[논문]전기식 도어시스템의 고장건수 및 지연시간을 활용한 열차운행장애 분석

이본형; 김두현; 김성철

doi:10.14346/jkosos.2020.35.1.12

전기식 도어시스템의 고장건수 및 지연시간을 활용한 열차운행장애 분석
Analysis of Train Operation Obstacle Using Number of Failures and Delay Time of Electric Door System 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.35 no.1, 2020년, pp.12 - 17

이본형 (대전광역시도시철도공사) , 김두현 (충북대학교 안전공학과) , 김성철 (충북대학교 안전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper analyzes functions of component parts of D-Urban Railway's door system along with operation obstacle risks on frequency(the number of occurrences/year) and severity(delay time/the number of occurrences). Based on this, the paper presents improvements and current system's problems after obstacle risks of EMU and door system are appled. The obstacle of door system causes corrosion of main parts such as DCU due to heat problem of operation environment, problems of maintenance methods and deterioration. DCUs on PCBs with more than 50% pattern corrosion cause problems. Even though the number of door system's obstacle occurrences for the last 5 years is 42, along with 104 minutes of operation obstacle, EMU operation obstacle risk is low(Level 1), which indicates there is limit in matrix of railway risks presented by the standard of railway safety management system. Therefore, it is necessary to have railway risk matrix suitable for the field. Finally, the paper deducts the obstacle risks through frequency and severity. Since 2017 when the risks of EMU and door system's obstacle, that of EMU has been 24(47% reduced) and that of door system has been average 9.5 per year(23% reduced).

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Component classification of door system.
그림 Fig. 2. Functional block diagram of door system.
그림 Fig. 3. Failure of door system by year.
그림 Fig. 4. Failure of door system for components.
그림 Fig. 5. Failure of DCU by year.
그림 Fig. 6. Distribution of corrosion pattern for DCU.
표 Table 2. Number of accident and delay time for components of electric multiple unit
표 Table 1. Risk matrix of electric multiple unit
표 Table 3. Risk for operation obstacle of electric multiple unit
표 Table 4. Number of accident and delay time for components of door system
표 Table 5. Risk for operation obstacle of door system
표 Table 6. The accident and exchange of electric multiple unit

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 D 도시철도 도어시스템의 동작 및 구성부품의 기능을 분석하고, 발생빈도(발생건수/년)와 심각도(지연시간/발생건수)에 대한 운행장애 Risk를 분석하였고 이를 바탕으로 전동차 및 도어시스템의 운행 장애 Risk 적용 후의 개선사항과 현행 시스템의 문제점을 제고하였다.
본 연구에서는 D 도시철도교통이 공공교통으로서 이용 고객들에게 안전하고 편리한 도시철도 서비스를 제공하기 위하여 전동차 및 도어시스템의 운행장애 Risk를 분석하여 적용하였다^11,12). 본 연구에서 얻은 결론은 다음과 같다.

제안 방법

또한 차량의 안전을 위해 오류 및 고장에 대하여 자가 인식하며 도어 열림이 부여되지 않은 상태에서의 어떠한 오류에 대하여 도어를 항상 닫힘 방향으로 작동되도록 제어한다. 차량 측으로부터 문을 열 수 있는 조건(Zero speed신호, 도어 Open/Close신호) 을 수신하면 DCU에 연결된 motor를 구동시켜 출입문의 Open/Close를 제어하며, 도어엔진의 동작상태와 관련된 모든 정보를 motor와 각 위치에 설치된 Limit Switch를 통하여 TCMS에 관련정보를 통신을 통하여 전송한다. 모두 5개의 Connector를 이용하여 차량의 상태 및 안전을 위한 정보를 교환하고, 자기진단 소프트 웨어를 내장하고 있는 PTE (Portable Test Equipment)에 의해, DCU의 상태를 진단할 수 있다⁸⁾.

