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서진 내
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1 공항철도와서울9호선직결운행구현방안에대한연구 A study on the implementation method of interconnection between AREX and Seoul Line 9 김영민 * 임창희 ** 김종원 ** 최재호 *** Kim, Young-Min Lim, Chang-Hee Kim, Jong-Weon Choi, Jae-Ho ABSTRACT It becomes to make its necessity of getting more closer approach for the design and the detailed analysis of implementation method and study with respect that the plan is put into shape for the interconnection between Seoul Line No.9 and the AREX line which has been on commercial running since it had been opened on March We introduce the concrete analysis and the rasied problems and a way how to solve as well for the characteristics of interconnection train and signaling tem structure between two lines in order to design and implement the interconnection running. Also, 국문요약 2007년 3월에 1단계구간이개통되어운영중에있는공항철도와서울시지하철9호선의직결운행에대한계획이구체화되어감에따라구현방안에대한상세한검토와함께설계에대한보다체계적인접근이요구되고있다. 본논문에서는직결운행을위해요구되는신호의체계와이에따른직결운행전동차의특성등에대해구체적인분석과함께문제점및해결방안등을제시한다. 또한, 신호분야에서바라본공항철도와서울9호선의물리적인특성과운영방식에따라기존의수정사항및직결을위해새로이구현되어야할사항들에대해구체적으로살펴보고기존의직결운행사례에비해본직결운행이갖고있는특징과요구조건들에대해보다구체적이고체계적인접근을시도하여직결구현의방안및기본기준을제시하여향후직결구현에대한지침으로활용될수있도록한다 * 현대로템 ( 주 ), 기술연구소신호팀, 비회원 ymkim@hyundai-rotem.co.kr TEL : (02) FAX : (02) ** 현대로템 ( 주 ), 기술연구소신호팀, 비회원 *** 현대로쳄 ( 주 ), 기술연구소신호팀, 비회원

2 1. 서론 2007년 3월에개통되어운영중인공항철도와 2008년상반기에개통될예정인서울지하철 9호선간의직결운행이구체화되어감에따라, 현재두노선에서운영되고있는또는운영될신호의특성을면밀히검토하여직결을위한구현방안에대한구체적이고체계적인접근이필요한시점이다. 따라서, 양노선에서구축된신호의특징을자세히살펴보고직결운행하는열차가갖추어야할특성및요구조건등을분석하고두신호간의통합을위해필요한전제조건등에대해서도검토하여직결을대비한충분한분석을선행하여향후설계에대한오류를미연에방지하고구현시, 시행착오를줄일수있는토대를마련하도록한다. 또한, 이러한분석을통해예상되는문제점과제한조건들은사전에충분히검토하여민자사업으로구축되는양노선에대해미치는영향을최소화하여구현에따르는변경사항을줄일수있도록한다. 2. 본문 2.1 직결운행해외사례와양노선의현황직결운행이구현되어운영되고있는사례는일본동경의 JR과프랑스파리의 RER을대표적으로꼽을수있다. 이렇게직결이성공적으로운영되고있는것은연결하는두노선간의도시철도이모두동일하고직결에대한계획이사전에구체적이고면밀하게검토되었고, 구현및운영이관련기관의적극적이고효율적인지도에따라수행됨으로써가능하였다. 그러나, 공항철도와서울9호선은민자사업으로추진되었고양기관의독립적으로운영되고있는실정이므로직결을추진하는데있어서, 양사의긴밀한협조와충분한사전계획이요구된다. 특히신호분야의경우, 이두노선에서도입한은프랑스알스톰사에서제작및공급한 'MASTRIA 200' 을기반으로한것으로, 직결부에서양노선의신호을통합하는데에는매우유리한입지에있지만직결을추진함에있어서는앞에서언급한바와같이많은기술적통합이필요할것으로예상된다. 2.2 공항철도와서울지하철9호선의특징공항철도와서울지하철9호선의특성을요약하면아래의표와같다. 도표 1. 공항철도와서울9호선의특성비교 구분 서울지하철 9호선 공항철도 구간총연장 : 38Km 구간총연장 :61Km 노선개요 정거장수 : 37, 차량기지 :1( 김포소재 ) 정거장수 :10, 차량기지 : 1( 용유도소재 ) 운행방식 : 우측통행, 완행 / 급행혼재운영 운행방식 : 좌측통행, 완행 / 급행혼재운영 운행시격 : 초기 4.5분, 최종 2.5분 운행시격 : 초기 12분, 최종 4 ~ 6분 급전방식 : DC 1,500V 급전방식 : AC 25,000V 설계최고속도 : 100Km/h 설계최고속도 : 120Km/h 차량특성 차량편성 : 4량 /6량탄력운행 차량편성 : 6량 /8량탄력운행 운전방식 : ATP/ATO CAB당이중계 운전방식 : ATP/ATO 편성당이중계 극성 : 차량기지내루프선으로인해운 극성 : Tc1은상선만운행, Tc2는하선 전실Tc1과운전실Tc2의극성이없음 만운행하는극성이있음 : ALSTOM Mastria 200 : ALSTOM Mastria 200 신호 폐색방식 : 차상 ATP/ATO Distance to 폐색방식 : 차상 ATP/ATO Distance to go 방식 go 방식 이와같이, 서울지하철 9호선과공항철도는노선및차량의특성은서로다르지만신호은동일한방식으로구현되었다. 따라서, 직결운행을위해양노선의신호을통합하는데에는매우유리한상황이다

