ATS장치와 ATC/ATO장치와의 전자파 간섭현상에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

철도신호시스템은 열차들의 운행간격과 열차진로를 제어하는 기능을 담당함으로써, 열차를 안전하고 효율적으로 운행하는데 있어 핵심적인 역할을 수행한다. 철도신호시스템의 고장은 열차운행중지를 비롯하여 열차충돌이나 탈선 등과 같은 치명적인 철도사고로 직결될 수 있기 때문에, 그 신뢰성 및 안전성을 확보하는 것이 무엇보다 중요하다.[1-3] 철도신호시스템에서 오래 동안 사용되어온 지상신호방식은, 지상에 설치된 신호기 현시상태를 기관사가 육안 확인하여 수동으로 열차속도를 제어하는 방식으로써, 기상악화로 인한 시계 불량 및 기관사의 인적오류 등으로 인한 사고의 위험이 높다는 문제가 있다. 이에 따라, 최근에는 컴퓨터 및 통신기술을 활용하여 열차속도제어 정보를 차상으로 송신하고, 차량에서 열차속도를 자동으로 제어하는 차상신호방식이 도입되어 열차운행 안전성 및 열차운행효율 향상에 큰 효과를 보이고 있다.
이와 같은 철도신호시스템의 발전에 따라, 기존의 지상 신호방식의 자동열차정지(ATS : Automatic Train Stop)시스템을 차상신호방식의 자동열차제어(ATC : Automatic Train Control)시스템으로 교체하고 있다. 또한, 자동열차운전(ATO : Automatic Train Operation) 시스템을 도입하여, 운전자의 조작을 최소화하고 전동차를 자동 운전하도록 함으로써 열차운영효율을 극대화 시키고 있다.[7] 그러나 기존의 ATS시스템을 ATC시스템으로 개량하는 과정에서, 기존 신호시스템과 개량된 신호시스템이 중첩되어 운영되면서 기존 시스템인 ATS시스템에 오동작이 발생하는 사례가 나타나고 있다. 이는 열차의 안전운행을 방해하고, 차륜과 레일의 이상 마모를 촉진하는 등 안전사고와 유지보수 비용의 증가를 유발시킬 수 있다.
따라서 본 논문에서는 위와 같이 ATS와 ATC시스템이 중첩 설치되어 운영되는 상황에서 발생하는 ATS시스템의 오동작 현상에 대하여, 현장에서의 시험측정 및 시뮬레이션을 통하여 ATS차상장치의 오동작이 ATC 지상장치에서 발생한 전자파 간섭으로 인하여 유발되는 현상이라는 것을 규명하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

ATS(Automatic Train Stop) system make train stop when it runs over the speed limit and ensure the safe operation of train. Seoul Metro line 2 in Korea, which started its passenger service in 1982, has adopted ATS system for its signaling system. The ATS system have only a train stop function at the time of emergency, and Seoul Metro is planning to replaced them with ATC(Automatic Train Control)/ATO(Automatic Train Operation) system which can provide dedicated train speed control for headway reduction and unmanned operation of train.
Until all the ATS system is replaced with the new ATC system, both systems are to operate simultaneously at the same metro line. In this situation, ATS system sometimes reveals improper operation: train stops suddenly without any obstacles in front of it. These improper stop cause interruption of passenger service.
The authors make it clear that these interruptions are caused by EMI phenomena between ATS on-board device and track circuit of ATC system: Signal current flowing in the track circuit is turn out to be a EMI source that prevent the ATS on-board device from normal operation. This is investigated by frequency spectrum analysis of signaling currents and frequency response of ATS on-board device analyzed by FFT(Fast Fourier Transform). The analysis shows that ATS on-board device has a frequency response covering the frequency of signaling current flowing in the track circuit. Although the two systems have different frequency range. ATS system has frequency range between 78~130[kHz] and ATC system has frequency range between 9.5~16.5[kHz].
The countermeasures to prevent these EMI phenomena are suggested in two ways. One is elimination of EMI source: blocking the signaling current of track circuit when ATS-mounted train pass. Dedicated device for automatic blocking of signaling current is developed and installed at the site. The other is enforcement of EMS(Electromagnetic Susceptibility) : setting a high-pass filter to the circuit of ATS on-board device. These measures make a success in preventing the EMI problem of Seoul Metro line 2.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 연구배경 1
• 2. 연구목적과 방향 2
• Ⅱ. 도시철도 신호시스템 개량 3
• 1. 도시철도신호시스템 현황 3
• 2. 신호시스템의 종류 4
• 3. 프랑스 도시철도신호시스템 개량 사례 12
• 4. 국내신호시스템 개량 검토 15
• Ⅲ. 도시철도신호시스템 중첩운영시 오동작 현상 21
• 1. 신호시스템 중첩 운영 상황 21
• 2. ATS 오동작 발생 현황 22
• 3. 간섭원으로서의 AF궤도회로 23
• 4. 피해원으로서의 ATS 차상장치 25
• Ⅳ. ATS 오동작 분석 34
• 1. 개요 34
• 2. 현장 실측을 통한 분석 35
• 3. 시뮬레이션을 통한 분석 39
• Ⅴ. 결론 47
• 참고문헌 48
• Abstract 50
• 감사의 글 52