(57)【要約】【課題】事故による電流増加を高速に判定でき、また回生失効等を誤って事故と判定するのを防止でき、信頼性の高い直流電流保護継電装置を得る。【解決手段】電流変化率が所定値を超えると電流急変判定手段７が電流急変信号を発し、ベース電流記憶手段８はこのときの電流値をベース電流として記憶する。加算器９が算出した現在の電流とベース電流値との差が所定の値を超えたとき故障電流判定手段１０は故障電流信号を発する。極性判定手段１１は、電流急変信号が発されたときの電流が正方向のとき正方向極性信号を発し、回生中電流急変判定手段１２は、電流急変信号が発信されたときに正方向極性信号が発信されていなかった場合に回生中の電流急変であると判定し回生中電流急変信号の発信を続ける。事故判定手段１３は、電流急変信号及び故障電流信号が発信されていて回生中電流急変信号が発信されていないとき事故と判定する。【選択図】　　　　図２
2004023884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車に電力を供給する直流き電線の電流を検出する電流検出手段と、上記検出された電流を微分して電流変化率を求める微分演算手段と、上記電流変化率が所定値を超えたときに電流急変信号を発する電流急変判定手段と、上記電流急変信号が発信されたときの上記電流をベース電流値として記憶するべース電流記憶手段と、上記べース電流値と上記電流の現在値との差を演算する加算手段と、上記加算手段の出力が所定の値を超えたときに故障電流信号を発する故障電流判定手段と、上記電流急変信号が発信されたときの上記電流が零以上のときに正方向極性信号を発する極性判定手段と、上記電流急変信号が発信されたときに上記正方向極性信号が発信されていなかった場合に回生中の電流急変であると判定し回生中電流急変信号の発信を継続する回生中電流急変判定手段と、上記電流急変信号及び上記故障電流信号が発信されていてかつ上記回生中電流急変信号が発信されていないとき事故と判定する事故判定手段とを備えた直流電流継電装置。
【請求項２】
上記回生中電流急変判定手段が回生中電流急変信号を発してから所定の時間後に上記故障電流信号及び上記正方向極性信号がともに発信されているとき事故と判定する回生線路側事故判定手段を設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の直流電流継電装置。
【請求項３】
上記電流が予め定められた値を超えたとき回生線路側故障電流信号を発する回生線路側故障電流判定手段と、上記回生線路側故障電流信号と上記正方向極性信号と回生中電流急変信号とが発信されているとき重短絡故障と判定する重短絡故障判定手段とを設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の直流電流継電装置。
【請求項４】
上記回生中電流急変判定手段が回生中電流急変信号を発してから所定の時間後に上記故障電流信号及び上記正方向極性信号がともに発信されているとき事故と判定する回生線路側事故判定手段と、上記電流が予め定められた値を超えたとき回生線路側故障電流信号を発する回生線路側故障電流判定手段と、上記回生線路側故障電流信号と上記正方向極性信号と回生中電流急変信号とが発信されているとき重短絡故障と判定する重短絡故障判定手段とを設けたものであって、上記事故判定手段回生線路側が事故と判定したとき、上記回生線路側事故判定手段が事故と判定したとき、又は上記重短絡故障判定手段が重短絡故障と判定したとき、上記直流き電線に供給する電力を遮断するように指令を発する遮断指令発信手段を設けたものであることを特徴とする請求項１に記載の直流電流継電装置。
【請求項５】
上記電流検出手段は、検出する電流中の高調波を除去する高調波フィルタを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の直流電流継電装置。
【請求項６】
