(57)【要約】【課題】き電回路の故障検出に関して誤動作を防止することが可能な直流き電保護継電装置及び故障検出方法を提供することにある。【解決手段】入力手段は、き電回路に設けられたセクションによって区分された電気車の進行方向前方側の第１の区間に供給される第１のき電電流及び当該電気車の進行方向後方側の第２の区間に供給される第２のき電電流を単位時間毎に入力する。第１の算出手段は、単位時間毎に入力された第１のき電電流量及び第２のき電電流量を加算することによって単位時間毎に合成電流量を算出する。第２の算出手段は、単位時間当たりの第１の電流変化量を算出する。第３の算出手段は、単位時間当たりの第２の電流変化量を算出する。故障判定手段は、算出された第１の電流変化量及び第２の電流変化量に基づいてき電回路の故障を判定する。【選択図】図１
2014003822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
き電電流を電気車に供給するき電回路に備えられる直流き電保護継電装置において、
前記き電回路に設けられたセクションによって区分された前記電気車が走行する２つの区間のうち、前記電気車の進行方向前方側の第１の区間に供給される第１のき電電流及び前記電気車の進行方向後方側の第２の区間に供給される第２のき電電流を、単位時間毎に入力する入力手段と、
前記単位時間毎に入力された第１のき電電流量及び第２のき電電流量を加算することによって、当該単位時間毎に合成電流量を算出する第１の算出手段と、
前記単位時間毎に入力された第１のき電電流量に基づいて、当該単位時間当たりの第１の電流変化量を算出する第２の算出手段と、
前記単位時間毎に前記第１の算出手段によって算出された合成電流量に基づいて、当該単位時間当たりの第２の電流変化量を算出する第３の算出手段と、
前記第２の算出手段によって算出された第１の電流変化量及び前記第３の算出手段によって算出された第２の電流変化量に基づいて、前記き電回路の故障を判定する故障判定手段と
を具備することを特徴とする直流き電保護継電装置。
【請求項２】
前記故障判定手段は、前記第２の算出手段によって算出された第１の電流変化量が予め定められた第１の値以上であり、かつ、前記第３の算出手段によって算出された第２の電流変化量が予め定められた第２の値以上である場合に、前記き電回路の故障を判定することを特徴とする請求項１記載の直流き電保護継電装置。
【請求項３】
前記単位時間毎に入力された第１のき電電流量及び前記単位時間毎に前記第１の算出手段によって算出された合成電流量は、前記第１のき電電流及び前記第２のき電電流の向きに応じて正の値及び負の値を含み、
前記単位時間毎に入力された第１のき電電流量及び前記単位時間毎に前記第１の算出手段によって算出された合成電流量が正の値または負の値であることを判定する正負判定手段を更に具備し、
前記故障判定手段は、前記正負判定手段の判定結果に基づいて前記第１の区間の故障または前記き電電流を供給する変電所の構内の故障を判定する
ことを特徴とする請求項１記載の直流き電保護継電装置。
【請求項４】
前記第３の算出手段によって算出された第２の電流変化量に基づいて、前記第２の算出手段によって算出された第１の電流変化量を増長または抑制する増長・抑制手段を更に具備し、
前記故障判定手段は、前記増長または抑制された第１の電流変化量に基づいて、前記き電回路の故障を判定する
ことを特徴とする請求項１記載の直流き電保護継電装置。
【請求項５】
き電電流を電気車に供給するき電回路に備えられる直流き電保護継電装置が実行する故障検出方法であって、
前記き電回路に設けられたセクションによって区分された前記電気車が走行する２つの区間のうち、前記電気車の進行方向前方側の第１の区間に供給される第１のき電電流及び前記電気車の進行方向後方側の第２の区間に供給される第２のき電電流を、単位時間毎に入力するステップと、
前記単位時間毎に入力された第１のき電電流量及び第２のき電電流量を加算することによって、当該単位時間毎に合成電流量を算出するステップと、
前記単位時間毎に入力された第１のき電電流に基づいて、当該単位時間当たりの第１の電流変化量を算出するステップと、
前記単位時間毎に算出された合成電流量に基づいて、当該単位時間当たりの第２の電流変化量を算出するステップと、
前記算出された第１の電流変化量及び第２の電流変化量に基づいて、前記き電回路の故障を判定するステップと
を具備することを特徴とする故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、直流き電保護継電装置及び故障検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、直流電気鉄道のき電回路における保護では、主に、一定時間毎の電流変化量（ΔＩ）を検出する故障選択リレーが用いられる。この故障選択リレーによれば、故障電流（き電回路における故障に応じて生じる電流）と負荷電流（電気車の走行電流）とが判別され、き電回路の故障を検出することができる。
【０００３】
ところで、き電回路には、事故または保守作業の際に開閉設備によって電気的に系統を区分することが可能なセクション（絶縁装置）が設けられている。
【０００４】
このセクションを力行する電気車が通過する際、当該セクションを介して隣接する区間を当該電気車による負荷が移動するため、当該電気車が進出する側の区間（つまり、電気車の進行方向前方側の区間）では大きな電流変化量が検出され、誤って故障を検出（つまり、不要動作）する可能性がある。
