JP2015189457A - 軌道回路の絶縁劣化検知方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数切替を行う有絶縁軌道回路の境界においても、レール絶縁物の絶縁状態を常時監視し、早期に絶縁不良を検知する。【解決手段】有絶縁軌道回路ａ、ｂの境界においてレール絶縁物１０の絶縁不良を検知するため、列車制御装置Ａに属する送受信装置２０ａから、列車制御信号及び列車検知信号ｆａに、これらの信号とは異なる周波数の絶縁劣化検知用検査信号ｆｃを重畳して送信する。そして、隣接する軌道回路ｂに接続される絶縁劣化検知装置Ｂの受信装置３０ｂで、この重畳信号を受信し、検査信号ｆｃと同一周波数成分の受信レベルを監視し、端末部５０ｂにより設定した任意のしきい値を超えるレベルで検査信号を一定時間入力した場合に、レール絶縁物の絶縁不良を検知する。【選択図】図１

Description

本発明は、軌道回路間を絶縁する絶縁物の絶縁不良を検知するための絶縁劣化検知方法及び装置に関する。

列車制御システムにおいては、列車の在線を検知する手段、そして、列車に対して制御信号等の情報を伝送する手段として、軌道回路が広く用いられている。軌道回路としては、軌道回路間のレールに電気絶縁体が挿入された有絶縁軌道回路と、軌道回路間の絶縁を行わない無絶縁軌道回路とがある。
有絶縁軌道回路では、各々の軌道回路が電気的に絶縁され、隣接する軌道回路間で、それぞれの列車検知信号、列車制御信号が隔絶されることから、同一周波数のデジタル信号を利用することができる。近年広く適用されるデジタルＡＴＣシステムの地上装置において、有絶縁軌道回路を採用する路線が多く存在する。

しかし、軌道回路に挿入される電気絶縁体は、列車走行による物理的な負荷や、気候変動等の様々な外乱の影響を受け、絶縁劣化が徐々に進行する。レール絶縁物の絶縁不良が発生した場合、隣接する軌道回路から流入する信号（隣接する軌道回路に出力されている列車検知信号、列車制御信号）により、当該軌道に対する本来の列車制御信号が破損し、列車を停止させてしまう。
このように、軌道回路は、列車制御システムにおいて根幹をなす装置であり、絶縁不良が列車運行の稼働率に影響を与えることから、軌道回路の境界におけるレール絶縁物の劣化状態を常時監視し、絶縁不良が発生する前に、適切な保守が行われるような運用が求められている。

これに対して、例えば特許文献１に示されるとおり、有絶縁軌道回路から受信する異なる２つの周波数信号と、隣接する有絶縁軌道回路から流入する異なる２つの周波数信号との合成信号のレベルを一定時間サンプリングし、その変動率から隣接からの信号の漏れを検出する、つまり軌道回路の境界にて絶縁不良が発生したことを検知するための技術が適用される。特許文献１の技術は、同一周波数の信号を用いた隣接する軌道回路間において絶縁状態を常時監視し、絶縁不良を検知する手段として有効であり、列車運行の稼働率向上を実現している。

また、特許文献２によると、非同期の帰線電流の流入をトリガとしリレーを落下させることで、絶縁劣化検知を実現している。レール絶縁物の近傍にレールに沿ってループコイルを設け、電源周波数に同期し、列車制御信号とは別の周波数の検査信号をループコイルに送受信し、受信した検査信号の検波出力によってリレーを常時動作とする。レール絶縁物の絶縁不良が発生した時、隣接する軌道回路から非同期電流が流入して妨害信号となり、リレーを動作していた検波出力が抑圧され、リレーが落下することでレール絶縁物の絶縁不良を検知するものである。

特許第０４９７６６１９号公報 特公平０５−６５３９２号公報

デジタルＡＴＣシステムでは、軌道回路に送信する列車検知信号、列車制御信号の周波数が電源の周波数変化に応じて決定されており、例えば、交流電化区間の５０Ｈｚと６０Ｈｚの電源突合せ箇所では、５０Ｈｚを基にしたデジタル信号と、６０Ｈｚを基にしたデジタル信号の両方を切り替えて使用するような有絶縁軌道回路が存在する。

