(57)【要約】【課題】き電線の故障検出に対する感度を改善することができる直流き電保護継電装置を提供するものである。【解決手段】実施形態の直流き電保護継電装置は、直流き電線の電流値を一定時間ごとに取得する電流検出部と、電流正成分を算出する電流正成分算出部と、第１電流正成分と第２電流正成分とに基づいて突進率を算出する突進率算出部と、上限補正突進率を算出する上限補正値算出部と、下限補正突進率を算出する下限補正値算出部と、減衰補正突進率を算出する減衰補正値算出部と、増長率を算出する増長率算出部と、電流正成分の変化量を算出する変化量算出部と、増長変化量を算出し、増長変化量が予め定められる判定値以上か否かを判定する判定部と、増長変化量が判定値以上と判定された場合に、遮断器あるいは開閉器を開放するトリップ指令を出力するトリップ指令出力部とを有する。【選択図】図１
2015098286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮断器あるいは開閉器に接続され、電気車に電力を供給する直流き電線の電流値を一定時間ごとに取得する電流検出部と、
前記電流検出部で取得された前記電流値の正成分である電流正成分を算出する電流正成分算出部と、
前記電流検出部により取得された第１電流値から前記電流正成分算出部にて算出された第１電流正成分と、前記電流検出部により前記第１電流値の所定回数前に取得された第２電流値から前記電流正成分算出部にて算出された第２電流正成分とに基づいて、前記電流正成分の変化率を示す突進率を算出する突進率算出部と、
前記突進率算出部により算出された前記突進率に対して、予め設定される上限閾値を超えた場合に前記上限閾値と一致するように補正した上限補正突進率を算出する上限補正値算出部と、
前記上限補正値算出部により算出された前記上限補正突進率に対して、予め設定される下限閾値を下回った場合に前記下限閾値と一致するように補正した下限補正突進率を算出する下限補正値算出部と、
前記下限補正値算出部により算出された前記下限補正突進率に対して、減衰を遅らせるように補正した減衰補正突進率を算出する減衰補正値算出部と、
前記減衰補正値算出部にて直前に算出された第１減衰補正突進率と、前記第１減衰補正突進率の所定回数前に算出された第２減衰補正突進率とに対して、予め定められる増長係数を乗じて加算した増長率を算出する増長率算出部と、
前記第１電流正成分と前記第２電流正成分とから、前記電流正成分の変化量を算出する変化量算出部と、
前記増長率と前記変化量とを乗じた増長変化量を算出し、前記増長変化量が予め定められる判定値以上か否かを判定する判定部と、
前記判定部により、前記増長変化量が前記判定値以上と判定された場合に、前記遮断器あるいは前記開閉器を開放するトリップ指令を出力するトリップ指令出力部と
を有する直流き電保護継電装置。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３に示す一般的なき電回路において、変電所ＳＳ１および変電所ＳＳ２は、例えば数十ｋｍ間隔で設けられる。
【０００３】
各変電所ＳＳ１，ＳＳ２からは直流電力がき電線３１に供給される。
【０００４】
変電所ＳＳ１は、交流電源４１、整流器４２、変流器（ＣＴ）４３、き電遮断器４５、連絡遮断装置４６、および直流き電保護継電装置４７を備える。
【０００５】
交流電源４１から供給される交流電力は、整流器４２によって直流電力に変換され、き電遮断器４５を通過してき電線３１の一端に供給される。
【０００６】
同様に変電所ＳＳ２は、交流電源５１、整流器５２、ＣＴ５３、き電遮断器５５、連絡遮断装置５６、および直流き電保護継電装置５７を備える。
【０００７】
交流電源５１から供給される交流電力は、整流器５２によって直流電力に変換され、き電遮断器５５を通過してき電線３１の他端に供給される。
【０００８】
整流器４２，５２によって変換された直流電力は、レール３２にも供給され、き電線３１およびレール３２は、電気車３３に電力を供給する。