【０００５】
このセクション通過時の電流変化量の検出による不要動作を防止するために、セクション補償という機能が知られている。
【０００６】
近年では、セクション補償として、補償率（一般的には、例えば５０％）に応じた進入側のき電電流を進出側のき電電流から差し引く方式が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２３８８４号公報
【特許文献２】特開２００３−３２８７５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】電気学会技術報告  第５４２号，「直流電気鉄道における保護および保護協調に関する調査」，電気学会，（１９９５）
【非特許文献２】鉄道と電気技術  Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．７，「直流き電回路の現状と今後の課題」，日本鉄道電気技術協会，（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記したセクション補償の方式では、進入側に力行する電気車が存在する場合に進出側（保護区間）で事故が発生すると、予め設定される補償率等の値によっては進出側に感度低下が生じるため、き電回路の故障が検出されない可能性（つまり、誤動作の可能性）がある。
【００１０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、き電回路の故障検出に関して誤動作を防止することが可能な直流き電保護継電装置及び故障検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態によれば、き電電流を電気車に供給するき電回路に備えられる直流き電保護継電装置が提供される。
【００１２】
実施形態に係る直流き電保護継電装置は、入力手段と、第１の算出手段と、第２の算出手段と、第３の算出手段と、故障判定手段とを具備する。
【００１３】
入力手段は、前記き電回路に設けられたセクションによって区分された前記電気車が走行する２つの区間のうち、前記電気車の進行方向前方側の第１の区間に供給される第１のき電電流及び前記電気車の進行方向後方側の第２の区間に供給される第２のき電電流を、単位時間毎に入力する。
【００１４】
第１の算出手段は、前記単位時間毎に入力された第１のき電電流量及び第２のき電電流量を加算することによって、当該単位時間毎に合成電流量を算出する。
【００１５】
第２の算出手段は、前記単位時間毎に入力された第１のき電電流量に基づいて、当該単位時間当たりの第１の電流変化量を算出する。
【００１６】
第３の算出手段は、前記単位時間毎に前記第１の算出手段によって算出された合成電流量に基づいて、当該単位時間当たりの第２の電流変化量を算出する。
【００１７】
故障判定手段は、前記第２の算出手段によって算出された第１の電流変化量及び前記第３の算出手段によって算出された第２の電流変化量に基づいて、前記き電回路の故障を判定する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る直流き電保護継電装置を備える直流電気鉄道の直流き電回路の構成を示す図。
【図２】本実施形態に係る直流き電保護継電装置５の動作について説明するための図。
【図３】き電回路において故障が発生していない場合において、電気車１０がセクション２１を通過する際の進出側き電電流量及び進入側き電電流量の遷移を示す図。
【図４】図３に示すき電電流が流れた場合における進出側き電電流量の電流変化量及び合成電流量の電流変化量の遷移を示す図。
【図５】進出側区間方向の故障が発生した場合において、電気車１０がセクション２１を通過する際の進出側き電電流量及び進入側き電電流量の遷移を示す図。
【図６】図５に示すき電電流が流れた場合における合成電流量の遷移を示す図。
【図７】図５に示すき電電流が流れた場合における進出側き電電流量の電流変化量及び合成電流量の電流変化量の遷移を示す図。
【図８】第２の実施形態に係る直流き電保護継電装置５の動作について説明するための図。
【図９】増長・抑制率の一例を示す図。
【図１０】図４に示す電流変化量に対する増長・抑制変化量の一例を示す図。
【図１１】図７に示す電流変化量に対する増長・抑制変化量の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、各実施形態について説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、第１の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置を備える直流電気鉄道の直流き電回路の構成を示す。
【００２１】
図１に示す直流き電回路は、変電所から送り出された電力（電流及び電圧）を電気車１０に供給するための回路である。なお、変電所は、電気車１０が走行する区間において例えば数十ｋｍ間隔で設けられている。各変電所は、当該変電所に対応する区間に対して電力を供給する。
【００２２】
図１に示すように、直流き電回路は、整流器（ＳＲ）１、トロリ線２、第１の電流センサ（ＣＴ１）３、第２の電流センサ（ＣＴ２）４、直流き電保護継電装置（保護リレー）５及び直流高速度遮断器（ＨＳＣＢ）６を備える。なお、直流き電回路に備えられる整流器１及び直流高速度遮断器６は、上記した各変電所の構内に設けられている。
