[논문]신호시스템 절체방안 검증연구

정락교; 김백현; 이준호; 김영석

[국내논문] 신호시스템 절체방안 검증연구
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정락교 (한국철도기술연구원) , 김백현 (한국철도기술연구원) , 이준호 (한국철도기술연구원) , 김영석 (인하대학교)

철도신호시스템은 열차들의 운행간격과 열차진로를 제어하는 기능을 담당함으로써 열차를 안전하고 효율적으로 운영하는 데 있어 핵심적인 역할을 수행한다. 철도신호시스템의 고장은 열차운행중지를 비롯하여 열차충돌이나 탈선등과 같은 치명적인 사고로 직결될 수 있기 때문에 시스템의 신뢰성과 안전성이 매우 중요하다. 현재까지 철도신호시스템에서는 지존의 지상신호방식이 많이 사용되어 왔으나 지상에 설치된 신호기 현시상태를 기관사가 확인하여 열차속도를 제어함으로써 기관사의 인적 오류 등의 사고 위험이 있다. 아울러 시스템의 수명이 다 되어 시스템절체의 필요성이 있다. 이에 따라 최근에는 컴퓨터 및 통신기술을 이용하여 열차속도제어 정보를 차상으로 송신하고, 차량에서 열차속도를 제어하는 차상신호방식이 도입 적용 되어 효과를 보고 있다. 따라서 수명이 다된 신호시스템을 교체하기 위하여 승객을 위한 운행서비스를 하면서 새로운 방식으로 절체 하는 것이 필요하다. 이에 본 논문에서는 시스템 절체과정의 절차와 시스템검증을 위한 일련의 과정중 간섭의 문제점을 시험평가를 통해 확인하였다.

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문제 정의

이러한 도시철도(서울메트로 2호선)의 신호 시스템을 절체하기 위하여 현재의 신호시스템은 현재 폐색구간별 지상에 설치된 신호기의 현시 정보와 신호기에 연동되는 ATS 장치에 의한 열차운전 방식을 사용하고 있으나, 고밀도 운전이나 1인 승무 기반 마련 등을 위해 새로운 신호시스템을 설치하여 시험 중에 있다. 이에 본 논문에서는 시스템 절체과정의 절차와 시스템검증을 위한 일련의 과정중 간섭의 문제점을 시험평가측면에서 확인하고 검증할 항목을 검토하여 최종적으로 ATS와 자동운행이 가능한 ATP/ATO시스템이 일정기간 공동으로 중첩사용 하다가 궁극적으로 ATP/ATO 교체하여 열차의 안전운행 확보 및 승객 서비스 향상에 기여할 수 있도록 확인할 항목과 시험항목 및 결과에 대하여 기술하였다.

가설 설정

- 신호방식 : 기존방식과 동일하다.

제안 방법

특히 신호시스템은 전자 장비로서 전 수명주기 측면에서 고려하여 선택되어져야 한다. 기존의 계전기등 기계적인 부분이 줄어들고 전자 회로기판으로부터 통신, S/W등의 결합으로 기능을 구현한다. 운영환경 및 유지보수 체계, 운영할 사람 등을 고려한 검토와 시스템 절체 계획이 수립될 필요가 있다.
고조파의 경우 홀수 고조파가 짝수 고조파 보다 출력이 크기 때문에 영향을 미칠 확률이 높으며, ATS 차상장치가 98kHz, 106kHz, 114kHz, 122kHz, 130kHz의 ATS 주파수의 ±3kHz 범위에 대해서 동작한다는 점에 착안하여 궤도회로 고조파의 영향을 확인하여 보았다.
중첩설치의 검토의견을 토대로 시험 항목을 선정하였다. ATS장치의 고장유형을 토대로 하여 간섭에 의한 오동작사례와 ATS 설계개념으로 적용된 기본발진주파수보다 낮은 대역으로 유입되는 노이즈는 ATS 차상장치 기능에 영향이 있는지 여부를 조사하였으며, 130kHz 이상의 신호유입(노이즈신호 포함) 시에는 즉시 비상제동이 체결되도록 설계되었다.
중첩설치의 검토의견을 토대로 시험 항목을 선정하였다. ATS장치의 고장유형을 토대로 하여 간섭에 의한 오동작사례와 ATS 설계개념으로 적용된 기본발진주파수보다 낮은 대역으로 유입되는 노이즈는 ATS 차상장치 기능에 영향이 있는지 여부를 조사하였으며, 130kHz 이상의 신호유입(노이즈신호 포함) 시에는 즉시 비상제동이 체결되도록 설계되었다. 고조파의 경우 홀수 고조파가 짝수 고조파 보다 출력이 크기 때문에 영향을 미칠 확률이 높으며, ATS 차상장치가 98kHz, 106kHz, 114kHz, 122kHz, 130kHz의 ATS 주파수의 ±3kHz 범위에 대해서 동작한다는 점에 착안하여 궤도회로 고조파의 영향을 확인하여 보았다.

성능/효과

ATS 주파수 응동범위을 분석한 결과 7, 9, 11, 13차수의 고조파가 ATS 동작에 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있다. 그러나 고조파 차수가 높기 때문에 ATS에 영향을 미칠지 여부는 ATS 시험을 통해 검증할 필요가 있겠다.
그러나 고조파 차수가 높기 때문에 ATS에 영향을 미칠지 여부는 ATS 시험을 통해 검증할 필요가 있겠다. 이외 FTGS 궤도회로 주파수가 ATS 신호제어 범위보다 낮은 값을 가지기 때문에 ATS의 특성상 ATS 제어 신호 이외에는 비상제동을 체결함을 감안하여 비상제동이 체결될 수 있음을 검증하기 위해 ATS 시험을 통한 검증의 필요성이 있어 간섭에 대한 시험을 결과 특정한 구간에서 오동작이 발생함을 확인하였고 이를 토대로 대책을 강구하여야 한다. 새로운 시스템의 텔레그램 전송 체크 및 확인을 하여야 한다.

후속연구

해외 신호시스템 절체 현황들에 대한 분석이 좋은 선례가 될 것이다. 선례에 대한 현황 분석을 토대로 우리의 운영환경을 접목시켜 방안을 마련하여야 할 것으로 보인다. 특히 신호시스템은 전자 장비로서 전 수명주기 측면에서 고려하여 선택되어져야 한다.

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