JP7548799B2 - High-resistance ground fault detector for DC power lines - Google Patents
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Description
本発明は、電気鉄道における直流き電線の地絡検出装置に関し、特に変電所において直流き電線の高抵抗地絡を検出するのに利用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a ground fault detection device for DC feeders in electric railways, and in particular to technology that is effective for detecting high-resistance ground faults in DC feeders in substations.
直流1500Vを用いたき電方式では、車両の負荷電流は数百~数千A程度となる。通常、き電回路での短絡や地絡事故は、変電所にて電流の監視を行い、電流の急激な増加を捉えることで検出し直流高速度遮断器により遮断している。しかしながら、き電回路と比較して大きい抵抗値(数Ωから数十Ω)を持つ構造物等を介して直流き電線が地絡した場合、事故電流が数百A程度となり、車両負荷電流と判別することが困難となる。この地絡現象を一般に高抵抗地絡と称し、直流き電方式における高抵抗地絡の検出は長年の間、大きな課題となっている。 In a feeding system using 1500V DC, the vehicle load current is on the order of several hundred to several thousand A. Normally, short circuits and ground faults in the feeding circuit are detected by monitoring the current at a substation and capturing a sudden increase in current, and are then cut off by a high-speed DC circuit breaker. However, if a ground fault occurs in a DC feeding line through a structure or other object with a large resistance value (several ohms to several tens of ohms) compared to the feeding circuit, the fault current will be on the order of several hundred A, making it difficult to distinguish it from the vehicle load current. This type of ground fault phenomenon is generally referred to as a high-resistance ground fault, and detecting high-resistance ground faults in DC feeding systems has been a major challenge for many years.
従来、変電所では、き電電流を監視して設定した電流値を超えた場合に直流高速度遮断器を作動させて電流を遮断する過電流検出装置(54F)や、電流変動(ΔI/Δt)が設定値を超えた場合に電流を遮断するΔI形故障選択装置(50F)を設けて地絡を検出し保護している。また、レール-変電所メッシュ接地間電位を監視する直流地絡検出装置(64P)および変電所メッシュ接地-基準接地間電位を監視する直流地絡検出装置(64PB)を設けて地絡を検出し保護している。
上記検出装置は、き電線が垂下して支持柱や大地に接触して数千A程度の大きな地絡電流が大地へ流れる完全な地絡事故が発生した場合には、これを検知して直流高速度遮断器を作動させて、き電線へ流す電流を遮断することができる。
Conventionally, substations have provided protection against earth faults by installing an overcurrent detector (54F) that monitors the feeding current and trips a DC high-speed circuit breaker to cut off the current if the current exceeds a set value, and a ΔI type fault selection device (50F) that cuts off the current if the current fluctuation (ΔI/Δt) exceeds a set value. In addition, a DC earth fault detector (64P) that monitors the potential between the rail and the substation mesh ground, and a DC earth fault detector (64PB) that monitors the potential between the substation mesh ground and the reference ground are also provided to detect and protect against earth faults.
When a complete earth fault occurs, in which the feeder line hangs down and comes into contact with a support pole or the ground, causing a large earth fault current of several thousand amperes to flow to the ground, the detection device can detect this and activate a high-speed DC circuit breaker to cut off the current flowing through the feeder line.
しかし、高抵抗地絡が発生した場合には、数百A程度の大きさの地絡電流しか流れないので、変電所に設けられている過電流検出装置(54F)やΔI形故障選択装置(50F)では検知することができない。また、高抵抗地絡が発生した際のレール電位や変電所メッシュ電位の変化は小さいので、上記地絡検出装置(64P, 64PB)でも検知することができないという課題があることが分かった。
なお、従来、高抵抗地絡の検出システムや検出装置、検出方法に関する発明としては、例えば特許文献1や2に提案されているものがある。
However, when a high-resistance ground fault occurs, the ground fault current is only several hundred A, so it cannot be detected by the overcurrent detector (54F) or ΔI type fault selection device (50F) installed in the substation. In addition, when a high-resistance ground fault occurs, the change in rail potential and substation mesh potential is small, so it was found that the above-mentioned ground fault detector (64P, 64PB) cannot detect it either.
Conventionally, inventions relating to a detection system, detection device, and detection method for a high-resistance ground fault are proposed in, for example, Patent Documents 1 and 2.
