도시철도는 그동안 노선연장과 운행횟수, 이용객의 증가에도 불구하고 2004년 철도안전법이 제정되고, 2015년 철도안전관리체계가 도입되어 철도사고 및 운행장애는 대폭 감소하였다. 하지만 그동안 감소추세에 있던 열차사고와 운행장애는 2019년 들어 증가추세로 전환되고, 국민들의 불편이 가중됨에 따라 대책 마련이 시급한 실정이다. 최근의 철도사고와 운행장애는 차량․시설․인적요인으로 발생하고 있으며, 이중 50%는 차량 요인으로 발생하고 있다. 이는 차량제작 시 철도안전 관련 국제표준인 IEC62278(RAMS)를 적용하지 않았고, 제작사의 추천주기와 경험에 의존한 유지보수를 고집하고 있기 때문이다. 이러한 이유로 D 도시철도는 개통이후 현재까지 전동차, 특히 도어시스템의 고장이 지속적으로 발생하여 열차지연과 고객의 안전을 위협하고 있다. 따라서 본 연구에서는 RAMS 데이터를 기반으로 고장위험이 높은 구성부품을 선정하였으며, 선정된 부품은 DCU와 모터였다. DCU와 모터에 대한 동작신호를 분석할 수 있는 실험 장치를 구성하여 DCU에 대하여는 온도값을, 모터에 대해서는 전류에 대한 정상 및 비정상 동작신호의 기준값을 도출하였다. DCU는 ...
도시철도는 그동안 노선연장과 운행횟수, 이용객의 증가에도 불구하고 2004년 철도안전법이 제정되고, 2015년 철도안전관리체계가 도입되어 철도사고 및 운행장애는 대폭 감소하였다. 하지만 그동안 감소추세에 있던 열차사고와 운행장애는 2019년 들어 증가추세로 전환되고, 국민들의 불편이 가중됨에 따라 대책 마련이 시급한 실정이다. 최근의 철도사고와 운행장애는 차량․시설․인적요인으로 발생하고 있으며, 이중 50%는 차량 요인으로 발생하고 있다. 이는 차량제작 시 철도안전 관련 국제표준인 IEC62278(RAMS)를 적용하지 않았고, 제작사의 추천주기와 경험에 의존한 유지보수를 고집하고 있기 때문이다. 이러한 이유로 D 도시철도는 개통이후 현재까지 전동차, 특히 도어시스템의 고장이 지속적으로 발생하여 열차지연과 고객의 안전을 위협하고 있다. 따라서 본 연구에서는 RAMS 데이터를 기반으로 고장위험이 높은 구성부품을 선정하였으며, 선정된 부품은 DCU와 모터였다. DCU와 모터에 대한 동작신호를 분석할 수 있는 실험 장치를 구성하여 DCU에 대하여는 온도값을, 모터에 대해서는 전류에 대한 정상 및 비정상 동작신호의 기준값을 도출하였다. DCU는 커패시터 누액에 따라 EPLD의 온도와 동박 부식, 열림/닫힘 시의 전압, 전류에 대한 동작 특성을 분석하였다. 누액이 없는 EPLD는 30℃내외로 정상적인 작동을 보였고, 미량, 소량의 누액에서는 30℃～50℃의 EPLD 온도 상승과 0.25 ㎜ 내외의 부식이 있었으나 동작파형이나 통신상태, 그리고 도어 동작에는 영향을 끼치지 않았다. 다량의 누액에서는 누액정도, 동박 부식 등이 육안으로 식별할 수 있었으며, EPLD에서는 높은 열이 발생하였다. 65℃이상에서는 도어 동작과 파형에서는 중간 중간 멈추거나 왜곡되는 현상이 발생되고 열림, 닫힘 시간을 초과하는 경우도 있었다. 또한 전량의 누액에서는 EPLD 온도가 80℃까지 상승하였고, 부동작 또는 이상 동작을 보이고 있어 DCU의 정상 동작조건은 커패시터 누액이 소량 이하이고 EPLD 온도가 50℃미만을 기준값으로 제시하였다. 도어 패널 모터 전류 실험은 구성부품의 변위가 전류에 미치는 영향을 분석하였다. Case 1은 고장이력과 변위가 없는 경우로 모터 전류는 열림 전류 320 ㎃, 닫힘 전류는 300 ㎃이내로 나타났다. Case 2는 구성부품의 小 변위에 해당되는 커넥팅 브라켓, 볼케이지, 스크루, 하부레일 변위에 대해서는 닫힘 전류에서 정상전류보다 높게 나타났고, 닫힘 시간을 초과하였으며, 작은 변위에서도 닫힘 시에는 문제가 발생되는 것으로 확인하였다. 따라서 열림 시 전류값 보다는 닫힘 시의 전류값을 토대로 도어의 변위 관리를 시행해야 한다. 하부레일 내부 간섭현상은 외부 이물질의 간섭현상과 전류를 가지고 완벽하게 구분되지 않는 한계도 있었다. Case 3은 도어 패널의 수평 불량 상태에서 실험을 시행하였다. 도어가 6° 기울어졌을 경우 열림, 닫힘 전류 모두 높은 전류증가가 있었고, 도어작동은 이상을 보였다. Case 4는 볼케이지 그리스 고착, 부품의 간섭에서는 장애물 검지에 해당하는 800 ㎃ 이상의 전류를 발생시키고 부동작이 발생하여 고장 우선순위로 선정하고 관리할 필요가 있었다. 실험 이후 온도값과 전류값을 현장에 적용하고 RAMS 재분석을 실시하였다. 도어시스템 고장은 연평균 37건으로 21% 감소하였고, MTBF는 1,877시간으로 26% 상승하였다. DCU의 MTBF 값은 300,384시간으로 57%의 신뢰성 향상이 이루어졌으며, 설계수명보다 사용수명이 2배 높게 나타났다.
도시철도는 그동안 노선연장과 운행횟수, 이용객의 증가에도 불구하고 2004년 철도안전법이 제정되고, 2015년 철도안전관리체계가 도입되어 철도사고 및 운행장애는 대폭 감소하였다. 하지만 그동안 감소추세에 있던 열차사고와 운행장애는 2019년 들어 증가추세로 전환되고, 국민들의 불편이 가중됨에 따라 대책 마련이 시급한 실정이다. 최근의 철도사고와 운행장애는 차량․시설․인적요인으로 발생하고 있으며, 이중 50%는 차량 요인으로 발생하고 있다. 이는 차량제작 시 철도안전 관련 국제표준인 IEC62278(RAMS)를 적용하지 않았고, 제작사의 추천주기와 경험에 의존한 유지보수를 고집하고 있기 때문이다. 이러한 이유로 D 도시철도는 개통이후 현재까지 전동차, 특히 도어시스템의 고장이 지속적으로 발생하여 열차지연과 고객의 안전을 위협하고 있다. 