上記直流き電線は複数あっておのおの電気的に区分された電気車線路のセクションに給電するものであり、上記直流電流継電装置は上記複数の直流き電線ごとに設けられ、セクション通過補償値出力手段とセクション通過補償手段とを設けたものであって、上記セクション通過補償値出力手段は上記微分演算手段が求めた電流変化率が所定の電流急減判定値を超える電流減少であるときに上記電流変化率に予め決められた補償率を乗じた補償値を出力し、上記セクション通過補償手段は上記微分演算手段が求めた電流変化率を上記複数の直流き電線のうちの事前に設定した対象となる直流き電線に設けられる上記直流電流継電装置の上記セクション通過補償値が出力する上記補償値により補償するものであることを特徴とする請求項１に記載の直流電流継電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電鉄用変電所等の直流き電回路保護のために用いられる直流電流継電装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直流き電回路の短絡保護のための直流電流保護継電装置、例えば特開昭６３−９０４５０号公報に示されるような直流電流継電装置は、故障電流発生時の電流増加分を検出し、一定値以上の電流増加変化が一定時間継続した場合に遮断器を動作させる。このようにすることにより、故障電流発生時の電流増加変化と電車ノッチアップ時（加速時）の電流増加変化が接近している場合でも、故障電流と比べて継続時間が短いノッチアップによる電流変化を分離することができ、小さな故障電流に対しても直流き電回路を保護することが可能となる。
【０００３】
以下、このような従来の直流電流保護継電装置を、図９〜図１４によりさらに詳細に説明する。図９は、従来の直流電流保護継電装置の構成を示す構成図、図１０は直流電流保護継電装置のＣＰＵ部の動作を説明するための説明図である。図１１は、電車の起動時のノッチ切換による直流き電線の負荷電流を示す波形図である。図１２は、直流き電線を流れる故障電流の波形を示す波形図、図１３は回生失効を説明するための説明図である。図１４は、回生失効時に直流き電線回路に発生する現象を説明するための説明図である。
【０００４】
図９において、１は直流母線、２は遮断器、３は直流き電線である。４はＣＴ（直流変流器）であり、直流き電線３を流れる電流を計測する。５１はＡ／Ｄ変換部であり、ＣＴ４からのアナログ入力をデジタル値に変換する。５２はＣＰＵ部（中央演算部）であり、Ａ／Ｄ変換部５１から信号線Ｗ１を介して出力されたデジタル値に基づき所定の演算を行い、事故の判定を行う。５３は出力部であり、信号線Ｗ２を介して入力されたＣＰＵ部５２の判定結果に基づき遮断器２にトリップ指令を出力する。
【０００５】
直流き電線３の負荷電流は、電車の起動時においてノッチ切換等により図１１に示す波形の通り、ノッチ切換に応じて階段状に変化する。一方、故障電流は図１２に示す波形の通り単調に増加する。電車負荷の増大に伴い負荷電流も増大し、故障電流と負荷電流の大きさに差が無くなり、また、逆に負荷電流の方が故障電流より増大するケースがある。
【０００６】
そこで、図９に示す従来の直流電流継電装置におけるＣＰＵ５２は、負荷電流が電車のノッチアップ等により急峻に立上り、一定値となる階段波形の特性を考慮して、図１０に示すようなＡＮＤ条件の判定を行う。すなわち、ＣＴ４にて検出された直流電流のレベル、つまりＡ／Ｄ変換部５１から入力される電流値がある値Ｋより大きいという第１の条件と、一定値以上の電流増加変化が一定時間継続するという第２の条件とのＡＮＤ条件により、事故判別を実施し、事故と判別した場合に出力部３が遮断器２にトリップ指令を出力するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の直流電流継電装置は以上のように構成されており、一定値以上の電流増加変化が一定時間継続することを条件にして事故判別を行っているため、必ず上記一定時間分だけ事故判別が遅れるという欠点があった。直流き電線の重短絡事故の場合は、直流き電線に大電流が流れ、より高速に遮断しなければ、遮断器の遮断限界を超え事故除去が難しくなるばかりでなく、変電所機器の破壊に至るおそれがある。
【０００８】
また、近年、電力回生車両が増え、一つの電車区間を走行している回生車が回生制動中に他の電車である負荷車がノッチオフしたときに生じる回生失効現象によって、従来の直流電流保護継電装置では不要動作する欠点があった。ここで、回生失効現象について簡単に説明する。図１４は、回生失効時に直流き電回路で発生する現象を説明するための説明図である。
【０００９】
図１４における直流き電線回路では、図示しない整流器により全波整流された電力が、母線Ｍに供給され、さらに遮断器ＣＢｌを設けた直流き電線６１から電車線７１と、遮断器ＣＢ２を設けた直流き電線６２から電車線７２と、遮断器ＣＢ３を設けた直流き電線６３から電車線７３と、遮断器ＣＢ４を設けた直流き電線６４から電車線７４とに、それぞれ電力供給が行われている。そして、電車Ａは電車線７３より電力供給を受けて力行し、電車Ｂは電車線７２より電力供給を受けて力行している。
