(57)【要約】【課題】高抵抗地絡等の故障電流の検出を発生時点から早期に、かつ、高精度に検出する異常検出装置、異常検出方法および異常検出システムを提供する。【解決手段】異常検出装置、異常検出方法および異常検出システムにおいて、き電線３０１の故障電流の有無を判定する異常検出装置４０１が、き電線３０１に在線する車両２０１の負荷電流がない状態のときに、き電線のき電電流を取得し、き電電流が所定値を超えているときにき電線に故障電流が発生していると判定するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
き電線の故障電流の有無を判定する異常検出装置であって、
前記き電線に在線する車両の負荷電流がない状態のときに、前記き電線のき電電流を取得し、
前記き電電流が所定値を超えているときに前記き電線に故障電流が発生していると判定する
ことを特徴とする異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の異常検出装置において、
前記車両に故障電流の有無を判定する診断時間帯を通知し、
前記診断時間帯において、前記車両に供給されるき電電流が遮断されて前記車両が負荷電流のない状態としてき電電流を取得する
ことを特徴とする異常検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の異常検出装置において、
前記車両の運転曲線と列車ダイヤに基づいて求めた前記車両の負荷電流のない状態の時間帯を故障電流の有無を判定する診断時間帯として前記車両に通知し、
前記診断時間帯において、前記車両が負荷電流のない状態としてき電電流を取得する
ことを特徴とする異常検出装置。
【請求項４】
請求項１に記載の異常検出装置において、
前記車両に故障電流の有無を判定する診断時間帯を通知し、
前記診断時間帯において、前記車両からの診断要求により前記車両が負荷電流のない状態としてき電電流を取得する
ことを特徴とする異常検出装置。
【請求項５】
車両が在線するき電線の故障電流を有無を判定する異常検出装置の異常検出方法であって、
異常検出装置が、車両に前記き電線の故障電流の有無を判定する診断時間帯を通知し、
前記診断時間帯において、
前記車両の車上制御装置が、前記車両がき電線から受電中の場合に、前記き電線からの電流を遮断して、前記車両への負荷電流がない状態とするとともに、
前記異常検出装置が、前記き電線に供給されるき電電流を検出し、前記き電電流が所定値を超えているときに前記き電線に故障電流が発生していると判定する
ことを特徴とする異常検出方法。
【請求項６】
請求項５に記載の異常検出方法において、
前記車上制御装置は、前記き電線からの電流を遮断するときに、前記車両の蓄電装置から電流供給するように制御する
を含むことを特徴とする異常検出方法。
【請求項７】
き電線を介して電力供給される車上搭載装置と前記車上搭載装置を制御する車上制御装置を有する車両と、
変電所から前記き電線に供給される電流を検出するき電電流検出器と、
前記き電電流検出器で検出したき電電流に基づいて前記き電線の故障電流の有無を判定する異常検出装置と、を備え、
前記異常検出装置は、
前記車上制御装置に前記き電線の故障電流の有無を判定する診断時間帯を通知し、
前記診断時間帯において、前記車上搭載装置の負荷電流がない状態のときに、前記き電電流検出器からき電電流を取得し、
前記き電電流が所定値を超えているときに前記き電線に故障電流が発生していると判定する
ことを特徴とする異常検出システム。
【請求項８】
請求項７に記載の異常検出システムにおいて、さらに、
変電所から前記き電線に供給されるき電電流を遮断する遮断器と、
警報装置と、を備え、
前記異常検出装置は、
前記き電線に故障電流が発生していると判定したときに、前記遮断器により、変電所から前記き電線に供給されるき電電流を遮断し、
前記警報装置に故障電流の発生を通知する
ことを特徴とする異常検出システム。
【請求項９】
請求項７に記載の異常検出システムにおいて、
前記車上制御装置は、前記診断時間帯において、前記車上搭載装置がき電線から受電中の場合に、前記車上搭載装置へのき電電流を遮断して、前記車上搭載装置の負荷電流がない状態にする
ことを特徴とする異常検出システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の異常検出システムにおいて、
前記車上搭載装置は蓄電装置を有し、
前記車上制御装置は、前記車上搭載装置へのき電電流を遮断するときに、前記車上搭載装置への電力供給を前記蓄電装置から行う
ことを特徴とする異常検出システム。
【請求項１１】
請求項７に記載の異常検出システムにおいて、
前記異常検出装置は、
前記車両の運転曲線と列車ダイヤに基づいて求めた前記車上搭載装置の負荷電流がない状態の時間帯を故障電流の有無を判定する診断時間帯として前記車上制御装置に通知し、
前記診断時間帯において、前記車上搭載装置の負荷電流がない状態としてき電電流を取得する