【０００９】
直流き電保護継電装置４７，５７は、ＣＴ４３，５３からき電線３１の電流値を取得し、き電線３１で故障等が発生した場合にき電遮断器４５，５５を開放する。
【００１０】
例えば、直流き電保護継電装置４７がき電線３の故障を検出した場合、変電所ＳＳ１のき電遮断器４５を開放する。また、連絡遮断装置４６，５６は互いに連絡線３４で接続されるため、直流き電保護継電装置４７は変電所ＳＳ１の連絡遮断装置４６を介して変電所ＳＳ２の連絡遮断装置５６に遮断指令信号を出力する。すなわち、き電遮断器５５は、直流き電保護継電装置５７あるいは連絡遮断装置５６によって開放される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−５３１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
き電線３１で故障が発生し、故障点抵抗Ｒｆが０．４５［Ω］の場合の故障点区間長比率ｄと、所定時間当たりの故障点における電流の変化値ΔＩｆ、所定時間当たりの変電所ＳＳ１に流れる電流の変化値ΔＩ１、所定時間当たりの変電所ＳＳ２に流れる電流の変化値ΔＩ２との関係の一例を図１４に示す。また、故障点抵抗Ｒｆが０．７［Ω］の場合の故障点区間長比率ｄと、所定時間当たりの故障点における電流の変化値ΔＩｆ、所定時間当たりの変電所ＳＳ１に流れる電流の変化値ΔＩ１，所定時間当たりの変電所ＳＳ２に流れる電流の変化値ΔＩ２との関係の一例を図１５に示す。
【００１３】
ここで、故障点区間長比率ｄは、変電所ＳＳ１から変電所ＳＳ２までの距離を１としたときの変電所ＳＳ１から故障点までの比率である。例えば、ｄ＝０．５のときは両変電所ＳＳ１，ＳＳ２の中間地点にて故障が発生することを表す。
【００１４】
図１４，１５において、電流の変化値ΔＩ１が閾値ΔＩｓｅｔを超えると直流き電保護継電装置４７が動作し、電流の変化値ΔＩ２が閾値ΔＩｓｅｔを超えると直流き電保護継電装置５７が動作することを示す。
【００１５】
図１４では、ｄ＝０〜０．６にて変電所ＳＳ１の直流き電保護継電装置４７が動作し、ｄ＝０．４〜１．０にて変電所ＳＳ２の直流き電保護継電装置５７が動作することになる。
【００１６】
一方、図１５では、ｄ＝０〜０．４にて変電所ＳＳ１の直流き電保護継電装置４７が動作し、ｄ＝０．６〜１．０にて変電所ＳＳ２の直流き電保護継電装置５７が動作するが、ｄ＝０．４〜０．６にて無保護区間が生じてしまう。すなわち、故障点抵抗Ｒｆが増加することで、両変電所ＳＳ１，ＳＳ２から無保護になってしまう区間が生じてしまう。
【００１７】
次に、故障点抵抗Ｒｆを０．６［Ω］としたときの（ａ）電流と時間との関係の一例、（ｂ）電流の変化値と時間との関係の一例、（ｃ）き電遮断器の遮断動作と時間との関係の一例を図１６乃至図１８に示す。なお、図１６では、故障点区間長比率ｄ＝０、図１７では、故障点区間長比率ｄ＝０．２５、図１８では、故障点区間長比率ｄ＝０．５である。図１６（ｃ）、図１７（ｃ）、図１８（ｃ）中の「ａｃｔ１」は、変電所ＳＳ１のき電遮断器４５の動作を表し、「ａｃｔ２」は、変電所ＳＳ２のき電遮断器５５の動作を示す。
【００１８】
図１６より、ｄ＝０のとき変電所ＳＳ１のき電遮断器４５は、およそｔ＝５０［ｍｓ］で開放され、変電所ＳＳ２のき電遮断器５５は開放されない。
【００１９】
図１７より、ｄ＝０．２５のとき変電所ＳＳ１のき電遮断器４５は、およそｔ＝６３［ｍｓ］で開放され、その後変電所ＳＳ２のき電遮断器５５は、およそｔ＝１３５［ｍｓ］で開放される。
【００２０】
図１８より、ｄ＝０．５のとき変電所ＳＳ１のき電遮断器４５、変電所ＳＳ２のき電遮断器５５ともに開放されない。
【００２１】
すなわち、両変電所ＳＳ１，変電所ＳＳ２間のどの地点にて故障が発生するかにより、直流き電保護継電装置４７，５７は、近端動作、遠端不動作となり近端開放後の遠端の電流の変化値も閾値に到達しない場合がある。そのため、き電線３１の保護は近端側のき電保護継電装置４７，５７と連絡遮断装置４６，５６に委ねられる。
