고속철도차량 안전장치의 운영 실태 조사

유병관│코레일 차량기술단 엔지니어링팀 차장 (ktx0404@hanmail.net)

Ⅰ. 개요
고속철도차량의 안전장치는 급속한 변화를 시도하고 있다. 이는 고객의 요구와 안전도 향상을위하여불가피한선택으로보여진다. 고속차량은 안전장치의 집합체로 컴퓨터로 관리되는 자체진단 및 이중장치를 갖춘 각종 안전장치및감시장치가설치되어있다. 여기서는 고속철도차량 안전장치인 ATC 차 상신호장치, 속도측정 및 기록계인 ATESS 장치, 고장 상태 표시 램프 등 주요 안전장 치의 개발 현황 및 운영 실태를 조사하였다. 현재의 안전장치 개발 동향 및 운용 실태를 파악하여 향후 장기적인 운영 방안을 모색하는 것이 안전 장치의 정상화는 물론 철도 안전운행에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

Ⅱ. KTX 안전 및 진단장치 소개
1. ATESS(속도기록계장치)
ATESS는 열차운전 중 안전상 주요사건을 정적으로 기록 하는 장치이며, 주요기능으로는 열차속도 측정, 열차속도 및 주요정보의 기록(기록카세트 포함), VACMA(운전감시 장치), TSL(열차속도제한장치: ATC 차단시 30km/h이하 의 운전을 허용) 등이며, <그림 1>은 TGV-POS 및 운행예 정인 KTX-?에 설치된 ATESS의 기능을 보여주고 있다. 기존의장치와상이한사항은차상신호장치(EVC/ATC/ATS) 에서 ATESS(속도계장치)로 속도정보를 전송하여 신호장치 중심으로속도정보가통합되어있다는것이다.


2. ATC(TVM430, ATS)장치
TVM430 (Transmisson Voie Machine430)은 궤도로부터 차량에 정보 전송을 의미하는 것으로 ATC 방식의 차상 신호장치이며, KTX는 고속선에서는 ATC방식으로 300km/h, 기존선에서는 ATS 방식으로 160km/h 운전을 허용하고 있는 장치이다. 주요기능으로는 운전실 신호현시, 열차속도 제어(이상 연속정보), 팬토그래프 하강, 절연 구간 처리, 터널 진출입, 절대정지구간 통과, 공사구간 서행기능 등(이상 불연속정보)이 되며, 열차속도 현시 및 제 어 시퀀스는 <그림 2> 와 같다.




3. VACMA(운전감시장치)
1) 개 요
VACMA(운전감시장치)는 ATESS랙 내에 집적되어 기장의 신변문제 발생 시 열차를 정차시키고, 무선알람으로 사 령실에 통보하여 더 이상의 사고발생을 방지시키는 장치로써, 기기접촉을 통하여 기장의 상태를 물리적으로 확인하는 안전장치로, 주변 기기 및 감지기는 <그림 3>과 같다.

<그림 3> VACMA 주변 기기 및 감지기

2) VACMA 동작
운전감시장치의 신호입력은 아래의 여러 버튼과 감지기에 의해서 이루어진다. - 견인조작기 MC-TT-01에 있는 감지기 MCR( L)-VA-01 - 제어패널아래에위치한2개페달PD-VA-01, 02 - 창문에 선채로 눌러주는 버튼 PB-L-VA-01, PB-R-VA-01 - 무선경보 발신 취소 누름버튼 PB-CN-VA-01 열차의 속도가 3km/h를 초과하였다는 정보를 ATESS의 속도컴퓨터로부터 전달받거나, 운전실 제어대의 스위치 박스에 설치되어 있는 SWTS- VA-01스위치를 올리면 카운터가 시작된다. 기장이 2.5초 동안 어떤 감지기도 접촉하지 않았다면 KX 소리가 발생한다.
기장이 이 소리를 듣고도 2.5초 동안에 반응하지 않는다면, 운전경계장치가 동작하여 비상제동과 SOS VDS등이 점등 된다. 그리고 1분 정도 감지기를 접촉하고 있으면 SN 소리가 발생한다. 마찬가지로 소리가 발생한 5초 후에도 기장이 반응하지 않는다면, 운전감시장치에 의해 비상제동이 발생 하고SOS VDS등이점등한다.
열차가 운전감시장치에 의해 비상제동이 일어나고, 30초 이후에 기장이 알람취소 버튼을 누르지 않았다면, 운전감시장치에 의해 5초동안 알람이 발생되어 사령실로 전해진다. 이것을 흐름도로 나타내면 <그림 4>와 같다.



