法が開示されている(例えば、特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2002−040087号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、特許文献1の先行技術では、2つの変電所が並列して直流電圧を供給(並列き電系統)している場合に、短絡故障等が生じた場合を想定しているため、電車基地や車両センターにおける庫線等、1つの変電所から直流電圧を供給する片送りき電系統において短絡事故等が生じた場合には、精度良く故障点を標定することができないといった問題点があった。
また、通常の並列き電系統であっても送電開始直後の短絡故障、送電遮断後の再閉路、或いは、試送電時の再遮断においては、片方の変電所からの送電が遮断されて、所謂、片送りき電系統になるため精度良く故障点を標定することができないといった問題点があった。
また、特許文献1の先行技術では、両変電所から流れ出す故障電流の測定値データ欠損があった場合には、故障点の標定自体が困難になったり、標定された故障点に大きな誤差が含まれてしまうといった問題点があった。

0006

本発明の課題は、片送り直流き電系統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、
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、
前記変電所に設置され当該変電所における故障発生時送出電圧波形及び送出電流波形を測定する測定装置と、
前記測定装置から前記変電所における故障発生時の前記送出電圧波形及び前記送出電流波形を受信し、前記送出電圧波形及び前記送出電流波形と予め算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータ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
を備えるようにしたものである。

0008

片送り直流き電系統、或いは、並列き電系統であって片方の変電所からの送電が遮断された場合であっても、故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形と、予め複数のパラメータの組み合わせにより算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき故障点を標定することができるので、精度良く故障点の標定を行うことができる。
また、故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形にデータ欠損があっても、予め算出された電圧及び電流の波形パターンと比較して故障点を標定することができるので、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、前記故障点標定装置は、前記送出電圧波形と予め算出された電圧の前記波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき前記変電所の内部抵抗及び内部インダクタンスを選定し、前記送出電流波形と予め算出された電流の前記波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき前記変電所の内部電圧から故障点までの抵抗及びインダクタンスを選定し、所定の算出式を用いて故障点を標定するようにしたものである。
故障発生時の送出電圧波形と電圧の波形パターンとの比較により、変電所の内部抵抗及び内部インダクタンスを選定し、故障発生時の送出電流波形と電流の波形パターンとの比較により、故障点までの抵抗及びインダクタンスを選定できるので、選定されたインダクタンスに基づき故障点の距離を標定することができ、精度良く故障点の標定を行うことができる。

0010

また、望ましくは、前記故障点標定装置は、前記送出電圧波形と予め算出された電圧の前記波形パターンとの同一時刻における残差平方和が最小になる波形パターンを選択し、選択した波形パターンの算出時のパラメータに基づき前記変電所の内部抵抗及び内部インダクタンスを選定し、前記送出電流波形と予め算出された電流の前記波形パターンとの同一時刻における残差平方和が最小になる波形パターンを選択し、選択した波形パターンの算出時のパラメータに基づき前記変電所の内部電圧から故障点までの抵抗及びインダクタンスを選定し、所定の算出式を用いて故障点を標定するようにしたものである。
故障発生時の送出電圧波形と予め算出された電圧の波形パターンとの同一時刻における残差平方和が最小になる波形パターンを選択して変電所の内部抵抗及び内部インダクタンスを選定し、故障発生時の送出電流波形と予め算出された電流の波形パターンとの同一時刻における残差平方和が最小になる波形パターンを選択して故障点までの抵抗及びインダクタンスを選定できるので、選定されたインダクタンスに基づき故障点の距離を標定することができ、精度良く故障点の標定を行うことができる。

0011

また、望ましくは、前記測定装置は、電圧測定器電流測定器とから構成され、前記電圧測定器は高感度直流変成器であるようにしたものである。
電圧測定器である高感度直流変成器により故障発生時の前記送出電圧波形を高感度に測定することにより、従来の測定器と比較して応答性が速く測定できるので、故障発生時の送出電圧波形を正確に測定することができて、その結果、測定された送出電圧波形に基づき精度良く変電所の内部抵抗及び内部インダクタンスを選定することができるので、精度良く故障点の標定を行うことができる。

0012

また、望ましくは、前記故障点標定装置は、故障発生時点送電端電圧と、前記送出電流波形及び電圧変動率に基づき所定の算出式を用いて前記送出電圧波形を算出するようにしたものである。
故障発生時点の送電端電圧と、故障発生時の送出電流波形及び電圧変動率に基づき送出電圧波形を算出することにより、従来の応答が遅い直流変成器を用いても正確な送出電圧波形を得ることができて、その結果、得られた送出電圧波形に基づき精度良く変電所の内部抵抗及び内部インダクタンスを選定することができるので、精度良く故障点の標定を行うことができる。

