(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変電所及びき電区分所（これらを総称して「ポスト」ともいう）を介し、該変電所からの交流電力を、き電線、トロリ線及びレールによって電気車の前後から供給すると共に、前記各ポスト毎に、前記き電線と前記トロリ線とを接続する単巻変圧器を設置し、各単巻変圧器の巻線の中性点と前記レールの該単巻変圧器近傍とを夫々吸上線で接続して構成された単巻変圧器き電回路において、前記き電線と前記トロリ線との間の短絡故障を標定するき電回路用故障点標定装置であって、
前記各ポストのき電線側を流れる電流の方向及び大きさを、該各ポストにおいて夫々検出する電流検出手段と、
該電流検出手段が故障時点に検出した前記電流の方向が、隣接したポスト間において反転した区間を抽出することにより、前記き電線と前記トロリ線との間の短絡故障であることを検知すると共に、該反転区間を短絡故障区間として特定する故障検知手段と、
該故障検知手段が特定した短絡故障区間を挟む両ポストにおいて、前記電流検出手段が同時に検出した両電流の電流比から、該短絡故障区間における故障地点を算出して特定する故障地点特定手段と、
を備えたことを特徴とするき電回路用故障点標定装置。
【請求項２】
請求項１記載のき電回路用故障点標定装置において、さらに、
前記電流検出手段が検出した電流の方向及び大きさを、所定の時間間隔で記憶する記憶手段を備え、
前記故障検知手段は、前記短絡故障の発生時点における前記記憶手段の記憶情報を用いて、前記き電線と前記トロリ線との間の短絡故障であることを検知すると共に、該短絡故障が発生した故障区間を特定し、
前記故障地点特定手段は、前記故障検知手段が検知した短絡故障の発生時点における前記記憶手段の記憶情報を用いて、前記電流比から前記故障地点を算出し特定することを特徴とするき電回路用故障点標定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のき電回路用故障点標定装置において、さらに、
前記吸上線を流れる電流の大きさ及び位相を、該各ポストにおいて夫々検出する第２の電流検出手段を備え、
前記故障検知手段は、前記第２の電流検出手段が検出した前記各ポストにおける電流の大きさ及び位相から、前記き電線と前記レールとの間、又は前記トロリ線と前記レールとの間の地絡故障であることを検知すると共に、該地絡故障区間を特定し、
前記故障地点特定手段は、該故障検知手段が検知した地絡故障区間を挟む両ポストにおいて、前記第２の電流検出手段が同時に検出した両電流の電流比から、該地絡故障区間における故障地点を算出し特定することを特徴とするき電回路用故障点標定装置。
【請求項４】
変電所及びき電区分所（これらを総称して「ポスト」ともいう）を介し、該変電所からの交流電力を、き電線、トロリ線及びレールによって電気車の前後から供給すると共に、前記各ポスト毎に、前記き電線と前記トロリ線とを接続する単巻変圧器を設置し、各単巻変圧器の巻線の中性点と前記レールの該単巻変圧器近傍とを夫々吸上線で接続して構成された単巻変圧器き電回路において、前記き電線と前記トロリ線との間の短絡故障を標定するき電回路用故障点標定方法であって、
前記各ポストのき電線側を流れる電流の方向及び大きさを、該各ポストにおいて夫々検出する電流検出ステップと、
該電流検出ステップにて故障時点に検出した前記電流の方向が、隣接したポスト間において反転した区間を抽出することにより、前記き電線と前記トロリ線との間の短絡故障であることを検知すると共に、該反転区間を短絡故障区間として特定する故障検知ステップと、
該故障検知ステップにて特定した短絡故障区間を挟む両ポストにおいて、前記電流検出ステップで同時に検出した両電流の電流比から、該短絡故障区間における故障地点を算出して特定する故障地点特定ステップと、
を有することを特徴とするき電回路用故障点標定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気鉄道の交流電化方式の一つである単巻変圧器き電方式において、短絡・地絡故障を標定するき電回路用故障点標定装置、及びき電回路用故障点標定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】
電気鉄道の電化方式には直流電化方式と交流電化方式があるが、電気鉄道の高速化の要請から、電圧が高くより高い電気的エネルギーを供給できる交流電化方式が、新幹線並びに一部の在来線にて採用されている。
【０００３】
この交流電化方式には、直接き電方式、ブースタ変圧器き電方式（以下「ＢＴき電方式」という）、単巻変圧器き電方式（以下「ＡＴき電方式」という）、ケーブルき電方式がある。しかし、直接き電方式では、帰線（アース）としての保護線（以下「レール」）から大地への漏れ電流が、通信線等を流れる信号に雑音を生じさせる通信誘導障害を発生させる問題がある。また、ケーブルき電方式では、ケーブル自体が高価でコストが嵩み、またケーブル事故時の復旧に長時間を要する、さらにケーブルの対地キャパシタンスが大きいため長大き電系統においては共振抑制対策が必要となる等の問題がある。このため、わが国では主に、線路に沿って約４ｋｍ毎に設備された吸上変圧器（ＢＴ）によって電車に供給した電流を負き電線に吸い上げる上記ＢＴき電方式と、変電所のき電電圧を電車線電圧よりも高くし、線路に沿って約１０ｋｍ毎に設備された上記ＡＴき電方式が採用されている。
