(57)【要約】【課題】故障時の電流変化により発生する過渡高調波成分の影響を受けず電車線路で発生した故障を高感度に検出する。【解決手段】交流き電回路の電気車の負荷電流のベクトルを〔ＩＬ〕とし、前記交流き電回路の電車線路に故障が発生した場合の故障電流のベクトルを〔ＩＳ〕とし、両ベクトル〔ＩＬ〕及び〔ＩＳ〕に含まれる高調波成分の含有率により故障前後電流を抑制する抑制係数ＫｆＬ及びＫｆＳを求めるステップと、電流差ベクトル〔ΔＩ〕を〔ΔＩ〕＝〔ＩＳ〕×ＫｆＳ−〔ＩＬ〕×ＫｆＬにより演算するステップと、演算した電流差ベクトル〔ΔＩ〕の大きさが設定値を超えた場合に故障と判断するステップとを備え、故障前後の電流を抑制する抑制係数Ｋｆを求める際に、故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する期間を越える一定時間の高調波含有率の最小値に基づいて抑制係数Ｋｆを求める。【選択図】  図２
2010057219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変電所から電車線路を通じて電気車に交流電力を供給する交流き電回路の故障を電流差ベクトルΔＩを演算することにより検出する交流ΔＩ形故障検出方法であって、
前記電車線路に供給される電流を検出し、
前記検出した電流の基本波成分及び高調波成分に基づいて高調波含有率を演算し、
現在から故障時に過渡高調波成分が発生する所定時間分を遡った期間内の高周波含有率から最小値である最小高調波含有率を検出し、
前記最小高調波含有率に基づいて抑制係数を演算し、
前記抑制係数と前記検出した電流の基本波成分とを乗算して高調波抑制電流を演算し、
現在の高調波抑制電流と、現在から故障時に発生する過渡高調波成分が減衰する所定時間を越えて遡った時点での高調波抑制電流と、に基づいて電流差ベクトルΔＩを演算し、
当該電流差ベクトルΔＩを設定値と比較して故障検出を行うことを特徴とする交流ΔＩ形故障検出方法。
【請求項２】
変電所から電車線路を通じて電気車に交流電力を供給する交流き電回路の故障を、電流差ベクトルΔＩを演算することにより検出する交流ΔＩ形故障検出装置であって、
前記電車線路に供給される電流を検出する電流検出部と、検出した電流の基本波成分及び高調波成分を抽出するフィルタ部と、
抽出した基本波成分及び高調波成分に基づいて高調波含有率を演算する高調波含有率演算部と、
演算した高周波含有率を順次記憶する高周波含有率記憶部と、
前記高調波含有率演算部で演算された現在の高周波含有率と、前記高周波含有率記憶部に記憶された現在から故障時に過渡高調波成分が発生する所定時間を越えて遡った期間内の高周波含有率と、から最小値である最小高調波含有率を検出する最小高調波含有率検出部と、
検出した最小高調波含有率に基づいて抑制係数を演算し、演算した抑制係数と前記フィルタ部で抽出した電流の基本波成分とを乗算して高調波抑制電流を演算する高調波抑制電流演算部と、
該高調波抑制電流演算部で演算した高調波抑制電流を順次記憶する高調波抑制電流記憶部と、
前記高調波抑制電流演算部で演算した現在の高調波抑制電流と、前記高調波抑制電流記憶部に記憶された現在から故障時に発生する過渡高調波成分が減衰する所定時間を越えて遡った時点での高調波抑制電流と、に基づいて電流差ベクトルΔＩを演算する電流差ベクトル演算部と、
演算した電流差ベクトルΔＩを設定値と比較して故障検出を行う故障検出部と、
を備えたことを特徴とする交流ΔＩ形故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変電所から電車線路を通じて電気車に交流電力を供給する交流き電回路の故障を検出する交流ΔＩ形故障検出方法及び故障検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の交流き電回路の故障検出方法としては、例えば、変電所から電車線路を通して電気車に交流電力を供給する交流電気鉄道において、電気車の負荷電流ベクトルを〔ＩＬ〕とし、電車線路に故障が発生した場合の故障電流ベクトルを〔ＩＳ〕としたとき、