特許文献1に記載されている発明は、電気鉄道用変電所の構内において、整流器に接続されている全ての高圧側直流き電ケーブルを流れる電流の高調波成分と整流器に接続されている全ての帰線側直流き電ケーブルを流れる電流の高調波成分との差電流をサーチコイルで検出することによって、高圧側直流き電ケーブルの高抵抗地絡を検出するというものである。しかし、上記発明は、変電所構内の高抵抗地絡をターゲットにしたものであり、変電所外で発生した高抵抗地絡を検出することが困難であるという課題がある。 The invention described in Patent Document 1 detects high-resistance ground faults in high-voltage DC feeding cables by using a search coil to detect the difference current between the harmonic components of the current flowing through all high-voltage DC feeding cables connected to a rectifier and the harmonic components of the current flowing through all return DC feeding cables connected to the rectifier within an electric railway substation. However, the above invention targets high-resistance ground faults within the substation, and has the problem that it is difficult to detect high-resistance ground faults that occur outside the substation.
また、特許文献2に記載されている地絡検出装置は、レール電位と大地電位間の電位差値を検出する電位差検出器と、き電回路の電流値を検出する電流検出器と、電位差検出器で検出された電位差値と電流検出器で検出された電流値とから電位差値/電流値の演算値を算出する演算器と、演算器による演算値を所定のしきい値と比較して演算値がしきい値よりも大きくなった場合に異常検出信号を送出する比較器とにより構成したものである。そのため、電位差検出器の他に電流検出器が必要であるとともに、電位差値/電流値を演算するため、処理が複雑で判定までに時間がかかるという課題がある。 The earth fault detection device described in Patent Document 2 is composed of a potential difference detector that detects the potential difference between the rail potential and the ground potential, a current detector that detects the current value of the power supply circuit, a calculator that calculates a calculated value of the potential difference value/current value from the potential difference value detected by the potential difference detector and the current value detected by the current detector, and a comparator that compares the calculated value by the calculator with a predetermined threshold value and sends an abnormality detection signal if the calculated value exceeds the threshold value. Therefore, there are problems in that a current detector is required in addition to the potential difference detector, and since the potential difference value/current value must be calculated, the processing is complicated and it takes a long time to make a judgment.
本発明は上記のような問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、比較的簡単な構成で、複雑な演算を行うことなく、変電所外において発生した直流き電線の高抵抗地絡を検出して変電所の電流を遮断することができる高抵抗地絡検出装置を提供することにある。 The present invention was made in response to the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a high-resistance ground fault detection device that can detect a high-resistance ground fault in a DC feeder that occurs outside a substation and interrupt the current at the substation with a relatively simple configuration and without complex calculations.
本発明に先立って、本発明者らは、高抵抗地絡が発生した際の地絡電流のルートとレール電位の変化について検討を行なった。
先ず、通常の列車走行時においては、電車線とレールの間は直流1500Vの電圧が印加されており、き電回路上には車両の負荷抵抗があり、この車両の抵抗によってき電回路上の電圧は分圧される。そして、列車が在線する場所では、き電電圧1500Vから列車力行時の抵抗による分圧を差し引いた分がレール-大地間にかかる電圧となり、大地を基準としてプラス(正極)方向にレール電位は高くなる。
Prior to the invention, the inventors of the present invention conducted a study on the route of the ground fault current and the change in rail potential when a high-resistance ground fault occurs.
First, when a train is normally running, a DC voltage of 1500V is applied between the contact wire and the rail, and the load resistance of the vehicle is present on the feeding circuit, and the voltage on the feeding circuit is divided by the resistance of this vehicle. Then, where a train is present on the line, the voltage applied between the rail and ground is the feeding voltage of 1500V minus the voltage divided by the resistance when the train is powered, and the rail potential increases in the positive (positive) direction with respect to the ground.
