변전소와 차량의 전력 동기화데이터를 활용한 전기철도 고장점표정장치 임피던스 추정기법 A Study on the Railway Fault Locator Impedance Estimation Method using Substation and Rolling Stock Synchronized Power Data원문보기
대한민국의 철도는 2005년 경부고속철도 개통이후 2014년 호남고속철도, 2016년 수도권 고속철도 개통 등 지속적 전철화 사업이 추진되어 2016년 12월 기준 312개소의 변전개소를 포함하여 철도노선의 72.2%에 해당하는 2,873.7km의 전철거리를 달성하며 폭발적인 증가세를 기록하고 있다. 철도설비는 전국적으로 광범위한 구간에 분산 설치되며 또한 옥외에 위치하여 항시 고장과 장애에 노출되어 있으며 열차운행 빈도 증가와 설비노후 등에 따라 이례사항은 언제든지 발생될 수 있는 환경으로 고장 발생 시 고장 위치를 정확하고 신속하게 파악하는 것은 고장복구의 중요한 요소가 된다. ...
대한민국의 철도는 2005년 경부고속철도 개통이후 2014년 호남고속철도, 2016년 수도권 고속철도 개통 등 지속적 전철화 사업이 추진되어 2016년 12월 기준 312개소의 변전개소를 포함하여 철도노선의 72.2%에 해당하는 2,873.7km의 전철거리를 달성하며 폭발적인 증가세를 기록하고 있다. 철도설비는 전국적으로 광범위한 구간에 분산 설치되며 또한 옥외에 위치하여 항시 고장과 장애에 노출되어 있으며 열차운행 빈도 증가와 설비노후 등에 따라 이례사항은 언제든지 발생될 수 있는 환경으로 고장 발생 시 고장 위치를 정확하고 신속하게 파악하는 것은 고장복구의 중요한 요소가 된다. 고장점표정장치는 전차선로에서 지락 등의 전기적 고장이 발생하면, 고장지점을 신속하게 연산하여 유지보수자에게 알려주는 장치로 교류전기철도 구간 전체에 설치 운영된다. 대표적인 방식으로는 급전계통의 합성 임피던스(리액턴스)를 사전에 측정하여 계전기에 입력하고 비교하는 리액턴스 방식과 AT의 중성점으로 흘러 들어오는 전류의 비율을 이용하는 흡상전류비 방식이 사용되고 있다. 국내의 경우 일반선은 AT의 중성점을 통한 전류의 비교가 가능하여 흡상전류비 방식을 적용하며, 고속선은 병렬급전소를 통해 상시 상?하선이 연결 운영되는 특징과 최초 고장이후 AT가 분리운영 됨에 따라 임피던스(리액턴스) 방식을 기본으로 적용하고 있다. 그러나 흡상전류비 방식은 타선흡상 및 선로분기, 통신중계장치 오류 등 운영시 이례사항이 다수 발생하며, 리액턴스 방식은 전차선로 임피던스 변경 요인이 지속적으로 발생되고 최초 입력 시 정확한 데이터를 다수 확보할 수 없는 문제점으로 정확한 표정이 어려운 현실이다 본 논문은 국내에서 적용되는 고장지점 표정방식에 대해 운영데이터를 기반으로 오차 발생원인을 진단하고 차량과 전철변전소의 전력 동기화 데이터를 통한 전차선로 임피던스 추정 기법에 대한 현장 실험방안을 구현하였으며 지락시험 결과와 비교하여 성능을 검증하였다. 먼저 급전계통의 해석 루프방정식에 실측데이터를 기지값으로 적용하여 계산수식을 보편화 하였으며, 타당성 확인을 위해 시뮬레이션 모델을 만들고 열차의 위치별 부하전류의 영향을 평가하여 부하단에서 바라보는 테브난 등가회로가 성립됨을 확인하였다. 이와 같은 이론적 배경을 기반으로 전철변전소 전원공급구간 내에 차량을 운행하며 차량과 전철변전소 계측되는 전력데이터를 GPS모듈을 통해 동기화하여 비교하였다. 복수시험을 통하여 급전계통 내의 각종 설비(고조파 필터류 등)와 차량의 상태(역행, 타행, 회생) 등에 따라 발생되는 전력데이터의 오차를 보완하여 최종 분석 하였다. 끝으로 변전소와 차량의 전력 동기화데이터를 통해 추정한 전차선로 임피던스 결과와 지락시험 데이터를 상호 비교함으로써 정확성을 검증하였다. 본 논문에서 제시한 전차선로 임피던스 측정기법은 현재 운영 중인 선로의 조건과 특성 및 열차상태가 반영된 값으로 신속한 전차선로 복구에 기여할 것으로 기대한다.