〔ΔＩ〕＝〔ＩＳ〕−〔ＩＬ〕
により演算される差ベクトル〔ΔＩ〕の大きさが所定値を越えた場合に故障と選択するようにした交流ΔＩ形故障選択方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−９３７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来例にあっては、ＰＷＭ制御車両の場合でも容易に故障検出を行うことができるものであるが、電車線路に電気車負荷電流が流れている場合の電流ベクトル図は、図４（ａ）に示すようになる。この図４（ａ）に示すように、電気車負荷電流ＩＬが流れている場合に故障電流ＩＳが同時に重畳されると、下記式で求められる故障時に立ち上がる電流差ベクトル〔ΔＩ１１〕は小さい値となる。
〔ΔＩ１１〕＝〔ＩＳ〕−〔ＩＬ〕
【０００４】
一方、図５（ａ）の時点ｔ０〜ｔ１の間で、正常な電気車負荷電流ＩＬが流れている場合に、図５（ｂ）に示すように特性曲線Ｌ１で示すき電電流に、特性曲線Ｌ２で示す２０％程度以下の第３高調波成分等が含まれ、図５（ａ）の時点ｔ１以降の故障中は、き電電圧が低下し、高調波成分を含む電気車負荷電流ＩＳが増加し、図５（ｂ）の特性曲線Ｌ２で示すように、き電電流の高調波成分（第３高調波等）が減少する。これらを利用し、故障前電流を抑制する抑制係数ＫｆＬを電流ベクトル〔ＩＬ〕に乗じ、さらに、故障後電流を抑制する抑制係数ＫｆＳを電流ベクトル〔ＩＳ〕に乗じることで、故障時に立ち上がるΔＩ１２は図４（ｂ）に示すように見かけ上大きくなり、故障検出を容易にすることができる。なお、抑制係数ＫｆＳは、き電電流の高調波成分（第３高調波等）がほぼ０となることから、ＫｆＳ≒１となる。
〔ΔＩ１２〕＝〔ＩＳ〕×ＫｆＳ−〔ＩＬ〕×ＫｆＬ
【０００５】
しかしながら、故障時の電流変化により、過渡高調波成分（第３高調波等）が発生し、高調波含有率が１００％を越す場合がある。この影響を受けると、正確な高調波抑制による交流ΔＩ形故障検出は困難となるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、故障時の電流変化により発生する過渡高調波成分の影響を受けず、故障前後の高調波含有率を正確に求めることで、電車線路で発生した故障を高感度に検出することができる交流ΔＩ形故障検出方法及び故障検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る交流ΔＩ形故障検出方法は、変電所から電車線路を通じて電気車に交流電力を供給する交流き電回路の故障を電流差ベクトルΔＩを演算することにより検出する交流ΔＩ形故障検出方法であって、前記電車線路に供給される電流を検出し、前記検出した電流の基本波成分及び高調波成分に基づいて高調波含有率を演算し、現在から故障時に過渡高調波成分が発生する所定時間分を遡った期間内の高周波含有率から最小値である最小高調波含有率を検出し、前記最小高調波含有率に基づいて抑制係数を演算し、前記抑制係数と前記検出した電流の基本波成分とを乗算して高調波抑制電流を演算し、現在の高調波抑制電流と、現在から故障時に発生する過渡高調波成分が減衰する所定時間を越えて遡った時点での高調波抑制電流と、に基づいて電流差ベクトルΔＩを演算し、当該電流差ベクトルΔＩを設定値と比較して故障検出を行うことを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２に係る交流ΔＩ形故障検出装置は、変電所から電車線路を通じて電気車に交流電力を供給する交流き電回路の故障を、電流差ベクトルΔＩを演算することにより検出する交流ΔＩ形故障検出装置であって、