【００１０】
いま、電車Ａが回生車になったときは、電車Ａから矢印ａの方向に、電車線７３→直流き電線６３→母線Ｍ→直流き電線６２→電車線７２を経て、力行中の電車Ｂに対して回生電力の供給が行われる。この結果、電車Ｂは、回生電力を消費する負荷車となる。次に、この状態において、電車Ｂがノッチオフすると、回生電力を消費する負荷が急になくなってしまい、電車Ａから送出されていた回生電流は零となる。これを回生失効という。
【００１１】
このように、回生電流が零になると、回生車であった電車Ａの回生電圧は急上昇し、車内に設けた図示しない過電圧継電器が動作して、これも図示しない過電圧抑制抵抗を通し主回路を短絡させる。この結果、図１３の曲線Ｒのように、直流き電線６３における直流電流は、電車Ａが回生車の状態では負方向の回生電流−Ｊ０が流れているが、回生失効状態になると回生電流が遮断されて＋△Ｊ１の電流増加が発生する。
【００１２】
さらに、車内に設けた過電圧抑制抵抗が主回路に挿入されることにより短絡電流が発生し、＋△Ｊ２の電流増加が発生する。このために、回生失効による電流増加と故障電流による電流増加が区別できないので、故障と判定し、不要に動作するという問題点があった。なお、回生車が存在する直流き電線での軽短絡故障の場合は、電流は図１３の一点鎖線で示す曲線Ｓのように変化する。
【００１３】
この発明は、上記のような問題点を解決して、回生失効による電流増加と故障電流による電流増加とを区別して高速に事故を判定でき、また回生失効のときや、電気車がセクションを通過するときに誤って事故と判定するのを防止でき、信頼性の高い直流電流保護継電装置を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の直流電流継電装置においては、電気車に電力を供給する直流き電線の電流を検出する電流検出手段と、検出された電流を微分して電流変化率を求める微分演算手段と、電流変化率が所定値を超えたときに電流急変信号を発する電流急変判定手段と、電流急変信号が発信されたときの電流をベース電流値として記憶するべース電流記憶手段と、べース電流値と電流の現在値との差を演算する加算手段と、加算手段の出力が所定の値を超えたときに故障電流信号を発する故障電流判定手段と、電流急変信号が発信されたときの電流が零以上のときに正方向極性信号を発する極性判定手段と、電流急変信号が発信されたときに正方向極性信号が発信されていなかった場合に回生中の電流急変であると判定し回生中電流急変信号の発信を継続する回生中電流急変判定手段と、電流急変信号及び故障電流信号が発信されていてかつ回生中電流急変信号が発信されていないとき事故と判定する事故判定手段とを備えたものである。
短絡事故が発生すると、電流が急激に増加するので電流急変信号が発信され、電流急変信号が発信されたときの電流すなわちべース電流値からの電流の増加幅が所定の値を超えるので故障電流信号が発信される。電流急変信号が発信されたときに極性判定手段から信号が発信されていないときは、直流き電線に流れる電流がマイナス方向であり、当該電流の急増急変は回生失効によるものとして回生中電流急変信号が発信されるので、回生中電流急変信号が発信されている場合は、事故と判定しないようにして、回生失効による電流変化で誤動作をしないようにしている。これにより、事故を迅速かつ確実に判定できる。
【００１５】
そして、回生中電流急変判定手段が回生中電流急変信号を発してから所定の時間後に故障電流信号及び正方向極性信号がともに発信されているとき事故と判定する回生線路側事故判定手段を設けたものであることを特徴とする。
所定の時間後には回生失効現象が収まっているように所定の時間の長さを選べば、回生失効現象が収まっているのに故障電流信号及び正方向極性信号がともに発信されているときには事故と判定でき、回生失効による電流増加と事故による電流増加を確実に区別でき、回生失効による誤動作を防止できる。
【００１６】
さらに、電流が予め定められた値を超えたとき回生線路側故障電流信号を発する回生線路側故障電流判定手段と、回生線路側故障電流信号と正方向極性信号と回生中電流急変信号とが発信されているとき重短絡故障と判定する重短絡故障判定手段とを設けたものであることを特徴とする。
回生中の重短絡故障の場合は、電流急変判定手段がまずこれを検出し、回生中電流急変判定手段が動作する。少し遅れて、短絡電流のために電流の方向が逆転し正方向の電流が流れ極性判定手段が動作し、電流の増大して予め定められた値を超えると回生線路側故障電流判定手段が動作して、これらの条件が全て揃うと、重短絡故障判定手段が重短絡故障と判定することにより、迅速に事故を判定できる。