대한민국의 철도는 2005년 경부고속철도 개통이후 2014년 호남고속철도, 2016년 수도권 고속철도 개통 등 지속적 전철화 사업이 추진되어 2016년 12월 기준 312개소의 변전개소를 포함하여 철도노선의 72.2%에 해당하는 2,873.7km의 전철거리를 달성하며 폭발적인 증가세를 기록하고 있다. 철도설비는 전국적으로 광범위한 구간에 분산 설치되며 또한 옥외에 위치하여 항시 고장과 장애에 노출되어 있으며 열차운행 빈도 증가와 설비노후 등에 따라 이례사항은 언제든지 발생될 수 있는 환경으로 고장 발생 시 고장 위치를 정확하고 신속하게 파악하는 것은 고장복구의 중요한 요소가 된다. 고장점표정장치는 전차선로에서 지락 등의 전기적 고장이 발생하면, 고장지점을 신속하게 연산하여 유지보수자에게 알려주는 장치로 교류전기철도 구간 전체에 설치 운영된다. 대표적인 방식으로는 급전계통의 합성 임피던스(리액턴스)를 사전에 측정하여 계전기에 입력하고 비교하는 리액턴스 방식과 AT의 중성점으로 흘러 들어오는 전류의 비율을 이용하는 흡상전류비 방식이 사용되고 있다. 국내의 경우 일반선은 AT의 중성점을 통한 전류의 비교가 가능하여 흡상전류비 방식을 적용하며, 고속선은 병렬급전소를 통해 상시 상?하선이 연결 운영되는 특징과 최초 고장이후 AT가 분리운영 됨에 따라 임피던스(리액턴스) 방식을 기본으로 적용하고 있다. 그러나 흡상전류비 방식은 타선흡상 및 선로분기, 통신중계장치 오류 등 운영시 이례사항이 다수 발생하며, 리액턴스 방식은 전차선로 임피던스 변경 요인이 지속적으로 발생되고 최초 입력 시 정확한 데이터를 다수 확보할 수 없는 문제점으로 정확한 표정이 어려운 현실이다 본 논문은 국내에서 적용되는 고장지점 표정방식에 대해 운영데이터를 기반으로 오차 발생원인을 진단하고 차량과 전철변전소의 전력 동기화 데이터를 통한 전차선로 임피던스 추정 기법에 대한 현장 실험방안을 구현하였으며 지락시험 결과와 비교하여 성능을 검증하였다. 먼저 급전계통의 해석 루프방정식에 실측데이터를 기지값으로 적용하여 계산수식을 보편화 하였으며, 타당성 확인을 위해 시뮬레이션 모델을 만들고 열차의 위치별 부하전류의 영향을 평가하여 부하단에서 바라보는 테브난 등가회로가 성립됨을 확인하였다. 이와 같은 이론적 배경을 기반으로 전철변전소 전원공급구간 내에 차량을 운행하며 차량과 전철변전소 계측되는 전력데이터를 GPS 모듈을 통해 동기화하여 비교하였다. 복수시험을 통하여 급전계통 내의 각종 설비(고조파 필터류 등)와 차량의 상태(역행, 타행, 회생) 등에 따라 발생되는 전력데이터의 오차를 보완하여 최종 분석 하였다. 끝으로 변전소와 차량의 전력 동기화데이터를 통해 추정한 전차선로 임피던스 결과와 지락시험 데이터를 상호 비교함으로써 정확성을 검증하였다. 본 논문에서 제시한 전차선로 임피던스 측정기법은 현재 운영 중인 선로의 조건과 특성 및 열차상태가 반영된 값으로 신속한 전차선로 복구에 기여할 것으로 기대한다.
Since the opening of the Kyungbu High-speed Railway in 2005, the railway industry in Korea has been undergoing continuous electrification such as the opening of the Honam High-speed Railway and the Seoul High-Speed Railway in 2014. As of December 2016, there are 312 substations and electrical railwa...