따라서 본 연구에서는 RAMS 데이터를 기반으로 고장위험이 높은 구성부품을 선정하였으며, 선정된 부품은 DCU와 모터였다. DCU와 모터에 대한 동작신호를 분석할 수 있는 실험 장치를 구성하여 DCU에 대하여는 온도값을, 모터에 대해서는 전류에 대한 정상 및 비정상 동작신호의 기준값을 도출하였다. DCU는 커패시터 누액에 따라 EPLD의 온도와 동박 부식, 열림/닫힘 시의 전압, 전류에 대한 동작 특성을 분석하였다. 누액이 없는 EPLD는 30℃내외로 정상적인 작동을 보였고, 미량, 소량의 누액에서는 30℃～50℃의 EPLD 온도 상승과 0.25 ㎜ 내외의 부식이 있었으나 동작파형이나 통신상태, 그리고 도어 동작에는 영향을 끼치지 않았다. 다량의 누액에서는 누액정도, 동박 부식 등이 육안으로 식별할 수 있었으며, EPLD에서는 높은 열이 발생하였다. 65℃이상에서는 도어 동작과 파형에서는 중간 중간 멈추거나 왜곡되는 현상이 발생되고 열림, 닫힘 시간을 초과하는 경우도 있었다. 또한 전량의 누액에서는 EPLD 온도가 80℃까지 상승하였고, 부동작 또는 이상 동작을 보이고 있어 DCU의 정상 동작조건은 커패시터 누액이 소량 이하이고 EPLD 온도가 50℃미만을 기준값으로 제시하였다. 도어 패널 모터 전류 실험은 구성부품의 변위가 전류에 미치는 영향을 분석하였다. Case 1은 고장이력과 변위가 없는 경우로 모터 전류는 열림 전류 320 ㎃, 닫힘 전류는 300 ㎃이내로 나타났다. Case 2는 구성부품의 小 변위에 해당되는 커넥팅 브라켓, 볼케이지, 스크루, 하부레일 변위에 대해서는 닫힘 전류에서 정상전류보다 높게 나타났고, 닫힘 시간을 초과하였으며, 작은 변위에서도 닫힘 시에는 문제가 발생되는 것으로 확인하였다. 따라서 열림 시 전류값 보다는 닫힘 시의 전류값을 토대로 도어의 변위 관리를 시행해야 한다. 하부레일 내부 간섭현상은 외부 이물질의 간섭현상과 전류를 가지고 완벽하게 구분되지 않는 한계도 있었다. Case 3은 도어 패널의 수평 불량 상태에서 실험을 시행하였다. 도어가 6° 기울어졌을 경우 열림, 닫힘 전류 모두 높은 전류증가가 있었고, 도어작동은 이상을 보였다. Case 4는 볼케이지 그리스 고착, 부품의 간섭에서는 장애물 검지에 해당하는 800 ㎃ 이상의 전류를 발생시키고 부동작이 발생하여 고장 우선순위로 선정하고 관리할 필요가 있었다. 실험 이후 온도값과 전류값을 현장에 적용하고 RAMS 재분석을 실시하였다. 도어시스템 고장은 연평균 37건으로 21% 감소하였고, MTBF는 1,877시간으로 26% 상승하였다. DCU의 MTBF 값은 300,384시간으로 57%의 신뢰성 향상이 이루어졌으며, 설계수명보다 사용수명이 2배 높게 나타났다.
With service line extension, increasing service frequency and rising number of passengers, the establishment of Railroad Safety Act in 2004 and enforcement of Railroad Safety Management System in 2015 helped reduce railroad accidents and operational failures to the great extent. Ho...
Abstract
With service line extension, increasing service frequency and rising number of passengers, the establishment of Railroad Safety Act in 2004 and enforcement of Railroad Safety Management System in 2015 helped reduce railroad accidents and operational failures to the great extent. However, this downward trend in train accidents and operational failures has been reversed to grow since 2019. As this turn-around has aggravated people’s inconvenience, it has become urgent to set up proper responses. Recent railroad accidents and operational failures have been caused by the factors of train car, facility and personnel. The train car factor, in particular, accounts for 50% of the accidents. This is because of the failure to apply the international standard for railway safety of IEC62278 (RAMS), while persisting maintenance practices based on manufacturers’ recommended cycles and experiences. For this reason, the urban railway D has had continued failures in subway trains, particularly, its door system until now since its opening, threatening service delay and passenger safety. Against this backdrop, the study selected DCU and door motor as parts with high failure risk based on the RAMS failure data. An experimental device was structured, capable