【００１７】
また、回生中電流急変判定手段が回生中電流急変信号を発してから所定の時間後に故障電流信号及び正方向極性信号がともに発信されているとき事故と判定する回生線路側事故判定手段と、電流が予め定められた値を超えたとき回生線路側故障電流信号を発する回生線路側故障電流判定手段と、回生線路側故障電流信号と正方向極性信号と回生中電流急変信号とが発信されているとき重短絡故障と判定する重短絡故障判定手段とを設けたものであって、事故判定手段回生線路側が事故と判定したとき、回生線路側事故判定手段が事故と判定したとき、又は重短絡故障判定手段が重短絡故障と判定したとき、直流き電線に供給する電力を遮断するように指令を発する遮断指令発信手段を設けたものであることを特徴とする。
事故を迅速かつ精度良く判定して電力を遮断するように指令を発することにより、時間の経過とともに事故電流が増加して遮断器が遮断不能に陥る前に遮断できるとともに事故の拡大を防止できる。
【００１８】
そして、電流検出手段は検出する電流中の高調波を除去する高調波フィルタを有するものであることを特徴とする。
高調波の影響を受けて誤動作するのを防止できる。
【００１９】
さらに、直流き電線は複数あっておのおの電気的に区分された電気車線路のセクションに給電するものであり、直流電流継電装置は複数の直流き電線ごとに設けられ、セクション通過補償値出力手段とセクション通過補償手段とを設けたものであって、セクション通過補償値出力手段は微分演算手段が求めた電流変化率が所定の電流急減判定値を超える電流減少であるときに電流変化率に予め決められた補償率を乗じた補償値を出力し、セクション通過補償手段は微分演算手段が求めた電流変化率を複数の直流き電線のうちの事前に設定した対象となる直流き電線に設けられる直流電流継電装置のセクション通過補償値が出力する補償値により補償するものであることを特徴とする。
セクション通過補償手段により電気車のセクション通過時の誤動作を防止できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図３は、この発明の実施の一形態である直流電流保護継電装置を示すものであり、図１は全体構成を示す全体構成図、図２は処理判定部の構成図、図３は動作を要約して示すフローチャートである。図１において、１は直流母線、２は遮断器、３は直流き電線である。４はＣＴ（直流変流器）であり、直流き電線３を流れる電流を計測する。５はＡ／Ｄ変換部であり、ＣＴ４からのアナログ入力をデジタル値に変換する。１７は処理判定部（詳細後述）であり、信号線Ｗ１を介してＡ／Ｄ変換部からデジタル信号が入力される。
【００２１】
１８はトリップ指令出力部であり、処理判定部１７から信号線Ｗ２を介して信号を受けて遮断器２にトリップ指令を出力する。次に、処理判定部１７の詳細構成を説明する。処理判定部１７は、図２に示すように構成されている。６は微分演算手段であり、Ａ／Ｄ変換部５から出力された電流Ｊを微分して電流変化率を求める。７は電流急変判定手段、８はベース電流記憶手段、９は加算器である。１０は故障電流判定手段、１１は極性判定手段、１２は回生中電流急変判定手段である。
【００２２】
１３は事故判定手段であり、電流急変判定手段７と、故障電流判定手段１０と、回生中電流急変判定手段１２とから発信されるオン信号に基づき直流き電回路の事故を判定する。１４は回生失効分別手段、１５は回生線路側事故判定手段、１６はＯＲ回路である。処理判定部１７は、以上のように構成されている。この処理判定部１７は、マイクロコンピュータにて、実現することもできる。
なお、ＣＴ４とＡ／Ｄ変換部５とが、この発明における電流検出手段である。また、ＯＲ回路１６とトリップ指令出力部１８とがこの発明における遮断指令発信手段である。
【００２３】
次に、動作について説明する。
直流き電線３の負荷電流は、電車の起動時においてノッチ切換等により図１１に示すように階段状に増加する。一方、故障電流は図１２に示す波形の通り、単純に増加する。電車負荷の増大に伴い負荷電流も増大し、故障電流と負荷電流の大きさに差が無くなり、また、逆に負荷電流の方が故障電流より増大するケースがある。
【００２４】
