국내철도 노선에 사용되는 NS형 선로전환기는 1960년대 말 일본에서 도입 되어 국산화 과정을 거처 개량되어 현재까지 설치 운용하고 있다. 선로전환기는 열차운행 상 가장 취약한 개소로 관리되고 있으며 사소한 결함에도 대형 열차사고가 발생될 수 있어 선로전환기 관리는 매우 중요하다. NS 선로전환기는 기계적인 구성품 개량은 꾸준히 이루어졌지만 표시 동력 제어회로 등 전기적인 접속부의 개선 없이 50년 전 도입 당시 기술을 그대로 사용하고 있어 최근 도입 운영되고 있는 자동 무인운전 시스템과 인터페이스에 문제가 있을 수 있다. 또한, 기존 NS 선로전환기 배선세트는 회로제어기와 제어계전기를 고정한 상태에서만 점검이 가능하여 고장발생 시 복구를 위한 점검시간이 과다하게 소요될 뿐만 아니라 철도신호 숙련자만 점검이 가능하여 원활한 열차소통에 어려움이 있는 것이 현실이다. 따라서 본 논문에서는 국내 NS 선로전환기의 표시 동력 제어회로 등 전기적인 접속부에 대한 개선 방안을 도출하고 최적화된 NS 선로전환기의 개선방안을 제시하고 서울2호선 자동운전(Distance to go) 구간에 시제품을 제작 하여 설치하였다. 이를 보다 확대 적용하면 안정적인 신호시스템 구성과 더불어 효율적인 유지보수가 이루어져 철도이용 승객 서비스 증대 및 유지보수비용 절감 등의 효과가 있을 것으로 판단된다.
국내철도 노선에 사용되는 NS형 선로전환기는 1960년대 말 일본에서 도입 되어 국산화 과정을 거처 개량되어 현재까지 설치 운용하고 있다. 선로전환기는 열차운행 상 가장 취약한 개소로 관리되고 있으며 사소한 결함에도 대형 열차사고가 발생될 수 있어 선로전환기 관리는 매우 중요하다. NS 선로전환기는 기계적인 구성품 개량은 꾸준히 이루어졌지만 표시 동력 제어회로 등 전기적인 접속부의 개선 없이 50년 전 도입 당시 기술을 그대로 사용하고 있어 최근 도입 운영되고 있는 자동 무인운전 시스템과 인터페이스에 문제가 있을 수 있다. 또한, 기존 NS 선로전환기 배선세트는 회로제어기와 제어계전기를 고정한 상태에서만 점검이 가능하여 고장발생 시 복구를 위한 점검시간이 과다하게 소요될 뿐만 아니라 철도신호 숙련자만 점검이 가능하여 원활한 열차소통에 어려움이 있는 것이 현실이다. 따라서 본 논문에서는 국내 NS 선로전환기의 표시 동력 제어회로 등 전기적인 접속부에 대한 개선 방안을 도출하고 최적화된 NS 선로전환기의 개선방안을 제시하고 서울2호선 자동운전(Distance to go) 구간에 시제품을 제작 하여 설치하였다. 이를 보다 확대 적용하면 안정적인 신호시스템 구성과 더불어 효율적인 유지보수가 이루어져 철도이용 승객 서비스 증대 및 유지보수비용 절감 등의 효과가 있을 것으로 판단된다.
An Electrical Point Machine (NS:New-type Switch), which is equipped and operated at railways in Korea, has been used since the 1960s after being imported from Japan. On the other hand, although the mechanical configuration has improved the position motor control circuit, the electrical connection ha...
An Electrical Point Machine (NS:New-type Switch), which is equipped and operated at railways in Korea, has been used since the 1960s after being imported from Japan. On the other hand, although the mechanical configuration has improved the position motor control circuit, the electrical connection has not been improved, so NS may have a problem, such as the interlocking system of automatic train operation. In addition, NS is the most vulnerable part in the railway system and a huge train accident may occur due to minor defects. The existing NS wiring set of the circuit controller should be checked only if fixed. Therefore, an excessive inspection time only by a Railroad Signal expert is required. In this paper, the improvement of electrical connection in a NS wiring set, such as the position motor control circuit, was developed and the prototype was installed at Seoul Metro in the distance to go section. The results can be used to help make appropriate adjustments. The improvement of the NS wiring set enhance the maintenance efficiency, passenger service and the stability of the signal system as well as reducing the maintenance cost.