ことを特徴とする異常検出システム。
【請求項１２】
請求項７に記載の異常検出システムにおいて、
前記異常検出装置は、
前記診断時間帯において、前記車上制御装置からの診断要求により前記車上搭載装置の負荷電流がない状態としてき電電流を取得し、
前記車上制御装置は、
前記診断時間帯において、前記車上搭載装置の負荷電流がない状態であるとともに、前記車両の運転曲線と列車ダイヤにより現時点の状態が所定時間継続する判断されるときに、前記異常検出装置に前記診断要求を行う
ことを特徴とする異常検出システム。
【請求項１３】
請求項７に記載の異常検出システムにおいて、
前記異常検出装置は、
前記き電線に故障電流が発生していると判定したときに、ネットワークを介して接続した、鉄道運行管理システム、鉄道保安システムまたは変電システムの少なくともいずれか１つに、検出された異常についての情報を送信し、異常の種類もしくは程度に応じた制御を行わせる
ことを特徴とする異常検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気鉄道システムにおける地絡故障等のき電線の異常検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道システムにおける運転用電力は、変電所からき電線を介して車両へき電され、レール等の帰線を通して変電所に戻される。
このき電回路で発生する故障には、き電線がレールに直接接触する短絡故障、および、き電線等の電気回路が電車線支持柱等の構造物と接触する地絡故障がある。
【０００３】
特に、地絡地絡故障に伴う故障電流の経路は、正常時と大きく異なり、故障電流の流出が継続した場合、対応が遅れることで周辺構造物や現場機器へ更なる被害が及ぶ可能性がある。したがって、故障電流が発生した場合には、変電所からの給電を停止し、走行する列車を停止させる等の措置が必要となる。
【０００４】
従来から、直流き電回路における短絡故障や地絡故障に伴う故障電流を検出する方法として、直流高速度遮断器やΔI型故障選択継電器を用いる方法が知られている（特許文献１の背景技術を参照）。
詳しくは、これらの装置は、変電所に設置され、き電線における一定時間内のき電電流変化量を常時測定し、当該変電所が電力供給するき電線の故障発生を判定する。故障電流を検知した場合、直流高速度遮断器を開放してき電電流（故障電流）を遮断する。
【０００５】
しかし、従来の方法では、電流値が車両の負荷電流と同程度、もしくはそれ以下となる高抵抗地絡故障の検出が困難である問題があった。
この問題を解決するため、特許文献１に記載されている、電気車自体が測定した電気車負荷電流情報と、き電線で測定した電流とに基づいて故障電流を算出し、故障を判定することにより、高感度で故障の選別を行う方法が考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１９８４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の先行技術は、変電所におけるき電電流の測定タイミングと、電気車における負荷電流の測定タイミングの同期をとるのが難しく、精度よく高抵抗地絡故障の検出を行うことが難しい。特に、複数編成が在線する場合には、き電電流の変化が複雑になり、故障判定が困難になる。
さらに、複数編成が在線する場合には、空調や照明等の補機電力による電力消費の合計が無視できなくなる問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決し、高抵抗地絡等による故障電流の検出を発生時点から早期に、かつ、高精度に検出する異常検出装置、異常検出方法および異常検出システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明に係るき電線の故障電流の有無を判定する異常検出装置は、前記き電線に在線する車両の負荷電流がない状態の時に、前記き電線のき電電流を取得し、前記き電電流が所定値を超えている時に前記き電線に故障電流が発生していると判定するようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高抵抗地絡等による故障電流の検出を発生時点から早期に、かつ、高精度に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】異常検出システムの実施形態の全体構成を示す図である。
【図２】故障電流の発生有無を検出する診断処理フロー図である。
【図３】強制遮断方式における処理フローを示す図である。
【図４】運転曲線の一例を示す図である。
【図５】オンデマンド診断方式における処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図１と図２により、実施形態の異常検出装置、異常検出方法および異常検出システムの概要を説明する。
【００１３】