【０００４】
そして、特に現在の新幹線ではＡＴき電方式が標準となっている。これは、ＢＴき電方式ではブースタ変圧器の設置のため機器・回路構成が複雑となり、また特に新幹線のような高速鉄道にき電する場合に、負荷電流が大きくなってアークが発生し、パンタグラフやトロリ線を溶損させる虞があり保守が煩雑であるのに対し、ＡＴき電方式によればこのような問題が少ないためである。また、ＡＴき電方式によれば、き電回路の構成上変電所のき電電圧が車両に給電する電圧の２倍になるため、変電所間隔が広げられ変電所の数を削減できるというメリットがあるからである。
【０００５】
このＡＴき電方式では、電車に電力を供給する電車線（以下「トロリ線」）、帰線としてのレール、単巻変圧器（ＡＴ）への電力供給線であるき電線の３つの線条がある。そして、通常はトロリ線とレールとの間に負荷としての電気車があり、負荷に応じた電流が流れることになる。
【０００６】
ところで、異物や飛来物が、トロリ線とレールとの間、又はき電線とレールとの間に介在すると、大電流が流れて地絡事故となり、き電線とトロリ線との間に介在すると、短絡事故になる。この場合、変電所等では瞬時に電源供給を停止する措置をとり、この事故の発生原因を探る。すなわち、変電所等のポストには、き電回路用の故障点標定装置が設置され、地絡・短絡事故が発生した場合には、この故障点標定装置により演算処理を行って事故地点を特定する。
【０００７】
そして近年では、このＡＴき電方式におけるき電回路用故障点標定装置として、吸上電流比式のものが広く採用されている。この方式は、トロリ線とレールとの間の地絡事故のときにＡＴの中性点（レールに接続する端子）を流れる電流が、地絡点に近いＡＴほど大きく流れることから、地絡点の両側に設置されたＡＴの吸上電流比を演算することで地絡点の位置を算定するものである。この方式は、トロリ線とレールとの間、及びき電線とレールとの間の地絡点の検出に対して測定精度が高く、ＡＴき電方式を採用するほとんどの区間で使われている。しかし、計測原理からトロリ線とき電線との間の短絡事故では吸上電流がほとんど流れないため、その場合の故障点の標定ができないといった問題があった。
【０００８】
このような観点から、所謂「吸上電流比とリアクタンス計測併用方式」が提案されている。この方式は、地絡事故のときは吸上電流比方式により、また短絡事故のときは主としてリアクタンス計測方式により事故点を標定するものである。ここで、「リアクタンス計測方式」とは、き電回路のインピーダンスのうち抵抗分を除いたリアクタンス分を計測することにより標定を行う方式であるが、き電回路のリアクタンスがき電距離に比例しないため原理的な標定誤差が生じる。このため、この併用方式ではこの標定誤差を吸上電流比方式により補っている。この併用方式によれば、地絡と短絡のいずれの事故時においてもその標定精度が高い。しかし、機器・回路構成が複雑となるため高コストとなり、実用化が困難となっている。
【０００９】
そこで最近では、例えば特開平１１−２２７５０３号公報に開示された所謂「吸上電流とき電電圧ベクトル比較方式」が、一部（山陽新幹線）で採用されようとしている。この方式は、変電所、き電区分所、補助き電区分所等の各ポストにおいて、吸上電流及びき電電圧に関するベクトル演算を行って故障点の位置と方向を標定するものである。かかる方式は、上記「吸上電流比とリアクタンス計測併用方式」よりも低コストで実現することができ、特に、トロリ線とレール間との地絡故障であるのか、又はき電線とレール間との地絡故障であるのかを精度良く判別し、標定することができる。
【００１０】
しかしながら、かかる技術は、トロリ線とき電線との間の短絡故障を標定の対象としたものではない。また仮に、かかる技術を、トロリ線とき電線との間の短絡故障に応用しようとしても、標定の際に電流とき電電圧の２要素の位相を検出する必要がある。また、特にＰＷＭ制御を行う場合には、これらの位相を検出しようとすると位相の０点を検出することが困難となるため、これを補うための特別な回路構成を別途付加する必要がある。このため、標定装置の構成が複雑となり、システムを構築する際のコストが依然として高くなる。また、測定地点毎の地絡抵抗値により上記ベクトルの角度が変化するため、測定誤差が生じやすく、測定地点毎にその誤差の補正をする等の煩雑な作業が必要となるといった問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、簡易な構成により低コストに実現でき、しかも、地絡／短絡のいずれの事故時においても高い標定精度が得られるき電回路用故障点標定装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、請求項１に記載のき電回路用故障点標定装置（以下、単に「故障点標定装置」という）は、変電所及びき電区分所（ポスト）を介して、変電所からの交流電力を、き電線、トロリ線及びレールによって電気車の前後から供給すると共に、各ポスト毎に、き電線とトロリ線とを接続する単巻変圧器を設置し、各単巻変圧器の巻線の中性点とレールの単巻変圧器近傍とを夫々吸上線で接続して構成された単巻変圧器き電回路に適用され、き電線とトロリ線との間の短絡故障を標定する。