また、列車在線場所から変電所までの負荷電流の帰線ルートとして、図4に示すように、レールを流れるルートと大地を流れるルートの2種類がある。1つ目は列車負荷電流の一部がレールから変電所へ流れるルートであり、2つ目は列車在線付近のレール電位が大地よりもプラス(正極)方向に大きいため大地に負荷電流が漏洩し大地を経由して変電所付近で大地→レール→変電所へ流れるルートである。このうち、大地を経由して変電所へ流れる電流ルートにおいては、変電所付近で大地を基準としてマイナス(負極)方向の電圧がレールに印加される。これは、大地を経由して負荷電流が流れた場合、この負荷電流は電源元である変電所へ必ず戻るため、大地がプラス(正極)、レールがマイナス(負極)となるためである。 As shown in Figure 4, there are two types of return routes for the load current from the train location to the substation: a route that flows through the rails and a route that flows through the ground. In the first route, part of the train load current flows from the rails to the substation. In the second route, the load current leaks to the ground because the rail potential near the train is more positive than the ground, and then travels through the ground and flows from ground to rail to substation near the substation. In the current route that flows through the ground to the substation, a negative voltage is applied to the rail near the substation with the ground as the reference. This is because when a load current flows through the ground, it always returns to the substation, which is the power source, so the ground becomes positive and the rail becomes negative.
図5に地絡事故の等価回路を示す。地絡事故発生時には、図6に示すように、レール電位がマイナス電位となる。これは、大地に直流電圧が印加されることにより大地電位が上昇し、大地からレールへ地絡電流が流れることで、大地がプラス電位、レールがマイナス電位となるためである。そのため、地絡点および変電所でのレール電位は、大地を基準とした場合、マイナス方向(負極)に電位が変化する。地絡電流は大地とレール間に存在する漏れ抵抗を通り変電所まで流れる。その中で、一部の漏れ電流はレール抵抗を通り変電所まで流れるため、レール抵抗分だけ大地-レール間の電圧は低くなる。 Figure 5 shows the equivalent circuit of a ground fault. When a ground fault occurs, the rail potential becomes negative, as shown in Figure 6. This is because the application of a DC voltage to the earth causes the earth potential to rise, and an earth-fault current flows from the earth to the rail, causing the earth to become a positive potential and the rail to become a negative potential. As a result, the rail potential at the earth fault point and the substation changes in the negative direction (negative pole) when the earth is used as the reference. The earth-fault current flows through the leakage resistance between the earth and the rail to the substation. Some of this leakage current flows through the rail resistance to the substation, so the voltage between the earth and the rail decreases by the amount of the rail resistance.
また、帰線電流用電線は変電所付近のレールと接続されており、変電所付近における大地からレール、変電所へ戻る帰線ルートではレール抵抗は低くなる。また、変電所付近ではレール抵抗が小さいため地絡点と比較し多くの地絡電流が流れることになり、大地-レール間の電圧は高くなる。
さらに、変電所付近の地絡電流は数十A~数百Aであること、またレールのリアクタンスにより地絡電流の立ち上がり(ΔI/Δt)は急峻ではないことにより、電流変化率(ΔI/Δt)による検出は困難である。よって、地絡電流の小さい高抵抗地絡事故は、電流変動ではなく、変電所付近の大地-レール間の電圧の変動を検出することで検知できるとの仮説を立て、検証を行なった。以下、その検証の内容と結果について説明する。
In addition, the return current conductor is connected to the rail near the substation, and the rail resistance is low on the return route from the ground near the substation to the rail and back to the substation. Also, since the rail resistance is small near the substation, more ground fault current flows compared to the ground fault point, and the voltage between the ground and the rail becomes higher.
Furthermore, because the earth fault current near the substation is several tens to several hundreds of amperes, and because the rise of the earth fault current (ΔI/Δt) is not steep due to the reactance of the rail, it is difficult to detect based on the rate of change of current (ΔI/Δt). Therefore, we hypothesized that high-resistance earth faults with small earth fault currents can be detected by detecting fluctuations in the voltage between the ground and rail near the substation, rather than current fluctuations, and conducted verification. The details and results of this verification are explained below.
地絡電圧及び地絡電流には、き電線路とレールの抵抗とリアクタンスが関係しており、地絡電圧はき電回路へ瞬時に印加されるが、地絡電流はき電線路上のリアクタンス(L)によって、定常電流が流れるまで時間を要する(時定数τ=L/R)ことから、地絡電流の変動よりも電圧変動を捉えることが有効である。地絡事故時のレール電位変動を列車負荷によるレール電位変動と区別することができれば、ある一定時間におけるレール-大地間電位変動(ΔV/Δt)により地絡事故の検出が可能であると考えられる。 Earth fault voltage and current are related to the resistance and reactance of the feeder line and rail. Earth fault voltage is applied instantaneously to the feeding circuit, but because earth fault current takes time to flow to a steady state due to the reactance (L) on the feeder line (time constant τ = L/R), it is more effective to capture voltage fluctuations rather than fluctuations in earth fault current. If it is possible to distinguish rail potential fluctuations during an earth fault from rail potential fluctuations due to train load, it is believed that it will be possible to detect earth faults from rail-to-ground potential fluctuations (ΔV/Δt) over a certain period of time.
