R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201919RTRP-B091404-06 | |||||
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| 연구사업명 | 철도기술연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 철도운영 및 유지보수 효율화 기술개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2014-12-22 ~ 2020-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 이창희 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
12명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
65명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 3,343,000,000 원 기업 : 1,115,100,000 원 계 : 4,458,100,000 원 |
총연구비 | 정부 : 19,515,600,000 원 기업 : 6,531,440,000 원 계 : 26,047,040,000 원 |
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| 연구기관명 | (주)다원시스 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
세부1. 현재 도시철도 전동차는 전차선을 통해 DC1,500V ~ 1,600V의 전압을 공급받아 구동하고 있으며 교류를 직류로 변환하는 정류방식은 다이오드(Diode) 정류방식과 사이리스터(Thyrister) 정류방식을 사용하고 있다. 다이오드 정류방식은 변전설비가 간단하여 유지보수에는 유리하나 부하 변동에 의해 가선전압이 상승하여 타 장치에 악영향을 주며 전원 구분용 절연 섹션설비 등 전차선 부속설비가 증가하는 요인이며 전동차 제동 시 발생하는 회생전력을 재사용할 수 없어 에너지 절감에 큰 단점을 가지고 있다. 사이리스터를 이용한 양방향 더블컨버터방식의 직류급전설비는 전동차 정차 시 발생하는 회생전력을 별도의 전기에너지 저장장치 없이 변전소 교류 모선으로 환류시켜 도시철도 역사의 전원으로 재사용하는 설비이며 전동차 부하량에 따라 전차선에 공급하는 전력량 조절이 가능하여 도시철도 전기에너지를 절감하고 전차선 가선전압이 일정하게 유지되므로 전차선로의 변전소간 절연구분 장치가 필요하지 않아 전차선 설비가 단순화되어 건설비용과 유지보수 비용을 절감할 수 있다. 또한 전차선 가선전압이 안정화되어 전동차에 취부되는 각종 전장품의 절연등급을 낮출 수 있고 악영향을 미치지 않아 전동차용 전장품 수명연장에 따른 도시철도 운영 효율화를 기대할 수 있다. 본 도시철도 직류급전용 양방향 전력변환장치(더블컨버터)개발을 위해 컨버터 모드와 회생인버터 모드를 교번해서 사용할 수 있는 더블컨버터 알고리즘 개발과 급변하는 전차선에 안정적인 가선전압을 공급하는 제어시스템, 정류전력 품질향상을 위한 6상 12펄스 위상제어용 변압기 용량과 회로, 최적의 고조파필터 개발,제작을 완료한다. 시험을 위해 테스트베드를 구축하여 더블컨버터의 현장검증을 실시하며 국산화 개발품이 바로 현장에 설치가 가능하도록 하여 국내외 변전설비에 널리 적용되도록 한다. 세부2. - 현재의 역사관리는 발권시스템 등 일부 시스템만이 통일되어 있으며, 감시, 경보, 통신 등 많은 부분에 대한 표준화가 미흡하여 체계적으로 역사를 관리를 위해 철도역사 설계부터 운영, 개선을 위한 서비스 표준화 및 평가 및 운영 기술 개발 필요 - 역 이용자의 안전·편의성 개선과 폭행/절도/성폭력/테러/자살 등의 보안·안전 문제가 대두되고 있지만 보안/감시/안전 관리가 미비하고, 돌발상황시 대부분 역무원에 의존하고 있으며, 이도 인력감축으로 신속한 안전관리에 한계가 있으므로 이용객의 편의·안전·보안을 위해 최첨단 ICT 기술을 활용한 통합안전관리 자동화 시스템 필요 - 철도역사 여객시설을 유형별로 구분하고, 각 철도의 특성에 따른 차별화된 면적제공 및 편리성을 도모할 수 있는 유형별 분류 체계, 즉 Prototype 모형을 개발하며, 이에 따른 가이드라인 연구 및 최적화 면적산정 기술 개발과 철도역사 설계기준 마련 세부3. 