【００１３】
ここでいう「き電区分所」には、通常言われる「き電区分所」と「補助き電区分所」の双方を含み得る。前者の「き電区分所」は、き電区分用の開閉装置等を備え、交流き電方式におけるき電系統の区分やき電電圧の救済を行う箇所である。すなわち、交流き電方式において、電気車に供給する交流電源は、位相差や電圧差等の問題により、隣接する変電所電源を同一き電区間に並列き電することが困難であることから、中間にき電区分用の開閉装置を設け、平常時にはこれを開放して夫々の変電所から片送りでき電している。そして、作業等で変電所がき電停止する場合には、き電停止する変電所とき電区分所間のき電を一旦停止し、き電区分所の開閉装置を投入して他方の変電所電源を延長してき電を確保している。
【００１４】
一方、後者の「補助き電区分所」は、作業のためのき電停止区間を短くして作業間合を確保しやすくし、かつ事故発生時のき電停止区間を限定する目的で、変電所とき電区分所（前者）との間に設けられた区分箇所である。
また、「単巻変圧器の巻線の中性点」とは、変圧する際の接点となる当該巻線の中点又は所定の電圧点を意味する。
【００１５】
さらに、「交流電力を電気車の前後から供給するき電回路」とは、例えば後述する実施例に示すように、き電区分所で上下タイき電を行うき電回路、或いは、変電所で並列き電を行うき電回路等を意味する。
これは、かかる電力供給形態のき電回路でなければ本願発明の短絡故障判別がなし得ないからである。すなわち、かかるき電回路において短絡事故が発生すると短絡地点に向けて大電流が流れ込み、この短絡地点と変電所（電源）との間で電流のループ回路が形成されるが、短絡地点に対して変電所とは反対側のき電線からも電力が供給されるため、その短絡地点の両側で電流の方向が反転する。本願発明はかかる点に着目し、このような電流の流れが反転した区間を短絡故障区間として検知するのである。つまり、電気車の前方又は後方の一方からのみの電力供給形態の回路においては、そもそもその反対側で電流が流れないため、上述した電流の方向による判別そのものができない。
【００１６】
そして、電流検出手段が、隣接した各ポストのき電線側を流れる電流の方向及び大きさを、各ポストにおいて夫々検出する。この電流検出手段としては、例えば電流測定用の変流器を設置することが考えられる。
そして、故障検知手段が、この電流検出手段が故障時点に検出した各ポストにおける電流の方向から、き電線とトロリ線との間の短絡故障であることを検知すると共に、短絡故障が発生した故障区間を特定する。すなわち、隣接したポスト間において反転した区間を抽出することにより、き電線と前記トロリ線との間の短絡故障であることを検知し、この反転区間を短絡故障区間として特定する。
【００１７】
そして、故障地点特定手段が、この故障検知手段が特定した故障区間を挟む両ポストにおいて、上記電流検出手段が同時に検出した両電流の電流比から、故障区間における故障地点を算出し特定する。
つまり、短絡故障時にき電線を流れる電流（フィーダ電流）は、故障地点に近いほど大きくなり、故障区間を挟む両ポストの夫々に流れるフィーダ電流は、故障地点まで距離にほぼ反比例することになるため、この電流比により一方のポストから故障地点までの距離を算出することができるのである。
【００１８】
このように、請求項１記載の故障点標定装置によれば、各ポストにおけるフィーダ電流のみ（一要素）を検出するだけで、き電線とトロリ線との間の短絡故障の標定が可能になる。このため、機器・回路構成が極めて単純になり、低コストに実現することができる。また、電流の方向（正か負か）というデジタル的な判断により故障区間の判別ができるため、上記従来技術のようにベクトル解析等の煩雑な演算をする必要がなく、地絡抵抗値による誤差も少ない。このため、簡易な構成にして高い精度で故障地点の標定ができるというメリットが得られる。
【００１９】
上記構成により、き電線とトロリ線との短絡故障の標定が簡易かつ低コストに実行できることとなるが、このき電線とトロリ線との短絡故障はそう頻繁に発生するものでもないため、上記電流検出手段が検出した電流の方向及び大きさに関するデータの全てをアナログ的に記録するのは経済的ではないともいえる。
【００２０】
そこで、請求項２に記載のように、記憶手段が、電流検出手段が検出した電流情報を所定の時間間隔で記憶するようにし、故障地点特定手段が、故障検知手段が検知した短絡故障の発生時点における当該記憶手段の記憶情報を用いて、電流比から故障地点を算出し特定するようにしてもよい。
【００２１】
かかる構成によれば、装置の記憶容量を確保することができ、重要なデータへのオーバライト等を防止することができる。また、記憶動作に伴う故障点標定装置自体の処理負荷も軽減されるため、故障点標定装置の運用コストを低減できる。
【００２２】
また上記構成により、き電線とトロリ線との短絡故障の標定が可能となるが、実際には、き電線とレールとの間、及びトロリ線とレールとの間の地絡故障の標定をも可能とし、き電システム全体として故障点標定装置を機能させる必要がある。