【００２３】
このような直流き電回路において、変電所は、図示しない電源（三相交流電源）を整流器１で直流に変換して電気車１０に供給する。
【００２４】
このように変電所から供給されるき電電流は、トロリ線２からレール（図示せず）を経由して変電所に帰還する。
【００２５】
ここで、き電回路において、トロリ線２は、例えば事故または保守作業の際に開閉設備によって電気的に系統を区分するためのセクション（絶縁装置）２１を備える。つまり、このセクション２１によってき電回路が区切られており、走行する電気車１０は、このセクションを通過する。
【００２６】
以下の説明においては、セクション２１によって区分された電気車１０が走行する２つの区間のうち、当該電気車１０の進行方向前方側の区間（第１の区間）を進出側区間と称する。一方、セクション２１によって区分された電気車１０が走行する２つの区間のうち、当該電気車１０の進行方向後方側の区間（第２の区間）を進入側区間と称する。
【００２７】
上記した変電所から進出側区間に供給されるき電電流は、第１の電流センサ３でレベル変換されて、直流き電保護継電装置５に取り込まれる。
【００２８】
また、変電所から進入側区間に供給されるき電電流は、第２の電流センサ４でレベル変換されて、直流き電保護継電装置５に取り込まれる。
【００２９】
なお、第１の電流センサ３でレベル変換されたき電電流（Ｉ１ｍ）及び第２の電流センサ４でレベル変換されたき電電流（Ｉ２ｍ）は、単位時間毎に直流き電保護継電装置５に取り込まれる。
【００３０】
直流き電保護継電装置５は、上記した変電所から電力が供給される区間（進出側区間）における故障を検出するために用いられる。
【００３１】
なお、図１においては省略されているが、直流き電回路においては、進入側区間における故障を検出する直流き電保護継電装置も設けられている。
【００３２】
直流き電保護継電装置５は、入力部５１、動作量演算部５２及び判定処理部５３を含む。
【００３３】
入力部５１は、入力変換器及びアナログ／ディジタル変換器を含む。入力変換器は、直流き電保護継電装置５に取り込まれたき電電流（Ｉ１ｍ及びＩ２ｍ）のレベル変換を行う。アナログ／ディジタル変換器は、入力変換器によってレベル変換が行われたき電電流のディジタル量への変換（量子化）が行われる。
【００３４】
動作量演算部５２は、入力部５１に含まれるアナログ／ディジタル変換器によって量子化されたき電電流（量）に基づいて演算を実施し、後述するような動作量を算出する。
【００３５】
判定処理部５３は、動作量演算部５２によって算出された動作量に基づいて、直流き電回路（の進出側区間）内の故障を判定（検出）する。
【００３６】
判定処理部５３によって故障が検出された場合、直流高速度遮断器６に対してトリップ指令が送出される。
【００３７】
直流高速度遮断器６は、トリップ指令に応じて、整流器１からのき電電流を遮断する機能を有する。
【００３８】
次に、図２を参照して、本実施形態に係る直流き電保護継電装置５の動作について説明する。
【００３９】
まず、入力部５１は、第１の電流センサ３でレベル変換されたき電電流（Ｉ１ｍ）及び第２の電流センサ４でレベル変換されたき電電流（Ｉ２ｍ）を入力する。なお、これらのき電電流は、単位時間毎に入力される。以下、き電電流（Ｉ１ｍ）は便宜的に進出側き電電流と称し、き電電流（Ｉ２ｍ）は便宜的に進入側き電電流と称する。また、単位時間はΔｔ１であるものとする。
【００４０】
入力部５１によって入力された進出側き電電流及び進出側き電電流は、入力部５１に含まれる入力変換器でレベル変換された後に、当該入力部５１に含まれるアナログ／ディジタル変換器で量子化され、動作量演算部５２に渡される。つまり、動作量演算部５２では、単位時間毎に、進出側き電電流量（ｉ１ｍ）及び進入側き電電流量（ｉ２ｍ）が取得される。
【００４１】
なお、動作量演算部５２に渡される進出側き電電流量及び進入側き電電流量には高周波ノイズが重畳している可能性があるため、例えば連続した複数個のサンプリングデータを加算する移動平均により高周波ノイズを除去した進出側き電電流量及び進入側き電電流量が動作量演算部５２に渡される構成であってもよい。
【００４２】
以下、直流き電保護継電装置５に含まれる動作量演算部５２によって行われる処理について説明する。ここでは、進出側き電電流量ｉ１ｍ及び進入側き電電流量ｉ２ｍが取得されたものとして説明する。なお、以下に説明する処理は、進出側き電電流量及び進入側き電電流量が取得される度（つまり、単位時間毎）に実行される。
【００４３】
まず、動作量演算部５２は、進出側き電電流量及び進入側き電電流量を加算することによって、合成電流量（ｉ８７ｍ）を算出する。
【００４４】
なお、上記した進出側き電電流量ｉ１ｍ及び合成電流量ｉ８７ｍは、進出側き電電流及び進入側き電電流が流れる向きに応じて正の値及び負の値を含む。
【００４５】
次に、動作量演算部５２は、進出側き電電流量及び算出された合成電流量の各々に対して正負判定（正の値であるか負の値であるかの判定）を行い、当該進出側き電電流量から正の電流量（ｉ１ｍ＋）及び負の電流量（ｉ１ｍ−）を抽出し、当該合成電流量から正の電流量（ｉ８７ｍ＋）及び負の電流量（ｉ８７ｍ−）を抽出する。
【００４６】
上記した進出側き電電流及び進入側き電電流が区間方向（進出側区間及び進入側区間側）に流れている場合、進出側き電電流量及び進入側き電電流量は、正の値となる。この場合、動作量演算部５２は、上記した正の電流量ｉ１ｍ＋としてｉ１ｍを抽出し、負の電流量ｉ１ｍ−として０を抽出する。