図１は、鉄道システムにおいて地絡故障や短絡故障等の故障電流の発生有無を検出する異常検出システムの実施形態の全体構成を示す図である。
異常検出システムは、き電線３０１を介して車両２０１へ電力を供給する変電所１０１と、車両２０１に搭載された車上搭載装置２０３を制御する車上制御装置２０２と、変電所１０１からき電線３０１に供給される電流を検出するき電電流検出器７０１と、変電所１０１からき電線３０１への電力供給を遮断する遮断器５０１と、き電電流検出器７０１で検出したき電電流に基づいて、故障電流の発生有無を検出する異常検出装置４０１と、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２とを接続するネットワーク６０１と、異常検出装置４０１の判定結果に基づいてき電線３０１における故障電流の発生を通知する警報装置８０１と、を有する。
【００１４】
図１の異常検出システムでは、異常検出装置４０１が、測定したき電線３０１の電流値を元に、き電線３０１の異常の有無を判定する。異常検出装置４０１は、異常が発生したことを検知すると、遮断器５０１により当該き電線３０１への電力供給を遮断し、また、異常検出装置４０１は、き電回路の異常が発生した旨を警報装置８０１へ送信する。
【００１５】
なお、図１では１つの車両（編成）２０１が、き電線３０１に在線している図となっているが、複数の車両（編成）が在線していてもよく、また、き電線３０１のき電回路の構成は、複線き電や並列き電であってもよい。
異常検出装置４０１は、変電所１０１が給電を行うき電線３０１毎に設けられ、き電線３０１の故障電流の発生を検出する。
【００１６】
車上搭載装置２０３は、車両２０１の負荷電流の大きさに影響を与える装置を対象としており、例えば補助電源装置、高速度遮断器、主電動機、冷暖房装置、ブレーキ装置、パンタグラフ等がある。
なお、車上搭載装置２０３として蓄電装置（不図示）を備え、車上制御装置２０２が、車上搭載装置２０３の蓄電装置による運転か、または、き電線３０１からの受電による運転かを切り替える場合もある。
【００１７】
ネットワーク６０１は、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２とが通信するための設備である。移動する車両２０１と地上設備との間を接続する必要があり、例えば誘導線、空間波、漏えい同軸ケーブル等を用いた列車無線通信や、移動体通信や無線ＬＡＮ等の商用通信により構成される。
【００１８】
警報装置８０１は、き電回路の異常が発生した旨の警報を、鉄道システムの作業者に通知するための装置であり、ディスプレイ画面やスピーカー等の、作業者に警報を通知するための出力デバイスを有する。警報装置８０１は、携帯電話などの端末装置であってもよい。
【００１９】
異常検出装置４０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリを有するコンピュータであり、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）やサーバコンピュータ等の、汎用的なコンピュータであればよい。
以下で説明する異常検出装置４０１の機能は、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によって実装されている。
【００２０】
異常検出装置４０１は、ソフトウェアで機能を実現することに限定する必要はなく、機能の一部または全部が、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェアによって実装されていてもよい。
【００２１】
なお、異常検出システムの信頼性や可用性を確保するため、異常検出システムは、異常検出装置４０１や警報装置８０１のそれぞれを複数台有していてもよい。逆に、システム構成を簡素化するため、例えば以下で説明する異常検出装置４０１および警報装置８０１の機能のうち、２つ以上の機能が物理的に一つの装置（ＰＣ、サーバ等）で実現されていてもよい。例えば１つのＰＣに、異常検出装置４０１、警報装置８０１の機能の全てが実装されるように構成されていてもよい。
【００２２】
次に、図２により、異常検出装置４０１が定期的あるいは周期的（例えば、１０分間隔）に行う故障電流の発生有無を検出する診断処理の概要を説明する。
まず、異常検出装置４０１は、ステップＳ２１で、故障電流の発生の有無を検出するき電線３０１の線路に車両が在線しているか否かを判定する。車両が在線していない場合には（Ｓ２１のＮｏ）、ステップＳ２３に進み、き電電流検出器７０１からこの時のき電電流を取得する（Ｓ２３）。車両が在線している場合には（Ｓ２１のＹｅｓ）、ステップＳ２２に進む。
【００２３】
ステップＳ２１における在線の有無の判定は、列車位置情報を不図示の列車制御システムから取得し、列車位置情報から在線の有無を判定する。
また、列車ダイヤと遅延情報から現在時刻における在線の有無を判定するようにしてもよい。