そこで、本発明者らは、列車負荷によるレール電位変動を変電所において実測してみた。その結果、図7に実線Aで示すように、列車負荷によるレール-大地間電位変動は10V以下でかなり小さいのに対し、高抵抗地絡の際には、図7に破線Bで示すように、レール-大地間電位変動は列車負荷によるレール電位変動よりも大きくなることが想定されるため、区別することは可能であるとの知見を得た。
なお、次の表1に、本発明者らが、実際にA変電所、B変電所、C変電所およびD変電所において、列車負荷による1日間のレール-大地間電位変動測定を実施して得られた、測定サンプリング時間を10ms,50ms(ミリ秒)とした場合のレール-大地間最大電位変動(ΔVmax)を示す。
Therefore, the inventors measured rail potential fluctuations due to train loads at a substation, and found that, while the rail-to-ground potential fluctuations due to train loads are fairly small at 10 V or less, as shown by the solid line A in Fig. 7, in the event of a high-resistance ground fault, the rail-to-ground potential fluctuations are expected to be larger than the rail potential fluctuations due to train loads, as shown by the dashed line B in Fig. 7, and therefore it is possible to distinguish between the two.
The following Table 1 shows the maximum rail-to-ground potential fluctuation (ΔVmax) obtained by the inventors when they actually measured rail-to-ground potential fluctuations due to train loads over a one-day period at substations A, B, C, and D, with measurement sampling times of 10 ms and 50 ms (milliseconds).
また、図8には、過去に実際に高抵抗地絡が発生した際に、地絡発生個所に近いE変電所とF変電所において測定された電流変化を実線で示す。また、表2には、高抵抗地絡発生時の前後における測定電流値および電流変化量である前後の差分を示す。
本発明者らは、図9に示すような回路モデルを作成し、上記表2に示した結果を基に高抵抗地絡発生時の事故電流をE変電所:196A、F変電所:52Aとなるよう地絡点抵抗値を調整し、EMTP(Electro Magnetic Transients Program)と呼ばれる回路シミュレータによるシミュレーションおよび解析を実施した。なお、図9において、SSは変電所を、RsはE,F,Hの各変電所の内部抵抗を、Lsは変電所インダクタンスを、ISは駅構内を、Rw,Lwはき電線の1kmごとの抵抗成分およびインダクタンス成分を、Rfは地絡点抵抗を、Rgは地絡接地抵抗を、Rr,Lrはレールの1kmごとの抵抗成分およびインダクタンス成分を、Rlは漏れ抵抗を、Rlcはレール漏れ特性抵抗を、それぞれ表わしたものである。また、UPは上り側を、DWは下り側を意味している。表3には、図9に示す回路モデルにおけるき電回路の入力条件を示す。レール漏れ特性抵抗は、√(R/G)で表わされる値である(G:レール漏れコンダクタンス(s/m))。 The inventors created a circuit model as shown in Figure 9, adjusted the ground fault point resistance so that the fault current when a high resistance ground fault occurs is 196A for E substation and 52A for F substation based on the results shown in Table 2 above, and performed simulation and analysis using a circuit simulator called EMTP (Electro Magnetic Transients Program). In Figure 9, SS represents the substation, Rs represents the internal resistance of each of the E, F, and H substations, Ls represents the substation inductance, IS represents the station premises, Rw and Lw represent the resistance and inductance components of the feeder line per km, Rf represents the ground fault point resistance, Rg represents the ground fault earth resistance, Rr and Lr represent the resistance and inductance components of the rail per km, Rl represents the leakage resistance, and Rlc represents the rail leakage characteristic resistance. UP represents the uplink side, and DW represents the downlink side. Table 3 shows the input conditions of the feeder circuit in the circuit model shown in Figure 9. The rail leakage characteristic resistance is a value expressed as √(R/G) (G: rail leakage conductance (s/m)).