【００４７】
一方、進出側き電電流及び進入側き電電流が母線方向（つまり、変電所側）に流れている場合、進出側き電電流量及び進入側き電電流量は、負の値となる。この場合、動作量演算部５２は、上記した正の電流量ｉ１ｍ＋として０を抽出し、負の電流量ｉ１ｍ−としてｉ１ｍを抽出する。なお、例えば変電所の構内において故障が発生している場合、進出側き電電流及び進入側き電電流が母線方向に流れる可能性がある。
【００４８】
同様に、合成電流量が正の値である場合、動作量演算部５２は、上記した正の電流量ｉ８７ｍ＋としてｉ８７ｍを抽出し、負の電流量ｉ１ｍ−として０を抽出する。一方、合成電流量が負の値である場合、動作量演算部５２は、上記した正の電流量ｉ８７ｍ＋として０を抽出し、負の電流量ｉ８７ｍ−としてｉ８７ｍを抽出する。
【００４９】
以下、便宜的に、進出側き電電流量から抽出された正の電流量ｉ１ｍ＋を進出側き電電流量ｉ１ｍ＋と称し、進出側き電電流量から抽出された負の電流量ｉ１ｍ−を進出側き電電流量ｉ１ｍ−と称する。同様に、合成電流量から抽出された正の電流量ｉ８７ｍ＋を合成電流量ｉ８７ｍ＋と称し、合成電流量から抽出された負の電流量ｉ１ｍ−を合成電流量ｉ１ｍ−と称する。
【００５０】
次に、動作量演算部５２は、抽出された各々の電流量（進出側き電電流量ｉ１ｍ＋、進出側き電電流量ｉ１ｍ−、合成電流量ｉ８７ｍ＋、合成電流量ｉ８７ｍ−）に対して、上記した単位時間（Δｔ１）当たりの電流変化量（Δｄｉ１ｍ＋、Δｄｉ１ｍ−、Δｄｉ８７ｍ＋、Δｄｉ８７ｍ−）を算出する。
【００５１】
具体的には、進出側き電電流量ｉ１ｍ＋の電流変化量Δｄｉ１ｍ＋は、以下の式（１）によって算出される。
【数１】
2014003822.tif 000003
【００５２】
なお、式（１）におけるｉ１ｍ−Δｔ１＋は、過去の進出側き電電流量から抽出された正の電流量、すなわち、進出側き電電流量ｉ１ｍの直前（単位時間Δｔ１前）の進出側き電電流量（ｉ１ｍ−Δｔ１）から抽出された正の電流量を示す。
【００５３】
また、進出側き電電流量ｉ１ｍ−の電流変化量Δｄｉ１ｍ−は、以下の式（２）によって算出される。
【数２】
2014003822.tif 000004
【００５４】
なお、式（２）におけるｉ１ｍ−Δｔ１−は、過去の進出側き電電流量から抽出された負の電流量、すなわち、進出側き電電流量ｉ１ｍの直前（単位時間Δｔ１前）の進出側き電電流量（ｉ１ｍ−Δｔ１）から抽出された負の電流量を示す。
【００５５】
また、合成電流量ｉ８７ｍ＋の電流変化量Δｄｉ８７ｍ＋は、以下の式（３）によって算出される。
【数３】
2014003822.tif 000005
【００５６】
なお、式（３）におけるｉ８７ｍ−Δｔ１＋は、過去の合成電流量から抽出された正の電流量、すなわち、合成電流量ｉ８７ｍの直前（単位時間Δｔ１前）の合成電流量（ｉ８７ｍ−Δｔ１）から抽出された正の電流量を示す。
【００５７】
同様に、合成電流量ｉ８７ｍ−の電流変化量Δｄｉ８７ｍ−は、以下の式（４）によって算出される。
【数４】
2014003822.tif 000006
【００５８】
なお、式（４）におけるｉ８７ｍ−Δｔ１−は、過去の合成電流量から抽出された負の電流量、すなわち、合成電流量ｉ８７ｍの直前（単位時間Δｔ１前）の合成電流量（ｉ８７ｍ−Δｔ１）から抽出された負の電流量を示す。
【００５９】
上記したように、動作量演算部５２によって算出された電流変化量Δｄｉ１ｍ＋、Δｄｉ１ｍ−、Δｄｉ８７ｍ＋、Δｄｉ８７ｍ−は、動作量として判定処理部５３に渡される。
【００６０】
判定処理部５３は、動作量演算部５２によって渡された電流変化量Δｄｉ１ｍ＋、Δｄｉ１ｍ−、Δｄｉ８７ｍ＋、Δｄｉ８７ｍ−に基づいて、き電回路の故障を判定する。
【００６１】
この場合、判定処理部５３は、電流変化量Δｄｉ１ｍ＋、Δｄｉ１ｍ−、Δｄｉ８７ｍ＋、Δｄｉ８７ｍ−の各々が当該電流変化量の各々に対して予め定められている値以上であるか否かを判定する。
【００６２】
具体的には、判定処理部５３は、電流変化量Δｄｉ１ｍ＋が予め定められた値Ｋｄｉ１＋以上であるか否かを判定する。また、判定処理部５３は、電流変化量Δｄｉ１ｍ−が予め定められた値Ｋｄｉ８７＋以上であるか否かを判定する。判定処理部５３は、電流変化量Δｄｉ１ｍ＋が予め定められた値Ｋｄｉ１＋以上であり、かつ、電流変化量Δｄｉ１ｍ−が予め定められた値Ｋｄｉ８７＋以上であると判定された場合、進出側区間方向の故障（当該進出側区間故障）であると判定し、直流高速度遮断器６に対してトリップ指令を出力する。なお、電流変化量Δｄｉ１ｍ＋が予め定められた値Ｋｄｉ１＋以上でない、または、電流変化量Δｄｉ１ｍ−が予め定められた値Ｋｄｉ８７＋以上でないと判定された場合には、トリップ指令は出力されない。
【００６３】
一方、判定処理部５３は、電流変化量Δｄｉ１ｍ−が予め定められた値Ｋｄｉ１−以上であるか否かを判定する。また、判定処理部５３は、電流変化量Δｄｉ８７ｍ−が予め定められた値Ｋｄｉ８７−以上であるか否かを判定する。判定処理部５３は、電流変化量Δｄｉ８７ｍ＋が予め定められた値Ｋｄｉ１−以上であり、かつ、電流変化量Δｄｉ８７ｍ−が予め定められた値Ｋｄｉ８７−以上であると判定された場合、母線方向の故障（変電所の構内故障）であると判定し、直流高速度遮断器６に対してトリップ指令を出力する。なお、電流変化量Δｄｉ８７ｍ＋が予め定められた値Ｋｄｉ１−以上でない、または、電流変化量Δｄｉ８７ｍ−が予め定められた値Ｋｄｉ８７−以上でないと判定された場合には、トリップ指令は出力されない。