An Electrical Point Machine (NS:New-type Switch), which is equipped and operated at railways in Korea, has been used since the 1960s after being imported from Japan. On the other hand, although the mechanical configuration has improved the position motor control circuit, the electrical connection has not been improved, so NS may have a problem, such as the interlocking system of automatic train operation. In addition, NS is the most vulnerable part in the railway system and a huge train accident may occur due to minor defects. The existing NS wiring set of the circuit controller should be checked only if fixed. Therefore, an excessive inspection time only by a Railroad Signal expert is required. In this paper, the improvement of electrical connection in a NS wiring set, such as the position motor control circuit, was developed and the prototype was installed at Seoul Metro in the distance to go section. The results can be used to help make appropriate adjustments. The improvement of the NS wiring set enhance the maintenance efficiency, passenger service and the stability of the signal system as well as reducing the maintenance cost.
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문제 정의
또한, 기존 NS 선로전환기 배선세트는 회로제어기와 제어계전기를 고정한 상태에서만 회로점검이 가능하여 고장발생 시 점검시간이 과다하게 소요될 뿐만 아니라 철도신호 숙련자만 점검이 가능하여 원활한 열차소통에 어려움이 있다[6]. 따라서 본 연구는 NS 선로전환기의 표시․동력․제어회로 등 전기적인 접속부에 대한 개선 방안을 도출하고자 하며, 이를 위해 서울2호선 자동운전 구간에 시제품을 설치하였고, 그 결과를 바탕으로 국내 철도신호 시스템과 최적화된 NS 선로전환기 개선방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
3에서와 같이 신호기계실 OT(Outdoor terminal)에서 표시입력 전원단자를 분리 후 PLC(Programmable logic controller) 출력제어부와 직렬 연결하여 측정하였다. 1차적으로 선로전환기 정지상태에서 표시전원 순간 단선 시험으로 PLC 출력포트 1개를 이용하여 20msec단위 제어와 2차적으로 전환상태에서 M+, M- 표시전원 차등 표시시험으로 PLC 출력포트 2개를 이용하여 시차적용하여 수행하였다. 선로전환기 정지상태에서 표시전원 (+) (-)중 한 선 단선 및 두 선 단선 시험과 전환상태에서 (+) (-) 시차 입력 시험결과는 Table 4 및 Table 5와 같다.
고장발생 시 제어계전기 또는 회로제어기를 분리하지 않고 점검이 가능하도록 개선하여 신속한 고장조치가 가능한 시제품을 제작·적용하였다.
고장시의 복구 대응을 위한 점검방법, 점검자의 숙련도, 고장상황에 따라 다르게 나타나 계량화하기는 어렵지만 여기서는 점검형태별로 필요한 소요시간을 실제 측정하여 각각의 점검요소별로 발생되는 회수를 연계하여 점검 소요시간은 Tt =Av1t +Bbt +Crt +Dv2t와 같은 식을 산출하였다.
국내 최대 점유율을 가지고 있으며 계전연동장치와 전자연동장치에 널리 사용되고 있는 NS 선로전환기의 고장발생 시 복구시간 단축을 위한 방안으로 선로전환기 고장을 발생시키는 원인과 인과관계를 나타내기 위해 결함수(Fault Tree)를 작성하였다. 선로전환기 장애 조치흐름을 단계별로 확인한 결과, 선로전환기 회로불량은 물론 기계적인 결함, 회선불량, 장비고장 등 모든 실내·외 선로전환기와 관련된 결함이 발생할 경우 표시회로(Indication-feedback)는 차단되고 철도신호의 안전측 동작(Fail safe) 원칙에 따라 열차의 정상운행은 불가능하게 된다.