0013

また、本出願の他の発明は、
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、
前記変電所に設置された測定装置で当該変電所における故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形を測定するステップと、
前記送出電圧波形及び前記送出電流波形と予め算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき故障点を標定するステップと、
標定結果を表示するステップと
を含むようにしたものである。

0014

片送り直流き電系統、或いは、並列き電系統であって片方の変電所からの送電が遮断された場合であっても、故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形と、予め複数のパラメータの組み合わせにより算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき故障点を標定することができるので、精度良く故障点の標定を行うことができる。
また、故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形にデータ欠損があっても、予め算出された電圧及び電流の波形パターンと比較して故障点を標定することができるので、精度良く故障点の標定を行うことができる。

発明の効果

0015

本発明によれば、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、変電所に設置され当該変電所における故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形を測定する測定装置と、測定装置から変電所における故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形を受信し、送出電圧波形及び送出電流波形と予め算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータ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ことにより、片送り直流き電系統、或いは、並列き電系統であって片方の変電所からの送電が遮断された場合であっても、故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形と、予め複数のパラメータの組み合わせにより算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき故障点を標定することができるので、精度良く故障点の標定を行うことができる。
また、故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形にデータ欠損があっても、予め算出された電圧及び電流の波形パターンと比較して故障点を標定することができるので、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

0016

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変電所内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。
予め算出された電圧及び電流の波形パターンの各パラメータの内訳を示す説明図である。
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。
故障発生時に測定された送出電圧波形及び送出電流波形の一例を示す説明図である。
送出電流波形と予め算出された電流の波形パターンとの同一時刻における残差平方和を求めた一例を示す説明図である。
本実施の形態に係る直流電鉄き電回路の故障点標定システムによる標定結果の一例を示す説明図である。
変形例に係る直流電鉄き電回路の故障点標定システムによる標定結果の一例を示す説明図である。

実施例

0017

(実施形態)
[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、発明の範囲は、図示例に限定されない。

0018

本発明の実施形態の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1図2及び図3を参照して説明する。図1は、直流電鉄き電回路の故障点標定システム100の構成を示す概略構成図である。
図1に示す変電所50から電車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は、変電所50で受電した交流電圧を直流電圧に変換して架線2とレール3との間に供給する。さらに、整流器4と架線2との間には、短絡故障等の発生時に直流電圧の供給を遮断するための直流高速遮断器等の遮断器5が設けられる。

0019

保護装置6は、短絡事故の発生の有無を判断して、遮断器5における故障発生時から10ms程度の所定の測定期間における送出電圧及び送出電流は、変電所50に設置された測定装置7によって測定させる。また、測定装置7の測定出力信号である故障発生時から10ms程度の所定の測定期間における送出電圧波形及び送出電流波形のデータは、通信装置8を介して制御所51に設置された故障点標定装置9に送信される。

0020

ここで、図2は、変電所50に設置された保護装置6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、保護装置6、測定装置7及び通信装置8が設置されている。
測定装置7は、電流測定器71及び電圧測定器72とから構成され、故障発生時から10ms程度の所定の測定期間における送出電圧及び送出電流を測定する。そして、電流測定器71及び電圧測定器72の出力信号は通信装置8に接続される。
通信装置8は、制御所51に設置された故障点標定装置9にネットワーク等を介して電流測定器71及び電圧測定器72の出力信号を送信する。
具体的には、通信装置8は、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)、ISDN(Integrated Services Digital Network)等のネットワークの通信装置である。

0021

また、図3は、複数の変電所等の集中管理を行う制御所51に設置された故障点標定装置9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9は、制御手段91、通信手段92、記憶手段93及び表示手段94を有する。

0022

制御手段91は、故障点標定装置9の動作を中央制御する。具体的には、制御手段91は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)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93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。

0023

通信手段92は、変電所50から送信されてくる故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形のデータを受信して制御手段91に入力する。具体的には、通信手段92は、LAN、WAN、ISDN等のネットワークの通信装置である。