前記電車線路に供給される電流を検出する電流検出部と、検出した電流の基本波成分及び高調波成分を抽出するフィルタ部と、抽出した基本波成分及び高調波成分に基づいて高調波含有率を演算する高調波含有率演算部と、演算した高周波含有率を順次記憶する高周波含有率記憶部と、前記高調波含有率演算部で演算された現在高周波含有率と前記高周波含有率記憶部に記憶された現在から故障時に過渡高調波成分が発生する所定時間分を遡った期間内の高周波含有率と、から最小値である最小高調波含有率を検出する最小高調波含有率検出部と、検出した最小高調波含有率に基づいて抑制係数を演算し、演算した抑制係数と前記フィルタ部で抽出した電流の基本波成分とを乗算して高調波抑制電流を演算する高調波抑制電流演算部と、該高調波抑制電流演算部で演算した高調波抑制電流を順次記憶する高調波抑制電流記憶部と、前記高調波抑制電流演算部で演算した現在の高調波抑制電流と、前記高調波抑制電流記憶部に記憶された現在から故障時に発生する過渡高調波成分が減衰する所定時間を越えて遡った時点での高調波抑制電流と、に基づいて電流差ベクトルΔＩを演算する電流差ベクトル演算部と、演算した電流差ベクトルΔＩを設定値と比較して故障検出を行う故障検出部とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、故障前後の高調波抑制電流を演算するための抑制係数を求める際に、故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する期間を越える一定時間の高調波含有率の最小値に基づいて抑制係数Ｋｆを求めるようにしたので、交流き電回路の電車線路に故障が発生したときに、確実且つ高速に故障を検出することができ、この故障検出時に交流き電線遮断器を開放することが可能となり、故障点及び各種設備機器らの破損事故を未然に防止して、故障の拡大を最小限に抑えることができるという効果が得られる。
【０００９】
また、電気車負荷電流に含まれる高調波電流（第３高調波等）は電気車がダイオード整流器車両やサイリスタ位相制御車両である場合に多く、本発明の故障検出方法及び装置が有効的であり、ＰＷＭ制御車の電気車負荷電流に含まれる高調波電流は減少方向であるが、故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分の影響を受けないよう電流差ベクトルΔＩの演算を実施する必要性は同じであり、本発明により、電車制御方式に係わらず正確な交流ΔＩ形故障検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る交流ΔＩ形故障検出装置を適用した交流き電システムを示す基本構成図である。
この図１において、１は交流き電システムであって、この交流き電システム１は、変電所２から出力される交流電力が電車線路３に供給され、この電車線路３に供給される交流電力がレール４上を走行する電気車５にパンタグラフ６を介して供給される。
【００１１】
電車線路３に印加される交流電圧は計器用変圧器７で降圧されて交流ΔＩ形故障検出装置８に入力電圧として入力され、この交流ΔＩ形故障検出装置８には電車線路３に配設された計器用変流器９で検出された入力電流Ｉｉが入力されている。
交流ΔＩ形故障検出装置８は、例えばマイクロコンピュータで構成され、機能ブロック図で表すと図２に示すようになる。
【００１２】
すなわち、先ず、計器用変流器９で検出された入力電流Ｉｉがフィルタ部１１に供給され、このフィルタ部１１で、電気車負荷電流の基本波成分Ｉｆ１と第３高調波成分Ｉｆ３とを抽出する。そして、抽出された基本波成分Ｉｆ１及び第３高調波成分Ｉｆ３が高調波含有率演算部１２に供給される。この高調波含有率演算部１２では、基本波成分Ｉｆ１が略零であるときに高調波含有率ｎｆ(t)を最大値である“１”に設定し、基本波成分Ｉｆ１が略零ではないときには、下記（１）式に従って高調波含有率ｎｆ(t)を演算する。
ｎｆ(t)＝｜Ｉｆ３｜÷｜Ｉｆ１｜  ・・・（１）