【００２３】
そこで、請求項３に記載の故障点標定装置では、第２の電流検出手段が、上記吸上線を流れる電流の大きさ及び位相を各ポストにおいて夫々検出し、故障検出手段が、この第２の電流検出手段が検出した各ポストにおける電流の大きさ及び位相から、き電線とレールとの間、又はトロリ線とレールとの間の地絡故障であることを検知すると共に、地絡故障が発生した故障区間を特定する。そして、故障地点特定手段が、故障検知手段が特定した故障区間を挟む両ポストにおいて第２の電流検出手段が検出した電流比から、故障区間における故障地点を算出し特定する。
【００２４】
かかる構成は、上記請求項１又は請求項２に記載の故障点標定装置に対し、従来の故障点標定装置の構成を組み合わせたものではあるが、この組合せにより、実際にき電システム全体に対して故障点標定装置を簡易かつ低コストに適用することができる。また、請求項１又は請求項２に記載の電流検出手段が検出した電流の大きさによっても故障区間（どのポスト間の故障であるか）を特定することはできるため、第２の電流検出手段により検出された電流の大きさから故障地点を特定する際の補強になる。このため、より高い精度で故障地点を特定することができ、故障地点の早期発見につながる。
【００２５】
また、請求項４に記載のき電回路用故障点標定方法によれば、変電所及びき電区分所（ポスト）を介し、変電所からの交流電力を、き電線、トロリ線及びレールによって電気車の前後から供給すると共に、各ポスト毎に、き電線とトロリ線とを接続する単巻変圧器を設置し、各単巻変圧器の巻線の中性点とレールの単巻変圧器近傍とを夫々吸上線で接続してなる単巻変圧器き電回路において、き電線とトロリ線との間の短絡故障を標定することができる。
【００２６】
すなわち、電流検出ステップにおいて、各ポストのき電線側を流れる電流の方向及び大きさを、各ポストにおいて夫々検出し、故障検知ステップにおいて、この電流検出ステップにて故障時点に検出した電流の方向が、隣接したポスト間において反転した区間を抽出することにより、き電線とトロリ線との間の短絡故障であることを検知すると共に、この反転区間を短絡故障区間として特定する。
【００２７】
そして、故障地点特定ステップにおいて、この故障検知ステップにて特定された故障区間を挟む両ポストにおける、電流検出ステップにて検出された電流比を算出することにより、故障区間における故障地点を特定する。
かかる方法により、請求項１の場合と同様に、簡易な方法により高い精度で故障地点の標定ができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施例にかかる故障点標定装置が適用される交流電気鉄道のＡＴき電回路の概略を示す説明図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施例のＡＴき電回路は、変電所ＳＳ、き電区分所ＳＰ、及び補助き電区分所ＳＳＰ（以下、これらを総称して「ポスト」ともいう）を、き電線Ｆ、トロリ線Ｔ、及びレールＲにて接続し、電気車に対して所謂上下タイき電を行うき電回路として構成されている。つまり、き電区分所ＳＰで上下（「上り」と「下り」）のき電線Ｆを互いに接続してき電する回路として構成されている。変電所ＳＳは、き電線Ｆとトロリ線Ｔとの間に交流電力を供給する交流電源Ｐを備える。き電線Ｆ及びトロリ線Ｔは、共にレールＲに併走して張架されており、電気車は、トロリ線Ｔから電力の供給を受けながらレールＲ上を走行する。
【００３０】
各ポストＳＳ，ＳＰ，ＳＳＰの上下線には、き電線Ｆとトロリ線Ｔとを接続する単巻変圧器１１，１２，２１，２２，３１，３２が夫々設置されており、各単巻変圧器の巻線の中性点とレールＲの単巻変圧器近傍とが夫々吸上線で接続されている。
【００３１】
また、各ポストには、上下のき電線を夫々流れる電流（以下「フィーダ電流」という）の大きさ及び方向を常時測定する変流器に接続された装置が夫々設置され、この装置により各々のフィーダ電流のデータを記憶管理している。各装置は、いわゆる変電所用遠方制御用回線を介して通信可能になっており、集約した電流データを、この通信回線を介して伝送可能になっている。
【００３２】
具体的には、変電所ＳＳには、各ポストで取得された電流データを収集して解析することにより、故障地点の標定を行うマスター装置１が設置されている。このマスター装置１は、変電所ＳＳの電流データを集約するデータ集約部２と、各ポストの電流データを収集して後述する標定処理を行うデータ処理部３を備える。
【００３３】
データ集約部２は、上り線の単巻変圧器１１近傍のき電線Ｆに設置された変流器１３に接続され、この変流器１３によって検出されたフィーダ電流（１３Ｆ）の大きさ及び方向を所定の時間間隔でサンプリングする一方、下り線の単巻変圧器１２近傍のき電線Ｆに設置された変流器１４にも接続され、この変流器１３によって検出されたフィーダ電流（１４Ｆ）についても同様のサンプリングを行う。本実施例では、このサンプリングの時間間隔が３０度又は１５度の波形レベルに設定されている。そして、これらのフィーダ電流（１３Ｆ、１４Ｆ）の電流データを記憶して集約し、所定のタイミングでデータ処理部３に伝送する。
【００３４】