ここで、自軌道回路は定常時には５０Ｈｚ、切替時には６０Ｈｚを基にしたデジタル信号を使用する有絶縁軌道回路であるものとし、その前方が６０Ｈｚ区間であり、６０Ｈｚを基にしたデジタル信号を使用する有絶縁軌道回路が隣接している場合を例としたとき、定常時には５０Ｈｚと６０Ｈｚとが隣接し、切替時には６０Ｈｚと６０Ｈｚとが隣接することとなる。したがって、特許文献１に示される技術では定常時に絶縁劣化を検知することができない。また、列車進入時に周波数切替を行うような使用形態の軌道回路で、周波数切替後から列車通過までの時間では十分にサンプリングを行えず、求められる変動率が減少することで、検知精度が低下する可能性がある。

また、特許文献２の技術では、絶縁劣化検知用の現場設備（軌道上に敷設するもの）を備え、リレーを常時動作としていることから、絶縁不良を検知するために既存の列車制御装置へのハード増設及び現場側の保守が必要となる。また、電気的な回路特性によりレール絶縁物の絶縁不良を検知するため、絶縁劣化の程度を判定するしきい値を容易に調整することができない。

そこで、本発明の目的は、周波数切替を行う有絶縁軌道回路の境界においても、レール絶縁物の絶縁不良を検知することであり、これを現場設備を用いず、より簡単な構成で実現することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明の絶縁劣化検知方法は、電気絶縁体で絶縁された各軌道に進入した列車を検知するための列車検知信号と、進入した列車に対して当該軌道に発せられた列車制御信号の少なくともいずれかの信号が送受信装置により送受信される軌道回路の絶縁劣化を検知する絶縁劣化検知方法において、前記送受信装置は、前記列車検知信号と前記列車制御信号の少なくともいずれかに、当該信号の周波数とは異なる一定周波数の絶縁劣化検知用検査信号を重畳した重畳信号を各軌道回路に対して送受信し、当該軌道回路に隣接する軌道回路に流入した前記重畳信号を受信し、当該重畳信号に含まれる前記絶縁劣化検知用検査信号の周波数成分の受信レベルを監視して、当該受信レベルがしきい値を超えたとき、前記電気絶縁物の絶縁不良を検知する。

また、本発明の絶縁劣化検知装置は、電気絶縁体で絶縁された各軌道に進入した列車を検知するための列車検知信号と、進入した列車に対して当該軌道に発せられた列車制御信号の少なくともいずれかの信号が送受信装置により送受信される軌道回路の絶縁劣化を検知する絶縁劣化検知装置において、前記送受信装置は、前記列車検知信号と前記列車制御信号の少なくともいずれかに、当該信号の周波数とは異なる一定周波数の絶縁劣化検知用検査信号を重畳した重畳信号を各軌道回路に対して送受信するものであり、当該軌道回路に隣接する軌道回路には、前記送受信装置から送信される前記重畳信号を受信する受信装置と、前記絶縁劣化検知用検査信号の周波数成分の受信レベルを監視して、当該受信レベルがしきい値を超えたとき、前記電気絶縁物の絶縁不良を検知する論理部とを具備する。

より具体化した構成としては、図１に示されるように、有絶縁軌道回路ａ、ｂの境界においてレール絶縁物１０の絶縁不良を検知するため、列車制御装置Ａに属する送受信装置１０ａから、列車制御信号及び列車検知信号ｆａに、これらの信号とは異なる周波数の絶縁劣化検知用検査信号ｆｃを重畳して送信する。そして、隣接する軌道回路ｂに接続される絶縁劣化検知装置Ｂの受信装置３０ｂで、この重畳信号Ｆを受信し、検査信号ｆｃと同一周波数成分の受信レベルを監視し、端末部５０ｂにより、設定した任意のしきい値を超えるレベルで検査信号を一定時間入力した場合に、論理部４０ｂによりレール絶縁物の絶縁不良を検知する。