of analyzing the operation signals of DCUs and door motor. In the DCUs, temperature values were measured; and, in the door motors, threshold value was identified for normal and abnormal operational signals regarding differential. The DCUs were examined in terms of EPLD temperature and copper foil corrosion according to capacitor leakage fluid and behavioral characteristics of open/closure voltage and current. EPLD without leakage fluid shows normal operation without corrosion within and outside 30°C. EPLD with a micro/small amount of leakage fluid showed temperature rise between 30℃ and 50℃ and about 0.25㎜ corrosion, but these had no impact on operation waveform or communication status and door operation. In the case of a large amount of leakage fluid, the degree of leakage, copper foil corrosion etc. were extended large enough to see with an unaided eye while EPLD temperature further rose. At. 65℃ or higher, door operation and waveform were occasionally stopped or distorted, and even exceeded the open/closure time in some cases. In the case of full leakage, EPLD temperature rose to around 80℃, showing non-operation or abnormal operation. Based on these results, the conditions of normal EPLD operation were presented as a small or lower amount of capacitor leakage fluid and EPLD temperature under 50℃. The experiment on door panel motor current looked at the effect of components’ displacement on current. Case 1 has no failure record and displacement and was found to have about 320 ㎃ open and 300 ㎃ closure motor currents. Case 2 showed higher closure current than normal current for connecting bracket corresponding to small displacement of component, ball cage, screw and lower rail displacement. The time for closure was exceeded, and problems were found in closure even in a small displacement. Therefore, door displacement should be managed based on the current value of closure rather than that of opening. A limitation was also found that the lower rail internal interference was not completely separable from interference by foreign substance based on current. Case 3 was experimented in the state of horizontal defect in door panel. When the door inclined by 6°, both opening and closing currents rose largely, and door operation was abnormal. Case 4 showed ball case grease fixture, over 800 ㎃ current generation in parts interference, which corresponds to obstacle detection, and non-operation, requiring management as a top failure priority. After the experiment, remedial measures were applied and RAMS analysis was performed again. The door system failure dropped to 37 cases a year on average, 21% reduction. MTBF rose to 1,877 hours by 26%. DCU MTBF was 300,384 hours, showing 57% reliability improvement. The service life was found 2 times longer than the designed life.
