(57)【要約】【課題】保護動作の信頼性を低下させることなく保守の省力化を図ることが可能な電鉄き電回路用保護継電装置を得る。【解決手段】異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４と整定値１４ａとに基づいて異相混触を検出する異相混触検出要素１ａと、異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４の電圧ベクトルが不平衡状態であることを検知した場合、整定値１４ａの値を適正な値に変更し、変更された整定値３２ａを異相混触検出要素１ａに書き込む整定値変更要素１ｂとを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相電源を二組の単相電源に変換するスコット結線変圧器の二次電圧が供給される電鉄き電回路に用いられる電鉄き電回路用保護継電装置であって、
前記二組の単相電源のそれぞれの二次電圧に基づいて異相間電圧を演算し、前記異相間電圧と設定された整定値とに基づいて異相混触を検出する異相混触検出要素と、
前記異相間電圧に基づいて前記異相間電圧の電圧ベクトルが不平衡状態であることを検知した場合、前記異相間電圧の最小値と前記異相混触検出要素に記録される整定値との比較結果に応じて、前記異相混触検出要素に設定された整定値を、異相混触非発生時には電圧ベクトルが不平衡状態であっても異相混触を検出させず、かつ、異相混触発生時には位相混触を検出させる値に変更し、異相混触検出要素に設定された整定値の変更が許可されたとき、変更された整定値を前記異相混触検出要素に書き込む整定値変更要素と、
を備えたことを特徴とする電鉄き電回路用保護継電装置。
【請求項２】
前記整定値変更要素は、
前記異相混触が検出されているとき、前記異相混触検出要素に設定された整定値の変更を中断することを特徴とする請求項１に記載の電鉄き電回路用保護継電装置。
【請求項３】
前記整定値変更要素は、
前記異相混触が検出されていないとき、前記異相混触検出要素に設定された整定値を変更することを特徴とする請求項１に記載の電鉄き電回路用保護継電装置。
【請求項４】
前記整定値変更要素は、前記異相混触検出要素に設定された整定値と前記異相間電圧の最小値との差分を前記比較結果として求めることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の電鉄き電回路用保護継電装置。
【請求項５】
前記整定値変更要素は、前記異相混触検出要素に設定された整定値と前記異相間電圧の最小値との比率を前記比較結果として求めることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の電鉄き電回路用保護継電装置。
【請求項６】
前記整定値変更要素は、
前記異相混触検出要素に設定された整定値の変更許可情報が入力されたとき、前記変更された整定値を前記異相混触検出要素に書き込む整定値書込部を備えたことを特徴とする請求項１から５の何れか１つに記載の電鉄き電回路用保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スコット結線変圧器によってき電を行う電鉄き電回路用保護継電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電鉄変電所には、三相交流電圧を２組の単相交流電圧に変換して上り方向および下り方向の架線にそれぞれ供給して交流電気車を走行させるためにスコット結線変圧器が設置されている。そして、スコット結線変圧器二次側の電力系統で発生する２組の単相交流電圧の相互間（異相間）の混触事故（異相混触事故）を検出するための異相混触検出要素を備えた保護継電装置が知られている。この異相混触検出要素には計器用変圧器を介してスコット結線変圧器二次側の電圧が入力される。さらに異相混触検出要素では、入力された電圧に基づいて異相間電圧が算出され、算出された異相間電圧のスカラー量と所定の整定値とを比較し、異相間電圧のスカラー量の中の最小値がこの整定値より小さい場合には異相混触事故を検出する方式が開示されている（例えば下記非特許文献１）。
【０００３】
また、下記特許文献１に記される従来技術は、予め記憶部に設定された複数の整定値の中から選択された整定値を用いて保護演算を行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１１７６４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】持永芳文著，“電気鉄道工学”，エース出版，１９９５年３月，ｐ．１２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の従来技術では、異相混触検出要素で演算された異相間電圧を元に人が整定値を計算して、その整定値を記録する必要があり、例えば電力系統の改修などが行われたことにより新たな整定値を設定する必要がある場合には、整定値を再計算する作業が発生してしまい保守の省力化を図ることができなかった。