絶縁劣化検知用検査信号を、有絶縁軌道回路に送信する信号の周波数切替に関係なく一定の周波数とすることで、隣接する軌道回路が同一周波数の信号を用いる場合と異なる周波数の信号を用いる場合のいずれにおいても、レール絶縁物の絶縁状態を監視することが可能となる。また、受信レベルの変動率を求める必要がないため、直ちに絶縁不良を検知することができる。
さらに、絶縁劣化検知用検査信号は、列車制御信号及び列車検知信号とは異なる周波数を用いるため、列車制御及び列車検知で使用する信号の周波数選定等に制約を与えることがない。しかも、レールの絶縁劣化検知のための特別な現場設備を設ける必要がなく、ソフトウェア処理によるレベル監視を行い判定することで、現場側のハード増設を行うことなく、絶縁劣化の程度を判定するしきい値及び検知時間を調整することが容易となり、運用方法や設置場所を選ばず適用することが可能である。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図１は、本発明の概要を示す図である。 図２は、本発明の実施例に係る装置構成を簡略化して示す図である。 図３は、本発明に係る実施例において、異なる周波数の信号を用いる２つの軌道回路が隣接する場合の信号の流れを示した図である。 図４は、本発明の係る実施例において、同一周波数の信号を用いる２つの軌道回路が隣接する場合の信号の流れを示した図である。

以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施例を説明する。

図２に本発明の装置構成の概略を示す。各軌道回路は、電気絶縁体１０により絶縁されている。列車制御装置Ａは、軌道回路ａに対しては、隣接の軌道回路（図２において軌道回路ａの左側で隣接する軌道回路）との間に介在するインピーダンスボンドに接続される送受信装置２０ａと、軌道回路ｂ側との境界に設置されたインピーダンスボンドに接続される送受信装置１０ａとを備えている。軌道回路ｂに対しては、軌道回路ａとの境界に介在するインピーダンスボンドに接続される送受信装置２０ｂと、その反対側の軌道回路（図２において軌道回路ｂの右側で隣接する軌道回路）との間に介在するインピーダンスボンドに接続される送受信装置１０ｂとを備えている。

送受信装置１０ａは、軌道回路ａに対し、列車検知信号ｆａに加え、これとは周波数の異なる一定周波数の検査信号ｆｃを重畳した信号Ｆの送信を行う。一方、軌道回路ｂ側では、軌道回路ａ側のインピーダンスボンドに、受信装置３０ｂ、論理部４０ｂ、端末部５０ｂからなる絶縁劣化検知装置Ｂが接続されている。

軌道回路ａへの列車の進入に伴い、車軸によりレールが短絡され、列車制御装置Ａの送受信装置２０ａと送受信装置１０ａが送受信する信号の受信レベルが低下することで、軌道回路ａに列車が進入したことを検知する。
ここで、軌道回路ａと軌道回路ｂの境界が、電源の周波数が切り替えられるような交流電化区間の電源突合せ箇所とした場合、軌道回路ａでは、軌道回路ｂとの境界とは反対側から列車が進入し、列車検知信号ｆａが検知されたとき、軌道回路ｂ以降の交流電源周波数に対応するよう、切り替えが行われる。切替時にはインピーダンスボンドの中性点Ｃが接続され、他の交流電源周波数に対応する列車検知信号ｆｂと同一周波数の信号を用いるものとする。

前述のように、送受信装置１０ａは、列車検知信号ｆａにレール絶縁物の絶縁劣化検知用の検査信号ｆｃを重畳した信号Ｆを送信するが、電気絶縁体１０の絶縁が劣化すると、この信号Ｆは、軌道回路ｂに流入することになる。流入した信号Ｆは、軌道回路ｂに設置された絶縁劣化検知装置Ｂの受信装置３０ｂに検出され、絶縁劣化検知装置Ｂの論理部４０ｂにて検査信号ｆｃの周波数成分の受信レベルを監視することで、電気絶縁体１０の絶縁劣化状態を判定することができる。