【００２４】
ステップＳ２２で、異常検出装置４０１は、車両２０１の負荷電流の発生状態か否かを判定し、発生状態でない場合には（Ｓ２２のＮｏ）、ステップＳ２３に進む。発生状態である場合には（Ｓ２２のＹｅｓ）、発生状態でなくなるまで、判定を繰り返す。
この負荷電流の発生状態でない状態の判定は、詳細を後述する異常検出装置４０１と車上制御装置２０２の連係により制御されている。
【００２５】
ステップＳ２３で、異常検出装置４０１は、き電電流検出器７０１からこの時のき電電流を取得する。
上記のとおり、異常検出装置４０１は、車両２０１の負荷電流が発生していない時に、き電電流の取得を行うので、故障電流の発生有無の判定を精度よく行える。
【００２６】
ステップＳ２４で、異常検出装置４０１は、取得したき電線３０１のき電電流が所定の電流値（閾値）を超えるか否かにより、故障電流が発生している否か（有無）を判定する（き電電流が所定電流値を超えている場合に故障電流が発生していると判定する）。
ここで、所定の電流値（閾値）とは、変電所１０１が給電するき電線３０１において、運転している車両２０１が存在しない場合は発生する確率が低いと考えられる電流値であり、例えば数アンペア〜数１００アンペア程度が設定される。
また、所定の電流値（閾値）は、き電線３０１に存在する車両２０１の運転状態、過去の故障電流発生時、または正常運用時における電流測定データを元に統計的に決めてもよい。
【００２７】
異常検出装置４０１は、ステップＳ２４で、瞬時的な測定誤差や、詳細を後述する異常検出装置４０１と車上制御装置２０２との診断タイミングずれ等を要因とした誤判定（正常状態であるにもかかわらず、故障電流発生と誤認識）を回避するため、例えば、所定電流値を超えた時間が一定時間以下の場合は故障電流が発生していないと判定してもよい。
【００２８】
異常検出装置４０１は、故障電流が発生していない場合には、き電線３０１は正常状態と判定し（Ｓ２４の無）、ステップＳ２７に進む。
ステップＳ２７で、異常検出装置４０１は、警報装置８０１へ正常の判定結果を送信する。このとき、正常判定の判定結果とともに、き電線３０１の電流測定データを送信してもよい。
以上で、異常検出装置４０１は、１回分の故障電流の発生有無判定についての診断処理を終了し、次の診断処理まで待機する。
【００２９】
異常検出装置４０１は、き電電流が所定電流値を超え、故障電流が発生している場合には、き電線３０１は異常状態と判定し（Ｓ２４の有）、ステップＳ２５に進む。
ステップＳ２５で、異常検出装置４０１は、遮断器５０１に開放指示を出し、変電所１０１からき電線３０１へのき電電流（電力供給）を遮断する。
【００３０】
ステップＳ２５で、並列き電する隣接する変電所１０１の遮断器５０１と電気的な連動装置を設けておき、異常検出装置４０１が、当該遮断器５０１を開放した場合に、隣接する変電所１０１の遮断器５０１も開放するようにしてもよい。
【００３１】
次に、ステップＳ２６で、異常検出装置４０１は、警報装置８０１へ故障電流の発生を知らせる判定結果およびき電線３０１の電流測定データを送信する。
このとき、異常検出装置４０１は、警報装置８０１に、き電線３０１の電流測定データに加えて、故障電流を検出したき電線の区間情報と検出時刻に関する情報を送信することが望ましい。これにより、故障被害の規模推定、故障発生箇所の特定、保守点検等を行うことができる。
【００３２】
以上で、異常検出装置４０１は、１回分の故障電流の発生有無判定についての診断処理を終了し、次の診断処理まで待機する。
異常検出装置４０１は、図２で説明したように、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２とが連係することにより、車両が在線中であっても車両の負荷電流がない状態のき電電流を取得して、故障電流の発生の有無を判定している高精度の検出を行うことができる。
以降、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２と間の連係方法について説明する。
【００３３】
≪強制遮断方式≫
まず、所定の診断時間帯に車上制御装置２０２がき電線３０１から車上搭載装置２０３に供給されるき電電力を遮断して車両２０１の負荷電流をなくし、負荷電流の発生しない状態とする。そして、この状態で、異常検出装置４０１が故障電流の発生有無の診断処理を行うように、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２とが連携動作する場合を強制遮断方式と称し、以下に詳細に説明する。
【００３４】
図３は、強制遮断方式における、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２の処理フローの対応を示す図である。
強制遮断方式による連係では、双方が同じ診断時間帯で処理を行う必要がある。このため、異常検出装置４０１は、ステップＳ３０１で車上制御装置２０２と時計の同期を行い、車上制御装置２０２は、ステップＳ３１１で異常検出装置４０１と時計の同期を行う。