また、補助き電区分所ＳＳＰには、変電所ＳＳのマスター装置１と所定の通信を行うスレーブ装置２０が設置されている。このスレーブ装置２０は、マスター装置１内のデータ集約部２と同様の機能を有し、上り線の単巻変圧器２１近傍のき電線Ｆに設置された変流器２３、及び下り線の単巻変圧器２２近傍のき電線Ｆに設置された変流器２４に夫々接続されている。そして、変流器２３が検出したフィーダ電流（１Ｆ）、及び変流器２４が検出したフィーダ電流（２Ｆ）の大きさ及び方向について、夫々上記と同様のサンプリングを行い、これらのフィーダ電流（１Ｆ、２Ｆ）の電流データを記憶して集約し、マスター装置１からの要求により当該電流データを伝送する。
【００３５】
さらに、き電区分所ＳＰにも同様のスレーブ装置３０が設置されている。このスレーブ装置３０は、上り線の単巻変圧器３１近傍のき電線Ｆに設置された変流器３３、及び下り線の単巻変圧器３２近傍のき電線Ｆに設置された変流器３４に夫々接続されている。そして、変流器３３が検出したフィーダ電流（１１Ｆ）、及び変流器３４が検出したフィーダ電流（１２Ｆ）の大きさ及び方向について、夫々上記と同様のサンプリングを行い、これらのフィーダ電流（１１Ｆ、１２Ｆ）の電流データを記憶して集約し、マスター装置１からの要求により当該電流データを伝送する。
【００３６】
そして、変電所ＳＳに設置されたマスター装置１のデータ処理部３は、データ集約部２，スレーブ装置２０，３０から伝送された電流データを収集して解析し、故障点を標定する。
また、マスター装置１は、各ポストにおける短絡故障時の電流データを取得するために所定の信号を発信する信号発生部４を備える。すなわち、後述する故障点の標定処理においては、各ポストの上記フィーダ電流の大きさ及び方向を、故障時点近傍における同時期の電流データにて比較する必要がある。このため、各ポストにおけるフィーダ電流のサンプリングのタイミングを同期させ、短絡故障の際に、各ポストからマスター装置１に当該故障時点近傍の電流データを送信させる必要がある。
【００３７】
そこで、信号発生部４は、データ集約部２、スレーブ装置２０，３０に対して、上述したサンプリングの時間間隔で同期信号を送信する。そして、図示しない故障検出継電器（距離継電器４４Ｆ等）により短絡・地絡故障が検知された場合に、データ集約部２、スレーブ装置２０，３０に対してトリガ信号（起動信号）を送信する。これらデータ集約部２、スレーブ装置２０，３０では、このトリガ信号を受信すると、この受信時点前後（つまり故障時点近傍）の所定時間における電流データをマスター装置１に対して送信する。
【００３８】
尚、故障検出継電器（距離継電器４４Ｆ等）は、交流き電回路の電圧と電流からインピーダンスを演算し、その値が予め整定された交流き電回路の故障インピーダンス領域内に入ったときに動作するものであるが、公知の技術であるため、その詳細な説明については省略する。
【００３９】
本実施例のＡＴき電回路は、上述のように上下タイき電であるため、例えば変電所ＳＳの電源Ｐから上り線のき電線Ｆに供給された電力は、補助き電区分所ＳＳＰを介してき電区分所ＳＰに到ると、そのまま下り線に供給され、この下り線を通って再び補助き電区分所ＳＳＰを介して変電所ＳＳに戻ってくる。このため、レールＲ上を走行する電気車には、その前後（上下）から電力が供給されることになる。
【００４０】
このため、図２（ａ）に示すように、例えば変電所ＳＳと補助き電区分所ＳＳＰの間で短絡故障が発生した場合には、電源Ｐからき電線Ｆ供給された電流は、そのまま故障地点からトロリ線Ｔに流れ込んで電源Ｐに戻る経路（図中点線矢印）と、一旦下り線のき電線Ｆを通り、き電区分所ＳＰを経由して再び上り線のき電線Ｆに供給され、故障地点からトロリ線Ｔに流れ込んで電源Ｐに戻る経路（図中一点鎖線矢印）とに分かれる。すなわち、このような上下タイき電の場合には、見かけ上、き電区分所ＳＰ側にも電源があることになり、事故電流は、変電所ＳＳから供給される電流と、き電区分所ＳＰから供給される電流とになるため、変電所ＳＳ側及び補助き電区分所ＳＳＰ側の両方で電流を測定することができる。
【００４１】
これに対し、上下タイき電でない場合には、同図（ｂ）に示すように、事故電流は、電源Ｐのある変電所ＳＳ側からしか流れないため（図中点線矢印）、変電所ＳＳ側でしか電流の測定をするとができない。
本実施例では、このような上下タイき電方式による電流の流れに着目し、トロリ線Ｔ−き電線Ｆ間の故障点の標定を行う。
【００４２】
次に、故障点標定装置による標定方法について説明する。尚、理解の容易のため、ここでは、上り線における変電所ＳＳと補助き電区分所ＳＳＰとの間でき電線Ｆとトロリ線Ｔとの短絡故障が発生した場合について、図３及び図４に示す概念図に基づいて説明する。
【００４３】
まず、比較例として、変電所ＳＳ及び補助き電区分所ＳＳＰ間において、短絡故障のない正常な場合について説明する。
図３に示すように、例えば変電所ＳＳと補助き電区分所ＳＳＰとの間を電気車が走行している場合には、図中点線矢印で示す電流が流れる。
【００４４】