【００２２】
そこで、本発明の実施形態はこれらの課題を解決するために、き電線の故障検出に対する感度を改善することができる直流き電保護継電装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を達成するために、実施形態の直流き電保護継電装置は、遮断器あるいは開閉器に接続され、電気車に電力を供給する直流き電線の電流値を一定時間ごとに取得する電流検出部と、前記電流検出部で取得された前記電流値の正成分である電流正成分を算出する電流正成分算出部と、前記電流検出部により取得された第１電流値から前記電流正成分算出部にて算出された第１電流正成分と、前記電流検出部により前記第１電流値の所定回数前に取得された第２電流値から前記電流正成分算出部にて算出された第２電流正成分とに基づいて、前記電流正成分の変化率を示す突進率を算出する突進率算出部と、前記突進率算出部により算出された前記突進率に対して、予め設定される上限閾値を超えた場合に前記上限閾値と一致するように補正した上限補正突進率を算出する上限補正値算出部と、前記上限補正値算出部により算出された前記上限補正突進率に対して、予め設定される下限閾値を下回った場合に前記下限閾値と一致するように補正した下限補正突進率を算出する下限補正値算出部と、前記下限補正値算出部により算出された前記下限補正突進率に対して、減衰を遅らせるように補正した減衰補正突進率を算出する減衰補正値算出部と、前記減衰補正値算出部にて直前に算出された第１減衰補正突進率と、前記第１減衰補正突進率の所定回数前に算出された第２減衰補正突進率とに対して、予め定められる増長係数を乗じて加算した増長率を算出する増長率算出部と、前記第１電流正成分と前記第２電流正成分とから、前記電流正成分の変化量を算出する変化量算出部と、前記増長率と前記変化量とを乗じた増長変化量を算出し、前記増長変化量が予め定められる判定値以上か否かを判定する判定部と、前記判定部により、前記増長変化量が前記判定値以上と判定された場合に、前記遮断器あるいは前記開閉器を開放するトリップ指令を出力するトリップ指令出力部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態に係る直流き電保護継電装置とその周辺装置の構成を示す全体構成図。
【図２】本実施形態に係る直流き電保護継電装置の構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態に係る直流き電保護継電装置のリレー演算部の構成を示すブロック図。
【図４】本実施形態に係る直流き電保護継電装置の突進率算出部により算出された突進率の一例。
【図５】本実施形態に係る直流き電保護継電装置の減衰補正値算出部により算出された減衰補正突進率の一例。
【図６】本実施形態に係る直流き電保護継電装置の増長率算出部により算出された増長率の一例。
【図７】本実施形態に係る直流き電保護継電装置の動作を示すフローチャート。
【図８】本実施形態に係る直流き電保護継電装置のリレー演算部の動作を示すフローチャート。
【図９】本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された突進率α＋および遠端側に流れる電流Ｉと時間との関係を示す一例。
【図１０】本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された増長率α、増長変化量ΔＩαおよび電流正成分の変化量ΔＩ＋と時間との関係を示す一例。
【図１１】本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された突進率α＋および電気車力行電流Ｉと時間との関係を示す一例。
【図１２】本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された増長率α、増長変化量ΔＩαおよび電流正成分の変化量ΔＩ＋と時間との関係を示す一例。