기존 NS계열 선로전환기의 구조적 결함에 따른 회로구성 문제점을 보완하기 위해 배선세트의 짹판을 기계장치의 기름이나 습기로부터 이격하여 최적 환경을 제공하도록 하였다. 고장발생 시 제어계전기 또는 회로제어기를 분리하지 않고 점검이 가능하도록 개선하여 신속한 고장조치가 가능한 시제품을 제작·적용하였다.
민감도 시험방법으로는 Fig. 3에서와 같이 신호기계실 OT(Outdoor terminal)에서 표시입력 전원단자를 분리 후 PLC(Programmable logic controller) 출력제어부와 직렬 연결하여 측정하였다. 1차적으로 선로전환기 정지상태에서 표시전원 순간 단선 시험으로 PLC 출력포트 1개를 이용하여 20msec단위 제어와 2차적으로 전환상태에서 M+, M- 표시전원 차등 표시시험으로 PLC 출력포트 2개를 이용하여 시차적용하여 수행하였다.
서울 2호선 자동운전(Distance to go)시스템 하에서 선로전환기 불일치 장애와 관련한 고장원인 파악을 위해 Fig. 3의 선로전환기 인터페이스 회로에서 Table 3의 측정 장비를 이용하여 표시회로 민감도 시험을 하였다. 여기서 표시회로는 선로전환기가 정위(Normal position) 혹은 반위(Reverse position) 방향으로 전환된 위치를 취급자나 관련기기에 전달하는 전기적 회로를 말하며, 위 조건으로 신호장치의 자동화와 열차운전의 중앙 집중제어시스템이 가능하게 되었다.
시스템 교체 및 운영 환경을 고려한 운영시나리오 작성과 운영시나리오에 따른 운영사례를 분석하여 타당성과 효과를 입증하였다. 이종시스템 운영에 따른 안정성이 상대적으로 취약한 기존 시스템의 신호현시에 영향을 주어 오동작을 야기하는 인자를 분석하여 하드웨어 측면에서 역간정보를 실선으로 개선하여 신뢰성을 증대시켰다. 소프트웨어 측면에는 궤도정보처리의 점유/비 점유 상태를 개선하여 시스템이 안전측 동작토록 실현하였다[3∼5].
취약한 점검 부분은 구조적인 변경을 통해 모든 접속개소가 점검이 용이하게 설계하였고, 전기회로에 부합하도록 개선하였다. 고장시의 복구 대응을 위한 점검방법, 점검자의 숙련도, 고장상황에 따라 다르게 나타나 계량화하기는 어렵지만 여기서는 점검형태별로 필요한 소요시간을 실제 측정하여 각각의 점검요소별로 발생되는 회수를 연계하여 점검 소요시간은 Tt =Av1t +Bbt +Crt +Dv2t와 같은 식을 산출하였다.
성능/효과
Table 7,8에서 표시회로, 동력회로, 제어회로의 각각 개선 소요 개선시간은 57∼59%이다. 개선 후에 1,100초(sec)로 개선 전 대비 58% 개선됨을 확인하였다.
기존 짹판은 제어계전기와 회로제어기 고정용으로 사용하고 신설된 커넥터는 기계장치의 기름이나 습기로부터 이격되므로 전기 접속부로써 최적 환경을 제공한다. 고장점검 시 기존 단자대와 커넥터 점검부를 통해 제어계전기 또는 회로제어기 분리를 하지 않아도 고정 상태로 점검이 가능하며, 접점고장이 발생 시, 제어계전기 또는 회로제어기만 교체하면 신속한 고장 조치가 가능하도록 개선하였다. Fig.
고장발생 시 제어계전기 또는 회로제어기를 분리하지 않고 점검이 가능하도록 개선하여 신속한 고장조치가 가능한 시제품을 제작·적용하였다. 그 결과, 유지보수 시간이 개선전후를 비교하면 점검시간이 58% 단축 되어 보다 안정적인 신호시스템 구성과 더불어 효율적인 유지보수가 이루어져 철도이용 승객 서비스 증대 및 유지보수비용 절감 등의 효과가 있을 것으로 판단되었다.