すなわち、例えば交流電源からトロリ線Ｔ側に電流が供給されると、この電流は、トロリ線Ｔから電気車（負荷）１００に流れてレールＲで前後に分岐する。このとき分岐された一方の電流は、列車の後方（図中左側）に流れ、変電所ＳＳの吸上線ＢＷに吸い上げられ、単巻変圧器１１をき電線Ｆ側に流れて電源Ｐに戻る。尚、このとき、単巻変圧器１１では、トロリー線Ｔ側に向かう誘導電流が発生し、この誘導電流も電気車１００に流れる。
【００４５】
また、分岐した他方の電流は、列車の前方（図中右側）に流れ、補助き電区分所ＳＳＰの吸上線ＢＷに吸い上げられ、単巻変圧器２１をき電線Ｆ側に流れて電源Ｐに戻る。尚、このとき、単巻変圧器２１では、トロリー線Ｔ側に向かう誘導電流が発生し、この誘導電流も電気車１００に流れる。このとき、変電所ＳＳの変流器１３によって検出されるフィーダ電流は、図３（ｂ）の上段に示すような波形を描き、一方、補助き電区分所ＳＳＰの変流器２３によって検出されるフィーダ電流は、図３（ｂ）の下段に示すような波形を描く。
【００４６】
すなわち、各瞬間において、変流器１３，２３を夫々流れるフィーダ電流の方向は、同図（ａ）に示すように互いに同方向となる。これは変電所ＳＳと補助き電区分所ＳＳＰとの間に電気車１００が走行していない場合も同様である。
次に、変電所ＳＳ及び補助き電区分所ＳＳＰ間において、短絡故障が発生した場合について説明する。
【００４７】
図４に示すように、例えば変電所ＳＳからある距離の地点でき電線Ｆ−トロリ線Ｔ間の短絡故障が発生したとすると、図中点線矢印で示す電流が流れる。
すなわち、例えば短絡地点においてき電線Ｆからトロリ線Ｔに向けて大電流が流れたとすると、短絡地点の左側では、図中点線で示すように、短絡地点と電源Ｐとの間で電流がループする。従って、フィーダ電流はき電線Ｆを短絡地点に向けて流れ、変流器１３は、図中右方に流れるフィーダ電流を検出する。一方、本実施例のき電回路は上下タイき電方式で構成されているため、上下タイを経由したフィーダ電流が図中右方からも故障地点に流れ込むことになる。尚、き電線Ｆ−トロリ線Ｔ間の短絡であるため、このとき吸上線ＢＷにはほとんど電流が流れない。このことからも、レールＲとの間の地絡故障でないことは分かる。
【００４８】
このとき、変電所ＳＳの変流器１３によって検出されるフィーダ電流は、図４（ｂ）の上段に示すような波形を描き、一方、補助き電区分所ＳＳＰの変流器２３によって検出されるフィーダ電流は、図４（ｂ）の下段に示すような波形を描く。
【００４９】
すなわち、各瞬間において、変流器１３，２３を夫々流れるフィーダ電流の方向は、同図（ａ）及び（ｂ）に示すように互いに反転して逆方向となる。また、このとき各変流器１３，２３を夫々流れるフィーダ電流の大きさは、短絡地点を挟む両スポット（変電所ＳＳと補助き電区分所ＳＳＰ）からの距離にほぼ反比例するため、測定した電流波形の振幅にもこの距離に応じた差が生じる。従って、このフィーダ電流の大きさを求めることにより、変電所ＳＳから短絡地点までの距離を推定することができる。
【００５０】
以上に説明したように、き電線Ｆ−トロリ線Ｔ間の短絡故障が発生した区間においては、その短絡区間を挟む両スポットでフィーダ電流の方向が反転する。このため、この電流の方向に相違があることをもって、短絡事故が発生した区間を特定することができる。また、短絡時の両スポットのフィーダ電流の大きさを測定し、その電流比を求めることにより、一方のスポットから短絡地点までの距離（この場合は、変電所ＳＳからの距離）を算出することができる。
【００５１】
次に、本実施例の故障点標定装置において実行される標定処理について、図５〜図７に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、図５及び図６のフローチャートに基づき、変電所ＳＳのマスター装置１により実行される処理について説明する。
【００５２】
すなわち、図５に示すように、マスター装置１（データ集約部２）は、その設置箇所である変電所ＳＳのフィーダ電流を、上述したサンプリング時間毎にディジタル・データとしてサンプリングする（Ｓ１１０）。尚、この電流データについては、絶対値化せずに電流ベクトルデータとしてサンプリングする。
【００５３】
そして、補助き電区分所ＳＳＰ及びき電区分所ＳＰに夫々設置された各スレーブ装置２０，３０とのサンプリングの同期をとるため、上述した信号発生部４からの同期信号を、予め定めた周期毎のタイムスタンプ（時刻情報）として取り込む。そして、変流器１３又は１４が検出した電流データをサンプリングした際に、まず、このタイムスタンプを検出したか否かを判定する（Ｓ１２０）。
【００５４】
このとき、タイムスタンプが検出されないと判定した場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、サンプリングした電流データのみをデータ集約部２のメモリに格納する（Ｓ１３０）。一方、タイムスタンプが検出されたと判定した場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、電流データとタイムスタンプを関連づけてデータ集約部２のメモリに格納する（Ｓ１４０）。このようにタイムスタンプを付与することで、予め定めた周期毎に取得した電流データのサンプリング時刻が分かる。また、タイムスタンプ間にサンプリングした電流データのサンプリング時刻については、このタイムスタンプを基準に内部クロックを演算することで割り出すことができる。