【図１３】従来のき電回路図。
【図１４】従来のき電回路において故障点区間長比率ｄと、所定時間当たりの故障点における電流の変化値ΔＩｆ、所定時間当たりの変電所ＳＳ１に流れる電流の変化値ΔＩ１、所定時間当たりの変電所ＳＳ２に流れる電流の変化値ΔＩ２との関係を示す一例（Ｒｆ＝０．４５［Ω］）。
【図１５】従来のき電回路において故障点区間長比率ｄと、所定時間当たりの故障点における電流の変化値ΔＩｆ、所定時間当たりの変電所ＳＳ１に流れる電流の変化値ΔＩ１、所定時間当たりの変電所ＳＳ２に流れる電流の変化値ΔＩ２との関係を示す一例（Ｒｆ＝０．７［Ω］）。
【図１６】従来のき電回路における（ａ）電流と時間との関係の一例、（ｂ）電流の変化値と時間との関係の一例、（ｃ）き電遮断器の遮断動作と時間との関係の一例（ｄ＝０）。
【図１７】従来のき電回路における（ａ）電流と時間との関係の一例、（ｂ）電流の変化値と時間との関係の一例、（ｃ）き電遮断器の遮断動作と時間との関係の一例（ｄ＝０．２５）。
【図１８】従来のき電回路における（ａ）電流と時間との関係の一例、（ｂ）電流の変化値と時間との関係の一例、（ｃ）き電遮断器の遮断動作と時間との関係の一例（ｄ＝０．５）。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、実施形態を図面に基づき説明する。
【００２６】
（実施形態）
図１は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置とその周辺装置の構成を示す全体構成図である。
【００２７】
直流電気鉄道のき電系統においては、１区間のき電線３の両端にそれぞれ変電所１，２が接続され、各変電所１，２からは所要とする直流電力がき電線３に供給される。
【００２８】
変電所１は、交流電源１１、整流器１２、断路器１３、変流器（ＣＴ）１４、き電遮断器１５、連絡遮断装置１６、交流遮断器１７および直流き電保護継電装置１００を備える。
【００２９】
交流電源１１から供給される交流電力は、整流器１２によって直流電力に変換され、き電遮断器１５を通過してき電線３の一端に供給される。
【００３０】
同様に変電所２は、交流電源２１、整流器２２、断路器２３、ＣＴ２４、き電遮断器２５、連絡遮断装置２６、交流遮断器２７および直流き電保護継電装置２００を備える。
【００３１】
交流電源２１から供給される交流電力は、整流器２２によって直流電力に変換され、き電遮断器２５を通過してき電線３の他端に供給される。
【００３２】
整流器１２，２２によって変換された直流電力は、レール４にも供給され、き電線３およびレール４は、図示しない電気車に電力を供給する。
【００３３】
直流き電保護継電装置１００，２００は、ＣＴ１４，２４からき電線３の電流値を取得し、き電線３で故障等が発生した場合にき電遮断器１５，２５を開放する。
【００３４】
例えば、直流き電保護継電装置１００がき電線３の故障を検出した場合、変電所１のき電遮断器１５を開放する。また、連絡遮断装置１６，２６は互いに連絡線５で接続されるため、直流き電保護継電装置１００は変電所１の連絡遮断装置１６を介して変電所２の連絡遮断装置２６に遮断指令信号を出力する。すなわち、き電遮断器２５は、直流き電保護継電装置２００あるいは連絡遮断装置２６によって開放される。
【００３５】
次に、直流き電保護継電装置１００の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置の構成を示すブロック図である。直流き電保護継電装置２００は、直流き電保護継電装置１００と同様の構成であるため説明を省略する。
【００３６】
直流き電保護継電装置１００は、入力変換器１０１、アナログフィルタ１０２、ＡＤ変換器１０３、リレー演算部１０４を備える。
【００３７】
入力変換器１０１は、ＣＴ１４およびアナログフィルタ１０２に接続され、ＣＴ１４により測定されたき電線３の電流値を取得し、アナログフィルタ１０２に出力する処理部である。