【００６４】
このように、判定処理部５３は、進出側き電電流量及び合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量が予め定められた値以上であるか否か、または、進出側き電電流量及び合成電流量から抽出された負の電流量の電流変化量が予め定められた値以上であるか否かに応じて、つまり、上述した進出側き電電流量及び合成電流量が正の値または負の値であるかの判定結果に基づいて進出側区間故障または変電所の構内故障を判定することができる。
【００６５】
ここでは、単位時間（Δｔ１）当たりの電流変化量を算出するものとして説明したが、他の方法で電流変化量が算出されても構わない。例えば微分演算等の方法が用いられても構わない。
【００６６】
以下、本実施形態に係る直流き電保護継電装置５によるき電回路の故障の検出について具体的に説明する。
【００６７】
まず、き電回路において故障が発生していない場合について説明する。なお、この場合、進出側き電電流及び進入側き電電流は、区間方向（進出側区間及び進入側区間側）に流れているものとする。つまり、進出側き電電流量及び進入側き電電流量は正の値であるものとする。なお、この場合の合成電流量は正の値となる。
【００６８】
図３は、き電回路において故障が発生していない場合において、電気車１０がセクション２１を通過する際の進出側き電電流量及び進入側き電電流量の遷移を示す。
【００６９】
図３に示すように、セクション２１を通過する際、進出側区間では、電気車１０の負荷が発生するため、き電電流が増加する。一方、セクション２１を通過する際、進入側区間では電気車１０の負荷がなくなるため、き電電流が減少する。なお、電気車１０がセクションを跨いで、進出側区間及び進入側区間の両方に存在する場合には、進出側き電電流及び進入側き電電流は等しくなる。
【００７０】
ここで、図４は、進出側区間及び進入側区間に図３に示すようにき電電流が流れた場合における進出側き電電流量の電流変化量（進出側き電電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ１＋及び負の電流量の電流変化量Δｄｉ１−）及び合成電流量の電流変化量（合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ８７＋及び負の電流量の電流変化量Δｄｉ８７−）の遷移を示す。
【００７１】
上記した図３に示すように、進出側き電電流は、電気車１０が進出側区間に到達すると増加し始めるため、区間方向に流れる進出側き電電流（つまり、正の電流量）の電流変化量が増加する。また、電気車１０が進入側区間及び進出側区間に跨って存在する場合には、進入側区間及び進出側区間ではき電電流が等しく一定であるため、進出側き電電流の電流変化量は０となる。その後、電気車１０が進入側区間を離れ、進出側区間のみからき電電流の供給を受けるようになると、進出側き電電流が再び増加し始めるため、進出側き電電流（正の電流量）の電流変化量が増加する。したがって、進出側き電電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ１＋は、図４に示すように変化する。
【００７２】
なお、図３に示すように、進出側き電電流が進入側き電電流の減少に伴って増加するため、合成電流（正の電流量）は一定値となる。つまり、合成電流量は変化しないため、合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ８７＋は０となる。
【００７３】
また、上記したように進出側き電電流は区間方向に流れており、母線方向の進出側き電電流量（つまり、進出側き電電流量から抽出された負の電流量）及び合成電流量（つまり、合成電流量から抽出された負の電流量）は０で変化しないため、当該進出側き電電流量及び合成電流量から抽出された負の電流量の電流変化量Δｄｉ１−及びΔｄｉ８７−は０（一定）である。
【００７４】
図４を参照すると、進出側き電電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ１＋のみが予め定められた値Ｋｄｉ１＋以上となる可能性があるが、進出側き電電流量から抽出された負の電流量の電流変化量Δｄｉ１−、合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ８７＋及び合成電流量から抽出された負の電流量の電流変化量Δｄｉ８７−は０である。この場合、上記したようにき電回路の故障は判定されず、トリップ指令は出力されない。
【００７５】
次に、電気車１０がセクション２１を通過している際に進出側区間方向の故障が発生した場合について説明する。なお、この場合、進出側き電電流及び進入側き電電流は、区間方向（進出側区間及び進入側区間側）に流れているものとする。つまり、進出側き電電流量及び進入側き電電流量は正の値であるものとする。なお、この場合の合成電流量は、上記したように正の値となる。
【００７６】
図５は、上記した進出側区間方向の故障が発生した場合において、電気車１０がセクション２１を通過する際の進出側き電電流量及び進入側き電電流量の遷移を示す。
【００７７】