すなわち、電気絶縁体１０の劣化が進行し、軌道回路ａから軌道回路ｂへ重畳信号Ｆが流入した場合において、絶縁劣化検知装置Ｂの論理部４０ｂで監視する検査信号ｆｃの受信レベルが増大し、絶縁劣化検知装置Ｂの端末部５０ｂで設定した絶縁劣化検知のしきい値を超えた時にレール絶縁物１０の絶縁不良を検知する。
ここで、検査信号ｆｃのレベルが絶縁劣化検知のしきい値を超え、これが継続することにより、論理部４０ｂが異常検知するまでの判定時間は可変であり、端末部５０ｂにて変更することが可能である。周波数切替時、軌道回路ａに列車検知信号ｆｂと同一周波数の信号を送信する場合においても、検査信号ｆｃは周波数切替に関係なく一定の周波数で重畳されるため、周波数切替前（定常時）と同様の方法で絶縁状態を監視することができ、隣接する軌道回路に送信される信号の周波数によらず絶縁不良を検知することができる。

図３、図４に本発明を適用した装置構成の一例をより具体的に説明する。
ここでは、一例として、軌道回路ａ、ｂは、交流電化区間にて５０Ｈｚ電源と６０Ｈｚ電源の突合せ箇所に設備された有絶縁軌道回路であり、軌道回路ａが５０Ｈｚ電源の供給が行われる最後の軌道、軌道回路ｂは６０Ｈｚ電源の供給が行われる最初の軌道であるとする。

軌道回路ａには、列車制御装置Ａにおける送受信装置１０ａと送受信装置２０ａが接続され、列車非在線の定常時には５０Ｈｚ電源に同期したデジタル信号を用いる軌道回路である。一方、軌道回路ｂには、列車制御装置Ａにおける送受信装置１０ｂと送受信装置２０ｂが接続され、定常時には６０Ｈｚ電源に同期したデジタル信号を用いる軌道回路である。ここでいうデジタル信号とは列車検知信号、または列車制御信号を兼ねた信号をいう。

軌道回路aは、軌道回路ａに列車が進入したとき、軌道回路ｂ以降と同じ６０Ｈｚ電源を基にしたデジタル信号に周波数切替を行う軌道回路であり、切替時には６０Ｈｚ電源に同期したデジタル信号を用いる。軌道回路ｂは軌道回路ａに隣接する６０Ｈｚ電源区間の有絶縁軌道回路であり、列車制御装置Ａに属する送受信装置１０ｂと送受信装置２０ｂと、絶縁劣化検知装置Ｂに属する受信装置３０ｂが接続され、常時６０Ｈｚ電源に同期したデジタル信号を用いる軌道回路である。
絶縁劣化検知装置Ｂは軌道回路ｂに接続される受信装置３０ｂと、受信レベルの判定を行う論理部４０ｂと、レールの絶縁劣化の程度を判定するしきい値、検知までの判定時間を設定する端末部５０ｂからなる。軌道回路ａと軌道回路ｂの両軌道回路間には電気絶縁体１０が挿入され、各々の軌道回路は電気的に区切られている。

図３は、定常時の軌道回路上の信号の流れを簡単に示したものである。定常時、列車制御装置Ａに属する送受信装置１０ａは５０Ｈｚ電源に同期した列車検知信号ｆａと、これとは周波数の異なる一定の周波数を有する絶縁劣化検知用の検査信号ｆｃを重畳した信号Ｆ（以下、重畳信号Ｆ）を生成し、軌道回路ａに出力する。この重畳信号Ｆは軌道回路ａ上のレールを介し、他端の送受信装置２０ａにて受信され、列車検知信号ｆａを一定のレベルで受信し続ける。軌道回路ａに列車が在線した時は、受信する列車検知信号ｆａのレベルが低下することで列車在線を検知する。