【００３５】
次に、異常検出装置４０１は、変電所１０１が給電するき電線３０１に在線する車両２０１の車上制御装置２０２へ診断時間帯を指示する（Ｓ３０２）。
この診断時間帯の情報には、診断開始時間および診断終了時間（例えば、診断時間帯は「１２時１０分３０秒」から「１２時１０分４０秒」までの時間）の時刻情報が含まれる。
【００３６】
他の診断時間帯の指示としては、車上制御装置２０２が診断開始指示を受信したタイミングから、診断終了指示を受信したタイミングまでの間を診断時間帯とするタイミング指示方法である。
【００３７】
また、一定時間間隔（例えば、１０分周期）で定期的に診断を実施する定期診断の場合には、診断時間帯の指示の指示時に診断開始時間は含まれなくてもよい。さらに、異常診断に要する時間が固定の場合（たとえば、１０秒で常時固定）、診断終了時間は含まれなくてもよい。
【００３８】
定期診断であり、かつ診断に要する時間が一定の場合には、異常検出装置４０１が、ネットワーク６０１を介して走行中の車両２０１に診断時間帯を指示する必要はない。代わりに、営業運転開始前に車上制御装置２０２へ診断時間帯の指示を行い、営業運転中は異常検出装置４０１から明示的には送信しない構成とする。この場合、車上制御装置２０２は、診断時間帯の指示を明示的に受信していない場合でも、車上制御装置２０２は異常診断時間内と判断して車上搭載装置２０３を制御する。
【００３９】
次に、診断時間帯を指示された車上制御装置２０２の処理手順を説明する。
ステップＳ３１２で、車上制御装置２０２は、異常検出装置４０１から診断時間帯を受信する。
車上制御装置２０２は、以下の異常診断の処理を繰り返し行う。
【００４０】
ステップＳ３１３で、車上制御装置２０２は、異常検出装置４０１からの診断時間帯の指示があったか否かを判定する。診断時間帯の指示があった場合には（Ｓ３１３のＹｅｓ）、ステップＳ３１４に進む。診断時間帯の指示がなかった場合には（Ｓ３１３のＮｏ）、異常診断の処理を繰り返す。
【００４１】
上記の定期診断かつ診断に要する時間が一定の場合には、車上制御装置２０２は、診断時間帯の指示データを明示的に受信していない場合でも、ステップＳ３１３においては、異常診断指示があるものとして、以降の処理を行う。
また、上記した診断指示受信タイミングの指示方法の場合においても、異常診断指示があるものとして、以降の処理を行う。
【００４２】
ステップＳ３１４で、車上制御装置２０２は、診断時間帯の情報が時刻情報の場合には、現在時刻が診断時間内であるか否かを判定する。診断時間内であれば（Ｓ３１４のＹｅｓ）、ステップＳ３１５に進み、診断時間内でない場合には（Ｓ３１４のＮｏ）、異常診断の処理を繰り返す。
【００４３】
上記タイミング指示方法の場合においては、車上制御装置２０２は、診断開始指示を受信したタイミングから、診断終了指示を受信したタイミングまでの間であれば、ステップＳ３１４のＹｅｓとして、診断時間内としてステップＳ３１５に進む。診断開始指示を受信する以前、または、診断終了指示を受信した以後であれば、ステップＳ３１４のＮｏとして、異常診断の処理を繰り返す。
【００４４】
ステップＳ３１５で、車上制御装置２０２は、車両２０１がき電電流を受電しているか否かを判定する。き電電流を受電中であれば（Ｓ３１５のＹｅｓ）、Ｓ３１６に進む。き電電流を受電していなければ（Ｓ３１５のＮｏ）、異常診断の処理を繰り返す。
【００４５】
ステップＳ３１６で、車上制御装置２０２は、車上搭載装置２０３を制御し、例えば車上に搭載した高速遮断器を開放して、き電線３０１から車上搭載装置２０３に給電されるき電電流を遮断する。
そして、ステップＳ３１２に戻り、異常診断の処理を繰り返す。
【００４６】
なお、図示していないが、車上制御装置２０２は、診断のために行ったき電電流の遮断を、診断時間帯の終了、診断終了時刻に到達、または、診断終了指示を受信したタイミングで、解除し、車上搭載装置２０３へき電電流を供給する。
【００４７】
車上制御装置２０２は、上記の処理により、診断時間帯に車上搭載装置２０３の負荷電流が生じないように制御（強制遮断）する。
異常検出装置４０１は、上記に連係して診断時間帯にき電電流を取得して、故障電流の発生有無を判定することができる。
【００４８】
詳しくは、異常検出装置４０１は、図２で説明したステップＳ２２に対応するステップＳ３０３の“診断時間帯か？”の判定処理において、現在時刻が診断時間内であるか否かを判定する。診断時間内であれば（Ｓ３０３のＹｅｓ）、ステップＳ３０４に進み、診断時間内でない場合には（Ｓ３０３のＮｏ）、診断時間帯になるまで待機する。
ステップＳ３０１で、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２の時計は同期しているので、略同時に、診断時間帯を判定できる。
【００４９】