4. 기타 주요 안전장치
열차 운행중(혹은 기동중) 주요장치 고장 발생시 혹은 차량 으로부터의 화재발생, 승객경보장치 동작 시 램프를 통해 차량의 상태를 시각적으로 제공하는 장치로 고장표시 램프 패널은 <그림 5>과 같다.
※ 주요 현시내용 : 견인 및 모터블럭고장, 회로차단기 및 기계 적 전달고장, 차축 비회전 및 고착, 대차불안 정 및 완해불량, 화재감지(동력실) 및 승객 알람(객실) 등


<그림 5> 고장상태 표시램프

Ⅲ. 고속차량 안전장치의 최근 동향
1. ATP시스템 현황
1) ATP(Automatic Train Protection)시스템
폐색구간 경계지점에 설치된 지상자(Balise, Beacon)를 통하 여 열차간 운행정보의 상호교환을 통해 최소 제동거리를 확보함으로써 운전시격 단축과 선로용량 증대를 가능하게 하는 시스템이다. ATP시스템은 열차의 운행속도 향상 및 조밀 운전을 해결하기 위하여 불연속 정보전송 방법에 의해서 열 차 제어를 가능하게 할 수 있어 주로 열차의 안전운행을 목적으로 사용되며, 현재는 220km/h 이하에서 사용중이다. <그림 6>은 ATP시스템의 속도제어 곡선을 나타내는 것으로 기존의 ATS시스템이 계단적인 제어곡선을 보여주는데 비해 ATP시스템은 선형적인 제어곡선을 나타내어 빗금친 부분만큼의 운전효율을 나타낼 수 있음을 보여준다.


<그림 6> ATP 속도제어 곡선도
1) 국내 ATP시스템 설치 현황 현재 고속차량에도 일반선 운행을 위한 ATP사업이 도입 추진 중에 있으며, 국내 ATP시스템 설치 현황은 [표1]과 같다.


2. ATESS(속도계장치) 개발 현황
ATESS 장비는 다음과 같은 두 가지의 레코더 기능을 제 공한다.

1) KTX-II 차량의 기록내용
Korail 및 프랑스 표준을 만족하는 Recorder Unit (RU) : 시리얼 링크 또는 32 디지털 입력을 통해 수신되는 열차 운전 데이터를 기록하고, 이 정보는 레코더메모리(FPUC) 및 탈착 가능 카트리지(FPK7 및 LPK7)에 저장되며, 이 카 트리지의 크기는 현재 256 Kbytes로 운영하고 있다.

2) KTX-II 속도계 설치 현황
ERTMS 표준을 만족하는 Juridical Recorder Unit (JRU) : MVB링크에서 수신되는 데이터를 기록하고, 이 정보는 8일 메모리 (JRU 8D) 및 24시간 메모리 (JRU 24H) 등 두 개의 메모리에 저장된다. 이 카트리지의 크기는 기존 KTX 및 ATP의 정보를 포함하여 16 Mbytes까지 확장될 것이며, KTX-II 기록계 구조는 <그림 7>과 같다.


<그림 7> KTX-II 기록계 구조

3. 신호장치(ATC/ATS/ATP) 최근 현황
1) KTX-II 차상신호장치
KTX-II 차량에 설치되는 차내 신호시스템은 완전한 이중계(Redundant)시스템이며 <그림 8,9>과 같은 장치로 구성된다.
※ 주요 구성요소 :
- 유발리스 메시지 수신을 위한 두 개의 BTM 안테나
- 기장으로부터 제어 정보 획득 및 차내 신호 현시를 위한 두 개 의 MMI
- 거리와 속도의 연산을 위한 두 개의 Tachometer
- 거리와 속도의 연산을 위한 두 개의 Radar
- ATS 지상자 검기를 위한 두 개 의 ATS 안테나
- ATC 불연속 정보 검지를 위한 두 개의 TVM BSP 센서
- ATC 연속 정보 전송 검지를 위한 두 개의 TVM 2G 센서