【００３８】
アナログフィルタ１０２は、入力変換器１０１およびＡＤ変換器１０３に接続され、入力変換器１０１から取得した電流値のノイズや高調波成分を除去し、ＡＤ変換器１０３に出力する処理部である。
【００３９】
ＡＤ変換器１０３は、アナログフィルタ１０２、リレー演算部１０４に接続され、アナログフィルタ１０２から取得したアナログデータの電流値をディジタル化し、リレー演算部１０４に出力する処理部である。
【００４０】
次に、リレー演算部１０４の構成について図３を用いて説明する。図３は本実施形態に係る直流き電保護継電装置のリレー演算部の構成を示すブロック図である。
【００４１】
リレー演算部１０４は、主にＣＰＵによって動作されるプログラムによって実現され、ＨＤＤ、ＳＳＤ、ＲＡＭ等の図示しない記憶媒体に保存される。
【００４２】
リレー演算部１０４は、電流検出部２０１、電流正成分算出部２０２、突進率算出部２０３、上限補正値算出部２０４、下限補正値算出部２０５、減衰補正値算出部２０６、増長率算出部２０７、変化量算出部２０８、判定部２０９、トリップ指令出力部２１０を有する。
【００４３】
電流検出部２０１は、ＡＤ変換器１０３によりディジタル化された電流値Ｉｓｐを一定時間ごとに取得する処理部である。
【００４４】
電流正成分算出部２０２は、電流検出部２０１で取得された電流値Ｉｓｐ（ｍ）の正成分（電流正成分）Ｉ＋（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（１）により算出される。ここで、ｍ＝１，２，・・・，ｐであり、ｐはサンプリング数を表す。
【数１】
2015098286.tif 000003
【００４５】
数式（１）において、Ｉｓｐ（ｍ）が負の場合、分子はゼロになる。
【００４６】
突進率算出部２０３は、電流検出部２０１により直前（ｍ回目のサンプリング）に取得された電流値（第１電流値）から電流正成分算出部２０２にて算出された電流正成分（第１電流正成分）Ｉ＋（ｍ）と、電流検出部２０１により第１電流値の所定回数ｎ前（ｍ−ｎ回目のサンプリング）に取得された電流値（第２電流値）から電流正成分算出部２０２にて算出された電流正成分（第２電流正成分）Ｉ＋（ｍ−ｎ）とに基づいて突進率α＋（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（２）により算出される。
【数２】
2015098286.tif 000004
【００４７】
すなわち、突進率は電流正成分の変化率を示している。ここで、係数ｋαは予め定められ、算出する単位時間当たりの電流増加量を調整するための係数である。なお、所定回数ｎは任意に設定可能であり、以下同様である。
【００４８】
数式（２）において、Ｉ＋（ｍ）−Ｉ＋（ｍ−ｎ）が負の場合、分子はゼロになる。
【００４９】
突進率算出部２０３により算出された突進率α＋（ｍ）の一例を図４に示す。
【００５０】
上限補正値算出部２０４は、突進率算出部２０３により算出された突進率α＋（ｍ）に対して、予め設定される上限閾値ｋαＨを超えた場合に上限閾値ｋαＨと一致するように補正した上限補正突進率αＨ（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（３）により算出される。
【数３】
2015098286.tif 000005
【００５１】
数式（３）において、ｋαＨ−α＋（ｍ）が負の場合、分子はゼロになる。
【００５２】
下限補正値算出部２０５は、上限補正値算出部２０４により算出された上限補正突進率αＨ（ｍ）に対して、予め設定される下限閾値ｋαＬを下回った場合に下限閾値ｋαＬと一致するように補正した下限補正突進率αＬ（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（４）により算出される。
【数４】
2015098286.tif 000006
【００５３】