解析結果を表4及び図10に示す。表2と表4を比較すると、E変電所及びF変電所の地絡電流値は実測値とある程度合致していることから、本解析結果は実設備環境と同等であるということができる。また、各変電所のΔt=10ms(ミリ秒)における-方向レール電位変動は、表1のレール-大地間最大電位変動(最大-6.0V)と比較すると、高抵抗地絡時のレール電位変動(-61~64V)の方が大きくなる。よって、一定時間におけるレール電位変動(ΔV/Δt)に着目した高抵抗地絡の検出が可能である。 The analysis results are shown in Table 4 and Figure 10. Comparing Table 2 with Table 4, the earth fault current values at substations E and F match the actual measured values to a certain extent, so it can be said that the analysis results are equivalent to the actual equipment environment. Furthermore, the negative rail potential fluctuation at Δt = 10 ms (milliseconds) at each substation is greater in the event of a high-resistance earth fault (-61 to 64 V) than the maximum rail-to-earth potential fluctuation (maximum -6.0 V) in Table 1. Therefore, it is possible to detect high-resistance earth faults by focusing on the rail potential fluctuation over a certain period of time (ΔV/Δt).
本出願に係る発明は、上記知見に基づいてなされたもので、
変電所近傍のレールの電位と変電所メッシュ接地電位との電位差を検出する電位差検出手段と、
前記電位差検出手段により検出された前記電位差に基づいて変電所からの電流が供給される直流き電線における高抵抗地絡の発生を検出する演算処理手段と、を備えた高抵抗地絡検出装置において、
前記演算処理手段は、
前記電位差検出手段により検出された前記電位差の一定時間(Δt)における電圧変化(ΔV/Δt)を算出する電圧変化算出手段と、
前記電圧変化(ΔV/Δt)が、当該変電所において所定期間に検出された負極方向の最大レール電位変化量に基づいて予め設定された整定値を超えているか否か判定する判定手段と、
前記判定手段が、前記電圧変化(ΔV/Δt)が前記整定値を超えたと判定した場合に、変電所の直流高速度遮断器を開放させる指令信号を生成し出力する指令信号生成手段と、
を備えるようにしたものである。
The present invention has been made based on the above findings,
a potential difference detection means for detecting a potential difference between a potential of the rail in the vicinity of the substation and a mesh ground potential of the substation;
and a processing means for detecting an occurrence of a high resistance ground fault in a DC feeder to which a current is supplied from a substation based on the potential difference detected by the potential difference detection means,
The arithmetic processing means
a voltage change calculation means for calculating a voltage change (ΔV/Δt) in a certain time (Δt) of the potential difference detected by the potential difference detection means;
a determination means for determining whether or not the voltage change (ΔV/Δt) exceeds a preset set value based on a maximum rail potential change amount in the negative pole direction detected in the substation during a predetermined period of time;
a command signal generating means for generating and outputting a command signal for opening a DC high-speed circuit breaker of a substation when the determining means determines that the voltage change (ΔV/Δt) has exceeded the set value;
The present invention is designed to provide the above.
上記のような構成を有する高抵抗地絡検出装置によれば、電圧変化(ΔV/Δt)が、当該変電所において所定期間に検出されたマイナス方向のレール電位変化量に基づいて予め設定された整定値を超えた場合に、変電所の電流遮断器を開放させる指令信号を生成し出力するので、直流き電線の高抵抗地絡を検出して変電所の電流を遮断することができる。また、比較的簡単な構成で、複雑な演算を行うことなく、変電所外において発生した直流き電線の高抵抗地絡を検出して変電所の電流を遮断することができる。 According to the high resistance ground fault detection device having the above-mentioned configuration, when the voltage change (ΔV/Δt) exceeds a preset value based on the amount of negative rail potential change detected in the substation over a specified period of time, a command signal to open the substation's current breaker is generated and output, making it possible to detect a high resistance ground fault in a DC feeder and interrupt the current in the substation. In addition, with a relatively simple configuration and without complex calculations, it is possible to detect a high resistance ground fault in a DC feeder that has occurred outside the substation and interrupt the current in the substation.
ここで、前記一定時間(Δt)は、1~100ミリ秒で任意に設定可能であるようにするのが望ましい。
また、望ましくは、前記整定値は、当該変電所において所定期間に検出された負極方向のレール電位変化量の最大値に安全率を掛けた値であるようにする。
これにより、誤検出を起こすことなく、確実に直流き電線の高抵抗地絡を検出することができる。
Here, it is preferable that the certain time (Δt) can be set arbitrarily within the range of 1 to 100 milliseconds.
Also, preferably, the set value is a value obtained by multiplying a maximum amount of change in rail potential in the negative direction detected in the substation in a predetermined period by a safety factor.
