교류전기철도의 고장점 표정 오차 분석 기반 정확도 향상 방안 연구 = A study on the performance improvement of a fault locator in AC electric railway based on fault location error

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

 Electric railways have excellent energy efficiency and advantages on large capacity and long distance transportation compared to diesel railways, so that they are used a lot for passenger and cargo transportation. Therefore, when electric railway accidents occur such as a ground fault or short circuit, economic and social losses must take place inevitably. Then, it is necessary to develop additional equipment to resolve unexpected incidents that it is difficult for managers to predict in advance. 
 A Fault Locator is a device that informs operators Fault Locations by identifying incident spots if there is an accident of electric railways. This study is to compare and explain Boost Current Ratio method and Reactance Method, which are mostly used in Korea. 
 After the last Booster-Transformer Feeding System (Wonju-Jecheon) in Korea was closed in 2021, the Auto-Transformer Feeding System has been operated currently. Therefore, this study analyzes fault location errors of the Boost Current Ratio method and as a result of researching many cases this study could find there are limitations of its accuracy. 
 This study suggests a forced ground fault test and an artificial ground fault test in order to overcome errors of the Boost Current Ratio method, and it is to improve the accuracy of the Fault Locator by citing actual cases used in other projects. 
 This study expects that, since efforts to improve accuracy of the Fault Locator could remove incidents rapidly, this research would contribute to stabilization of electric railways.

국문 초록 (Abstract)

전기철도는 디젤기관과 비교하여 에너지 효율이 뛰어나며 대용량 장거리 운송에 유리하여 여객운송 및 화물운송 등에 많이 사용된다. 그러므로 지락 또는 단락 등 전기철도 사고 발생 시 경우 경제적·사회적 손실이 크게 발생할 수밖에 없다. 따라서 예측하기 힘든 돌발사고를 해결하기 위한 장치의 개발이 필요하다.

고장점 표정장치는 전기철도 사고 시 사고 지점을 파악하여 운영자에게 알려주는 설비로써, 우리나라에서 가장 많이 사용되는 흡상전류비 방식과 리엑턴스 방식을 비교하여 설명하고자 한다.

그리고 우리나라의 마지막으로 남은 BT급전방식(원주∼제천)이 2021년에 사라지고 현재 AT급전방식으로 변경되어 운영되므로 흡상전류비 방식의 고장점표정 오차 사례를 분석하였으며, 여러 가지 사례를 분석한 결과 그 정확성에 한계가 있음을 확인하였다.

본 논문에서는 흡상전류비 방식의 오차를 극복하기 위해 강제지락시험과 인공지락시험 방식을 제안하였으며, 타 사업의 실제 사용 중인 사례를 들어 고장점 표정장치 정확도 향상을 도모하였다.

이러한 고장점 표정장치 정확도 향상 노력은 사고의 신속한 제거를 가능하게 하므로 전기철도의 안정화에 기여할 것으로 본다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구의 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구의 목적 및 방법 2
• 1.3 논문의 기여도 및 구성 3
• 제2장 전기철도 급전시스템 5
• 2.1 전기철도의 급전방식 5
• 가. 직류급전방식 5
• 나. 교류급전방식 6
• (1) 직접 급전방식 8
• (2) BT(Booster Transformer) 급전방식 9
• (3) AT(Auto Transformer) 급전방식 11
• 다. 직류, 교류 방식별 비교 13
• 제3장 고장점 표정장치(Fault Locator) 14
• 3.1 고장점 표정장치의 개요 14
• 3.2 고장점 표정장치의 종류 17
• 가. 리엑턴스(Reactance) 방식 17
• (1) 리엑턴스 방식 원리 17
• (2) 적용 및 장·단점 18
• 나. 흡상전류비 방식 19
• (1) 흡상전류비 방식 원리 19
• (2) 흡상전류비 방식 적용 21
• (3) 고장점 표정 알고리즘 22
• 다. 리엑턴스 정·역 방식 25
• (1) 리엑턴스 정·역 방식 원리 25
• 라. 흡상전류비 방식과 리엑턴스(Reactance)방식의 비교 27
• 제4장 고장점표정 오차발생 분석 28
• 4.1 전차선로 구간별 임피던스 상이 28
• 4.2 AT급전계통의 타선흡상 현상 29
• 4.3 선로 말단에 단권변압기(AT)가 없는 경우 31
• 4.4 선로 분기로 만들어지는 삼각선 32
• 4.5 고장점표정장치 통신오류 및 시간오차 34
• 4.6 전원공급 구간내 다수의 열차가 운행되는 경우 34
• 제5장 고장점 표정 성능향상 방안 37
• 5.1 강제지락시험 방식 37
• 5.2 인공지락시험 방식 39
• 5.3 보호계전기에 의한 방법 41
• 제6장 결 론 45
• 참고문헌 47
• ABSTRACT 49
• 감사의 글 51