診断時間帯の指示方法がタイミング指示の場合においては、異常検出装置４０１は、ステップＳ３０３で、診断開始時間で診断開始指示を車上制御装置２０２に通知し、診断終了時間で診断終了指示を通知する。
この場合においても、車上制御装置２０２は、診断開始指示により診断時間帯を判定するので、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２の処理を同期化することができる。
【００５０】
ステップＳ３０４で、車上制御装置２０２は、図２で説明したステップＳ２３〜ステップＳ２７に対応する故障電流の判定処理を行う。上記にとおり、車上制御装置２０２は、診断時間帯において負荷電流を生じないように車両２０１のき電電流を遮断しているので、高抵抗地絡による故障電流も精度よく検出できる。
【００５１】
ところで、車両２０１が蓄電装置を備える場合には、図３のステップＳ３１６で、き電線から車上搭載装置２０３へのき電電流遮断の処理に替えて、車上搭載装置２０３への電力供給をき電線３０１から蓄電装置に切り替える処理を行うようにしてもよい。
【００５２】
これにより、診断時間帯においても通常時と同様の車両運転が可能となる。蓄電装置の電池容量が少ない場合、車上制御装置２０２は車両運転状況に応じて、乗客への影響が少なく、かつ電力消費を抑えた運転をするように車上搭載装置２０３を制御してもよい（例えば、車両２０１の空調を弱めて補機電力を抑制しつつ、走行速度を維持等）。
【００５３】
≪計画診断方式≫
次に、車両２０１の運転曲線に基づいて負荷電流が生じない時間帯を求めて診断時間帯として、異常検出装置４０１が故障電流の発生有無の診断処理を行うように、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２とが連携動作する場合を計画診断方式と称し、以下に詳細に説明する。
【００５４】
図４は、き電線３０１の変電所１０１の給電区間における車両２０１の速度と位置の関係を示す運転曲線図である。縦軸は、車両２０１の走行速度を示し、横軸は、き電線３０１の一端からの距離を示している。
【００５５】
車両２０１は、図４の運転曲線に基づいて運転され、途中の駅で所定時間の停車しているものとする。
運転曲線の実線で示される力行１、力行２、力行３の状態では、車両２０１の負荷電流が生じている。運転曲線の破線で示される惰行１、惰行２、制動１、惰行３の状態や駅に停車中の状態では、車両２０１に負荷電流が生じていない。
【００５６】
したがって、異常検出装置４０１は、惰行１、惰行２、惰行３の状態または駅に停車中の状態を、図２のステップＳ２２における、負荷電流が発生していない状態として、故障電流の発生有無を判定することができる。
車両２０１が制動１の状態では、回生電力をき電線３０１に供給される場合がある。このため、負荷電流は発生していないが、故障電流の判定には適さない。
【００５７】
例えば、運転曲線からき電線３０１の一端であるｏ点から惰行２の開始点ａまでの経過時間を求め、列車ダイヤから求まるｏ点の通過予定時刻を加算して診断開始時間とする。そして、ｏ点から惰行２の終了点ｂまでの経過時間を求め、ｏ点の通過予定時刻を加算して診断終了時間とする。
そして、図２のステップＳ２２で、上記で求めた診断開始時間以前と、診断終了時間以後を“負荷電流の発生状態”として処理する。
【００５８】
上記のように、運転曲線や列車ダイヤから、負荷電流が発生しない時間帯を求めることができるが、列車遅延等により通過時刻が変動して負荷電流が生じ、故障電流を正確に検出できないことがある。このため、運転曲線や列車ダイヤから求めた診断開始時間と診断終了時間を診断時間帯として、図３で説明した処理フローのステップＳ３０２とステップＳ３１２に適用することが望ましい。
これにより、車両２０１の運行状態が変動し、き電電流の受電中に診断時間になってもき電電流を強制遮断するので、故障電流の発生の有無を正確に判定できる。
【００５９】
運転曲線や列車ダイヤから診断時間帯を求める処理を異常検出装置４０１が行う場合には、図３のステップＳ３０１以前に診断時間帯を求める処理を行えばよい。
また、車両の運行状況を把握している別装置（たとえば、運行管理システム等）が運転曲線や列車ダイヤから診断時間帯を求めて異常検出装置４０１に通知してもよい。この場合には、図３のステップＳ３０１以前に、診断時間帯を取得する処理を追加すればよい。
【００６０】
≪オンデマンド診断方式≫
次に、診断時間帯に、車上制御装置２０２から異常検出装置４０１に診断要求を行い、異常検出装置４０１が故障電流の発生有無の診断処理を行うように、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２とが連携動作する場合をオンデマンド診断方式と称し、以下に詳細に説明する。
【００６１】
図４で説明したとおり、車両２０１は、惰行の状態や停車中の状態では、負荷電流が生じていない。
車上制御装置２０２は、車上搭載装置２０３の動作状態を検出することで、車両２０１が、惰行の状態や停車中の状態で、負荷電流が生じていないことを検出できる。