数式（４）において、αＨ（ｍ）−ｋαＬが負の場合、分子はゼロになる。
【００５４】
減衰補正値算出部２０６は、下限補正値算出部２０５により算出された下限補正突進率αＬ（ｍ）に対して、減衰を遅らせるように補正した減衰補正突進率ατ（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（５）により算出される。
【数５】
2015098286.tif 000007
【００５５】
ここで、ｋατは予め定められる遅れ係数であり、上下限値が制限された下限補正突進率αＬ（ｍ）は、数式（５）により所定回数ｎ前の減衰補正突進率ατ（ｍ―ｎ）に対して増加分は遅れなしで、減少分は遅れ係数ｋατの減少率で追従する。
【００５６】
すなわち、故障電流の変化量の応答に比べて故障電流の突進率は急峻に立つが、減衰が早いため、遅れ係数ｋατにより減衰が遅らされる。
【００５７】
減衰補正値算出部２０６により算出された減衰補正突進率ατ（ｍ）の一例を図５に示す。
【００５８】
増長率算出部２０７は、減衰補正値算出部２０６にて直前（ｍ回目のサンプリング）に算出された減衰補正突進率（第１減衰補正突進率）ατ（ｍ）と、第１減衰補正突進率の所定回数ｎ前（ｍ−ｎ回目のサンプリング）に算出された減衰補正突進率（第２減衰補正突進率）ατ（ｍ−ｎ）とに対して、予め定められる増長係数ｋα％を乗じて加算した増長率α（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（６）により算出される。
【００５９】
α（ｍ）＝ｋα％・（ατ（ｍ）＋ατ（ｍ−ｎ））         （６）
ここで、所定回数ｎは、故障点の近端側の直流き電保護継電装置１００，２００が故障を検出して、き電遮断器４５，５５を開放する時間（概ね５０ｍｓｅｃ）をサンプリング間隔で除した値を目安にすれば二段階後続する電流の増加タイミングに合致する。
【００６０】
第１減衰補正突進率ατ（ｍ）と第２減衰補正突進率ατ（ｍ−ｎ）に対して、数式（６）に示すように同一の増長係数ｋα％を乗じてもよいし、数式（７）に示すように異なる増長係数ｋα１％，ｋα２％を乗じてもよい。
【００６１】
α（ｍ）＝ｋα１％・ατ（ｍ）＋ｋα２％・ατ（ｍ−ｎ）        （７）
増長率算出部２０７により算出された増長率α（ｍ）の一例を図６に示す。
【００６２】
変化量算出部２０８は、第１電流正成分Ｉ＋（ｍ）と第２電流正成分Ｉ＋（ｍ−ｎ）とから、電流正成分の変化量ΔＩ＋（ｍ）を算出する処理部である。具体的には、下記の数式（８）により算出される。
【数６】
2015098286.tif 000008
【００６３】
判定部２０９は、増長率算出部２０７により算出された増長率α（ｍ）と変化量算出部２０８により算出された変化量ΔＩ＋（ｍ）とを乗じた増長変化量ΔＩα（ｍ）を算出し、算出した増長変化量ΔＩα（ｍ）が予め定められる判定値ｋΔＩ以上か否かを判定する処理部である。増長変化量ΔＩα（ｍ）は、下記の数式（９）により算出され、数式（１０）に基づいて判定される。
【００６４】
ΔＩα（ｍ）＝α（ｍ）・ΔＩ＋（ｍ）          （９）
ｋΔＩ≦ΔＩα（ｍ）         （１０）
トリップ指令出力部２１０は、判定部２０９により増長変化量ΔＩα（ｍ）が判定値ｋΔＩ以上と判定された場合に、き電遮断器１５を開放するトリップ指令を出力する処理部である。
【００６５】
トリップ指令出力部２１０は、き電遮断器１５に代わる開閉器を開放するトリップ指令を出力するように構成されてもよい。
【００６６】
次に、直流き電保護継電装置１００の動作について図７を用いて説明する。図７は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置の動作を示すフローチャートである。
【００６７】
入力変換器１０１は、ＣＴ１４により測定されたき電線３の電流値を取得し、アナログフィルタ１０２に出力する（Ｓ３０１）。
【００６８】