【００１３】
そして、高調波含有率演算部１２で演算された高調波含有率ｎｆ(t)が順次所定段数に設定されたシフトレジスタで構成された高調波含有率記憶部１３に記憶される。
そして、高調波含有率演算部１２で演算された高調波含有率ｎｆ(t)のうち故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する期間を越える所定時間内の高調波含有率記憶部１３に記憶されている高調波含有率ｎｆ(t)が最小高調波含有率演算部１４に供給される。例えば、故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する期間を越える所定時間が２サイクルとすれば、最新時刻ｔの高調波含有率ｎｆ(t)、１サイクル前の時刻ｔ−１の高調波含有率ｎｆ(t-1)及び２サイクル前の時刻ｔ−２の高調波含有率ｎｆ(t-2)が最小高調波含有率演算部１４に供給される。
【００１４】
この最小高調波含有率演算部１４では、下記（２）式の演算を行って最小高調波含有率ｎｆｍｉｎを演算する。
ｎｆｍｉｎ＝ｍｉｎ｛ｎｆ(t)，ｎｆ(t-1)，・・・，ｎｆ(t-Ｐ)｝  ・・・（２）
ここで、ｍｉｎ｛ ｝は｛ ｝内の最小値を求める関数であり、Ｐは故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する期間を越える所定時間のサイクル数である。
【００１５】
故障発生時における過渡高調波が発生した場合の高調波含有率ｎｆ(ｔ)は、故障発生前および過渡高調波が減衰した故障発生中の高調波含有率ｎｆ(ｔ)よりも大きいため、上記のように最小高調波含有率ｎｆｍｉｎを演算することで、故障発生時における過渡高調波が発生した場合の高調波含有率ｎｆ(ｔ)が除かれることとなる。
【００１６】
そして、最小高調波含有率演算部１４で演算された最小高調波含有率ｎｆｍｉｎが抑制係数演算部１５に供給される。この抑制係数演算部１５では、まず下記（３）式の演算を行って抑制係数Ｋｆを演算する。
Ｋｆ＝１−ｎｆｍｉｎ×Ｋ      ・・・（３）
ここで、Ｋは補正係数であって、電気車負荷電流が流れている場合に、き電電流に含まれる第３高調波は２０％程度以下であることから、最大の電流抑制効果を確保し、また抑制係数Ｋｆが負の値にならないように例えばＫ＝３．３３に設定される。しかし、Ｋｆが負の値となる場合もあるため、係る場合にはＫｆ＝０を再設定する。例えば、本波成分Ｉｆ１が略零であるときにはｎｆｍｉｎ＝１となり、係る場合に該当する。そして、抑制係数演算部１５で演算される抑制係数Ｋｆ及び前述したフィルタ部１１で抽出された基本波成分Ｉｆ１が高調波抑制電流演算部１６に供給される。この高調波抑制電流演算部１６では、下記（４）式の演算を行って高調波抑制電流Ｉｆｓ(t)を演算する。
Ｉｆｓ(t)＝Ｉｆ１×Ｋｆ  ・・・（４）
【００１７】
そして、高調波抑制電流演算部１６で演算された高調波抑制電流Ｉｆｓ(t)が順次例えばシフトレジスタで構成される高調波抑制電流記憶部１７に記憶される。
そして、故障発生時における過渡高調波成分が存在する期間を越え、かつ、過渡高調波が減衰するサイクルをＱとすれば、高調波抑制電流演算部１６で演算された高調波抑制電流Ｉｆｓ(t)及び高調波抑制電流記憶部１７に記憶されているＱサイクル前の高調波抑制電流Ｉｆ（ｔ−Ｑ）が電流差ベクトル演算部１８に供給される。例えば３サイクルから５サイクルで故障発生時における過渡高調波成分が存在する期間を越え、かつ、過渡高調波が減衰するとき、高調波抑制電流Ｉｆ(t-3)、Iｆ(t-4)及びIｆ(t-5)のうちの1つ例えばIｆ(t-4)が電流差ベクトル演算部１８に供給される。
【００１８】
この電流差ベクトル演算部１８では、下記（５）式の演算を行って電流差ベクトルΔＩｆを演算する。
ΔＩｆ＝｜Ｉｆｓ(t)−Ｉｆｓ(t-Ｑ)｜  ・・・（５）
