2호선 전동차 무인화 시스템 적용 방안에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 서울메트로 2호선 신호시스템 및 신형 전동차(VVVF제어) 제어시스템을 대상으로 하며, 2호선의 경우 신형전동차(VVVF제어)는 ATP/ATO 차상신호장치를 설치하여 차상신호방식으로 제어하고 있다. 2호선 신형전동차(VVVF제어)는 도입시부터 1인 운전 시스템 기준으로 설계되었으며, 부분적으로 무인운전이 가능한 시스템을 고려하여 도입하였으나 몇가지 제약으로 인해 무인운전으로 운행하지 못하고 있다. 서울메트로 2호선은 전세계적으로 손꼽히는 혼잡구간임과 동시에 구형전동차(초퍼제어)의 경우 ATP/ATO 시스템 적용이 어려움에 따라 ATS 신호장치를 장착하고 있으며, 이에 따라 ATP/ATO 신호시스템과 ATS 신호시스템을 병행운영하고 있다. 제어기술의 발달과 국내 IT기술의 눈부신 발전에 따라 차량 전장품의 대부분이 국산화되고 있으며, 승강장내 승객의 안전을 확보하기 위하여 스크린도어를 설치하여 운영하고 있다. 그러나 자동운전을 넘어 무인운전을 하기 위해서는 원활한 운영을 위한 차량내부 회로 및 장치의 보완이 필요하고, 출입문 취급 등의 안정적 운영과 이례사항 발생 시 조치방법 등에 대한 대책이 필요하다.

본 연구는 2호선 신형전동차(VVVF 제어)의 ATP/ATO 차상신호장치의 완전자동(FA) 무인운전 방법과 성능 및 특성 등의 검토를 통해 그 기술의 정도를 이해하고, 무인운전 시 차상장치 및 지상신호장치 시스템은 물론 2호선 노선 특성에 대한 전반적인 특징을 분석하여 2호선 유인중전철을 완전자동(FA) 무인운전 시스템으로 적용하기 위해 개선해야 할 사항들을 검증하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 궤도회로 기반의 차상제어장치는 고정폐색방식으로 완전자동(FA) 무인운전으로 전환할 경우에도 자동(ATO) 운전 방식으로 운영하는데 현 방식에 비해 운전시격을 줄이는 고밀도 운전은 어려우며, 각 역별 정차시간의 경우도 2호선 혼잡도와 표정속도를 고려할 때 현 방식보다 줄이는 것은 현실적으로 매우 어렵다고 평가된다. 또한 출입문 열림/닫힘 제어를 자동으로 제어할 경우 오히려 시격이 증가할 요인이 됨을 확인 할 수 있었다. 한편, 완전자동(FA) 무인운전을 활성화하기 위해서는 기지출고선까지 수동으로 운전 후 FA모드 스위치를 취급하는 절차가 필요하며, 현 시스템으로는 회차 시 별도의 조작이 필요하고, 무인운전 중 안전상의 문제로 ATP 비상제동이 체결된 경우 별도의 안전요원에 의해 1개 궤도 또는 2개 궤도를 수동으로 운전해야 하는 부분이 있기 때문에 완전자동(FA) 무인운전은 어려우며, 이례사항 발생 시 조치할 수 있는 안전요원이 반드시 필요함을 확인하였다.

2. 현재 무인운전에 가장 근접한 시스템으로 신분당선 중전철 무인운전시스템이 있으며, 이와 비교 분석한 결과 종합관제소에서 차내 상태를 모니터링 할 수 있는 시스템에 대한 추가적인 개량이 필요하며, 기관사에 의한 전방 감시 등 외부환경에 의한 위험요소에 대해 대비할 수 있는 대책을 마련해야 하므로 장애감지 시스템 및 열차 추돌, 탈선 시 비상정지 할 수 있는 감시 장치를 추가로 설치, 운영할 필요가 있음을 확인하였다. 또한 차량의 순간적인 제동력 부족이나 회생제동 실패, 슬립, 슬라이드 등의 요인으로 발생할 수 있는 정위치 정차 실패(미주 및 과주 발생)에 대비한 정차위치 수정 시스템이 추가되어야 하며 이는 종합관제소에서 조작을 통해 즉시 수정가능토록 해야 하며 이에 따른 출입문 열림 허가 조작 또한 동시에 시행될 수 있도록 구성되어야 한다.

3. 완전자동(FA) 무인운전에 대한 법적인 지침이나 세부 규정이 없으며, 특히 정위치 정차 실패(미주 또는 과주) 및 비상제동체결에 의한 정차 시 조치방법에 대한 법적 지침이 미흡하여 이에 대한 대책이 필요하며, 서울메트로 2호선의 경우 일부 유인 중전철과 달리 승강장 안전문이 완전히 닫히지 않은 경우, 역사 진입 및 발차가 제한되는 시스템은 이미 구축되어 있으나 이에 따른 비상정차 시 조치 및 승강장 안전문 오동작 시 안전운행 대책 등은 추가로 수립해야할 부분임을 확인하였다. 2호선의 경우 기존 시스템을 종속시킨 상태로 일부 개량을 통해 완전자동(FA) 무인운전을 하기 에는 제약이 따르며, 특히 기지 입, 출고 및 일부 궤도 회차 등에 대한 무인운전 적용을 위해서는 지상궤도회로의 개량이 절대적으로 필요함을 확인 할 수 있었다. 지상 신호시스템의 전면적인 개량은 시간 및 비용이 과도하게 필요하며, 장기적인 대책으로 가능하다. 이에 따라 일부 유인운전(안전요원에 의해 수행)을 포함하는 부분적인 무인운전을 적용하기 위한 방안을 우선 제시하였다.