철도용 절연애자의 내오염성을 향상시키기 위한 기능성 나노코팅 기술을 개발하여 절연애자의 유지보수비를 절감하고 절연 성능을 향상시킨 폴리머애자의 설계 및 제작기술을 개발하여 안전한 철도 운영을 도모하고자 함 세부4. ㅇ 철도차량의 운행안전성 향상 필요 - 대중교통수단에 대한 국민적, 국가적 안전 확보 요구 증가 - 고속열차 이용자 증가, 신규 노선개통에 따라 운행중 고장발생시 유발되는 경제적 ㆍ사회적 비용증가(연쇄지연발생, SNSㆍ언론보도에 따른 국민 불안감 증가 등) ㅇ 도중고장 발생 및 고장사후 대응으로 인한 문제점 개선 필요 [최종목표] 세부1. * 대용량(8.2MVA) 회생용 더블컨버터 국산화 개발 및 시제품 제작 - 부하량에 따라 가선전압을 실시간 가변하여 전차선 전압을 안정적으로 공급하는 회생용 더블컨버터 국산화 개발 - 테스트베드 구축을 위한 시제품 제작 * 에너지 절감을 위한 기술개발 및 테스트베드 구축을 통한 실증시험 - 전력 회생율 20% 이상 성능 검증 - 테스트베드를 활용하여 더블컨버터의 실증검증 및 실용화/안정화 세부2. ㅇ 철도역사 서비스 표준화 및 품질관리 기술 개발, ㅇ 대형역 및 무인역 안전관리 자동화 시스템 기술 개발 ㅇ LOS(Level of service) 기반 철도역사 설계 최적화 기술 개발 세부3. 1) 철도용 절연애자의 자기 세정 능력을 향상시키기 위한 기능성 나노코팅 기술 개발 o 내오염성 특성을 향상시키기 위한 기능성 나노코팅 소재 및 코팅 기술 개발 2) 철도용 절연애자의 나노코팅 실용화 기술 개발 o DC 1,500V 장간, 지지, 현수애자에 적용 가능한 나노코팅 실용화 기술 개발 o 기능성 나노 코팅된 절연애자 시제품 제작 및 특성 평가 o 철도용 절연애자의 나노코팅 실용화 기술 최적화 3) 안전한 철도 운용을 위해 절연 성능 향상 폴리머애자 설계 및 제작기술 개발 o 절연성능이 향상된 오손지역용 69kV급 폴리머 장간애자 개발 o 절연성능이 향상된 오손지역용 69kV급 폴리머 지지애자 개발 4) 개발제품의 공인기관 시험/평가 기술 확보, 개발제품의 현장 적용 성능시험 및 생산 o 개발된 제품의 공인기관 성능시험 o 개발된 절연애자를 철도 구간에 시범 적용하여 성능시험 및 결과 분석 5) 개발애자 최적화 점검/청소 주기 및 유지보수 방안 도출 세부4. ㅇ 고속철도차량 주요장치 차상 결함발생 조기검출 모듈 개발 ㅇ 물류차량 지상 차륜ㆍ차축베어링 결함 조기검출 모듈 개발 ㅇ 철도차량 상태 데이터 분석기반 유지보수 지원시스템 개발 ㅇ 실용화를 위한 사용자 요구사항 도출 및 Test-Bed 운영, 상용화 시제품 개발 [연구내용 및 범위] 세부1. * 대용량(8.2MVA) 회생용 더블컨버터 국산화 개발 - 부하량에 따라 가선전압을 실시간으로 자동 절체하는 제어기술 구현 - 회생용 더블컨버터 시스템과 소프트웨어(제어 알고리즘) 개발 및 성능 검증 - 대용량(8.2MVA) 컨버터 하드웨어 설계와 제어기술 개발 및 성능 검증 - 변전설비 제어장치(RTU)와 제어기간 인터페이스 분석과 정립 - 테스트베드 적용을 위한 시제품 제작 - 각종 보호계전기에 의한 계통보호 알고리즘 개발 및 성능 검증 - 계전기 동작, 차단기능 검토 및 기능 검증 - 상ㆍ하위 각종 보호계전기와 제어기간 인터페이스 분석과 정립 - 각종 보호계전기 운영 표준규격서 정립 * 더블컨버터 방식의 변전설비 현장검증 및 실용화 연구 - 현장검증 및 실용화 연구를 위한 테스트베드 구축 - 전차선 가선전압 실시간 감시와 기준전압 유지기술 개발 및 성능 인증 - 