성능/효과

1) 도어시스템 고장은 운영환경에서 열적문제와 고객부주의 등 환경요인, 운행시간과 거리를 미리 정하고 시행하는 정비방식 고수, 그리고 사용시간 증가와 노후화 진행, 특히 DCU의 열 축적에 의한 PCB 부식현 상 등으로 나타났다.
2) 최근 5년간의 도어시스템의 고장발생건수는 42건과 104분의 열차지연을 발생시킴에도 불구하고 철도 운행장애 Risk가 낮게 나타난 것은 철도안전관리체계 기술기준에서 제시한 철도위험도 Matrix가 철도운영 기관별 그리고 철도차량 등 분야별 세부기준이 없기 때문이다. 따라서 현장에 적합한 철도위험도 Matrix가 필요하다.
3) 전동차 및 도어시스템 운행장애 Risk가 높게 나타났던 장애물 검지에 대하여 하부레일 교정으로 기계적인 간섭을 최소화 하였다. 또한 DCU에 대해서는 발열의 원인이 되었던 콘덴서를 교체하는 개선조치를 시행하여 2017년 이후 전동차는 연평균 장애 발생건수가 24건으로 47% 감소하였고, Door장치는 연평균 9.
4) 도어시스템은 복잡하고 첨단화되어 향후 고장관리는 위험성 평가기법을 통하여 과학적이고 체계적인 접근이 반드시 수행되어야만 고장을 감소시킬 수 있다. 또한 시간 기준 정비방식(TBM) 에서 상태기반 유지보수(Condition Based Maintenance) 방식으로 유지보수를 고도화하는 것도 필요하다.
3) 전동차 및 도어시스템 운행장애 Risk가 높게 나타났던 장애물 검지에 대하여 하부레일 교정으로 기계적인 간섭을 최소화 하였다. 또한 DCU에 대해서는 발열의 원인이 되었던 콘덴서를 교체하는 개선조치를 시행하여 2017년 이후 전동차는 연평균 장애 발생건수가 24건으로 47% 감소하였고, Door장치는 연평균 9.5건으로 23% 감소하였다.
세부적으로 2012년~2016년까지 227건이 발생하여 연평균 45건이 발생하였고, 그중에서 Door 장치는 62건(27%)으로 가장 많이 발생하였다. 전동차 및 도어시스템 운행장애 Risk분석을 통한 개선조치가 이루어진 2017년 이후 전동차 장애발생 건수는 연평균 24건으로 47% 감소하였고, Door장치는 연평균 9.5건으로 23% 감소하였다.
6은 도어시스템의 주된 고장원인이 되고 있는 도어제어장치(DCU)의 열 축적에 의한 PCB 패턴 부식 현상을 보여주고 있다. 전체 DCU 672개중 289개에서 패턴 부식현상이 발생하고 있으며, 그중 패턴 부식이 50% 이상 진행된 191개의 DCU에서 제 기능이 상실되 어 TCMS와의 통신고장으로 도어 닫힘이 제대로 이루 어지지 않아 고장으로 이어졌다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	도어시스템은 어떻게 구성되는가?	도어시스템은 emergency handle, door engine, door panel 등 3개의 서브시스템으로 구성되어 있다. emergency handle은 도어 중앙의 잠금장치와 케이블로 연결되어 비상핸들 장치를 작동시키면 motor 작동이 차단되고, 잠금장치를 기계적으로 해제한다.
	도어제어 장치의 고장 원인은 무엇인가?	3%, DCS Limit Switch는 18건, motor고장은 10건이 발생하였다. DCU의 고장원인은 사용시간의 증가와 국부적인 열에 의한 온도상승으로 콘덴서 누액과 패턴 부식현상, EPLD(Electrically Programmable Logic Device)의 기억이 소거 되는 현상 등이 발생하였다.
	도어시스템 고장은 어떤 문제를 야기하는가?	하지만 운행 중인 전동차는 설계 및 제작단계에서 RAMS (Reliability Availability Maintainability Safety) 요구사항인 안전성 및 신뢰성 분석이 이루어지지 않아 개통이후 현재까지 도어시스템 고장은 좀처럼 감소되지 않고 있다. 이러한 고장은 열차 정시운행과 운행 안전성을 떨어뜨리고 철도사고와 운행장애를 발생시킬 수 있다. 2015년부터 시행된 철도안전관리체계에서는 철도안전 주요부품에 대한 품질향상을 위하여 도어장치를 고장 빈발부품으로 선정하여 관리하고 있으나 도어고장은 감소되지 않고 있으며, 고객부상의 위험성을 증가시키고, 운행장애와 열차지연운행 등으로 열차운행 품질을 저하시키고 있다2).

참고문헌 (12)

Notice No. 2005-438 of the Ministry of Construction and Transportation, Guidelines for Safety Standards for Railway Vehicles, 2005.
Railway Safety Management System Daejeon Metropolitan Rapid Transit Corporation, 2005.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Changing the 8th National Traffic Safety Plan", Railway Sector Traffic Safety Measures, pp.196-229, 2018.
Notice No. 2016-579 of the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Technical Standards for Railway Products, 2016.
Y. J. Yang and H. S. Lee, "Reliability Improvement Method of the Electrical Door System for the Railway Vehicles", Journal of Energy Engineering, Vol. 24, No. 1, pp. 17-23, 2015.
C. S. Kim and H. S. Lee, "Reliability Analysis of Electric Door System for EMU", J. Korean Soc. Saf., Vol. 28, No. 8, pp. 52-56, 2013.

원문보기 상세보기
Door System Technical Specifications of Daejeon Metropolitan Rapid Transit Line No. 1, pp. 1-41, 2004.
EMU Maintenance Instructions of Daejeon Metropolitan Rapid Transit Line No. 1, Vol. 1, Chapter 3, 3-3 Door Device, 2005.
Notice No. 2014-552 of the Ministry of Land, Infrastructure and Transport for Guidelines on Report of Railway Accidents, 2014.
Notice No. 2014-434 of the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Technical Standards for Railway Vehicles, 2014.
J. H Lee, H. Lee and W. Y. Seo, "A Study on Passenger- Oriented Level of Service for Railway" Policy Research Report, 2014.
H. K Bae, H. C. Kwak, Y. Y. Choi and Y. S. Oh, S.M Kang, "Estimation of Social Benefits by Reduction of Accidents Caused by Device Fiure in Urban Railway", Journal of Korean Society for Urban Railway, pp. 255-263, 2019.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증