【０００７】
一方、異相混触検出要素に入力される電圧値から単純に整定値を演算するだけでは適正な整定値を自動的に得ることができない。異相混触事故が発生していないとき（定常時）に計測される異相間電圧に基づく定常電圧ベクトルは２パターン存在し、２つの定常電圧ベクトルの内、き電用遮断器を開放した状態で計測される電圧ベクトルは不平衡となる。そして整定値を決定する場合、不平衡状態の電圧ベクトルのときに異相混触事故を誤判定することを避けるために検出感度を鈍くする、すなわち整定値をある程度大きな値にする必要がある。ただし、整定値を単に大きな値にした場合には検出感度が鈍くなるため異相混触事故を検出することができなくなる虞があると共に、前述したように電力系統の改修などが行われた場合には不平衡状態の電圧ベクトルも変動するためその変動を考慮して適正な値の整定値を求める必要がある。すなわち、整定値は、事故非発生時には電圧ベクトルが不平衡状態であっても事故判定をさせず、かつ、事故発生時には事故判定をさせる値となるよう設定された値にしなければならない。
【０００８】
このように従来技術では、適正な値の整定値を自動的に生成して更新することができないという課題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、保守の省力化を図ることが可能な電鉄き電回路用保護継電装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、三相電源を二組の単相電源に変換するスコット結線変圧器の二次電圧が供給される電鉄き電回路に用いられる電鉄き電回路用保護継電装置であって、前記二組の単相電源のそれぞれの二次電圧に基づいて異相間電圧を演算し、前記異相間電圧と設定された整定値とに基づいて異相混触を検出する異相混触検出要素と、前記異相間電圧に基づいて前記異相間電圧の電圧ベクトルが不平衡状態であることを検知した場合、前記異相間電圧の最小値と前記異相混触検出要素に記録される整定値との比較結果に応じて、前記異相混触検出要素に設定された整定値を、異相混触非発生時には電圧ベクトルが不平衡状態であっても異相混触を検出させず、かつ、異相混触発生時には位相混触を検出させる値に変更し、異相混触検出要素に設定された整定値の変更が許可されたとき、変更された整定値を前記異相混触検出要素に書き込む整定値変更要素と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、スコット結線変圧器の二次電圧から得られる異相間電圧に基づいて適正な値に自動的に変更するように構成したので、保守の省力化を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る電鉄き電回路用保護継電装置を備える電気鉄道用の交流き電系統の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示される電鉄き電回路用保護継電装置の機能を示す図である。
【図３】図３は、平衡状態の定常電圧ベクトルを示す図である。
【図４】図４は、不平衡状態の定常電圧ベクトルを示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る電鉄き電回路用保護継電装置の機能を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態３に係る電鉄き電回路用保護継電装置の機能を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る電鉄き電回路用保護継電装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電鉄き電回路用保護継電装置を備える電気鉄道用の交流き電系統の構成を示す図である。図２は、図１に示される電鉄き電回路用保護継電装置の機能を示す図である。図３は、平衡状態の定常電圧ベクトルを示す図である。図４は、不平衡状態の定常電圧ベクトルを示す図である。
【００１５】