そこで、処理判定部１７は、負荷電流が電車のノッチアップ等により急峻に立上り、一定値となる階段状となる波形の特性を考慮し、ＣＴ４よりＡ／Ｄ変換部５、信号線Ｗ１を経て入力された電流値を微分演算手段６により微分演算を実施する。すなわち、ＣＴ４で計測された直流き電線３を流れる電流Ｊは、Ａ／Ｄ変換部５にてデジタル値に変換され、微分演算手段６に入力されて微分されて電流Ｊの微分値Ｄ（＝ｄＪ／ｄｔ）、すなわち電流変化率Ｄが算出される。電流急変判定手段７は、微分演算手段６から出力された微分値Ｄの値が、予め設定された所定値である電流急変判定値Ｋｌを超えた場合に電流急変信号としてのオン信号を出力する。
【００２５】
ベース電流記憶手段８は、電流急変判定手段７がオン信号を出力したときの電流値をベース電流値Ｊｂとして記憶する。加算器９は、ＣＴ４により検出されるそのときどきの電流Ｊからべース電流記憶手段８に記憶されたベース電流値Ｊｂを減じた値を算出して電流変化量△Ｊ（＝Ｊ−Ｊｂ）として出力する。故障電流判定手段１０は、上記電流変化量△Ｊが事前に設定された故障判定値Ｋ２を超えた場合に故障電流信号としてのオン信号を出力する。
【００２６】
極性判定手段１１は、電流急変判定手段７がオン信号を出力したときに、すなわち電流が急増し始めたときにＣＴ４により検出される電流Ｊが零あるいは正方向で零よりも大きい場合に、電車は力行中であると判定して正方向極性信号としてのオン信号を出力する。回生中電流急変判定手段１２は、電流急変判定手段７からオン信号が出されており、かつ上記極性判定手段１１からはオン信号が発信されていないときに、回生中の電流の急変であると判定して回生中電流急変信号としてのオン信号を発する。この回生中電流急変判定手段１２からのオン信号は、リセットされるまで保持される。
【００２７】
事故判定手段１３は、電流急変判定手段７からのオン信号と故障電流判定手段１０のオン信号とが発信されており、かつ回生中電流急変判定手段１２からオン信号が発信されていないときに、事故と判定する。回生中電流急変判定手段１２からオン信号が発信されている場合は、回生失効による電流急増であるので、これを事故と誤判定しないようにするためである。
すなわち、事故判定手段１３は、次の三つの条件がともに成立するときに、事故と判定する。
Ｄ（＝ｄＪ／ｄｔ）＞Ｋ１（電流急変判定値Ｋ１を超える）　（１）
△Ｊ（＝Ｊ−Ｊｂ）＞Ｋ２（故障判定値Ｋ２を超える）　　　（２）
Ｊ＞＝０（回生失効現象によるものではない）　　　　　　　（３）
【００２８】
回生失効分別手段１４は、電流急変判定手段７からオン信号が発信された後、回生失効現象が継続している期間である所定の時間（例えば、３００ｍｓ）を経過した後に上記回生中電流急変判定手段１２のオン信号をリセットし、かつ、直流き電線３の短絡故障を判定するために一定期間だけオン信号を出力する。
【００２９】
回生線路側事故判定手段１５は、故障電流判定手段１０と極性判定手段１１の両方がオン信号を発信しており、かつ回生失効分別手段１４からオン信号が出されている場合に事故と判定する。このように、電流急変開始時の電流値が負の場合は、回生失効現象による電流急変に基づく誤動作を防止するため、回生失効現象が継続している期間は故障判定をせず、回生失効現象と短絡現象との分別が可能な時間である所定の時間が経過してから回生失効分別手段１４からオン信号を発して回生線路側事故判定手段１５により故障を判定するようにしている。
【００３０】
ＯＲ回路１６は、事故判定手段１３または回生線路側事故判定手段１５の何れかがオン信号を出力した場合にオン信号を出力する。トリップ指令出力部１８は、ＯＲ回路１６から信号線Ｗ２を介してオン信号を受けて、短絡事故が発生した直流き電線に設けられた遮断器２（図１）にトリップ指令を出力する。
【００３１】
以上の動作を要約してフローチャートにまとめると、図３に示すようになり、回生中でないことを条件に事故を判定するステップＳ１〜Ｓ１７と、回生中である場合は所定の時間が経過してから再び事故かどうかを判定するステップＳ１８〜Ｓ２２とになる。なお、フローチャートでは、処理が直列に行われるように表しているが、上述のように多くの部分で並列処理が行われる。
【００３２】
以上のように、この実施の形態によれば、ノッチ切換による電流増加と故障電流による電流増加を区別して高速に事故を判定して、遮断器を動作させることができる。これにより、時間の経過とともに増大する故障電流を遮断不能になる前に遮断することができ、変電所機器の損傷など二次被害の拡大を防止できる。また、回生失効現象による誤動作も防止でき、信頼性の高い直流電流継電装置を得ることができる。
【００３３】
実施の形態２．