Abstract
With service line extension, increasing service frequency and rising number of passengers, the establishment of Railroad Safety Act in 2004 and enforcement of Railroad Safety Management System in 2015 helped reduce railroad accidents and operational failures to the great extent. However, this downward trend in train accidents and operational failures has been reversed to grow since 2019. As this turn-around has aggravated people’s inconvenience, it has become urgent to set up proper responses. Recent railroad accidents and operational failures have been caused by the factors of train car, facility and personnel. The train car factor, in particular, accounts for 50% of the accidents. This is because of the failure to apply the international standard for railway safety of IEC62278 (RAMS), while persisting maintenance practices based on manufacturers’ recommended cycles and experiences. For this reason, the urban railway D has had continued failures in subway trains, particularly, its door system until now since its opening, threatening service delay and passenger safety. Against this backdrop, the study selected DCU and door motor as parts with high failure risk based on the RAMS failure data. An experimental device was structured, capable of analyzing the operation signals of DCUs and door motor. In the DCUs, temperature values were measured; and, in the door motors, threshold value was identified for normal and abnormal operational signals regarding differential. The DCUs were examined in terms of EPLD temperature and copper foil corrosion according to capacitor leakage fluid and behavioral characteristics of open/closure voltage and current. EPLD without leakage fluid shows normal operation without corrosion within and outside 30°C. EPLD with a micro/small amount of leakage fluid showed temperature rise between 30℃ and 50℃ and about 0.25㎜ corrosion, but these had no impact on operation waveform or communication status and door operation. In the case of a large amount of leakage fluid, the degree of leakage, copper foil corrosion etc. were extended large enough to see with an unaided eye while EPLD temperature further rose. At. 65℃ or higher, door operation and waveform were occasionally stopped or distorted, and even exceeded the open/closure time in some cases. In the case of full leakage, EPLD temperature rose to around 80℃, showing non-operation or abnormal operation. Based on these results, the conditions of normal EPLD operation were presented as a small or lower amount of capacitor leakage fluid and EPLD temperature under 50℃. The experiment on door panel motor current looked at the effect of components’ displacement on current. Case 1 has no failure record and displacement and was found to have about 320 ㎃ open and 300 ㎃ closure motor currents. Case 2 showed higher closure current than normal current for connecting bracket corresponding to small displacement of component, ball cage, screw and lower rail displacement. The time for closure was exceeded, and problems were found in closure even in a small displacement. Therefore, door displacement should be managed based on the current value of closure rather than that of opening. A limitation was also found that the lower rail internal interference was not completely separable from interference by foreign substance based on current. Case 3 was experimented in the state of horizontal defect in door panel. When the door inclined by 6°, both opening and closing currents rose largely, and door operation was abnormal. Case 4 showed ball case grease fixture, over 800 ㎃ current generation in parts interference, which corresponds to obstacle detection, and non-operation, requiring management as a top failure priority. After the experiment, remedial measures were applied and RAMS analysis was performed again. The door system failure dropped to 37 cases a year on average, 21% reduction. MTBF rose to 1,877 hours by 26%. DCU MTBF was 300,384 hours, showing 57% reliability improvement. The service life was found 2 times longer than the designed life.
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