3 2.3 직결을위한전제조건기존에구축되어있는양노선에대한변경을최소화하고신호을통합하는데있어서, 반드시필요한사항을중심으로전제조건을제시한다. 1) 서울지하철9호선의경우, 서울9호선의직결운행차량은 6량으로구성되며, 공항철도에서는완행열차로운행 직결차량 (6량편성 ) 은기존서울9호선의 4량편성의열차보다우월한가속 / 제동특성을지님 차상신호은운전실당이중계구성 동일한차량에대해완행 / 급행을변경할수있음 2) 공항철도의경우, 공항철도직결운행차량은 6량으로구성되며, 서울9호선에선급행열차로운행 차상신호은편성당이중계구성 완행열차와급행열차가서로다름 3) 통합측면에서, 직결운행열차는 DC/AC겸용으로제작 이러한전제조건에따라, 직결운행열차의노선표를간략히표현하면아래의그림과같다. 그림 1. 공항철도, 서울 9 호선및직결운행노선표 즉, 직결열차는기존에운영되고있는열차와는다른운행패턴을갖고있다

4 2.4 직결을위한기술적인고려사항직결을위해반드시검토되어야할사항에대해신호분야뿐만아니라차량, 통신, 급전등에대해필요한조건과제한사항에대해구체적으로검토한다 차량직결운행차량은기존의양노선이갖고있는노선의특성을충분히고려하여제작되어야하는데, 아래와같은부분의변경이요구된다. 승객정보 차량제어 (TCMS: Train Control Management System) AC/DC 겸용급전추가 변경에따른추가시험 또한, 직결운행차량은양노선을운행하기위해아래와같은특성을반드시만족하는사양으로제작되어야하는데, 아래의표는기존의노선에서운영중인열차의특성값을바탕으로직결운행열차가갖추어야할특성값을제시한것이다. 도표 2. 공항철도와서울 9 호선의차량특성데이터 파라미터 공항철도 8 량열차 공항철도 6 량열차 서울 9 호선 6 량열차 서울 9 호선 4 량열차 직결 운행열차 터널내최소비상제동율 (Minimum Guaranteed Emergency braking rate in 0.92m/s m/s m/s 2 0,815m/s² <=0,815m/s² tunnel) 실외 최소 비상제동율 (Minimum Guaranteed Emergency braking rate in 0.78m/s m/s m/s 2 0,781m/s² <=0.78m/s 2 open area) 정지제동율 (Stopping Service braking rate) 0.4m/s 2 0.4m/s 2 0.4m/s² 0,4m/s² =0,4m/s² 회전력계수 (Rotary mass coefficient ) 컷오프시간 (Tcutoff ) 0.3s 0.3s - - Tcutoff <= 0.3s 비상제동지연시간 (TEB) 1s 1s - - TEB <= 1s 제동시간 (Tbraking) 1.2s 1.2s - - Tbraking <=1.2s 제동체결시간 Tapplication (Tcutoff + Tapplication 2.5s 2.5s 2s 2s TEB + Tbraking) <=2.5s 이론값 = 이론값 = 이론값 = 이론값 = 이론값 = 차상비콘안테나와첨두간의거리 5219mm 5219mm 실제값 = 실제값 = 실제값 = (Distance Head Antenna) 실제값 = 실제값 = 5.219m 5.219m 5.219m 5123 mm 5123 mm 비점유거리 (Unshunting distance) 4.65m 4.65m 4,505m 4,505m 열차첨두거리 (Overhang distance) 2.45m 2,45m 2,405m 2,405m Dunshunting < 4.65m Doverhang < 2.45m

