| 연구개발개요 |
연구개발 개요>> 기존 센서의 설치가 불가능하거나 상시 전원이 없는 철도 배전선로 접속점에 개조 없이 센서를 설치하여 데이터를 자동 수집하고, 저전력 무선통신 네트워크를 통해 전달하여 AI 기반으로 접속점의 상태를 실시간으로 진단·평가 및 위험도를 분석함으로써 장애를 사전에 예방할 수 있는 스마트 안전감시 유지보수 체계를 구축하기 위한 기술 개발 및 실증- 철도 배전선로의 실시간 상태 감시 기반의 사고·장애 위치 특정 등을 위한 철도 배전선로 안전감시 기술 개발 및 실증- 철도 배전선로 안전감시 기술의 측정데이터 기반으로 수명주기를 예측하고, 현장인력의 유지보수 업무를 지원하기 위한 안전감시·유지보수 통합관리시스템 개발 및 실증>> 융합적 기술개발 관점- 철도시설물 전력설비 배전선로에 대한 무전원·무선 안전감시 기술 개발을 통한 고속선, 간선철도, 전국 지하철 등 도시철도까지 적용·활용*철도시설물 전력설비 배전선로의 지능형 통합 안전 및 유지보수 시스템 개발을 통한 선제적 유지보수 등 정확한 예지정비 기반 마련- 국내·외 철도 및 전력분야의 이상감지 기술 확보를 통해 선진국 기술 종속화 탈피 및 관련 기술 분야 선도*국내·외 철도 및 전력분야의 이상감지 시스템 시장 점유율 확대 및 수입대체*철도시설물 전력설비 장애 30% 저감을 통한 철도교통 안전 확보>> 연구개발 요약- 철도시설물 전력설비 배전선로 안전감시 기술 개발 및 실증* (전력모듈) 안전감시 센서 자가발전·전력저장·전력관리 기술 개발* (통신모듈) 저전력, 중장거리 무선통신 기술 개발* (센서모듈) 배전선로 안전감시 기술 개발* (안전감시 센서) 전력모듈, 통신모듈, 센서모듈 조합을 통한 무전원·무선 안전감시 센서 개발* (검증) 안전감시시스템*에 대한 테스트베드 구축>> 철도시설물 전력설비 배전선로 안전감시·유지보수 통합관리시스템 개발 및 실증- 빅데이터, AI 기반 배전선로 실시간 상태진단·평가, 위험도 분석, 수명예측, 수명주기비용(LCC) 분석 알고리즘 개발* 장애개소 위치정보 분석 기술 개발* 현장 유지보수 지원 시스템 개발* 통합관리 시스템 개발 및 실증현황 및 필요성 >> (철도 지중 전력케이블 현황) 지중 전력케이블 : 고속선로(1237km) / 일반선로(4851km)>> (전력설비 장애) 철도 배전선로 장애발생 현황>> (장애원인) 철도 배전 전력케이블 장애의 대부분은 열화현상에 의해 발생- 열화 현상은 불규칙적으로 발생하고 소멸하는 비연속적 특성으로 점검대상이 불분명- 열화 현상에 대한 정확한 요인을 규정할 수 없어 열화 현상의 메카니즘 도출 어려움- 인력에 의한 정밀점검 시 고가의 분석 및 진단 장비 사용으로 과다한 비용이 발생- 불규칙적으로 발생하는 특성으로 인해 정밀점검의 신뢰성도 보장할 수 없음- 인력에 의해 철도 배전선로 케이블 전체의 지속적으로 상태감시 비경제적- 현재 한계로 장애 발생 후 조치하는 사후점검 방식(장애복구에 최소 2일 ~ 4주 소요)>> (장애현황) 한국철도공사 조사결과에 따르면, 전철전력분야 사고·장애발생의 대다수(75%, 총 30건/전체 40건)가 전력 케이블 관련 장애>> (현재 관리방식 및 한계) 현재 지중의 철도 배전선로 케이블의 사고·장애 발생시, 상시전원이 없는 철도 배전선로에 대한 인력기반의 수동검지기로 사고·장애 위치 특정연구개발 목표>> 철도시설물 전력설비 장애비용 30% 저감하기 위한 배전선로에 대한 무전원·무선 안전감시 기술 개발 및 실증 연구>> (편익) 총 5,484억원* 비용절감 효과- * (산식) 연간 유지보수비 점검비용(365.6억원) × 절감기간**(15년)- ** 절감기간 : 철도배전선로의 교체주기(내구연한, 15년)를 절감기간으로 설정- ① (유지보수비용 절감) 연간 유지보수비 366억원 절감 효과- ② (고장발생시 피해비용 절감) 현재 배전선로는 이중화, 삼중화 시공으로 사고발생시 열차 중단의 직접적 피해는 없으나 ☞ (연구개발의 필요성) 전철전력설비 중에 가장 많은 고장이 발생하며, 사고발생시 정확한 배전선로 상의 장애위치 특정/발견과 배전선로 상태 사전진단을 통한 사고예방 측면에서 연구개발 필요예상 수요처>> (국가철도공단) : 철도 시설물의 관리기관으로 철도 배전선로의 교체주기를 장기화하여 시설물 투자비용 절감 필요>> (한국철도공사) 철도 시설물의 유지보수 위탁기관으로 철도 배전선로의 안전감시, 유지보수 통합관리시스템 체계적·효율적 유지보수 필요>> (도입의지) : 국가철도공단, 한국철도공사는 안전감시 기술 등의 개발·실증을 거쳐 향후에 현장도입 [본 R&D과제 공동연구기관 참여]