また、車上制御装置２０２も、異常検出装置４０１と同様に、運転曲線や列車ダイヤから、負荷電流の発生しない惰行の状態や停車中の状態の継続時間を推定することができる。
【００６２】
したがって、車上制御装置２０２は、現在が負荷電流の発生がなく異常診断に適した状態であるか、現在の状態が診断処理に必要な時間継続するか、を判定できる。つまり、車上制御装置２０２は、運行状況に応じて、負荷電流が生じておらず異常診断に適したタイミングを異常検出装置４０１に通知することができる。
以下、図５の制御フローに従い、オンデマンド診断方式における異常検出装置４０１と車上制御装置２０２の処理を詳細に説明する。
【００６３】
異常検出装置４０１は、ステップＳ５０１で、双方が同じ診断時間帯で処理を行う必要があるため、車上制御装置２０２と時計の同期を行う。
そして、ステップＳ５０２で、変電所１０１が給電するき電線３０１に在線する車両２０１の車上制御装置２０２へ所定の診断時間帯を指示する。
ここで、指示する診断時間帯は、列車遅延等による通過時刻の変動分を考慮して時間幅を決める。
【００６４】
車上制御装置２０２は、まず、双方が同じ診断時間帯で処理を行う必要があるため、ステップＳ５１１で異常検出装置４０１と時計の同期を行う。
次に、ステップＳ５１２で、車上制御装置２０２は、異常検出装置４０１から診断時間帯を受信する。
【００６５】
そして、ステップＳ５１３で、車上制御装置２０２は、現在時刻が診断時間内であるか否かを判定する。診断時間内であれば（Ｓ５１３のＹｅｓ）、ステップＳ５１４に進み、診断時間内でない場合には（Ｓ５１３のＮｏ）、診断時間になるまで待機する。
【００６６】
ステップＳ５１４で、車上制御装置２０２は、車両２０１が所定時間の惰行の状態が継続するか否かを判定し、惰行の状態が継続する場合には（Ｓ５１４のＹｅｓ）、ステップＳ５１５に進む。惰行の状態が継続しない場合には（Ｓ５１４のＮｏ）、惰行の状態が所定時間継続するようになるまで待機する。
【００６７】
この惰行の状態の継続時間は、異常検出装置４０１のき電電流の測定処理時間や、ネットワーク６０１を介して車上制御装置２０２から異常検出装置４０１への通信の遅延時間等により決める。
【００６８】
ステップＳ５１５で、車上制御装置２０２は、異常検出装置４０１に、故障電流の有無の診断要求を行う。
そして、Ｓ５１２に戻り、異常診断の処理を繰り返す。
【００６９】
車上制御装置２０２は、上記の処理により、診断時間帯に車上搭載装置２０３の負荷電流が生じないタイミングを診断要求として異常検出装置４０１に通知する。
異常検出装置４０１は、上記の通知に応じて、診断時間帯のき電電流を取得して、故障電流の発生有無を判定する。
【００７０】
詳しくは、異常検出装置４０１は、図２で説明したステップＳ２２に対応するステップＳ５０３の“診断要求有？”の判定処理において、車上制御装置２０２から診断要求の通知がされたか否かを判定する。通知があれば（Ｓ５０３のＹｅｓ）、ステップＳ５０４に進み、通知がなければ（Ｓ５０３のＮｏ）、診断要求の通知を待つ。
【００７１】
ステップＳ５０４で、車上制御装置２０２は、図２で説明したステップＳ２３〜ステップＳ２７に対応する故障電流の判定処理を行う。上記にとおり、車上搭載装置２０３の負荷電流が生じていないので、高抵抗地絡による故障電流も精度よく検出できる。
【００７２】
車上制御装置２０２は、ステップＳ５１４の“惰行状態が継続するか”の処理に代えて、駅に停車している等で停車時間が継続するかの判定処理を行ってもよい。
【００７３】
≪複数編成≫
上記では、き電線３０１に１つの編成の車両２０１が在線している場合について説明したが、き電線３０１に複数の編成の車両２０１が在線している場合（上下線も含む）も、同様にして、故障電流の発生有無の判定を行うことができる。
【００７４】
詳しくは、異常検出装置４０１は、き電線３０１に在線する全ての編成（車両２０１）について、時計の同期と、診断時間帯の指示を行う。複数編成のそれぞれの車上制御装置２０２は、診断時間帯にき電電流を受電していれば、き電線３０１から車上搭載装置２０３へのき電電流の電流遮断を行って、負荷電流がない状態にする（強制遮断方式）。異常検出装置４０１は、このタイミングで、き電電流を取得して、故障電流の発生有無の判定を行う。
これにより、複数の編成の車両２０１が在線していても、高抵抗地絡等による故障電流の発生を検出できる。
【００７５】
上記の計画診断方式においては、異常検出装置４０１は、複数編成のそれぞれの運転曲線や列車ダイヤから、車両２０１が、同時に、惰行の状態や停車中の負荷電流がない状態となる時間帯を抽出し、この時間帯を診断時間帯とする。そして、異常検出装置４０１は、複数編成のそれぞれの車上制御装置２０２に、これを通知する。
【００７６】
複数編成の車両２０１が同時に負荷電流のない状態となる時間帯がない場合には、回送運転の車両２０１があるか否かを判定する。回送運転の車両２０１がある場合には、回送運転の車両２０１を除く編成で、同時に負荷電流がない状態となる時間帯を抽出する。