This makes it possible to reliably detect a high resistance ground fault in the DC feeder without causing erroneous detection.
さらに、望ましくは、前記所定期間は過去30日間であり、
前日~30日前の30日間における負極方向最大レール電位変化量に安全率を掛けた値を当日の前記整定値とするようにする。
かかる構成によれば、天候や季節の影響を受けてレールの漏れ抵抗が変化して地絡電流が変化したとしても、高抵抗地絡が発生したことを正確に検出することができる。
Further, preferably, the predetermined period is the past 30 days,
The set value for that day is determined by multiplying the maximum rail potential change in the negative direction during the 30 days from the previous day to the 30th day before by a safety factor.
With this configuration, the occurrence of a high-resistance ground fault can be accurately detected even if the leakage resistance of the rail changes due to the influence of weather or season, causing the ground fault current to change.
また、望ましくは、前記演算処理手段は、前記直流高速度遮断器の遮断指令信号生成手段により生成された直流高速度遮断器を開放させる前記指令信号を他の変電所へ送信する信号送出手段を備えるようにする。
かかる構成によれば、変電所外において高抵抗地絡が発生したことを検知して、自変電所および隣接する他の変電所の直流高速度遮断器を開放させることができ、高抵抗地絡が発生したき電線への直流電圧の印加を停止させ、地絡電流が流れ続けて軌道周辺機器が破損したり燃焼したりするのを回避することができる。
Also, preferably, the arithmetic processing means includes a signal sending means for sending the command signal for opening the DC high-speed circuit breaker, generated by the DC high-speed circuit breaker opening command signal generating means, to another substation.
With this configuration, a high-resistance ground fault outside the substation can be detected and the high-speed DC circuit breakers of the local substation and other adjacent substations can be opened, stopping the application of DC voltage to the feeder line where the high-resistance ground fault has occurred and preventing the ground fault current from continuing to flow and damaging or burning equipment around the track.
本発明に係る高抵抗地絡検出装置によれば、変電所から離れた場所で発生した直流き電線の高抵抗地絡を検出することができる。また、比較的簡単な構成で、複雑な演算を行うことなく、変電所外において発生した直流き電線の高抵抗地絡を検出して変電所の電流を遮断することができるという効果がある。 The high-resistance ground fault detection device of the present invention can detect high-resistance ground faults in DC feeders that occur at locations far from the substation. It also has the advantage of being able to detect high-resistance ground faults in DC feeders that occur outside the substation and cut off the current in the substation with a relatively simple configuration and without performing complex calculations.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る高抵抗地絡検出装置の一実施形態について詳細に説明する。
図1は本実施形態に係る高抵抗地絡検出装置を適用した地絡検出システムの概略構成を示す図である。図1において、10は変電所、W1,W2は変電所10から直流電力が供給される直流き電線、W3はレールRに接続された帰線電流用電線である。
図1に示すように、変電所10には、断路器11(89B1,89B2)、受電用遮断器12(52-1,52-2)、交流変圧器13(SRTr1,SRTr2)、整流器14(SR1,SR2)、直流高速度遮断器15(54-1,54-2)と、完全地絡を検出するための地絡検出装置16および高抵抗地絡検出システム20が設けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a high resistance ground fault detection device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a ground fault detection system to which a high resistance ground fault detection device according to the present embodiment is applied. In Fig. 1,
As shown in FIG. 1, a
地絡検出装置16は、変電所近傍のレールRと変電所メッシュ接地MGとの間の電位差を監視してき電回路上での完全地絡を検出する地絡検出装置(64P)および変電所メッシュ接地MGと基準接地CGとの間の電位差を監視する変電所構内地絡検出装置(64PB)を備え、地絡を検出すると直流高速度遮断器を作動させて直流き電線W1,W2へ送出する電流を遮断するように構成されている。
地絡検出装置(64P)は、電位差が予め設定した電圧(例えば500V)を超え、設定した時間(例えば400ms)継続したことを検出すると、直流高速度遮断器15(54-1,54-2)を作動させる。変電所構内地絡検出装置(64PB)も同様に電位差が予め設定した電圧を超え、設定した時間継続したことを検出すると、直流高速度遮断器15(54-1,54-2)を作動させる。
The ground
When the earth fault detection device (64P) detects that the potential difference has exceeded a preset voltage (e.g., 500 V) and continued for a preset time (e.g., 400 ms), it activates the DC high-speed circuit breaker 15 (54-1, 54-2). Similarly, when the substation earth fault detection device (64PB) detects that the potential difference has exceeded a preset voltage and continued for a preset time, it activates the DC high-speed circuit breaker 15 (54-1, 54-2).