アナログフィルタ１０２は、入力変換器１０１から取得した電流値のノイズや高調波成分を除去し、ＡＤ変換器１０３に出力する（Ｓ３０２）。
【００６９】
ＡＤ変換器１０３は、アナログフィルタ１０２から取得したアナログデータの電流値をディジタル化し、リレー演算部１０４に出力する（Ｓ３０３）。
【００７０】
リレー演算部１０４は、ＡＤ変換器１０３からディジタル化された電流値を取得し、リレー演算を行い、条件を満たした場合にき電遮断器１５を開放するトリップ指令を出力する（Ｓ３０４）。
【００７１】
次に、リレー演算部１０４の動作について図８を用いて詳しく説明する。図８は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置のリレー演算部の動作を示すフローチャートである。
【００７２】
電流検出部２０１は、ＡＤ変換器１０３によりディジタル化された電流値を一定時間ごとに取得する（Ｓ４０１）。
【００７３】
電流正成分算出部２０２は、電流検出部２０１で取得された電流値の正成分である電流正成分を算出する（Ｓ４０２）。
【００７４】
突進率算出部２０３は、電流検出部２０１により直前に取得された第１電流値から電流正成分算出部２０２にて算出された第１電流正成分と、電流検出部２０１により第１電流値の所定回数前に取得された第２電流値から電流正成分算出部２０２にて算出された第２電流正成分とに基づいて突進率を算出する（Ｓ４０３）。
【００７５】
上限補正値算出部２０４は、突進率算出部２０３により算出された突進率に対して、予め設定される上限閾値を超えた場合に上限閾値と一致するように補正した上限補正突進率を算出する（Ｓ４０４）。
【００７６】
下限補正値算出部２０５は、上限補正値算出部２０４により算出された上限補正突進率に対して、予め設定される下限閾値を下回った場合に下限閾値と一致するように補正した下限補正突進率を算出する（Ｓ４０５）。
【００７７】
減衰補正値算出部２０６は、下限補正値算出部２０５により算出された下限補正突進率に対して、減衰を遅らせるように補正した減衰補正突進率を算出する（Ｓ４０６）。
【００７８】
増長率算出部２０７は、減衰補正値算出部２０６にて直前に算出された第１減衰補正突進率と、第１減衰補正突進率の所定回数前に算出された第２減衰補正突進率とに対して、予め定められる増長係数を乗じて加算した増長率を算出する（Ｓ４０７）。
【００７９】
変化量算出部２０８は、第１電流正成と第２電流正成分とから、電流正成分の変化量を算出する（Ｓ４０８）。
【００８０】
判定部２０９は、増長率算出部２０７により算出された増長率と変化量算出部２０８により算出された変化量とを乗じた増長変化量を算出する（Ｓ４０９）。
【００８１】
また判定部２０９は、算出した増長変化量が予め定められる判定値以上か否かを判定する（Ｓ４１０）。
【００８２】
トリップ指令出力部２１０は、判定部２０９により増長変化量が判定値以上と判定された場合（Ｓ４１０  ＹＥＳ）に、き電遮断器１５を開放するトリップ指令を出力する（Ｓ４１１）。
【００８３】
次にシミュレーション結果を示す。
【００８４】
図９は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された突進率α＋および遠端側に流れる電流Ｉと時間との関係を示す一例である。また図１０は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された増長率α、増長変化量ΔＩαおよび電流正成分の変化量ΔＩ＋と時間との関係を示す一例である。
【００８５】
ただし、図８、図９において遠端側の電流模擬は、故障初期電流ｄｉ／ｄｔは３０Ａ／２０ｍｓｅｃ、近端側開放直後の次期電流ｄｉ／ｄｔは９００Ａ／２０ｍｓｅｃとしている。
【００８６】
また、図８、図９におけるΔＩｓｅｔは判定値ｋΔＩを意味し、１０００Ａとしている。
【００８７】