図４、図５は、この発明の他の実施の形態である直流電流保護継電装置を示すものであり、図４は全体構成を示す全体構成図、図５は処理判定部の構成図である。図４において、２７は処理判定部であり、その詳細構成を図５に示す。図５において、２０は回生線路側故障電流判定手段であり、ＣＴ４で検出され、Ａ／Ｄ変換手段５にてＡ／Ｄ変換された電流Ｊが、予め定められた値Ｋ３を超えた場合に回生線路側故障電流信号としてのオン信号を出力する。
【００３４】
２１は重短絡故障判定手段であり、回生線路側故障電流判定手段２０のオン信号と、回生中電流急変判定手段１２のオン信号と、極性判定手段１１のオン信号が全て出されている場合に、事故と判定してオン信号を発信する。すなわち、回生中に回生き電線（線路）側で重短絡事故が発生すると、電流急変判定手段７がまずこれを検出し、回生中電流急変判定手段１２が動作する。少し遅れて、短絡電流のために電流の方向が逆転し正方向の電流が流れ極性判定手段１１が動作し、電流の増大とともに回生線路側故障電流判定手段２０が動作して、これらの条件が全て揃うと、重短絡故障判定手段２１が回生中の事故と判定する。
【００３５】
そして、ＯＲ回路１６は、事故判定手段１３、回生線路側事故判定手段１５及び重短絡故障判定手段２１のいずれか一つがオン信号を出力した場合にオン信号を出力する。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００３６】
この実施の形態によれば、回生線路側故障電流判定手段２０及び重短絡故障判定手段２１を設け、回生線路側で電流急変が発生した場合に検出電流値が事前の設定値である所定値Ｋ３を超えたとき回生線路側の事故であると判定するようにしたので、回生失効現象か事故かを分別するために設けている所定の時間中に発生した回生線路側の重短絡故障を検出して、保護が可能となる。
【００３７】
実施の形態３．
図６は、さらにこの発明の他の実施の形態である直流電流保護継電装置の全体構成を示す全体構成図である。図６において、３１は高調波フィルタである。高調波フィルタ３１は、直流き電線３に発生する６次の整数倍の高調波を低減するものである。Ａ／Ｄ変換手段５の出力は、高調波フィルタ３１を介して処理変換部２７に入力される。なお、ＣＴ４とＡ／Ｄ変換部５と高調波フィルタ３１とにより、この発明における電流検出手段を構成している。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００３８】
この実施の形態によれば、直流き電回線３に発生する６次の整数倍の高調波を低減することにより、事故であると誤って検出することを防止することができ、信頼性を向上させることができる。なお、高調波フィルタはＡ／Ｄ変換手段５の入力側に設けることもできる。
【００３９】
実施の形態４．
図７、図８は、さらにこの発明の他の実施の形態である直流電流保護継電装置を示すものであり、図７は全体構成を示す全体構成図、図８は処理判定部の構成図である。図７において、４７は処理判定部であり、その詳細構成を図８に示す。そして、この実施の形態においては、Ａ／Ｄ変換部５、高調波フィルタ３１、処理判定部４７及びトリップ指令出力部１８にて、直流電流保護継電装置５１が構成されている。直流母線１から回線Ｆ１〜Ｆ４を介して、電車線の互いに電気的に分離されたセクションに電力が供給される。直流電流保護継電装置５１は、各回線Ｆ１〜Ｆ４にそれぞれ設けられ、互いに信号線Ｗ１１〜Ｗ１４にて接続されている。
【００４０】
図８において、４０はセクション通過判定手段であり、微分演算手段６の出力値Ｄが電流急減判定値（−Ｍ）よりさらにマイナスになった場合に、電車がセクションを通過したと判定し、微分演算手段６の出力値Ｄに事前に設定したセクション補償率Ｓを乗じたセクション補償値Ｚ（＝Ｄ×Ｓ）を、例えば対象回線Ｆ１に設けられた直流電流保護継電装置５１の場合Ｚ１を、信号線Ｗ１１を介して出力する。
【００４１】
他の回線Ｆ２〜Ｆ４に設けられた直流電流保護継電装置５１も同様に、セクション通過判定手段４０は、微分演算手段６の出力値Ｄが電流急減判定値（−Ｍ）よりさらにマイナスになった場合に、電車がセクションを通過したと判定し、微分演算手段６の出力値Ｄに事前に設定したセクション補償率Ｓを乗じたセクション補償値Ｚ（＝Ｄ×Ｓ）を、それぞれＺ２〜Ｚ４として、信号線Ｗ１２〜Ｗ１４を介して出力する。
【００４２】