高抵抗地絡検出システム20は、所定のサンプリング周期でレール-変電所メッシュ接地間電位を検出する電位差検出器21と、検出された電位差に基づいて一定時間におけるレール電位変動(ΔV/Δt)を算出し予め設定された整定値と比較して高抵抗地絡を検知し直流高速度遮断器15(54-1,54-2)を作動させるための指令信号を生成し出力する高抵抗地絡検出装置22、高抵抗地絡検出装置22により生成された指令信号を、変電所間に設けられた伝送路を介して他の変電所へ送出したり他の変電所からの指令信号を受信したりする信号送受信器23などにより構成される。
The high-resistance ground
高抵抗地絡検出装置22は、例えば図2に示すように、マイクロプロセッサ(MPU)のようなプログラム方式の演算処理装置31およびROM(読出し専用メモリ)32やRAM(随時読出し書込み可能なメモリ)33のような記憶手段と、ユーザインタフェース(ユーザI/F)34、キーボードやマウスなどの入力装置35、液晶表示パネルのような表示装置36、時刻を計時するタイマ37などを備えた一般的なコンピュータ装置(PC)により構成することができる。タイマ37は、ハードウェアとして備えても良いが、ソフトウェアで構成することも可能である。
上記ROM32内には演算処理装置31が実行する高抵抗地絡検出用プログラムが格納されており、演算処理装置31と高抵抗地絡検出用プログラムとによって一定時間におけるレール電位変動(ΔV/Δt)を算出する電圧変化算出手段や算出結果に基づく高抵抗地絡の判定手段、電流遮断器を作動させる指令信号の生成手段が構成される。
2, the high resistance ground
The
図3には、上記演算処理装置31による高抵抗地絡検出処理の手順の一例が示されている。以下、図3の高抵抗地絡検出処理の手順について説明する。
図3のフローチャートに従った以下の処理は、高抵抗地絡検出装置22のメモリ(32または33)に格納されている高抵抗地絡検出用プログラムを演算処理装置31が実行することによって行われる。
3 shows an example of a procedure for high resistance ground fault detection processing by the
The following process according to the flowchart of FIG. 3 is performed by the
図3の高抵抗地絡検出処理が開始されると、演算処理装置31は、先ずタイマ37から現在時刻を読み込むとともに、電位差検出器21によって所定のサンプリング周期で検出されたレール-変電所メッシュ接地間の電位差を読み込む(ステップS1)。そして、検出された電位差に基づいて一定時間(Δt)におけるレール電位変動(ΔV/Δt)を算出する(ステップS2)。
When the high resistance ground fault detection process in FIG. 3 is started, the
次に、ある一定期間計測した負極方向最大レール電位変動値を読み込む(ステップS3)。そして、抽出された最大変化量に安全率(例えば「2」)を掛けたものを整定値として決定しRAM33に記憶する(ステップS4)。 Next, the maximum rail potential fluctuation value in the negative direction measured over a certain period of time is read (step S3). The maximum change amount thus extracted is then multiplied by a safety factor (e.g., "2") to determine the setpoint and store it in RAM 33 (step S4).