電気鉄道用の交流き電系統は、電力会社の送電設備の下位系統側に接続されたスコット結線変圧器２と、スコット結線変圧器２のＭ座電源の二次回線３に接続されたき電用遮断器２１，２２と、スコット結線変圧器２のＴ座電源の二次回線４に接続されたき電用遮断器２３，２４と、き電用遮断器２１，２２の二次側に接続された単巻変圧器５１と、き電用遮断器２３，２４の二次側に接続された単巻変圧器５２とを有して構成されている。
【００１６】
スコット結線変圧器２では電力会社から供給される三相電源を位相差９０度の単相二相電源であるＭ座とＴ座とに変換され、両座の単相電源（き電）は、き電用遮断器２１，２２，２３，２４を介してき電回線４１，４２，４３，４４に給電される。
【００１７】
Ｍ座電源の二次回線３には計器用変圧器７が設けられ、Ｔ座電源の二次回線４には計器用変圧器８が設けられている。
【００１８】
電鉄き電回路用保護継電装置１（以下「保護継電装置１」）は、計器用変圧器７，８で検出された電圧値に基づいてスコット結線変圧器２の二次側で発生した異相混触事故の有無を検出し、き電回線４１〜４４における列車負荷電流の通流時にはき電用遮断器２１〜２４を開放させず、異相混触に伴う事故電流の通流時にはき電用遮断器２１〜２４を開放させる。
【００１９】
図２において保護継電装置１は主たる構成として異相混触検出要素１ａおよび整定値変更要素１ｂを有して構成されている。
【００２０】
異相混触検出要素１ａは、電圧入力部１１、異相間電圧演算部１２、リレー判定処理部１３、および整定値記憶部１４を有して構成される。
【００２１】
電圧入力部１１は、計器用変圧器７，８で検出された二次電圧値Ｖｍ１，Ｖｍ２，Ｖｔ１，Ｖｔ２をアナログ値からデジタル値１１ａに変換する。異相間電圧演算部１２は、デジタル値１１ａに変換された二次電圧値Ｖｍ１，Ｖｍ２，Ｖｔ１，Ｖｔ２をベクトル合成して異相間電圧１２ａ（Ｖ１〜Ｖ４）を生成する。
【００２２】
リレー判定処理部１３は、異相間電圧１２ａ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）のそれぞれのスカラー量を求め、各スカラー量と整定値記憶部１４に記録されている整定値１４ａとを比較する。そしてリレー判定処理部１３は、例えば各スカラー量の中で最も小さい値が整定値より小さい場合には異相混触事故であると判定し、き電用遮断器２１〜２４の開放信号１３ａを出力する。これにより電力系統が保護される。
【００２３】
整定値変更要素１ｂは電圧ベクトル状態判定部３１、整定値変更部３２、および整定値書込部３４を有して構成される。
【００２４】
電圧ベクトル状態判定部３１は、異相間電圧１２ａの各異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて、各異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４のスカラー量を求める。また各スカラー量から、対向する異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４相互間の電圧ベクトルの差電圧比率Ｖ％１，Ｖ％2を求める。
【００２５】
さらに電圧ベクトル状態判定部３１は、差電圧比率Ｖ％１，Ｖ％2から平衡率ΔＶ％を求める。差電圧比率Ｖ％１，Ｖ％２および平衡率ΔＶ％は、例えば（１）式から（３）式で求められる。
Ｖ％１＝（Ｖ１−Ｖ３）／（Ｖ１＋Ｖ３）…（１）
Ｖ％２＝（Ｖ２−Ｖ４）／（Ｖ２＋Ｖ４）…（２）
ΔＶ％＝｜Ｖ％１−Ｖ％２｜…（３）
【００２６】
また電圧ベクトル状態判定部３１は、電圧ベクトルが平衡状態であるか不平衡状態であるかを判定するための所定の値（電圧ベクトル状態判定値Ａ）と、平衡率ΔＶ％とを比較する。
【００２７】
平衡率ΔＶ％が電圧ベクトル状態判定値Ａ以上の場合、電圧ベクトル状態判定部３１は電圧ベクトル（Ｖ１〜Ｖ４）が平衡状態であると判定する。図３に示される平衡状態の電圧ベクトル１００によれば、Ｖ１は二次電圧値Ｖｍ１，Ｖｔ１間の電圧であり、Ｖ２は二次電圧値Ｖｔ１，Ｖｍ２間の電圧であり、Ｖ３は二次電圧値Ｖｍ２，Ｖｔ２間の電圧であり、Ｖ４は二次電圧値Ｖｔ２，Ｖｍ１間の電圧である。二次電圧値Ｖｍ１は二次電圧値Ｖｔ１の値と同等かつ直交し、二次電圧値Ｖｍ２は二次電圧値Ｖｔ２の値と同等かつ直交し、二次電圧値Ｖｍ１，Ｖｔ１，Ｖｍ２，Ｖｔ２の順にベクトルが隣接している。二次電圧値Ｖｍ１，Ｖｔ１，Ｖｍ２，Ｖｔ２の位相差はそれぞれ９０°である。
【００２８】
一方、平衡率ΔＶ％が電圧ベクトル状態判定値Ａ未満の場合、電圧ベクトル状態判定部３１は、電圧ベクトルが不平衡状態であると判定する。図４に示される不平衡状態の電圧ベクトル１０１によれば、二次電圧値Ｖｔ１は二次電圧値Ｖｍ１の値より大きくかつ直交し、二次電圧値Ｖｔ２は二次電圧値Ｖｍ２の値より小さくかつ直交しており、二次電圧値Ｖｍ１，Ｖｔ１，Ｖｍ２，Ｖｔ２の位相差はそれぞれ９０°である。