４１はセクション補償切換手段である。例えば、電車が回線Ｆ２を介して給電を受けているセクションから回線Ｆ１を介して給電を受けているセクションへ進入してきた場合、回線Ｆ１に設けられた直流電流保護継電装置５１は、自己の微分演算手段６の出力値Ｄ（ｄＪ／ｄｔ）に、回線Ｆ２に設けられた直流電流保護継電装置５１のセクション通過判定手段４０の出力Ｚ２を加算するように切換えておく。対象回線は、セクション補償切換手段４１にて、任意に選択できる。そして、加算された電流の変化率を電流急変判定手段７にて判定する。以降の動作については、図５に示した処理判定部２７と同様である。
【００４３】
大電流を消費しながら移動する電車が、セクションを通過する場合、各回線毎の電流変化量により事故判定を行う直流電流継電装置は、自回線に電車が進入した場合、事故と判定し不要動作を行う可能性がある。この実施の形態によれば、自回線に設けられた直流電流保護継電装置の微分演算手段６の出力値Ｄが電流急減判定値（−Ｍ）よりさらにマイナスになった場合、セクション通過判定手段４０が自回線のセクションの電車負荷が他回線のセクションへ移動したセクション通過現象であると判定し、セクション補償値Ｚ（Ｚ１〜Ｚ４）を出力する。
【００４４】
セクション補償切換手段４１は、事前に設定した対象回線の組合せによりセクション判定通過手段４０から出力されるセクション補償値Ｚを自回線に設けられた直流電流保護継電装置の微分演算手段６の出力値Ｄ（ｄＪ／ｄｔ）に加算する。本セクション補償切換手段４１により、隣接回線から進入してきた電車の負荷による電流増加量を隣接回線に設けられた直流電流保護継電装置のセクション判定通過手段４０が出力するセクション補償値Ｚにより相殺することが可能となり、セクション通過現象による誤動作を防止でき、信頼性を向上させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４６】
この発明に係る直流電流継電装置は、電気車に電力を供給する直流き電線の電流を検出する電流検出手段と、検出された電流を微分して電流変化率を求める微分演算手段と、電流変化率が所定値を超えたときに電流急変信号を発する電流急変判定手段と、電流急変信号が発信されたときの電流をベース電流値として記憶するべース電流記憶手段と、べース電流値と電流の現在値との差を演算する加算手段と、加算手段の出力が所定の値を超えたときに故障電流信号を発する故障電流判定手段と、電流急変信号が発信されたときの電流が零以上のときに正方向極性信号を発する極性判定手段と、電流急変信号が発信されたときに正方向極性信号が発信されていなかった場合に回生中の電流急変であると判定し回生中電流急変信号の発信を継続する回生中電流急変判定手段と、電流急変信号及び故障電流信号が発信されていてかつ回生中電流急変信号が発信されていないとき事故と判定する事故判定手段とを備えたので、
短絡事故が発生すると、電流が急激に増加するので電流急変信号が発信され、電流急変信号が発信されたときの電流すなわちべース電流値からの電流の増加幅が所定の値を超えるので故障電流信号が発信される。電流急変信号が発信されたときに極性判定手段から信号が発信されていないときは、直流き電線に流れる電流がマイナス方向であり、当該電流の急増急変は回生失効によるものとして回生中電流急変信号が発信されるので、回生中電流急変信号が発信されている場合は、事故と判定しないようにして、回生失効による電流変化で誤動作をしないようにしている。これにより、事故を迅速かつ確実に判定でき、信頼性を向上させることができる。
【００４７】
そして、回生中電流急変判定手段が回生中電流急変信号を発してから所定の時間後に故障電流信号及び正方向極性信号がともに発信されているとき事故と判定する回生線路側事故判定手段を設けたものであることを特徴とするので、
所定の時間後には回生失効現象が収まっているように所定の時間の長さを選べば、回生失効現象が収まっているのに故障電流信号及び正方向極性信号がともに発信されているときには事故と判定でき、回生失効による電流増加と事故による電流増加を区別でき、回生失効による誤動作を防止し、信頼性を向上させることができる。
【００４８】
さらに、電流が予め定められた値を超えたとき回生線路側故障電流信号を発する回生線路側故障電流判定手段と、回生線路側故障電流信号と正方向極性信号と回生中電流急変信号とが発信されているとき重短絡故障と判定する重短絡故障判定手段とを設けたものであることを特徴とするので、
回生中の重短絡故障の場合は、電流急変判定手段がまずこれを検出し、回生中電流急変判定手段が動作する。少し遅れて、短絡電流のために電流の方向が逆転し正方向の電流が流れ極性判定手段が動作し、電流の増大して予め定められた値を超えると回生線路側故障電流判定手段が動作して、これらの条件が全て揃うと、重短絡故障判定手段が重短絡故障と判定することにより、迅速に事故を判定できる。