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| 최종목표 |
철도시설물 전력설비 장애를 30% 저감하기 위한 배전선로에 대한 무전원·무선 안전감시 기술 개발 및 실증 연구 - 철도시설물 전력설비 배전선로의 무전원 환경에서 실시간 상태감시 및 위험도 평가·예측하는 안전감시 기술 개발 및 실증[성능 지표 정의] . 철도 배전선로 안전감시를 위해 수집되는 센서 정보들의 상관관계를 분석하여 이상상황 발생 유무 판단 정확도 검증하는 방법[성능목표치 근거] . 국내·외 최고수준에 근접한 연구개발 성과물 적용[성능목표치 평가방법]. 실시간 상태감지 및 위험도 평가·예측을 위한 전력모듈 자가발전량, HFCT HFCT : High Frequency Current Transformer(고주파 전류 변환기)의 검출감도, 송신모듈 소비전력량/수신성능/전송성공율, 데이터보안성 등을 이용하여 이상상황 판단결과와 실제 이상상황 발생과의 정확도 평가 - 철도현장의 유지보수를 지원하기 위한 안전감시·유지보수 통합관리시스템 개발 및 실증[성능 지표 정의] . 철도 배전선로 시설물 유지보수 지원을 위해 상태진단 및 평가, 위험도 분석, 수명예측, 수명주기비용 분석등의 통합 유지보수 관리 시스템 운영방안을 검증하는 방법[성능목표치 근거] . 국내·외 최고수준에 근접한 연구개발 성과물 적용[성능목표치 평가방법]. 실시간 통합 유지보수 관리를 위해 징후감지, 초기대응, 비상대응, 수습 및 복구의 4단계 적용을 위해, 징후감지 앞에 전조감지 수준의 상태진단 등급관리를 통해 효율적인 유지보수 방안 평가End Product 철도시설물 전력설비 배전선로 안전감시 기술 개발 및 실증(SYS(HW+SW))● 안전감시 센서 자가발전·전력저장·전력관리 모듈(SYS(HW+단말탑재형SW)) ▷ 케이블 전류 30A시 자가 발전량 3W 목표● 저전력, 중장거리 무선통신 모듈(SYS(HW+단말탑재형SW)) ▷ 송신모듈 소비전력량 250mW, 통신모듈 수신성능 ？136dBm, 전송성공률 95% 목표● 배전선로 안전감시 모듈(SYS(HW+단말탑재형SW)) ▷ PD, 온도, 전류등의 센서모듈 진단 검출률 80% 목표● 전력모듈, 통신모듈, 센서모듈 조합을 통한 무전원·무선 안전감시 센서 시스템(SYS(HW+단말탑재형SW)) ▷ 안전감시 센서 내구성 검증, IP등급, 데이터 보안성 기반의 공인시험성적 목표● 철도 시설물 전력설비 배전선로 안전감시 테스트베드 검증 결과 보고서(REPORT) 철도시설물 전력설비 배전선로 안전감시·유지보수 통합관리시스템 개발 및 실증(SYS(HW+SW)) ● 실시간 상태진단·평가, 위험도 분석, 수명예측, 수명주기비용(LCC) 분석 처리 알고리즘 SW(서버탑재형SW) ▷ AI 기반 이상탐지 정확도 95%이상, 데이터 신뢰성 모형(Weibull) 대비 알고리즘 정확도 1% 향상, 수명주기비용 속도 1분이내 목표● 위험도/LCC 분석 시스템(SYS(HW+서버탑재형SW)) ▷ FTA/ETA 분석, 위험도 평가, 수명예측, LCC 기능 평가 목표● 현장 유지보수 지원 시스템(SYS(HW+서버탑재형SW)) ▷ 자산 정보관리, 유지보수 이력 관리, 일정 최적화/계획, 장애개소 위치 파악 기능 평가 목표● 철도시설물 전력설비 배전선로 안전감시·유지보수 통합관리시스템 실증 결과 보고서(REPORT)● 안전감시·유지보수 통합관리시스템 운영 매뉴얼(Manual) 배전선로 안전감시 기술성·경제성 분석 보고서 공인시험성적서 및 인증서● 전력모듈 방진방수(IP) 등급 공인시험성적서● 환경감시센서 정밀도 측정 공인시험성적서● 안전감시 센서 내구성 검증 공인시험성적서● 안전감시 센서 방진방수(IP) 등급 공인시험성적서● AI기반 이상탐지 정확도 공인시험성적서● 수명예측 알고리즘 정확도 공인시험성적서● 수명주기비용 알고리즘 속도 측정 공인시험성적서● 저전력 안전감시 센서 데이터 보안 IoT 보안인증서● AI기반 지능형 철도 배전선로 유지보수·안전감시 통합 S/W GS인증서
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