0024

記憶手段93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91から読み書き可能に記憶する。例えば、記憶手段93は、HDD(Hard Disk Drive)、半導体メモリ等であって、プログラムデータ等の他に、変電所50から送信されてくる故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形のデータや、予め複数のパラメータの組み合わせにより算出された電圧及び電流の波形パターンのデータベースが記憶されている。
特に、図1に示す実施形態では、故障点標定装置9を制御所51に設置して中央集管理しているので、記憶手段93に記憶される電圧及び電流の波形パターンのデータベースとしては、変電所50が直流電圧を供給する区間における電圧及び電流の波形パターンのデータベースのみならず、制御所51で集中管理する全ての変電所の供給区間における電圧及び電流の波形パターンのデータベースが記憶されている。

0025

表示手段94は、制御手段91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。例えば、表示手段94は、CRT(Cathode Ray Tube)やLCD(Liquid Crystal Display)、有機EL(Electro Luminescence)素子を用いたFPD(Flat Panel Display)等であってよい。また、単純に標定された故障点の位置を数値で表示させるためのセグメント表示型のLED(Light Emitting Diode)であってもよい。

0026

[2.動作の説明]
ここで、本発明の実施形態における故障点標定システム100の具体的な動作の説明を図4図5図6図7図8及び図9を用いて詳細に行う。
図4は、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。図4において、変電所50の整流器4の両端の電圧に相当する内部電圧Es(V)の出力は、変電所50内を引き回す配線等によって生じる内部抵抗Rs(Ω)及び内部インダクタンスLs(mH)を介して、架線2(線路単位長さの抵抗R0(Ω/km)及びインダクタンスL0(mH/km))に供給される。

0027

このような状態で、変電所50から距離x(km)で、故障点抵抗Rg(Ω)の短絡故障が生じた場合、送電端電圧である電圧Vs(t)及び故障電流である電流Is(t)が発生する。この時の内部電圧Es(V)は、[数1]で表される。

0028

0029

また、電圧Vs(t)及び電流Is(t)は、[数2]及び[数3]で表される。






但し、R=Rs+R0×x+Rg
L=Ls+L0×x

0030

ここで、[数2]における内部抵抗Rs(Ω)及び内部インダクタンスLs(mH)をパラメータとして組み合わせて、電圧Vs(t)の複数の波形パターンを予め算出してデータベースとして故障点標定装置9の記憶手段93に記憶しておく。

0031

同様に、[数3]における変電所50の内部電圧Esから故障点までの抵抗R(Ω)及びインダクタンスL(mH)をパラメータとして組み合わせて、電流Is(t)の複数の波形パターンを予め算出してデータベースとして故障点標定装置9の記憶手段93に記憶しておく。
但し、[数3]に示すように、変電所50の内部電圧Esから故障点までの抵抗R(Ω)及びインダクタンスL(mH)は、内部抵抗Rs(Ω)、内部インダクタンスLs(mH)、故障点抵抗Rg(Ω)、故障点距離x(km)、線路単位長さの抵抗R0(Ω/km)及びインダクタンスL0(mH/km)の組み合わせより値が決まる。

0032

具体的には、図5に示すように、変電所50の内部抵抗Rs(0.015、0.03、0.045Ω)として3パターン、変電所50の内部インダクタンスLs(0.3、0.5、0.7、1.0、2.0mH)として5パターン、故障点抵抗Rg(0.1、0.30.6、0.8、1.0Ω)として5パターン、故障点距離x(0.0〜5.0km(0.1km毎))として51パターンを想定し、合計して3825(=3×5×5×51)の組み合わせにより、故障発生時(0.0ms)から10.0msまで、電圧Vs(t)及び電流Is(t)の波形パターンを予め算出してデータベースとして故障点標定装置9の記憶手段93に記憶する。

0033

ここで、図6のフローチャートに示すように、変電所50に設置された保護装置6は、短絡故障が発生したか否かを判断し(ステップS1)、もし、短絡故障が発生していないと判断した場合(ステップS1:No)、ステップS1に戻る。

0034

もし、保護装置6が短絡故障発生と判断した場合(ステップS1:Yes)、保護装置6は測定装置7に対し故障発生伝送する。測定装置7は、遮断器5における故障発生時から10ms程度の所定の測定期間における送出電圧及び送出電流を測定して(ステップS2)、当該所定の測定期間における送出電圧波形及び送出電流波形のデータを、通信装置7を介して制御所51に設置された故障点標定装置9に送信する(ステップS3)。