図５に示す例では、上記した図３において説明したセクション２１の通過による進出側区間及び進入側区間におけるき電電流量の変化に追加して、進出側区間方向の故障の影響により、当該進出側区間のき電電流（値）が電気車１０による負荷電流の倍までに達している。なお、進出側区間方向の故障による故障電流は、進入側区間にも生じている。
【００７８】
ここで、図６は、進出側区間及び進入側区間に図５に示すようにき電電流が流れた場合における合成電流量の遷移を示す。
【００７９】
上記したように進出側区間方向の故障の影響により、進出側区間のき電電流が増加しているため、図６に示すように、合成電流量は、進出側区間方向の故障の発生と同時に増加する。
【００８０】
また、図７は、進出側区間及び進入側区間に図５に示すようにき電電流が流れた場合における進出側き電電流量の電流変化量（進出側き電電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ１＋及び負の電流量の電流変化量Δｄｉ１−）及び合成電流量の電流変化量（合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ８７＋及び負の電流量の電流変化量Δｄｉ８７−）の遷移を示す。
【００８１】
進出側き電電流から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ１＋は、電気車１０が進出側区間に到達してから、電気車１０が進入側区間及び進出側区間に跨って存在する状態で故障が発生するまでは、上記した図４において説明したセクション２１の通過による変化と同様である。
【００８２】
その後、進出側区間方向の故障の発生により、進入側区間及び進出側区間に故障電流が生じる。電気車１０が進入側区間を離れ、進出側区間側のみからき電電流の供給を受ける状態になると、進出側き電電流が更に増加し始めるため、進出側き電電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ１＋も増加する。
【００８３】
一方、合成電流量では、進出側き電電流の増加に伴い進入側き電電流が減少するため電流変化量Δｄｉ８７＋は０であるが、故障発生により合成電流量が増加するため、当該故障発生後の合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ８７＋は増加する。
【００８４】
なお、上記したように進出側き電電流及び進入側き電電流は各区間方向に流れており、母線方向の進出側き電電流量（つまり、進出側き電電流量から抽出された負の電流量）及び合成電流量（つまり、合成電流量から抽出された負の電流量）は０で変化しないため、当該進出側き電電流量から抽出された負の電流量の電流変化量Δｄｉ１−及び合成電流量から抽出された負の電流量の電流変化量Δｄｉ８７−は０（一定）である。
【００８５】
各電流変化量が図７に示すような場合、進出側き電電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ１＋が予め定められた値Ｋｄｉ１＋以上であり、かつ、合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ８７＋が予め定められた値Ｋｄｉ８７＋以上である場合、進出側区間方向の故障（つまり、区間故障）が検出され、直流高速度遮断器６に対してトリップ指令が出力される。
【００８６】
一方、上記したように進出側き電電流量から抽出された負の電流量の電流変化量Δｄｉ１−及び合成電流量から抽出された負の電流量の電流変化量Δｄｉ８７−は０であるので、母線方向の故障（変電所の構内故障）は検出されない。
【００８７】
ここでは、電気車１０がセクション２１を通過している際に進出側区間方向の故障が発生した場合について説明したが、例えば母線方向の故障（変電所の構内故障）が発生した場合には、進出側き電電流量の母線方向の電流変化量（進出側き電電流量から抽出された負の電流量の電流変化量）及び合成電流量の母線方向の電流変化量（合成電流量から抽出された負の電流量の電流変化量）が増加するため、当該変電所の構内故障を検出することができる。なお、この場合における進出側き電電流量から抽出された正の電流量の電流変化量及び合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量は、ともに０である。
【００８８】
上記したように本実施形態においては、き電回路に設けられたセクション２１によって区分された電気車１０が走行する２つの区間のうち、進出側区間（電気車１０の進行方向前方側の第１の区間）に供給される進出側き電電流（第１のき電電流）及び進入側区間（電気車１０の進行方向後方側の第２の区間）に供給される進入側き電電流（第２のき電電流）を、単位時間毎に入力し、当該単位時間毎に入力された進出側き電電流量及び進入側き電電流量を加算することによって、当該単位時間毎に合成電流量を算出し、当該単位時間毎に入力された進出側き電電流量に基づいて、当該単位時間当たりの進出側き電電流量の電流変化量（第１の電流変化量）を算出し、単位時間毎に算出された合成電流量に基づいて、当該単位時間あたりの合成電流量の電流変化量（第２の電流変化量）を算出し、当該進出側き電電流量の電流変化量及び当該合成電流量の電流変化量に基づいて、き電回路の故障を判定する構成により、き電回路の故障検出に関して誤動作を防止することが可能となる。
【００８９】