回送運転の車両２０１を除く編成で、同時に負荷電流がない状態となる時間帯があれば、この時間帯を診断時間帯とする。回送運転の車両２０１において、き電電流の強制遮断が発生しても、乗客がいないためサービス低下とならない。
【００７７】
複数編成の車両２０１が同時に負荷電流のない状態となる時間帯がなく、かつ、回送運転の車両２０１を除く編成でも同時に負荷電流がない状態となる時間帯がない場合には、同時に負荷電流がない状態となる車両２０１の数が最大の時間帯を、診断時間帯とする。
【００７８】
また、オンデマンド診断方式では、異常検出装置４０１は、複数編成の全ての車上制御装置２０２から診断要求を通知された時に、故障電流の有無の判定を行うようにする。
【００７９】
ところで、き電線３０１に複数の編成の車両２０１が在線している場合に、通信遅延や通信欠落が発生すると、対象の車両２０１の車上制御装置間で異なった診断時間帯を認識し、異常検出装置４０１は適切な診断ができなくなる可能性がある。特に、異常検出装置４０１が診断時間帯の指示の方法として、前記オンデマンド診断方式を適用した場合にこの事象が発生すると想定される。
【００８０】
このような事象が発生する確率を低減するため、例えば、異常検出装置４０１と車上制御装置２０２との間の通信を周期通信（一定時間おきに送受信）にしたり、通信内容へ通番を付与したり、車上制御装置２０２が通信を受信した場合は異常検出装置４０１へ通知を返す等の対策が考えられる。
【００８１】
また、異常検出装置４０１は、通信遅延や処理の遅延時間分を考慮し、車上制御装置２０２に指示した時間帯よりも幅広い時間帯を診断対象時間帯とし、その時間帯において常時所定値以上の電流が測定される場合に異常と判定する対策も考えられる。ネットワーク６０１の構成に応じて、これらの対策を適宜適用することが望ましい。
【００８２】
次に、警報装置８０１（図１参照）について説明する。
警報装置８０１は、異常検出装置４０１の警報送信（図２のＳ２６）や正常送信（図２のＳ２７）を受信し、異常診断の判定結果、き電線３０１の電流測定データ、および異常状態に関する警報をユーザに提示する。
【００８３】
き電線３０１の電流測定データに、異常検出装置４０１が測定した電流値、測定区間、測定時間に関する情報が含まれる場合、警報装置８０１は故障被害の規模推定、発生要因の推定、故障発生箇所の特定等を行うことができる。警報装置８０１は、その情報を表示したり、現地での改修や保守点検の指示を行ったりしてもよい。警報装置８０１は画面に警報を表示してもよいし、同様の内容を音、ランプ点灯、振動（携帯端末のバイブレーション機能等）、といった別の手段によりユーザへ提示してもよい。
【００８４】
上記の説明では、警報システムの異常検出装置４０１が、き電電流を取得して故障電流の有無の判定を行う処理を詳細に説明したが、異常判定を行った場合、異常検出システムは外部のシステムに検出した異常の種類や異常発生場所を通知し、検出した異常を考慮した制御を行わせてもよい。
【００８５】
例えば、異常検出システムは、鉄道の運行管理システムや鉄道保安システム、あるいは変電所１０１を管理する変電システム等とネットワーク６０１を介して接続された構成をとり、異常検出システムが、運行管理システムや鉄道保安システムに故障電流が発生した旨および異常が発生していると推定される箇所の情報を通知することで、当該箇所への列車進入を制限させてもよい。
【００８６】
また、異常検出システムは、変電所１０１を管理する変電システムへ異常発生（および異常が発生していると考えられる変電所１０１の情報）を通知し、当該変電所１０１への給電を制限してもよい。
【００８７】
図１の異常検出システムでは、異常検出装置４０１、一つの変電所１０１から電力供給されるき電線３０１の故障電流の有無を判定する処理を行うことを説明したが、異常検出装置４０１が、複数の変電所１０１とそれに対応するき電線３０１を個別に制御するようにしてもよい。
【００８８】
この場合には、き電線３０１毎に診断時間帯を設定し、それぞれにき電線３０１に在線する車両２０１（車上制御装置２０２）に診断時間帯を通知する。
そして、異常検出装置４０１は、き電線３０１毎に、負荷電流が発生しない状態で、故障電流の発生有無を判定する。
【００８９】
また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１０１  変電所
２０１  車両
２０２  車上制御装置
２０３  車上搭載装置
３０１  き電線
４０１  異常検出装置
５０１  遮断器
６０１  ネットワーク
７０１  き電電流検出器
８０１  警報装置
【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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