0035

例えば、図7は故障発生時から10ms程度の所定の測定期間に測定された送出電圧波形及び送出電流波形の一例を示す説明図であり、故障電流である送出電流波形CT71は、故障発生時(0.0ms)から10.0msまで増加傾向にあり、送電端電圧である送出電圧波形VT71及びVT72は当該測定期間内では変動している。
特に、送出電圧波形VT71は、変電所50に従来から設置されている直流変成器で測定した波形であり、送出電圧波形VT72は、応答性が速い高感度の直流変成器で測定した波形である。

0036

一方、故障点標定装置9の制御手段91は、通信手段92を制御して、変電所50から送信されてくる故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形のデータを受信して、故障発生時の送出電圧波形のデータと、記憶手段93に記憶されている予め複数のパラメータの組み合わせにより算出された電圧Vs(t)の波形パターンとを比較し、最もパターン形状が類似する波形パターンを求めて、[数2]から、当該波形パターンを算出する際に用いられたパラメータに基づき変電所50における内部抵抗Rs(Ω)及び内部インダクタンスLs(mH)を選定する(ステップS4)。

0037

そして、故障点標定装置9の制御手段91は、故障発生時の送出電流波形のデータと、記憶手段93に記憶されている予め複数のパラメータの組み合わせにより算出された電流Is(t)の波形パターンとを比較し、最もパターン形状が類似する波形パターンを求めて、[数3]から、当該波形パターンを算出する際に用いられたパラメータに基づき変電所50の内部電圧Es(V)から故障点までの抵抗R(Ω)及びインダクタンスL(mH)を選定する(ステップS5)。

0038

最後に、故障点標定装置9の制御手段91は、変電所50の内部電圧Es(V)から故障点までのインダクタンスL(mH)に基づき[数4]により変電所50から故障点までの距離x(km)を標定し(ステップS6)、標定結果を表示手段94に表示させる(ステップS7)。

0039

0040

ここで、図6のフローチャートのステップS4における最も類似する波形パターンを求める方法としては、[数5]の残差平方和Jvが最小となるような、算出された電圧Vs(t)の波形パターンを選択する。

0041

但し、[数5]において、Vs(t)は時刻tにおける測定電圧、Vk(t)は予め算出した波形パターンの時刻tにおける電圧、tは0ms〜10ms(1ms刻み)である。このため、[数5]では、故障発生時の送出電圧波形と予め算出された電圧の波形パターンとの同一時刻における残差平方和を求めている。

0042

同様に、図6のフローチャートのステップS5における最も類似する波形パターンを求める方法としては、[数6]の残差平方和JIが最小となるような、算出された電流Is(t)の波形パターンを選択する。

0043

但し、[数6]において、Is(t)は時刻tにおける測定電流、Ik(t)は予め算出した波形パターンの時刻tにおける電流、tは0ms〜10ms(1ms刻み)である。このため、[数6]では、故障発生時の送出電流波形と予め算出された電流の波形パターンとの同一時刻における残差平方和を求めている。

0044

図8は、故障発生時の送出電流波形と予め算出された電流の波形パターンとの同一時刻における残差平方和を求めた一例を示す説明図であり、残差平方和CH81,CH82及びCH83は、故障点抵抗Rgが0.3Ω、0.6Ω及び1.0Ωの場合である。
図8から残差平方和CH81は、PT81に示すように故障点抵抗1.0Ω、故障点距離3.2kmで最小の値を示しており、故障点標定装置9の制御手段91は、残差平方和CH81を求めるために用いた算出された電流の波形パターンが、故障発生時の送出電流波形に最も類似する波形パターンであると選択することができる。

0045

そして、故障点標定装置9の制御手段91は、選択された電流の波形パターンに基づき変電種50の内部電圧Es(V)から故障点までの抵抗R(Ω)及びインダクタンスL(mH)を選定し、変電種50の内部電圧Es(V)から故障点までのインダクタンスL(mH)に基づき[数4]により変電所50から故障点までの距離x(km)を標定して、標定結果を表示手段94に表示させる。

0046

図9は直流電鉄き電回路の故障点標定システムによる標定結果の一例を示す説明図であり、変電所50から0.06km及び3.1kmの地点で短絡故障を生じさせた場合の標定値(km)を示している。
また、図9における「直流計測用変成器の種類」とは、多くの変電所で現在使用されている従来の直流変成器と、応答性が速い高感度の直流変成器とを示しており、それぞれの直流変成器を用いて送出電圧波形を測定した場合の標定値(km)が示されている。