次に、演算処理装置31は、ステップS5へ移行して、ステップS2で算出したレール電位変動(ΔV/Δt)とステップS4で決定した整定値とを比較して、(ΔV/Δt)が整定値よりも大きいか否か判定する。ここで、(ΔV/Δt)が整定値よりも小さい場合(No)には、高抵抗地絡は発生していないと判断してステップS1へ戻る。
Then, the
一方、ステップS5で、(ΔV/Δt)が整定値よりも大きい場合(Yes)と判定した場合は、ステップS6へ進んで、変電所の直流高速度遮断器15(54-1,54-2)を開放してき電線への電流を遮断させる指令信号を生成して処理を終了する。なお、生成された指令信号は、信号送受信器23によって他の変電所へも送出される。これにより、自変電所および隣接する他の変電所の直流高速度遮断器が開放されて、高抵抗地絡が発生したき電線への直流電圧の印加が停止され、地絡電流が流れ続けて軌道周辺機器が破損したり燃焼したりするのを回避することができる。
なお、演算処理装置31は、ステップS6で直流高速度遮断器を開放すると同時にアラーム信号を出力するように構成しても良い。
On the other hand, if it is determined in step S5 that (ΔV/Δt) is greater than the set value (Yes), the process proceeds to step S6, where a command signal is generated to open the substation's DC high-speed circuit breaker 15 (54-1, 54-2) to cut off the current to the feeder, and the process ends. The generated command signal is also sent to other substations by the
The
上記のような手順によれば、車両負荷電流と区別して、確実に高抵抗地絡を検出することができる。また、一定時間(Δt)におけるレール電位変動(ΔV/Δt)と比較する整定値をある一定期間計測した負極方向最大レール電位変動に応じて決定しているので、例えば季節、天候、列車ダイヤの乱れ等があったとしても正確な高抵抗地絡の検出が可能である。
なお、一定時間(Δt)は10msに限定されるものでなく、適用する変電所に応じて例えば1ms~数百msの範囲で適宜決定すればよい。
According to the above-mentioned procedure, it is possible to reliably detect high-resistance ground faults by distinguishing them from vehicle load currents. In addition, since the set value to be compared with the rail potential fluctuation (ΔV/Δt) in a certain time (Δt) is determined according to the maximum negative rail potential fluctuation measured for a certain period of time, it is possible to accurately detect high-resistance ground faults even if there are changes in the season, weather, train schedule, etc.
The certain time period (Δt) is not limited to 10 ms, but may be appropriately determined within the range of, for example, 1 ms to several hundred ms depending on the substation to which it is applied.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、直前1週間のレール電位変動(ΔV/Δt)の最大値の移動平均など、統計処理によって整定値を決定するようにしても良い。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the set value may be determined by statistical processing, such as the moving average of the maximum value of the rail potential fluctuation (ΔV/Δt) in the previous week.
10 変電所
11 断路器
12 受電用遮断器
13 整流器用変圧器
14 整流器
15 直流高速度遮断器
16 地絡検出装置
20 高抵抗地絡検出システム
21 電位差検出器
22 高抵抗地絡検出装置
23 信号送受信器
31 演算処理装置
W1,W2 直流き電線
W3 帰線電流用電線
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
前記電位差検出手段により検出された前記電位差に基づいて変電所からの電流が供給される直流き電線における高抵抗地絡の発生を検出する演算処理手段と、を備えた高抵抗地絡検出装置であって、
前記演算処理手段は、
前記電位差検出手段により検出された前記電位差の一定時間(Δt)における電圧変化(ΔV/Δt)を算出する電圧変化算出手段と、
前記電圧変化(ΔV/Δt)が、当該変電所において所定期間に検出された負極方向の最大レール電位変化量に基づいて予め設定された整定値を超えているか否か判定する判定手段と、
前記判定手段が、前記電圧変化(ΔV/Δt)が前記整定値を超えたと判定した場合に、変電所の直流高速度遮断器を開放させる指令信号を生成し出力する指令信号生成手段と、
を備えていることを特徴とする直流き電線の高抵抗地絡検出装置。 a potential difference detection means for detecting a potential difference between a potential of the rail in the vicinity of the substation and a mesh ground potential of the substation;
A calculation processing means for detecting an occurrence of a high resistance ground fault in a DC feeder to which a current is supplied from a substation based on the potential difference detected by the potential difference detection means,
The arithmetic processing means
a voltage change calculation means for calculating a voltage change (ΔV/Δt) in a certain time (Δt) of the potential difference detected by the potential difference detection means;
a determination means for determining whether or not the voltage change (ΔV/Δt) exceeds a preset set value based on a maximum rail potential change amount in the negative pole direction detected in the substation during a predetermined period of time;
a command signal generating means for generating and outputting a command signal for opening a DC high-speed circuit breaker of a substation when the determining means determines that the voltage change (ΔV/Δt) has exceeded the set value;
A high resistance ground fault detection device for a DC feeder line, comprising:
前日~30日前の30日間における負極方向最大レール電位変化量に安全率を掛けた値を当日の前記整定値とすることを特徴とする請求項3に記載の直流き電線の高抵抗地絡検出装置。 The predetermined period is the past 30 days,
The high resistance ground fault detection device for a DC feeder according to claim 3, characterized in that the setting value for the day is a value obtained by multiplying a maximum rail potential change in the negative direction during the 30 days from the previous day to the 30th day before by a safety factor.
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