軌道回路ａと軌道回路ｂの間に挿入される電気絶縁体１０により絶縁が保たれている場合、軌道回路ｂでは送受信装置１０ｂと送受信装置２０ｂにより列車検知信号ｆｂが送受信され、軌道回路ａと同様に列車在線を検知する。この時、絶縁劣化検知装置Ｂの受信装置３０ｂには重畳信号Ｆが入力されないため、これに含まれる検査信号ｆｃの受信レベルがレール絶縁物の絶縁不良を検知する判定しきい値を超えることはない。

しかし、軌道回路ａと軌道回路ｂの間に挿入される電気絶縁体１０が劣化し、絶縁不良が発生した場合において、送受信装置１０ａから送信される重畳信号Ｆが、軌道回路ａから軌道回路ｂへと漏洩し、流入した重畳信号Ｆは軌道回路ｂ側に接続される絶縁劣化検知装置Ｂの受信装置３０ｂで受信される（図中の点線矢印部分）。受信装置３０ｂでは、受信した重畳信号Ｆから検査信号ｆｃの周波数成分を取り出し、絶縁劣化検知装置Ｂの論理部４０ｂに受信レベルが送られる。
論理部４０ｂは前記検査信号ｆｃの受信レベルを常時監視しており、通常であれば受信レベルが判定しきい値を超えることはないが、電気絶縁体１０の絶縁不良により重畳信号Ｆが流入したことで判定しきい値を超えるレベルの検査信号ｆｃを受信し、電気絶縁体１０の劣化が進行し絶縁不良に至ったことを検知する。

図４は、軌道回路ａに列車が進入し、周波数切替が行われる際の軌道回路上の信号の流れを簡単に示したものである。図３と異なる点は、列車の進入に同期して、軌道回路ａに６０Ｈｚ電源に同期したデジタル信号が送信されることである。
この場合、軌道回路ａと軌道回路ｂは同一周波数のデジタル信号が送信されることとなるが、検査信号ｆｃは、周波数の切替に関係なく列車検知信号と別の一定の周波数を用いるため、軌道回路ａと軌道回路ｂの間に挿入される電気絶縁体１０が劣化し、絶縁不良が発生した場合において、定常時と同様に隣接する軌道回路ｂに重畳信号Ｆが流入し、判定しきい値を超えるレベルの検査信号ｆｃを受信したことでレール絶縁物の劣化が進行し絶縁不良に至ったことを検知することができる。

絶縁劣化検知装置Ｂにより、レール絶縁物の絶縁不良を検知する絶縁劣化の程度は、検査信号ｆｃの受信レベルと、予め設定した判定しきい値からソフトウェア処理により判定されるが、この判定しきい値は絶縁劣化検知装置Ｂの端末部５０ｂから調整することが可能であり、しきい値を超えて異常検知するまでの時間も端末部５０ｂから可変調整できる。

なお、上記の実施例では、交流電化区間にて５０Ｈｚ電源と６０Ｈｚ電源の突合せ箇所に設備された有絶縁軌道回路を例にしたが、これに限らず、同じ周波数の交流電化区間における軌道回路間でのレール絶縁物の絶縁不良を検知することも可能である。ただし、その場合には、隣接する軌道回路間に、それぞれ絶縁劣化検知装置を配備し、検査信号ｆｃの周波数を、列車検知信号の周波数と異なるものにするとともに、隣接する軌道間でも、検査信号ｆｃの周波数を互いに異なるものとすることで、レール絶縁物の絶縁不良を検知することができる。