0047

多くの変電所で現在使用されている従来の直流変成器で故障発生時の送出電圧波形を測定した場合は、高感度の直流変成器と比較して、応答が遅く過渡電圧変化に追随できておらず、このため、[数2]による変電所50の内部抵抗Rs(Ω)及び内部インダクタンスLs(mH)が正しく選定できないので、標定値に最大2kmの標定誤差が生じている。

0048

したがって、高感度の直流変成器を用いることにより、標定誤差を低減して標定精度が向上させることができる。

0049

また、予め算出された電圧及び電流の波形パターンとの比較により故障点を標定するので、故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形にデータ欠損があった場合でも、データ欠損部分を無視して、言い換えれば、[数5]や[数6]における残差平方部分(例えば、Vs(t)のデータが欠損している場合、”{Vs(t)−Vk(t)}2”の項)を除いて残差平方和を求めることにより、予め算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して故障点を標定することができるので、精度良く故障点の標定を行うことができる。

0050

以上のように、本発明の実施形態によれば、変電所50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100であって、変電所50に設置され当該変電所における故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形を測定する測定装置7と、測定装置7から変電所における故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形を受信し、送出電圧波形及び送出電流波形と予め算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータ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9とを備えることにより、片送り直流き電系統、或いは、並列き電系統であって片方の変電所からの送電が遮断された場合であっても、故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形と、予め複数のパラメータの組み合わせにより算出された電圧及び電流の波形パターンとを比較して、最もパターン形状が類似している波形パターンの算出時のパラメータに基づき故障点を標定することができるので、精度良く故障点の標定を行うことができる。
また、故障発生時の送出電圧波形及び送出電流波形にデータ欠損があっても、予め算出された電圧及び電流の波形パターンと比較して故障点を標定することができるので、精度良く故障点の標定を行うことができる。

0051

(変形例)
本発明の実施形態の説明のように、標定誤差を低減して標定精度が向上させるために、従来の直流変成器を、高感度の直流変成器に置き換えることが好ましいものの、コスト面等により全ての直流変成器を、高感度の直流変成器に置き換えることは困難であり、このため、従来の直流変成器による測定結果補正することが考えられる。
具体的には、[数7]により従来の直流変成器で測定された故障発生時点の送電端電圧と、故障発生時の送出電流波形及び電圧変動率に基づき送出電圧波形を算出する。

0052

但し、[数7]においてV(t)は故障発生時刻tでの電圧、V(0)は故障発生時(t=0)の送電端電圧、εは変電所の電圧変動率、is(t)は故障発生時刻tでの電流、ioは定格電流(6000kW容量で4000A)である。

0053

図10は、故障発生時点の送電端電圧を用いて、故障発生時の送出電流波形及び電圧変動率に基づき送出電圧波形を算出した場合の標定結果の一例を示す説明図であり、図9の場合と同様に、変電所50から0.06km及び3.1kmの地点で短絡故障を生じさせた場合の標定値(km)を示している。
また、図10における「電圧変動率による補正」とは、[数7]により故障発生時点の送電端電圧を用いて、故障発生時の送出電流波形及び電圧変動率に基づき送出電圧波形を算出した場合と、そうでない場合を示しており、それぞれの場合の標定値(km)が示されている。

0054

図10に示すように、多くの変電所で現在使用されている従来の直流変成器で故障発生時の送出電圧波形を測定した場合であっても、故障発生時点の送電端電圧と、故障発生時の送出電流波形及び電圧変動率に基づき送出電圧波形を算出することにより、得られた標定値(km)は、図9における応答性が速い高感度の直流変成器を用いて送出電圧波形を測定した場合の標定値(km)と同じ結果となっている。
すなわち、従来の応答が遅い直流変成器であっても、故障発生時点の送電端電圧と、故障発生時の送出電流波形及び電圧変動率に基づき送出電圧波形を算出することにより、標定精度を大幅に向上させることができる。

0055

以上のように、本発明の変形例によれば、故障発生時点の送電端電圧と、故障発生時の送出電流波形及び電圧変動率に基づき送出電圧波形を算出することにより、従来の応答が遅い直流変成器を用いても正確な送出電圧波形を得ることができて、その結果、得られた送出電圧波形に基づき精度良く変電所の内部抵抗及び内部インダクタンスを選定することができるので、精度良く故障点の標定を行うことができる。

0056

1電車
2電車線(架線)
3帰線(レール)
4整流器
5遮断器
6保護装置
7測定装置
8通信装置
9故障点標定装置
71電流測定器
72電圧測定器
91 制御手段
92通信手段
93 記憶手段
94 表示手段
50変電所
51制御所
100 故障点標定システム

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