【００５５】
尚、後述するように、このタイムスタンプは、補助き電区分所ＳＳＰ及びき電区分所ＳＰの各スレーブ装置２０，３０にも送信され、このタイムスタンプに基づき、各装置において同時刻にサンプリングした電流データを特定し、比較することができるようになっている。
【００５６】
続いて、変電所ＳＳ内の故障検出継電器による故障検出の有無を判定する。この判定は、信号発生部４からトリガ信号の入力があったか否かによって判定する（Ｓ１５０）。このとき、故障検出がないと判定した場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１１０に戻ってフィーダ電流のサンプリングを継続する。
【００５７】
一方、Ｓ１５０において、故障検出があったと判定した場合には（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、補助き電区分所ＳＳＰ及びき電区分所ＳＰの各スレーブ装置２０，３０から夫々の故障時点の電流データを取得するために、上述したトリガ信号を送信する（Ｓ１６０）。またこれと同時に、上記データ集約部２のメモリに格納された故障時点の電流データへのオーバライトを防止するために、継続して検出している電流データの当該メモリへの格納を一旦停止する（Ｓ１７０）。
【００５８】
そして、各スレーブ装置２０，３０の電流データを同期して取得するために、自所内の故障検出継電器が検知した故障発生時刻を、上述した同期信号のタイムスタンプから決定すると共に（Ｓ１８０）、当該故障発生時刻のタイムスタンプ情報を各スレーブ装置へ送信する（Ｓ１９０）。
【００５９】
そして、故障発生時刻のタイムスタンプから、自所において短絡事故の判定に必要な範囲の電流データを、データ集約部２のサブメモリに保存し（Ｓ２００）、その保存終了後、停止している電流データの上記メモリへの格納を再開する（Ｓ２１０）。
【００６０】
続いて、故障点の標定を行なうため、各スレーブ装置２０，３０へ故障発生時点近傍の電流のデータの送信を要求する（Ｓ２２０）。
そして、これら各スレーブ装置２０，３０から故障発生時点近傍の電流データを受信すると（Ｓ２３０）、データ処理部３にて、当該電流データとデータ集約部２のサブメモリから読み込んだ電流データとを収集する（Ｓ２４０）。
【００６１】
そして、このとき得た電流データの位相（フィーダ電流の方向）を各区間毎に比較し、故障点の標定処理を行う（Ｓ２５０）。
この標定処理は、図６のフローチャートに示すように、まず、上記のようにして収集した各ポストの故障時点のフィーダ電流の方向を照合して比較する。
【００６２】
そして、隣接するポスト区間においてフィーダ電流の方向が反転しているか否かを判別し（Ｓ３２０）、当該電流の反転区間がないと判断した場合には（Ｓ３２０：ＮＯ）、き電線Ｆ−トロリ線Ｔ間の短絡故障区間なしと判定し（Ｓ３３０）、その結果を表示又は伝送等した後（Ｓ３６０）、一連の処理を終了する。
【００６３】
一方、Ｓ３２０において、電流の反転区間があると判断した場合には（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、き電線Ｆ−トロリ線Ｔ間の短絡故障区間があるとして、その反転区間を短絡故障区間と判定する（Ｓ３４０）。
そして、故障区間を挟む両ポストにおけるフィーダ電流の大きさから電流比を求め、一方のポストから故障地点までの距離を算出し、故障地点を特定する（Ｓ３５０）。そして、その結果を表示又は伝送等し（Ｓ３６０）、一連の処理を終了する。
【００６４】
次に、図７に基づき、各スレーブ装置２０，３０により実行される処理について説明する。
スレーブ装置２０，３０は、設置箇所である補助き電区分所ＳＳＰ、き電区分所ＳＰのフィーダ電流を、上述したサンプリング時間毎にディジタル・データとしてサンプリングする（Ｓ４１０）。尚、この電流データについては、絶対値化せずに電流ベクトルデータとしてサンプリングする。
【００６５】
そして、マスター装置１及び他方のスレーブ装置とのサンプリングの同期を取るため、信号発生部４から送信された同期信号を、上記タイムスタンプとして取り込む。つまり、変流器２３及び２４（又は、変流器３３及び３４）が検出した電流データをサンプリングした際に、まず、このタイムスタンプを検出したか否かを判定する（Ｓ４２０）。
【００６６】
このとき、タイムスタンプが検出されないと判定した場合には（Ｓ４２０：ＮＯ）、電流データのみを自己のメモリに格納する（Ｓ４３０）。一方、タイムスタンプが検出されたと判定した場合には（Ｓ４２０：ＹＥＳ）、電流データとタイムスタンプを関連付けてメモリに格納する（Ｓ４４０）。
【００６７】
続いて、マスター装置１の信号発生部４から短絡故障の発生を表すトリガ信号が入力されたか否かを判定する（Ｓ４５０）。このとき、トリガ信号が受信されないと判定した場合には（Ｓ４５０：ＮＯ）、Ｓ４１０に戻ってフィーダ電流のサンプリングを継続する。
【００６８】
一方、Ｓ４５０において、トリガ信号が受信されたと判定した場合には（Ｓ４５０：ＹＥＳ）、自身のメモリに格納された故障時点の電流データへのオーバライトを防止するために、継続して検出している電流データの当該メモリへの格納を一旦停止する（Ｓ４６０）。