この（５）式の演算を行うことにより、Ｉｆｓ(t)が故障後の高調波抑制電流を表し、Ｉｆｓ(t-Ｑ)が故障前の高調波抑制電流を表すことから、下記（６）式及び（７）式で表すことができる。
〔ＩＳ〕×ＫｆＳ＝Ｉｆｓ(t)  ・・・（６）
〔ＩＬ〕×ＫｆＬ＝Ｉｆｓ(t-Ｑ)  ・・・（７）
【００１９】
したがって、前記（５）式は故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分の影響を受けない電流差ベクトル〔ΔＩ〕を演算していることになる。
〔ΔＩ〕＝〔ＩＳ〕×ＫｆＳ−〔ＩＬ〕×ＫｆＬ  ・・・（８）
この電流差ベクトル演算部１８で演算した電流差ベクトルΔＩが故障検出部１９に供給される。この故障検出部１９では、入力された電流差ベクトルΔＩが所定値ΔＩｓ以上であるか否かを判定し、ΔＩ＜ΔＩｓであるときには故障が発生していないものと判断し、ΔＩ≧ΔＩｓであるときには故障が発生しているものと判断して交流き電線遮断器２０を開放する故障検出信号ＢＳを出力する。
【００２０】
また、交流ΔＩ形故障検出装置８は図３に示す故障検出処理を実行する。
この故障検出処理は、図３に示すように、所定時間毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、計器用変流器９で検出した電車線路電流Ｉｉを読込み、次いで、ステップＳ２に移行して、フィルタ処理を行って電車線路電流Ｉｉの基本波成分Ｉｆ１及び第３高調波成分Ｉｆ３を抽出する。
【００２１】
次いでステップＳ３に移行して、抽出した基本波成分Ｉｆ１の絶対値が所定値δＩ以下で略“０”であるか否かを判定し（｜Ｉｆ１｜＜δＩ）、基本波成分Ｉｆ１が略“０”であるときにはステップＳ４に移行して、高調波含有率ｎｆ(t)を“１”に設定してからステップＳ６に移行し、基本波成分Ｉｆ１が略“０”ではないときにはステップＳ５に移行して、前記（１）式の演算を行って高調波含有率ｎｆ(t)を算出する。
【００２２】
次いで、ステップＳ６に移行して、算出した高調波含有率ｎｆ(t)をＲＡＭ等に形成したシフトレジスタ構成の高調波含有率記憶領域に格納し、次いでステップＳ７に移行する。ここで、故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する時間を越える所定時間のサイクル数をＰとすると、ステップＳ４又はＳ５で算出した高調波含有率ｎｆ(t)と、高調波含有記憶領域に格納されている１サイクル前の高調波含有率ｎｆ(t-1)からＰサイクル前の高調波含有率ｎｆ(t-Ｐ)までを読込み、前記（２）式の演算を行って最小高調波含有率ｎｆｍｉｎを算出する。
【００２３】
次いで、ステップＳ８に移行して、ステップＳ７で算出した最小高調波含有率ｎｆｍｉｎに基づいて前記（３）式の演算を行って抑制係数Ｋｆを算出し、次いでステップＳ９に移行して算出した抑制係数Ｋｆが負値であるか否かを判定し、Ｋｆ＜０であるときにはステップＳ１０に移行して、算出した抑制係数Ｋｆを“０”に変更してからステップＳ１１に移行し、Ｋｆ≧０であるときにはそのままステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１１では、ステップＳ８又はＳ１０で算出した抑制係数Ｋｆに前記ステップＳ２で抽出した基本波成分Ｉｆ１を乗算する前記（４）式の演算を行って高調波抑制電流Ｉｆｓ(t)を算出してからステップＳ１２に移行する。
【００２４】
このステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出した高調波抑制電流Ｉｆｓ(t)をＲＡＭ等に形成したシフトレジスタ構成の高調波抑制電流記憶領域に記憶し、次いでステップＳ１３に移行して、ステップＳ１２で算出した高調波抑制電流Ｉｆｓ(t)と高調波抑制電流記憶領域に記憶されている、故障発生時における過渡高調波成分が存在する期間を越え、かつ、過渡高調波が減衰するサイクルＱだけ前の高調波抑制電流Ｉｆｓ(t-Ｑ)とを読込み、これらに基づいて前記（５）式の演算を行って、電流差ベクトルΔIを算出してからステップＳ１４に移行する。