具体的には、合成電流量の電流変化量は電気車１０がセクション２１を通過する際には０となり、故障が発生すると０ではなくなるため、本実施形態においては、合成電流量の電流変化量を故障判定に用いることにより、セクション２１の通過とき電回路の故障とを正確に判別することができ、確実なセクション補償を実現することができる。
【００９０】
また、本実施形態においては、進出側き電電流量及び合成電流量が正の値または負の値であることを判定し、当該判定結果に基づいて進出側区間方向の故障（進出側区間の故障）または変電所の構内の故障を判定する構成により、き電回路における故障の発生箇所判別することができる。
【００９１】
具体的には、進出側区間で故障が発生した際には、進出側き電電流の区間方向の電流変化量（つまり、進出側き電電流量から抽出された正の電流量の電流変化量）が所定値を超え、かつ、合成電流の区間方向の電流変化量（つまり、合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量）も所定値を超えるため、進出側区間故障を検出できる。一方、変電所の構内故障が発生した際には、進出側き電電流の母線方向の電流変化量（つまり、進出側き電電流量から抽出された負の電流量の電流変化量）が所定値を超え、かつ、合成電流の母線方向の電流変化量（つまり、合成電流量から抽出された負の電流量の電流変化量）も所定値を超えるため、構内故障を検出できる。
【００９２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態に係る直流き電保護継電装置を備える直流電気鉄道の直流き電回路の構成は、前述した第１の実施形態と同様であるため、適宜、図１を用いて説明する。
【００９３】
以下、図８を参照して、本実施形態に係る直流き電保護継電装置５の動作について説明する。なお、前述した図２と同様の部分についてはその詳しい説明を省略する。ここでは、図２と異なる部分について主に述べる。
【００９４】
入力部５１は、進出側き電電流（Ｉ１ｍ）及び進入側き電電流（Ｉ２ｍ）を入力する。これらの進出側き電電流及び進入側き電電流は、入力変換器でレベル変換された後に、アナログ／ディジタル変換器で量子化され、動作量演算部５２に渡される。なお、この入力部５１の処理は、前述した第１の実施形態で説明した通りである。
【００９５】
以下、直流き電保護継電装置５に含まれる動作量演算部５２によって行われる処理について説明する。
【００９６】
動作量演算部５２は、入力部５１から渡された進出側き電電流量ｉ１ｍ及び進入側き電電流量ｉ２ｍを取得し、進出側き電電流量ｉ１ｍから抽出された正の電流量ｉ１ｍ＋及び負の電流量ｉ１ｍ−の電流変化量（Δｄｉ１ｍ＋、Δｄｉ１ｍ−）と、合成電流量ｉ８７ｍから抽出された正の電流量ｉ８７ｍ＋及び負の電流量ｉ８７ｍ−の電流変化量（Δｄｉ８７ｍ＋、Δｄｉ８７ｍ−）とを算出する。なお、これらの電流変化量の算出処理については、前述した第１の実施形態と同様であるため、その詳しい説明を省略する。
【００９７】
次に、動作量演算部５２は、算出された電流変化量Δｄｉ１ｍ＋（進出側き電電流量から抽出された正の電流の電流変化量）を、算出された電流変化量Δｄｉ８７ｍ＋（合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量）に基づいて増長または抑制する。これにより、動作量演算部５２は、電流変化量Δｄｉ１ｍ＋に対する増長・抑制変化量ｄｉｍ＋を算出する。この場合、増量・抑制変化量ｄｉｍ＋は、以下の式（５）によって算出される。
【数５】
2014003822.tif 000007
【００９８】
なお、式（５）において、ｋは、増長・抑制のレベル調整として用いられる係数である。この係数ｋは、き電回路条件等により決定される。
【００９９】
同様に、動作量演算部５２は、算出された電流変化量Δｄｉ１ｍ−（進出側き電電流量から抽出された負の電流の電流変化量）を、算出された電流変化量Δｄｉ８７ｍ−（合成電流量から抽出された負の電流量の電流変化量）に基づいて増長または抑制する。これにより、動作量演算部５２は、電流変化量Δｄｉ１ｍ−に対する増長・抑制変化量ｄｉｍ−を算出する。この場合、増量・抑制変化量ｄｉｍ−は、以下の式（６）によって算出される。
【数６】
2014003822.tif 000008
【０１００】
なお、式（６）において、ｋは、上記した式（５）と同様に、増長・抑制のレベル調整として用いられる係数である。この係数ｋは、き電回路条件等により決定される。
【０１０１】
図９は、増長・抑制率の一例を示す。つまり、この図９に示す例によれば、進出側き電電流量の電流変化量（Δｄｉ１）のみが大きくなると、増長・抑制率は小さくなる（つまり、抑制される）。一方、合成電流量の電流変化量（Δｄｉ８７）が大きくなると、増長・抑制率は大きくなる（つまり、増長される）。
【０１０２】
ここで、図１０及び図１１を参照して、動作量演算部５２によって算出される増長・抑制変化量について具体的に説明する。
【０１０３】
例えばき電回路において故障が発生せず、各電流変化量が上述した図４に示すΔｄｉ１ｍ＋、Δｄｉ１ｍ−、Δｄｉ８７ｍ＋、Δｄｉ８７ｍ−である場合、進出側き電電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ１ｍ＋のみが増加しているため、当該電流変化量Δｄｉ１ｍ＋は大幅に抑制され、当該電流変化量Δｄｉ１ｍ＋に対する増長・抑制変化量ｄｉ＋は図１０のようになる。
【０１０４】