【００２９】
電圧ベクトル状態判定部３１は、不平衡状態の電圧ベクトル１０１と判定した場合、判定結果である不平衡状態電圧ベクトル情報１５と異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４とを、判定部結果３１ａとして出力する。
【００３０】
整定値変更部３２は、判定部結果３１ａが入力されたとき、各異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４の中の最も小さい値Ｖminiと、整定値記憶部１４に記録された整定値１４ａとを比較して、値Ｖminiと整定値１４ａとの差分、または値Ｖminiと整定値１４ａとの比率を求める。
【００３１】
さらに整定値変更部３２は、この比較結果に応じて、整定値１４ａを、異相混触非発生時には電圧ベクトルが不平衡状態であっても異相混触を検出させず、かつ、異相混触発生時には位相混触を検出させる値に変更する。具体的には、比較結果が所定値Ｃより大きい場合、比較結果と所定値Ｃとの差を整定値１４ａから減じて新たな整定値３２ａを生成し、比較結果が所定値Ｃより小さい場合、比較結果と所定値Ｃとの差を整定値１４ａに加算して新たな整定値３２ａを生成する。生成された整定値３２ａは整定値書込部３４に対して出力される。
【００３２】
所定値Ｃは、例えば、異相混触非発生時には電圧ベクトルが不平衡状態であっても異相混触を検出させず、かつ、異相混触発生時には位相混触を検出させるように設定された値である。
【００３３】
整定値書込部３４には整定値変更許可条件３３と整定値３２ａとが入力される。整定値書込部３４は、整定値変更許可条件３３が入力されているとき、整定値３２ａを整定値記憶部１４に書き込む。すなわち、整定値記憶部１４内の整定値は、整定値変更が許可されているときに限り新しい整定値（整定値３２ａ）に書き換えられる。
【００３４】
整定値変更許可条件３３は、整定値記憶部１４内の整定値１４ａを新たな整定値３２ａに変更することを許可するための情報であり、例えば保護継電装置１に設けられた整定値設定用押し釦スイッチ（図示せず）が手動で操作されたときに出力される。すなわち、本実施の形態に係る保護継電装置１は、交流電気車６の運行に支障を来すことがないように手動で整定値変更許可条件３３が入力された場合のみ新たな整定値３２ａが整定値記憶部１４に上書きされるように構成されている。
【００３５】
次に保護継電装置１の動作を説明する。保護継電装置１では、計器用変圧器７、８で検出された二次電圧値Ｖｍ１〜Ｖｔ２に基づいて異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４が生成される。異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４によって不平衡状態の電圧ベクトル１０１と判定された場合、各異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４の中の最も小さい値Ｖminiと整定値１４ａとの比較結果が所定値Ｃとなるように整定値３２ａが生成され、整定値変更許可条件３３が入力されたとき、整定値３２ａが整定値記憶部１４に書き込まれる。そして保護継電装置１では、整定値記憶部１４に記憶された整定値１４ａと異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４とに基づいてリレー判定が行われ、異相混触事故が発生していると認められる場合にはき電用遮断器２１〜２４に対して開放信号１３ａが出力され、電力系統が保護される。
【００３６】
以上に説明したように本実施の形態に係る保護継電装置１は、二組の単相電源のそれぞれの二次電圧（二次電圧値Ｖｍ１，Ｖｍ２，Ｖｔ１，Ｖｔ２）に基づいて異相間電圧Ｖ１〜Ｖ４を演算し、異相間電圧と設定された整定値１４ａとに基づいて異相混触を検出する異相混触検出要素１ａと、異相間電圧に基づいて異相間電圧の電圧ベクトルが不平衡状態であることを検知した場合、異相間電圧の最小値と異相混触検出要素１ａに記録される整定値１４ａとの比較結果に応じて、異相混触検出要素１ａに設定された整定値１４ａを、異相混触非発生時には電圧ベクトルが不平衡状態であっても異相混触を検出させず、かつ、異相混触発生時には位相混触を検出させる値に変更し、異相混触検出要素に設定された整定値の変更が許可されたとき、変更された整定値３２ａを異相混触検出要素１ａに書き込む整定値変更要素１ｂとを備える。この構成により異相混触検出要素１ａ内の整定値を自動的に書き換えることができ、保護動作の信頼性を低下させることなく保守の省力化を図ることができる。