<그림 8> KTX-II 차내 신호 시스템 구성


<그림 9> Ansaldo STS FRANCE 차상신호 세부 구성도

Ⅳ. KTX 안전장치 운영 현황 및 향후 대책
1. 안전장치 운영 현황
KTX 운행시 차상컴퓨터(On Board Computer System) 에 의해 감지된 ATC 시스템 및 VACMA(운전감시장치) 등 주요 안전장치의 차량정보 현황을 도표로 제시하면 <그림 10>과 같다. 2007년과 2008년 1~6월 동안의 KTX 운행 중 나타난 ATC 시스템 등 주요안정장치의 운행정보를 비교하여 보여주고 있다. 괄목할만한 변화는 없지만 안전장치에 의한 비상제동이 감소 추세에 있어 비교적 안정화 추세에 있음을 보여준다. 다만, ATC 시스템에 의한 비상(속도초과시 ATC에 의한 비상제동 체결)은 운행 중 속도초과가 발생한 상황으로 그 정보 건수가 다소 감소했지만 여전히 많은 상황이며, 이것은 지상 및 차상 시스템간의 인터페이스 확보, 그리고 운전자인 기장들과의 정보 교환을 통해서 운전 조건을 개선해야 한다는 것을 나타내는 것이기도 하다. 또한, VACMA(운전감시장치)에 의한 비상제동도 다소 감소했지만 운행 횟수에 비해 과도한 실정이며, 이것은 기장의 취급 부주의 혹은 시스템의 오동작 등으로 볼 수 있으며 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 보인다.


2. 향후 대책
고속차량의 안전장치(신호장치, 기록계장치 등)는 첨단의 장비를 설치하는 것 외에 유지보수 및 운영 부분이 더 중요하다. 국내를 비롯한 유럽 각국은 안전장치 유지보수를 위해 법령제정 및 철도 운영사의 엄격한 규정으로 전담자 를 지정하여 운영하고 있다. 특히 ERTMS 표준을 따르는 기록계 장치는 기록되는 사항까지도 법적으로 정해놓은 상태이다. 다만, 유지보수 현장에서 실제로 안전장치의 중요성을 인식하고 운행 중 발생한 고장을 피드백(feedback) 하여 심각한 고장으로의 확대방지 노력과 각종 규정의 철저한 이행여부는 철도 운영자의 몫으로 남는다. 국내의 경우도 철도안전법 및 규정을 정하여 전담자 지정 및 교육을 통해 각종 안전 및 진단 장비를 운영하고 있지만 미래를 위 한 투자부분의 노력은 인력과 예산상의 한계에 부딪친 것도 사실이다. 이것은 철도운영에 있어서 중요성의 우선순위를 진단하고 이에 대한 장기적인 대책을 마련하는 것이 필요하다. 본사에서 현업까지 안전장치를 체계적으로 분석 하고 연구하는 전문가 그룹의 육성도 절실히 요구된다. 또한, 현재의 기존선 운행을 위한 ATS시스템에서 ATP시 스템으로의 개량사업도 조속히 추진되어야 할 것이다. 이 를 위해서는 충분한 시운전 및 RAMS 활동을 통한 공인기 관의 검증작업이 병행되어야 함은 물론 최종 사용자인 철도차량 관계자의 적극적인 관심과 새로운 시스템에 대한 거부감 보다는 문제점을 파악하고 대책을 강구하는 인식 전환도 요구된다고 보겠다.


Ⅴ. 맺음말
안전장치는 정보화 및 고객의 안전요구 수준에 따라 급속 한 변화를 계속하고 있다. 위에서 살펴본 최근의 안전장치 현황만 보더라도 쉽게 알 수 있다. 결국 안전은 현재의 시 설과 장비, 운영체계를 보존하는데 그치는 것이 아니라 끊 임없는 변화와 개량을 시도해야할 것으로 보인다. 또한 최첨단 설비를 도입하는 것이 모든 문제의 해결이 아니라 어 떤 방식으로 적용하여 운영하느냐의 문제가 안전을 지속 적으로 보장할 수 있을 것이다. 특히, 외국의 안전장치를 도입하여 운영 중인 차량에 개량 설치하고 각종 진단 장비를 국산화 개발하는 노력은 안전 을 위해 필요한 시도이며 그만큼 어려움도 예상된다. 또한 개발 및 개량에는 장비를 신뢰할 수 있는 RAMS 활동을 통해 신뢰성이 입증되어야 함은 물론이다. 고속차량의 안전을 위해서는 안전장치의 현주소를 이해하 고 선진 장비의 도입 및 국산화개발 등 미래 지향적인 장단기 대책이 꾸준히 계획 추진되어야 할 것이다. 안전은 묵묵히 지키는 것만이 아니라 꾸준히 도전하여 위험요소 를 제거하려는 노력의 산물이기 때문이다.

참 고 문 헌
1) 철도경영연수원(2002)“, 고속차량 차량기술서”
2) 유병관(2000)“, TVM 430(Ⅰ, Ⅱ)”, 철도경영연수원
3) 유병관(2002)“, 철도 장기 발전에 입각한 ATP 도입방안”, 대한교통학회
4) FAIVELEY(2006)“, KTX ATESS 기록계 기술사양서”, FAIVELEY(주)
5) 유병관(2007),“ KTX 안전운행 확보를 위한 ATP시스템 설치 최적화 방안”, 한국철도학회
6) 주식회사 현대로템(2008)“, KTX-Ⅱ 교육훈련 매뉴얼”