Since the opening of the Kyungbu High-speed Railway in 2005, the railway industry in Korea has been undergoing continuous electrification such as the opening of the Honam High-speed Railway and the Seoul High-Speed Railway in 2014. As of December 2016, there are 312 substations and electrical railway with 2,873.7km, and 72.2% of electrification rate, these show explosive growth about railway industry. However, since the electric railway facility is installed and operated in a wide area, it is always exposed to faults and obstacles. Unexpected conditions can occur at any time, depending on the increase in train service and the aging of facilities. Therefore, it is very important to accurately and quickly identify the point where the fault occurs in a railway systems. The Railway fault locator is a system that promptly calculates the failure point and notifies the operator when a fault such as a ground fault occurs in the railway system. Every AC electric railway section has these kind of equipment. There are two types of fault locator such as reactance method and boost up current ratio method. In the reactance method, the composite impedance of the line side is measured in advance, and the measured impedance value is inputted to the relay for comparison. The boost up current ratio method uses a ratio of the boost up current flowing into the neutral point of AT. Conventional line, it is possible to compare the current through the neutral point of AT for each feeder section, so that the boost up current ratio method is applied. On the other hand, the high-speed line adopts the reactance method due to the characteristic that the upper and lower line connection and AT operation position. However, in the reactance method, there are problems that impedance change factors are continuously generated on the catenary line and a large number of accurate data can not be secured upon initial input. In the boost up current ratio method, it is difficult to make an accurate expression because there are many unusual cases in operation due to the other feeder boost up phenomena, line branching, and communication relay device error and etc. In this paper, we diagnose the cause of errors based on operational data on the fault location method applied in Korea. Also synchronized impedance comparison method was applied while train is operating on the field. Finally fault test measurement data and synchronized impedance estimation data were compared to verify the effectiveness. First, Catenary system equation was simplified through measured data and the validity was verified through simulation model. Based on this theoretical base field test were accomplished while train is operating on the power supply section. Current and Voltage were measured at substation and train at the same time. Those measured data were compared simultaneously through GPS. Several test were accomplished to get rid of the measurement error and unexpected field condition. Finally synchronized impedance estimation result and fault test impedance data were compared to verify. Through this method, it is expected that the catenary system impedance will be easily and rapidly measured so the operator can easily find the fault location.
Since the opening of the Kyungbu High-speed Railway in 2005, the railway industry in Korea has been undergoing continuous electrification such as the opening of the Honam High-speed Railway and the Seoul High-Speed Railway in 2014. As of December 2016, there are 312 substations and electrical railway with 2,873.7km, and 72.2% of electrification rate, these show explosive growth about railway industry. However, since the electric railway facility is installed and operated in a wide area, it is always exposed to faults and obstacles. Unexpected conditions can occur at any time, depending on the increase in train service and the aging of facilities. Therefore, it is very important to accurately and quickly identify the point where the fault occurs in a railway systems. The Railway fault locator is a system that promptly calculates the failure point and notifies the operator when a fault such as a ground fault occurs in the railway system. Every AC electric railway section has these kind of equipment. There are two types of fault locator such as reactance method and boost up current ratio method. In the reactance method, the composite impedance of the line side is measured in advance, and the measured impedance value is inputted to the relay for comparison. The boost up current ratio method uses a ratio of the boost up current flowing into the neutral point of AT. Conventional line, it is possible to compare the current through the neutral point of AT for each feeder section, so that the boost up current ratio method is applied. On the other hand, the high-speed line adopts the reactance method due to the characteristic that the upper and lower line connection and AT operation position. However, in the reactance method, there are problems that impedance change factors are continuously generated on the catenary line and a large number of accurate data can not be secured upon initial input. In the boost up current ratio method, it is difficult to make an accurate expression because there are many unusual cases in operation due to the other feeder boost up phenomena, line branching, and communication relay device error and etc. In this paper, we diagnose the cause of errors based on operational data on the fault location method applied in Korea. Also synchronized impedance comparison method was applied while train is operating on the field. Finally fault test measurement data and synchronized impedance estimation data were compared to verify the effectiveness. First, Catenary system equation was simplified through measured data and the validity was verified through simulation model. Based on this theoretical base field test were accomplished while train is operating on the power supply section. Current and Voltage were measured at substation and train at the same time. Those measured data were compared simultaneously through GPS. Several test were accomplished to get rid of the measurement error and unexpected field condition. Finally synchronized impedance estimation result and fault test impedance data were compared to verify. Through this method, it is expected that the catenary system impedance will be easily and rapidly measured so the operator can easily find the fault location.
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