故障発生の初期電流Ｉは近端側（対向端）に多く遠端側は小さい。近端側の直流き電保護継電装置（例えば図１中、直流き電保護継電装置１００）が故障を検知してき電遮断器１５を開放した直後に、遠端側の電流Ｉは増加する。
【００８８】
しかし、図１０に示すように電流正成分の変化量ΔＩ＋が判定値ΔＩｓｅｔに届かない場合がある。この場合、遠端側の直流き電保護継電装置２００がき電遮断器２５を開放する動作判定に電流正成分の変化量ΔＩ＋が用いられていると、遠端側の直流き電保護継電装置２００は動作しないことを意味する。
【００８９】
増長率αは、初期故障電流の突進率に応じて推移し、対向端開放直後の連続した増加故障電流の突進率により更に増加・維持する。その結果、電流正成分の変化量ΔＩ＋が判定値ΔＩｓｅｔに届かない場合でも増長変化量ΔＩαは判定値ΔＩｓｅｔを超過する。
【００９０】
すなわち、近端側の直流き電保護継電装置１００が故障を検知してき電遮断器１５を開放し、遠端側の電流正成分の変化量ΔＩ＋が判定値ΔＩｓｅｔを下回る場合でも、増長変化量ΔＩαは判定値ΔＩｓｅｔを超過するため、遠端側の直流き電保護継電装置２００もき電遮断器２５を開放することが可能となる。このことにより、近端側の直流き電保護継電装置１００と端側の直流き電保護継電装置２００の動作が一致する。
【００９１】
図１１は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された突進率α＋および電気車力行電流Ｉと時間との関係を示す一例である。また図１２は、本実施形態に係る直流き電保護継電装置において算出された増長率α、増長変化量ΔＩαおよび電流正成分の変化量ΔＩ＋と時間との関係を示す一例である。
【００９２】
ただし、電気車力行電流ｄｉ／ｄｔは５ｋＡ／１ｓｅｃとしている。
【００９３】
電気車力行電流は、最大でもその突進率が１０ｋＡ／１ｓｅｃ以下であり、き電回路の時定数に比べて遥かに小さい。
【００９４】
本実施形態では、上限補正値算出部２０４により上限閾値ｋαＨを設け、下限補正値算出部２０５により下限閾値ｋαＬを設けたため、増長率αの下限値は限りなく１ｐｕに近くなる。
【００９５】
また、電気車の回生電流は区間の電気車走行位置から変電所に向かう負方向電流であるため除去され、回生失効から生じる負の突進率は算出されない。その結果、増長変化量ΔＩαおよび電流正成分の変化量ΔＩ＋はほぼ同等の値となり、判定値ΔＩｓｅｔを超えない。そのため、直流き電保護継電装置１００，２００が電気車力行電流によりき電遮断器１５，２５を開放することを防止できる。
【００９６】
本実施形態は、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。本実施形態は、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。本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。
【符号の説明】
【００９７】
１，２，ＳＳ１，ＳＳ２…変電所
３，３１…き電線
４，３２…レール
５，３４…連絡線
１１，２１，４１，５１…交流電源
１２，２２，４２，５２…整流器
１３，２３…断路器
１４，２４，４３，５３…変流器（ＣＴ）
１５，２５，４５，５５…き電遮断器
１６，２６，４６，５６…連絡遮断装置
１７，２７…交流遮断器
３３…電気車
４７，５７，１００，２００…直流き電保護継電装置
１０１…入力変換器
１０２…アナログフィルタ
１０３…ＡＤ変換器
１０４…リレー演算部
２０１…電流検出部
２０２…電流正成分算出部
２０３…突進率算出部
２０４…上限補正値算出部
２０５…下限補正値算出部
２０６…減衰補正値算出部
２０７…増長率算出部
２０８…変化量算出部
２０９…判定部
２１０…トリップ指令出力部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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