なお、進出側き電電流量から抽出された負の電流量の電流変化量Δｄｉ１ｍ−及び合成電流量から抽出された負の電流の電流変化量Δｄｉ８７ｍ−は０であるため、当該電流変化量Δｄｉ１ｍ−に対する増長・抑制変化量ｄｉ−は０である。
【０１０５】
一方、例えば進出側区間で故障が発生し、各電流変化量が上述した図７に示すΔｄｉ１ｍ＋、Δｄｉ１ｍ−、Δｄｉ８７ｍ＋、Δｄｉ８７ｍ−である場合、故障発生前までは、進出側き電電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ１ｍ＋のみが増加するが、当該故障発生後には、合成電流量から抽出された正の電流量の電流変化量Δｄｉ８７ｍ＋も増加する。この場合、電流変化量Δｄｉ１ｍ＋は増長され（抑制が弱められ）、当該電流変化量Δｄｉ１ｍ＋に対する増長・抑制変化量ｄｉ＋は図１１のようになる。
【０１０６】
なお、進出側き電電流量から抽出された負の電流量の電流変化量Δｄｉ１ｍ−及び合成電流量から抽出された負の電流の電流変化量Δｄｉ８７ｍ−は０であるため、当該電流変化量Δｄｉ１ｍ−に対する増長・抑制変化量ｄｉ−は０である。
【０１０７】
ここでは、進出側区間で故障が発生した場合について説明したが、例えば変電所の構内故障が発生した場合には、進出側き電電流量から抽出された負の電流量の電流変化量Δｄｉ１ｍ−及びΔｄｉ８７ｍ−が増加するため、当該電流変化量Δｄｉ１ｍ−が増長され、当該電流変化量Δｄｉ１ｍ−に対する増長・抑制変化量ｄｉ−が例えば上記した図１１に示すｄｉ＋のようになる。
【０１０８】
上記したように動作量演算部５２によって算出された増長・抑制変化量ｄｉｍ＋、ｄｉｍ−は、判定処理部５３に渡される。
【０１０９】
判定処理部５３は、増長・抑制変化量ｄｉｍ＋、ｄｉｍ−に基づいて、き電回路の故障を判定する。
【０１１０】
この場合、判定処理部５３は、増長・抑制変化量ｄｉｍ＋、ｄｉｍ−の各々が当該増長・抑制変化量の各々に対して予め定められている値以上であるか否かを判定する。
【０１１１】
具体的には、判定処理部５３は、増長・抑制変化量ｄｉｍ＋が予め定められた値Ｋｄｉ＋以上であるか否かを判定する。判定処理部５２は、増長・抑制変化量ｄｉｍ＋が予め定められた値Ｋｄｉ＋以上であると判定された場合、進出側区間方向の故障（当該進出側区間故障）であると判定し、直流高速度遮断器６に対してトリップ指令を出力する。なお、増長・抑制変化量ｄｉｍ＋が予め定められた値Ｋｄｉ＋以上でないと判定された場合、トリップ指令は出力されない。
【０１１２】
一方、判定処理部５３は、増長・抑制変化量ｄｉｍ−が予め定められた値Ｋｄｉ−以上であるか否かを判定する。判定処理部５２は、増長・抑制変化量ｄｉｍ−が予め定められた値Ｋｄｉ−以上であると判定された場合、母線方向の故障（変電所の構内故障）であると判定し、直流高速度遮断器６に対してトリップ指令を出力する。なお、増長・抑制変化量ｄｉｍ−が予め定められた値Ｋｄｉ−以上でないと判定された場合、トリップ指令は出力されない。
【０１１３】
上記したように本実施形態においては、合成電流量の電流変化量（正の電流量及び負の電流量の電流変化量）に基づいて、進出側き電電流量の電流変化量（正の電流量及び負の電流量の電流変化量）を増長または抑制し、当該増長または抑制された電流変化量に基づいてき電回路の故障を判定する構成により、前述した第１の実施形態と比較して、より正確にセクション２１の通過とき電回路の故障とを判別することが可能となる。
【０１１４】
具体的には、セクション２１の通過時には、合成電流量の電流変化量が０であるため、進出側き電電流量の電流変化量が大幅に抑制されて所定値を超えることがなく、き電回路の故障とは判定されない。一方、進出側区間故障が発生した場合には、合成電流量の区間方向の電流変化量が増加することにより、進出側き電電流量の区間方向の電流変化量が増長されて所定値を超えるため、当該進出側区間故障を検出することができる。更に、変電所の構内故障が発生した場合には、合成電流量の母線方向の電流変化量が増加することにより、進出側き電電流量の母線方向の電流変化量が増長されて所定値を超えるため、当該構内故障を検出することができる。
【０１１５】
以上述べた少なくとも１つの実施形態の直流き電保護継電装置によれば、進出側き電電流量の電流変化量及び合成電流量の電流変化量に基づいてき電回路の故障を判定する構成により、き電回路の故障検出に関して誤動作を防止することができる。
【０１１６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。  
【符号の説明】
【０１１７】
１…整流器、２…トロリ線、３…第１の電流センサ、４…第２の電流センサ、５…直流き電保護継電装置、６…直流高速度遮断器、１０…電気車、２１…セクション、５１…入力部、５２…動作量演算部、５３…判定処理部（故障判定手段）。
【図１】
2014003822.tif 000009
【図２】
2014003822.tif 000010
【図３】
2014003822.tif 000011
【図４】
2014003822.tif 000012
【図５】
2014003822.tif 000013
【図６】
2014003822.tif 000014
【図７】
2014003822.tif 000015
【図８】
2014003822.tif 000016
【図９】
2014003822.tif 000017
【図１０】
2014003822.tif 000018
【図１１】
2014003822.tif 000019