【００２５】
このステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出した電流差ベクトルΔＩが予め設定した設定値ΔＩｓ以上であるか否かを判定し、ΔＩ＜ΔＩｓであるときには電車線路３に故障が発生していないものと判断して、そのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰し、ΔＩ≧ΔＩｓであるときには電車線路３に故障が発生しているものと判断してステップＳ１５に移行し、交流き電線遮断器２０に故障信号ＢＳを出力してから故障検出処理を終了する。
【００２６】
この図３の処理において、ステップＳ２の処理がフィルタ部１１に対応し、ステップＳ３〜Ｓ５の処理が高調波含有率演算部１２に対応し、ステップＳ６の処理が高調波含有率記憶部１３に対応し、ステップＳ７の処理が最小高調波含有率演算部１４に対応し、ステップＳ８〜Ｓ９の処理が抑制係数演算部１５に対応し、ステップＳ１１の処理が高調波抑制電流演算部１６に対応し、ステップＳ１２の処理が抑制電流記憶部１７に対応し、ステップＳ１３の処理が電流差ベクトル演算部１８に対応し、ステップＳ１４及びＳ１５の処理が故障検出部１９に対応している。
【００２７】
次に、上記実施形態の動作を具体例をもって説明する。
今、電車線路３に流れる電車負荷電流が略零の状態を継続しているものとすると、交流ΔＩ形故障検出装置８に入力される入力電流Ｉｉも略零となるので、ステップＳ２で抽出した基本波成分Ｉｆ１も略零となって、設定値δＩ以下の値となる。このため、ステップＳ３からステップＳ４に移行して算出される高調波含有率ｎｆ(t)は“１”を継続することになる。なお、故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分が存在する時間を越える所定時間のサイクル数Ｐを２サイクルとし、故障発生時における過渡高調波成分が存在する期間を越え、かつ、過渡高調波が減衰するサイクル数Ｑを４サイクルとする。
【００２８】
このため、最小高調波含有率演算部１４で演算される最小高調波含有率ｎｆｍｉｎは“１”となるが、前記（３）式で算出される抑制係数Ｋｆが負値となるので、ステップＳ９からステップＳ１０に移行して抑制係数Ｋｆは“０”に設定される。このため、前記（４）式で算出される抑制電流Ｉｆｓ(t)はＩｆｓ(t)＝Ｉｆ１×Ｋｆ＝Ｉｆ１×０＝０となり、入力電流Ｉｉと略同じ零となる。そして、４サイクル前の抑制電流Ｉｆｓ(t-4)も“０”となるので、ステップＳ１４で算出される電流差ベクトルΔＩも“０”となり、所定値ΔＩｓ未満となるので、き電システムが正常であると判断してタイマ割込を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００２９】
この電車負荷電流が略零である状態から電車負荷電流が流れると、高調波含有率ｎｆ(t)は電車負荷電流が略零であるときのｎｆ(t)＝１から電車負荷電流が流れ始めたときには過渡高調波によって高周波含有率ｎｆ(t-1)は正常時の２０％を超えて、前記（３）式で算出される抑制係数Ｋｆが負値となると、ステップＳ１０に移行して抑制係数Ｋｆが“０”に変更されるので、過渡高調波による高周波含有率ｎｆ(t)が増加した場合でも前記（４）式で算出される抑制電流Iｆｓ(t)は“０”となり、前記（５）式で算出される電流差ベクトルΔＩは“０”を維持する。
【００３０】
その後、電車負荷電流が安定して、過渡高調波が収まったときには、第３高調波成分Iｆ３が基本波成分Ｉｆ１の２０％以下の値となり、高調波含有量ｎｆ(t)が０．２以下となる。
このため、ｎｆ(t)＜ｎｆ(t-1)，ｎｆ(t-2)となり、最小高調波含有率ｎｆｍｉｎ＝ｎｆ(t)となり、この最小高調波含有率ｎｆｍｉｎに基づいて前記（３）式によって抑制係数Ｋｆが算出される。