【００４９】
また、回生中電流急変判定手段が回生中電流急変信号を発してから所定の時間後に故障電流信号及び正方向極性信号がともに発信されているとき事故と判定する回生線路側事故判定手段と、電流が予め定められた値を超えたとき回生線路側故障電流信号を発する回生線路側故障電流判定手段と、回生線路側故障電流信号と正方向極性信号と回生中電流急変信号とが発信されているとき重短絡故障と判定する重短絡故障判定手段とを設けたものであって、事故判定手段回生線路側が事故と判定したとき、回生線路側事故判定手段が事故と判定したとき、又は重短絡故障判定手段が重短絡故障と判定したとき、直流き電線に供給する電力を遮断するように指令を発する遮断指令発信手段を設けたものであることを特徴とするので、
事故を迅速かつ精度良く判定して電力を遮断するように指令を発することにより、時間の経過とともに事故電流が増加して遮断器が遮断不能に陥る前に遮断できるとともに事故の拡大を防止できる。
【００５０】
そして、電流検出手段は、検出する電流中の高調波を除去する高調波フィルタを有するものであることを特徴とするので、
高調波の影響を受けて誤動作するのを防止して、信頼性を向上させることができる。
【００５１】
さらに、直流き電線は複数あっておのおの電気的に区分された電気車線路のセクションに給電するものであり、直流電流継電装置は複数の直流き電線ごとに設けられ、セクション通過補償値出力手段とセクション通過補償手段とを設けたものであって、セクション通過補償値出力手段は微分演算手段が求めた電流変化率が所定の電流急減判定値を超える電流減少であるときに電流変化率に予め決められた補償率を乗じた補償値を出力し、セクション通過補償手段は微分演算手段が求めた電流変化率を複数の直流き電線のうちの事前に設定した対象となる直流き電線に設けられる直流電流継電装置のセクション通過補償値が出力する補償値により補償するものであることを特徴とするので、
セクション通過補償手段により電気車のセクション通過時の誤動作を防止して、信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態である直流電流保護継電装置の全体構成を示す全体構成図である。
【図２】図１の処理判定部の構成図である。
【図３】動作を要約して示すフローチャートである。
【図４】さらに、この発明の他の実施の形態である直流電流保護継電装置の全体構成を示す全体構成図である。
【図５】図４の処理判定部の構成図である。
【図６】さらに、この発明の他の実施の形態である直流電流保護継電装置の全体構成を示す全体構成図である。
【図７】さらに、この発明の他の実施の形態である直流電流保護継電装置の全体構成を示す全体構成図である。
【図８】図７の処理判定部の構成図である。
【図９】従来の直流電流保護継電装置の構成を示す構成図である。
【図１０】従来の直流電流保護継電装置のＣＰＵ部の動作を説明するための説明図である。
【図１１】電車の起動時のノッチ切換による直流き電線の負荷電流を示す波形図である。
【図１２】直流き電線を流れる故障電流の波形を示す波形図である。
【図１３】回生失効を説明するための説明図である。
【図１４】回生失効時に直流き電線回路に発生する現象を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１　直流母線、２　遮断器、３　直流き電線、４　ＣＴ、５　Ａ／Ｄ変換部、
６　微分演算手段、７　電流急変判定手段、８　ベース電流記憶手段、
９　加算器、１０　故障電流判定手段、１１　極性判定手段、
１２　回生中電流急変判定手段、１３　事故判定手段、
１４　回生失効分別手段、１５　回生線路側事故判定手段、１６　ＯＲ回路、
１７　処理判定部、１８　トリップ指令出力部、
２０　回生線路側故障電流判定手段、２１　重短絡故障判定手段、
２７　処理判定部、３１　高調波フィルタ、４０　セクション通過判定手段、
４１　セクション補償切換手段、４７　処理判定部、
５１　直流電流保護継電装置。
【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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【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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