고장분석을 위한 전압 및 전류등 데이터 보관 및 백업기술 개발 - 전력 회생율 20%(전력 회생율) 절감을 위한 제어기술 개발과 및 성능 검증 - 더블컨버터의 실증시험을 통한 최적의 안정된 시스템 구현 세부2. ㅇ 철도역사 서비스 표준화 및 품질관리 기술 개발 - 철도역사 서비스 기능의 정의 및 표준 모델링 연구 - 철도역사 유형별 인적, 물적, 기술적 서비스 표준화 방안 및 지침서 개발 - 철도(역, 열차) 서비스 수준 평가 모델 및 운영기술 개발 - 철도역사 자동화 기술의 표준화 및 지침서 개발 - 역사관리 자동화, 지능화, 표준화를 위한 사용자 요구사항 분석 - 역사관리 표준 프로토콜 및 지침서 개발 - 역사관리 자동화 기술의 표준화 추진 - 철도 역사관리 표준화 및 자동화 로드맵 수립 ㅇ 대형역 및 무인역 안전관리 자동화 기술 개발 - 철도역사 유형별 유의구간 설정 및 관리 프로토골 개발 - 철도역사 유형별 안전관리 시스템통합 알고리즘 개발 - 역사내 대인 ? 대물 이상행동 관리 자동화 기술개발 - 자동 안전관리 시스템의 표준화 및 관리기술 개발 - GIS기반 이미지 MAP정보 시스템 개발 - 유고상황 처리 및 대응시스템(유고상황기록 및 저장) 개발 - 유고상황 원시데이터를 활용 데이터 웨어하우스(Warehouse) 구축방안 연구 - 철도역사 내?외부 CCTV 통합관리 기술개발 - 안전관리 자동화시스템 Test-bed구축 및 검증 ㅇ LOS(Level of service) 기반 철도역사 설계 최적화 기술 개발 - 역사 유형별 서비스면적 최적화 가이드라인 개발 - 철도역사 설계기준 관련 제도 개정(안) 수립 - LOS 기반 철도역사 설계정보 수집 및 분석 기술 개발 - LOS 기반 철도역사 여객시설 면적산정 모형 및 설계기준 개발 - 철도역사 이용수요 예측 및 여객시설 시뮬레이션 평가 모델 보고서 세부3. 1) 철도용 절연애자의 유지보수 환경조사 및 분석 o 국내 철도에서 사용되는 절연애자의 설치 환경조사 - 철도용 장간애자, 현수애자 및 지지애자 o 국내 철도에서 사용되는 절연애자의 유지보수 현황조사 - 철도용 장간애자, 현수애자 및 지지애자 2) 나노코팅 기술 연구 o 절연애자 및 설치 환경에 대한 나노코팅 방법 및 코팅 물질 분석 o 절연애자에 적합한 코팅 기술 확보 및 생산기술 개발 o 나노코팅을 통한 내오염성이 향상된 철도용 절연애자 생산 3) 절연성능이 향상된 오손지역용 폴리머애자 개발 o 구조 개선을 통한 절연 성능이 향상된 오손 지역용 폴리머애자 생산 4) 철도용 절연애자 표면 코팅 기술 개발 o 코팅기술 확보를 통한 나노코팅 실용화 기술 개발 o 나노코팅 실용화 기술 절연애자에 적용 - 나노 코팅을 통한 자기 및 에폭시재 절연애자 내오염성 향상 5) 공장 시험(참고 시험)을 통한 제품평가 및 보완 o 개발된 제품에 대한 참고시험을 통하여 기존 제품과 성능 비교 o 차랑용, 선로용(지상 및 지하) 시험 방식에 따라 제품 평가 및 보완 6) 공인기관 성능시험을 통한 제품 평가 및 보완 o 개발된 제품 세부4. ㅇ 국내·외 기술동향 분석 및 특허기술 분석 ㅇ 고속철도차량 주요장치 차상 결함발생 조기검출 모듈 개발 ㅇ 물류철도차량 주행장치 지상 결함발생 조기검출 모듈 개발 ㅇ 철도차량 상태 데이터 분석기반 유지보수 지원시스템 개발 ㅇ 실용화를 위한 사용자 요구사항 도출 및 Test-Bed 운영 |
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| 색인어 | 한글 | 양방향 더블컨버터 | 서비스 표준화 | 안전관리 시스템 | 철도용 절연애자 | |
| 영문 | Two-way Double Converter | Service Standardize | Safety Management System | Railway Insulator | ||
| 최종보고서 | 도시철도 직류급전용 양방향 전력변환장치(더블컨버터) 개발 과제 최종보고서.pdf 유지보수 효율화.pdf | |||||