さらに、上記の実施例では、検査信号ｆｃを列車の在線を検知するための列車検知信号に重畳したが、これに限ることなく、列車の走行を制御する列車制御信号や、列車検知と列車制御を兼ねた信号に重畳してもよい。
このように、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。
例えば、上記した実施例は本発明を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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０ レールに挿入される電気絶縁体
Ｆ 列車検知信号と検査信号を重畳した信号
ｆａ 列車検知信号
ｆｂ 列車検知信号ｆａと異なる周波数の列車検知信号
ｆｃ 絶縁劣化検知を目的とした検査信号
Ａ 列車制御装置
Ｂ 絶縁劣化検知装置
ａ 軌道回路
ｂ 軌道回路
ｃ 軌道回路ａと軌道回路ｂのインピーダンスボンドを接続する中性点
１０ａ 軌道回路ａに接続され、列車検知信号と検査信号を重畳して送信する送受信装置
２０ａ 軌道回路ａに接続される、列車制御装置Ａに属する送受信装置
１０ｂ 軌道回路ｂに接続される、列車制御装置Ａに属する送受信装置
２０ｂ 軌道回路ｂに接続される、列車制御装置Ａに属する送受信装置
３０ｂ 軌道回路ｂに接続され、１０ａより送信される重畳信号Ｆを受信し、検査信号ｆｃ成分を取り出す、絶縁劣化検知装置Ｂに属する受信装置
４０ｂ ３０ｂで受信した検査信号ｆｃの受信レベルを監視し、レールの絶縁劣化の程度を判定する、絶縁劣化検知装置Ｂに属する論理部
５０ｂ ４０ｂの判定に用いるしきい値の設定、ならびに検知するまでの判定時間を調整することが可能な端末部

Claims (4)

1. 電気絶縁体で絶縁された各軌道に進入した列車を検知するための列車検知信号と、進入した列車に対して当該軌道に発せられた列車制御信号の少なくともいずれかの信号が送受信装置により送受信される軌道回路の絶縁劣化を検知する絶縁劣化検知方法において、
   前記送受信装置は、前記列車検知信号と前記列車制御信号の少なくともいずれかに、当該信号の周波数とは異なる一定周波数の絶縁劣化検知用検査信号を重畳した重畳信号を各軌道回路に対して送受信し、
   当該軌道回路に隣接する軌道回路に流入した前記重畳信号を受信し、当該重畳信号に含まれる前記絶縁劣化検知用検査信号の周波数成分の受信レベルを監視して、当該受信レベルがしきい値を超えたとき、前記電気絶縁物の絶縁不良を検知する絶縁劣化検知方法。
2. 前記重畳信号から、前記列車検知信号と前記絶縁劣化検知用検査信号とを分離し、前記絶縁劣化検知用検査信号の周波数成分の受信レベルが、端末部により設定、変更される任意のしきい値を超え、かつ、その継続時間が、前記端末部により設定、変更される任意の検知時間を超えたときに、前記電気絶縁物の絶縁不良を検知することを特徴とする請求項１に記載の絶縁劣化検知方法。
3. 電気絶縁体で絶縁された各軌道に進入した列車を検知するための列車検知信号と、進入した列車に対して当該軌道に発せられた列車制御信号の少なくともいずれかの信号が送受信装置により送受信される軌道回路の絶縁劣化を検知する絶縁劣化検知装置において、
   前記送受信装置は、前記列車検知信号と前記列車制御信号の少なくともいずれかに、当該信号の周波数とは異なる一定周波数の絶縁劣化検知用検査信号を重畳した重畳信号を各軌道回路に対して送受信するものであり、
   当該軌道回路に隣接する軌道回路には、前記送受信装置から送信される前記重畳信号を受信する受信装置と、前記絶縁劣化検知用検査信号の周波数成分の受信レベルを監視して、当該受信レベルがしきい値を超えたとき、前記電気絶縁物の絶縁不良を検知する論理部と、を備えたことを特徴とする絶縁劣化検知装置。
4. 前記絶縁劣化検知装置は、前記重畳信号から、前記列車検知信号と前記絶縁劣化検知用検査信号とを分離して受信する受信装置と、前記絶縁劣化検知用検査信号の周波数成分の受信レベルが任意のしきい値を超え、かつ、その継続時間が任意の検知時間を超えたとき、絶縁不良を検知する論理部と、前記論理部における前記しきい値及び前記検知時間を設定、変更することが可能な端末部を有することを特徴とする請求項３に記載の絶縁劣化検知装置。

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