하지만 이러한 개량들은 모두 NS형 선로전환기의 기계적인 구성품 개선으로 국한될 뿐 선로전환기의 표시․동력․제어회로 등 전기적인 접속부의 개선 없이 도입 당시 기술을 그대로 사용하고 있어 최근 운영되고 있는 자동․무인운전 시스템과 인터페이스적인 문제가 있을 수 있다. 시스템 교체 및 운영 환경을 고려한 운영시나리오 작성과 운영시나리오에 따른 운영사례를 분석하여 타당성과 효과를 입증하였다. 이종시스템 운영에 따른 안정성이 상대적으로 취약한 기존 시스템의 신호현시에 영향을 주어 오동작을 야기하는 인자를 분석하여 하드웨어 측면에서 역간정보를 실선으로 개선하여 신뢰성을 증대시켰다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선로전환기는 어떻게 구분되는가?
하나의 선로에서 다른 선로로 분기하기 위한 설비가 분기기이며, 분기기의 방향을 변환시키는 것을 선로전환기라 한다. 선로전환기는 그 구조에 따라 보통 선로전환기, 탈선선로전환기, 가동크로싱부 선로전환기로 구분할 수 있으며, 사용동력에 따라 수동 선로전환기와 스프링 선로전환기, 동력 선로전환기로 구분할 수 있다. 동력 선로전환기로는 전기식, 유압식, 공압식이 있으나 현재는 대부분 전동기의 회전력을 직선운동으로 변환하는 전기선로전환기를 사용하고 있다.
최근까지 진행되온 NS계열 선로전환기 개량의 한계는 무엇인가?
국내 철도신호 시스템 최대 점유율을 가지고 있는 NS계열 선로전환기(“이하 NS 선로전환기”)는 1970년대 계전연동장치부터 현재의 전자연동장치까지 널리 사용되고 있으며, 1990년대 동작계수기 및 풀림방지 너트 설치, 2000년대 밀착검지기․유동 방지간 및 전자식․밀봉형 클러치로 개량하는 등 꾸준한 개선을 시행하여 왔다. 하지만 이러한 개량들은 모두 NS형 선로전환기의 기계적인 구성품 개선으로 국한될 뿐 선로전환기의 표시․동력․제어회로 등 전기적인 접속부의 개선 없이 도입 당시 기술을 그대로 사용하고 있어 최근 운영되고 있는 자동․무인운전 시스템과 인터페이스적인 문제가 있을 수 있다. 시스템 교체 및 운영 환경을 고려한 운영시나리오 작성과 운영시나리오에 따른 운영사례를 분석하여 타당성과 효과를 입증하였다.
전기선로전환기의 역할은 무엇인가?
전기선로전환기는 철도에서 열차의 진행방향을 전환하기 위하여 설치하며, 현재 일반철도 및 도시철도 구간에 1만대 이상 설치되어 있다. 또한 전기선로전환기는 1960년대 말 일본에서 도입된 NS형 또는 NS-AM형으로서 전체의 90%이상을 점유하고 있다[1],[2].
참고문헌 (6)
KORAIL Institute. "Process research and requirements for the development Eletrical Point machine".Basic research project. Dec, 2010.
SEOUL METRO. "Human Resource Development Signal Textbooks", Dec, 2014.
Kyu-Hyoung Choi, Young-Hwan Kho, Sun-Ho Yoon, "A Study on the EMI between ATS and ATP/ATO Systeme", The Korean Society of Automotive Engineers, Con., 2009.
Rag-Gyo Jeong, Baek-Hyun Kim, Seok-Won Kang, Young-Hwan Kho, "Study on the Design of Operation Scenario for Replacement of a Railway Signaling System", korean institute of electrical engineers, con., vol. 63, no. 8, pp. 1064-1025, Aug. 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.5370/KIEE.2014.63.8.1064
Rag-Gyo Jeong, Baek-Hyun Kim, Seok-Won Kang, Geon-Won Park, "Prevention of the malfunction of the ATS signaling system by parallel operation with ATC", Korean institute of electrical engineers, con., vol. 64, no. 7, pp. 1019-1025, Jul. 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.5370/KIEE.2015.64.7.1019
Geon-Won Park, "Reduction the Failure Recovery Time through the Improvement of NS Point Machine-wiring set", Seoul National University of Science and Technology, Feb. 2016.
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