【００６９】
そして、上述のようにしてマスター装置１側から送信された故障発生時刻のタイムスタンプを受信し（Ｓ４７０）、当該タイムスタンプから、短絡事故の判定に必要な範囲の電流データをサブメモリに保存し（Ｓ４８０）、その保存終了後、停止している電流データのメモリへの格納を再開する（Ｓ４９０）。
【００７０】
続いて、マスター装置１から電流データの送信要求があったか否かを判断し（Ｓ５００）、送信要求があったと判断した場合には（Ｓ５００：ＹＥＳ）、上記サブメモリに保存された故障時点の電流データをマスター装置１に送信し（Ｓ５１０）、一連の処理を終了する。
【００７１】
以上に説明したように、本実施例の故障点標定装置によれば、各ポストにおけるフィーダ電流のみ（一要素）を検出するだけで故障点の標定が可能になる。このため、機器・回路構成が極めて単純になり、低コストに実現することができる。また、電流の方向（正か負か）というデジタル的な判断により故障区間の判別ができる。このため、従来技術のようにベクトル解析等の煩雑な演算をする必要がなく、地絡抵抗値による誤差も少ない。このため、簡易な構成にして高い精度で故障地点の標定ができるというメリットが得られる。
【００７２】
尚、本実施例においては、き電線Ｆに設置された各変流器１３，１４，２３，２４，３３，３４が電流検出手段に該当し、マスター装置１のデータ処理部３が、故障検知手段及び故障地点検出手段に該当する。また、マスター装置１のデータ集約部２及びスレーブ装置２０，３０が記憶手段に該当する。
【００７３】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施例では、マスター装置を変電所ＳＳに設置し、スレーブ装置をき電区分所ＳＰ及び補助き電区分所ＳＳＰに夫々設置した例を示したが、このマスター装置が、き電区分所ＳＰや補助き電区分所ＳＳＰ側にも設置された構成としてもよい。この場合は、マスター装置が設置されたいずれかのポストの故障検出継電器により短絡故障が検知されると、当該マスター装置から他のマスター装置に対して上記トリガ信号が送信されることになる。
【００７４】
また、上記実施例では、き電区分所ＳＰで上下タイき電を行うき電回路について説明したが、き電区間途中の補助き電区分所ＳＳＰにおいて上下タイき電を行うき電回路においても、本発明の故障点標定装置を適用することができる。
さらに、上下タイき電の他にも、路線に複数設けられた変電所ＳＳ間で並列き電を行うき電回路等、交流電力を電気車の前後から供給するき電回路であれば、本発明の故障点標定装置を適用することができる。
【００７５】
尚、上記実施例では、き電線Ｆとトロリ線Ｔとの短絡故障の標定が可能となるが、実際には、き電線とレールとの間、及びトロリ線とレールとの間の地絡故障の標定をも可能とし、き電システム全体として故障点標定装置を機能させる必要がある。
【００７６】
そこで、このき電線とレールとの間、及びトロリ線とレールとの間の地絡故障の標定については、従来技術のように、各ポストにおいて吸上線を流れる電流の大きさ及び位相を変流器により夫々検出し、この各ポストにおける電流の大きさ及び位相から、き電線とレールとの間、又はトロリ線とレールとの間の地絡故障であることを検知し、地絡故障が発生した故障区間を特定するとよい。この場合、特定された故障区間を挟む両ポストにおいて検出した電流比から、故障区間における故障地点を算出することができる。この場合、吸上線に設置される変流器が第２の電流検出手段に該当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例にかかる故障点標定装置が適用された交流き電回路の概略構成図である。
【図２】  実施例にかかる交流き電回路（上下タイき電）の構成の説明図である。
【図３】  実施例の故障点標定装置による故障点標定方法を示し、き電回路が正常な場合を表す説明図である。
【図４】  実施例の故障点標定装置による故障点標定方法を示し、き電回路に短絡故障が発生した場合を表す説明図である。
【図５】  実施例の故障点標定装置による故障点標定処理に関し、マスター装置の動作を表すフローチャートである。
【図６】  実施例の故障点標定装置による故障点標定処理に関し、マスター装置の動作を表すフローチャートである。
【図７】  実施例の故障点標定装置による故障点標定処理に関し、スレーブ装置の動作を表すフローチャートである。
【符号の説明】
ＳＳ・・・変電所、  ＳＰ・・・き電区分所、  ＳＳＰ・・・補助き電区分所、
Ｆ・・・き電線、  Ｒ・・・レール、  Ｔ・・・トロリ線、
Ｐ・・・交流電源、  １・・・マスター装置、
２・・・データ集約部、  ３・・・データ処理部、  ４・・・信号発生部、
１１，１２，２１，２２，３１，３２・・・単巻変圧器、
１３，１４，２３，２４，３３，３４・・・変流器、
２０，３０・・・スレーブ装置
【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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