5 대차의축간거리 (Distance between 2 D2axlebogie = 11.6m 11.6m 11.7m 11.7m axles of opposite bogies) 11.6m 차상 ATC 응답시간 (On-board ATC response time) 0.540s 0.540s 0.540s 0.540s don't care 최대가속율 (Maximum train acceleration rate) 0.833m/s m/s m/s m/s 2 don't care 최대제동율 (Maximum train service braking rate) 0.972m/s m/s m/s² 0.873m/s² don't care 최대구배 (Maximum slope) 3.5% 3.5% 3.5% 3.5% N/A 열차최대길이 (Minimum train length) 이론값 = 이론값 = 이론값 = 이론값 = 120,9m 80,9m 실제값 = 실제값 = 실제값 = 실제값 = 160.9m 120.9m 120,7m 80,7m - 최대차륜경 (Maximum wheel diameter) 0.860m 0.860m 0.860m 0.860m 0.860m 여기서, don't care' 는 4 량구성의전동차를최악조건으로감안했기때문에직결운행열차는 6 량으로 구성되기때문에고려하지않아도된다는뜻이다 신호직결부에대해, 신호의관점에서작성된선로개요도는아래와같다. 그림 2. 직결부에서선로개요도 그림 2는현재고려되고있는직결부의모습을표현하고있으며, 아래의조건들이반드시만족되어야한다. 안전및변경사항최소화를위해직결운행열차는단방향으로운영. 즉, 그림처럼한쪽선로는하행, 다른쪽은상행으로만운영. 사구간을경계로양노선의관할을구분하고, 사구간내의궤도회로는한쪽은서울9호선측에

6 서다른한쪽은공항철도에서제어 운행차량정보는서울9호선사령설비와공항철도사령설비와직접연결하여교환 또한, 이러한조건하에서직결을위해변경되는사항은아래와같다. 지상신호에선로변신호설비정보갱신. 즉, 직결부에대한정보를업데이트 전자연동장치에연동정보갱신. 즉, 직결부에대한정보를업데이트 양노선의사령설비및지상신호간연결을위해광케이블포설및관련정보 ( 차량정보, 스케줄등 ) 를추가를위한소프트웨어수정 수정에따른추가시험실시 신호은신호장비의제어와관련된타분야와밀접한관계가있으므로여러가지제한사항이반드시검토되어야한다. 따라서, 아래와같은제한사항을제시한다. 도표 3. 신호제한사항요약 구분 제한사항 서울9호선차량은공항철도차량의정지패턴을따라야한다. 서울9호선플랫폼스크린도어와공항철도의플랫폼스크린도어는동일한메커니즘을갖고있어야하며, 신호과인터페이스도같아야한다. 서울9호선의정거장아이디는공항철도와겹치지않아야한다 서울9호선의연동역을구분하는아이디는공항철도와겹치지않아야한다 직결운행열차의열차번호는서울9호선또는공항철도의것과다르게부여되어야한다. 서울9호선의상행및하행은공항철도와같은방향이어야한다 공항철도열차는극성이있고, 서울9호선열차는극성이없으므로직결열차는서울9호선용과공항철도용이구분되어야한다. 공항철도열차는완행과급행이구분되어있으나, 서울9호선열차는완행 / 급 행이구분이없고필요에따라완행 / 급행을변경할수있으므로, 직결용열차또한서울9호선에서운영되는것과공항철도에서운영되는것이구분되 어야한다. 지상신호컴퓨터 사구간에대한기능이추가되어야한다. 차상신호컴퓨터 공항철도의정거장아이디를표시할수있도록해야한다. 공항철도관할의두개의궤도회로정보가서울9호선사령설비로전달되어 사령설비 야한다. 또한, 서울9호선관할의두개의궤도회로정보는공항철도사령설 비로전달되어야한다. 서울9호선에서공항철도로진입하는열차정보는서울9호선사령설비에서공 사령설비 항철도사령설비로전달되어야한다. 또한, 공항철도에서서울9호선으로진입하는열차정보는공항철도사령설비에서서울9호선사령설비로전달되어 야한다. 사령설비 직결열차에대한스케줄이별도로추가되어야한다. 운영 양노선을운행하는열차는반드시직결용열차로운행되어야한다