【００３１】
したがって、抑制係数Ｋｆは過渡高調波の影響を受けることなく算出されることになり、この抑制係数Ｋｆを基本波成分Ｉｆ１に乗算して高調波含有率ｎｆ(t)に対応した比較的小さい値の抑制電流Ｉｆｓ(t)を算出し、この抑制電流Ｉｆｓ(t)から４サイクル前の抑制電流Ｉｆｓ(t-4)を減算して電流差ベクトルΔIを算出するので、算出される電流差ベクトルΔＩは設定値ΔＩｓを超えることはなく、過渡高調波により故障と誤判断されることを確実に防止することができる。
【００３２】
この電車負荷電流が流れている状態から、交流き電システムが故障したときには、図５（ｂ）に示すように、き電電圧が低下し、高調波成分を含む電気車負荷電流が増加し、過渡高調波が収まった後に、き電電流の第３高調波成分Ｉｆ３が零近傍に減少することから、このときの故障後電流を抑制する抑制係数ＫｆｓはＫｆｓ≒１．０となり、故障前電流の高調波成分含有率ｎｆ(t-4)を正常時の最大値０．２としたときの抑制係数Ｋｆ＝０．３３に比較して大きくなると共に、基本波成分Ｉｆ１も増加するので、前述した（５）式で算出される電流差ベクトルΔＩが大きな値となり、設定値ΔＩｓを超えることになって、故障と判断されて故障信号ＢＳが交流き電線路遮断器２０に供給され、この交流き電線路遮断器２０が開放制御される。この結果、故障点及び各種設備機器らの破損事故を未然に防止して、故障の拡大を最小限に抑えることができる。
【００３３】
また、電気車負荷電流に含まれる高調波電流（第３高調波等）は電気車がダイオード整流器車両やサイリスタ位相制御車両である場合に多く、本発明の故障検出方法及び装置が有効的であり、ＰＷＭ制御車の電気車負荷電流に含まれる高調波電流は減少方向であるが、故障時の電流変化で発生する過渡高調波成分の影響を受けないよう電流差ベクトルΔＩの演算を実施する必要性は同じであり、本発明により、電車制御方式に係わらず正確な交流ΔＩ形故障検出を行うことができる。
なお、上記実施形態においては、過渡高調波成分が存在する時間を越える所定時間（例えば２サイクル間の３点）の最小値を求め、故障前電流の算出時点を３サイクル前〜５サイクル前の間のサイクルとした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、上記所定時間に合わせて２サイクル前の値とするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を交流き電システムに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】交流ΔＩ形故障検出装置の機能ブロック図である。
【図３】交流ΔＩ形故障検出装置で実行する故障検出処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】従来例の負荷電流と故障電流が重なった場合の故障検出原理を説明するベクトル図である。
【図５】負荷電流と故障電流との関係及び電流変化時の過渡高調波を説明する特性線図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…交流き電システム
２…変電所
３…電車線路
４…レール
５…電気車
７…計器用変圧器
８…交流ΔＩ形故障検出装置
９…計器用変流器
１１…フィルタ部
１２…高調波含有率演算部
１３…高調波含有率記憶部
１４…最小高調波含有率演算部
１５…抑制係数演算部
１６…高調波抑制電流演算部
１７…高調波抑制電流記憶部
１８…電流差ベクトル演算部
１９…故障検出部
２０…交流き電線路遮断器
【図１】
2010057219.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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