【００３７】
また、整定値変更要素１ｂは、異相混触検出要素１ａに設定された整定値１４ａの変更許可情報（整定値変更許可条件３３）が入力されたとき、変更された整定値３２ａを異相混触検出要素１ａに書き込む整定値書込部を備える。この構成の場合、整定値変更許可条件３３が入力されたときのみ整定値３２ａが異相混触検出要素１ａに書き込まれるため、保護継電装置１の信頼性を高めることができる。
【００３８】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る電鉄き電回路用保護継電装置の機能を示す図である。実施の形態１との相違点は、リレー判定処理部１３からの開放信号１３ａが整定値変更要素１ｂに入力されているときには整定値の変更を中断するように構成されている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００３９】
図５の整定値変更要素１ｂは実施の形態１と同様に電圧ベクトル状態判定部３１、整定値変更部３２、および整定値書込部３４を有して構成されている。整定値変更要素１ｂは、リレー判定処理部１３からの開放信号１３ａが入力されているか否かを判定し、開放信号１３ａが入力されているときには整定値の変更動作を中断する。この構成により、異相混触事故が検出されているときの異相間電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４で演算された整定値３２ａが整定値記憶部１４に書き込まれることがなく、実施の形態１よりも整定値３２ａの信頼性を高めることができる。
【００４０】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る電鉄き電回路用保護継電装置の機能を示す図である。実施の形態１との相違点は、リレー判定処理部１３からの非開放信号１３ｂが整定値変更要素１ｂに入力されているときのみ整定値の変更を行うように構成されている点である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４１】
図６の整定値変更要素１ｂは実施の形態１と同様に電圧ベクトル状態判定部３１、整定値変更部３２、および整定値書込部３４を有して構成されている。整定値変更要素１ｂは、リレー判定処理部１３からの非開放信号１３ｂが入力されているか否かを判定し、非開放信号１３ｂが入力されているときには整定値の変更動作を行う。この構成により、異相混触事故が検出されていないときの異相間電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４で演算された整定値３２ａのみが整定値記憶部１４に書き込まれるため、実施の形態１よりも整定値３２ａの信頼性を高めることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態に示した電鉄き電回路用保護継電装置は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明は、電鉄き電回路用保護継電装置に適用可能であり、特に、保護動作の信頼性を低下させることなく保守の省力化を図ることが可能な電鉄き電回路用保護継電装置を得ることができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１  電鉄き電回路用保護継電装置、１ａ  異相混触検出要素、１ｂ  整定値変更要素、２  スコット結線変圧器、３，４  二次回線、６  交流電気車、７，８  計器用変圧器、１１  電圧入力部、１１ａ  デジタル値、１２  異相間電圧演算部、１２ａ  異相間電圧、１３  リレー判定処理部、１３ａ  開放信号、１３ｂ  非開放信号、１４  整定値記憶部、１４ａ  整定値、１５  不平衡状態電圧ベクトル情報、２１，２２，２３，２４  き電用遮断器、３１  電圧ベクトル状態判定部、３１ａ  判定部結果、３２  整定値変更部、３２ａ  整定値、３３  整定値変更許可条件、３４  整定値書込部、４１，４２，４３，４４  き電回線、５１，５２  単巻変圧器、１００  平衡状態の電圧ベクトル、１０１  不平衡状態の電圧ベクトル、ＴＰ  トリップ信号、Ｖｍ１，Ｖｍ２，Ｖｔ１，Ｖｔ２  二次電圧値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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