7 2.4.3 통신통신분야의영향을최소화시키기위해서는아래와같은전제조건을만족해야한다. 서울9호선의 TRS과공항철도의 TRS은동일한사양이어야한다. 서울9호선통신기계실과공항철도통신기계실은일정한거리이내에있어야한다. 서울9호선중앙통신망과공항철도는직접연결되어신호, SCADA 등의정보를교환할수있어야한다 급전서울9호선은 DC1500V이고공항철도는 AC25,000V로급전되고있는데, 직결차량이운영에추가되어부하가증가하므로이에대한급전시뮬레이션을새로이실시하여, 기존의변전소용량이추가되는부하를감당할수있는지반드시검증되어야한다. 특히, 서울9호선의경우에는 1단계설계에서부터직결에대한부분을감안하여설계되어있으나, 공항철도는직결을고려하지않았기때문에, 이부분이새로이검토되어야한다 열차의극성공항철도의열차는차량기지내에루프선이없기때문에, 열차의선두부와후두부가고정되어있다. 즉, 한쪽운전실이상행방향이면다른쪽운전실은하행으로만운행된다. 반대로서울9호선의경우에는차량기지에루프선이있기때문에열차의선두부와후두부가서로뒤바뀔수있다. 이로인해, 서울9호선과공항철도차량의운전실에탑재되는차상컴퓨터의구조는이중계이외에이러한부분이서로상이하다. 이사항은직결운행열차의특성을결정하는데매우중요한특징이며, 직결운행열차가서로다른쪽의기지에진입할수없는제한사항을유발한다. 여기서는열차의극성에대해자세히알아보고그특징을검토하여직결운행열차의제한사항을제시한다. 알스톰차상신호컴퓨터에는아래의그림과같이코딩플러그라고하는아이디카드가탑재된다. 그림 3. 운전실에탑재되는차상컴퓨터에코딩플러그탑재 코딩플러그는열차의진행방향을결정하는것으로그림과같은경우, TC1( 짝수아이디 ) 의차상컴퓨터는왼쪽방향을, TC2( 홀수아이디 ) 의차상컴퓨터는오른쪽방향을담당하게된다. 공항철도의열차는이렇게각운전실의차상컴퓨터가열차의진행방향을코딩플러그로고정되어있다. 이것을열차가극성화되어있다고일컫는다. 그러나, 서울9호선의열차는코딩플러그로열차의진행방향이고정되어있지않고열차가본선으로진입하기전에초기화될때, 극성화가절차가지상안테나로진행된다. 이러한차이로인해, 공항철도에서운영하는직결운행열차가서울9호선의차량기지에진입하여루프선을통해선 / 후두부가뒤바뀌게되면극성이반대로변경되기때문에운행이불가하고서울9호선에서운영하는직결운행열차가공항철도의차량기지에진입하게되면극성화가진행되지못하기때문에운행이불가능하다. 직결운행을위해기존에설치되어운영되고있는부분에대한변경을최소화하기위해서는이러한차이점을그대로제한사항에반영해야한다. 결론적으로직결운행열차는공항철도차량기지와서울9호선차량기지에서각각관리및운영되어야한다

8 3. 결론기개통되어운영중인공항철도와 2008년상반기에개통될예정인서울지하철 9호선간의직결운행이구체화되면서, 직결을위해고려해야할사항에대해살펴보고이를위해여러을연결하고통합하는것에대한전제조건과제한사항들을제시하였다. 특히, 직결열차가갖추어야할특성들에대해서는비교적구체적인데이터를제시하였다. 또한, 신호분야에대해, 급전이양노선이서로다르므로사구간이있는직결부의선로개요도를제시하였고제한사항을, 차 / 지상신호컴퓨터전자연동장치에대해구체적으로살펴보았다. 직결구현을위해가장많은부분을수정해야하는분야가신호이므로예상되는변경사항에대해서도자세하게다루었다. 통신및급전은비교적변경사항이적을것으로예상되지만, 양노선의차량기지의구성이다른것으로인해열차의극성에대한부분은반드시다루어져야할것으로판단되어추가적으로언급하였다. 이러한일련의검토및분석을통해두신호간의통합을위해필요한전제조건등에대해서도검토하여직결을대비한충분한분석을선행하여향후설계에대한오류를미연에방지하고구현시, 시행착오를줄일수있는토대를마련될수있는계기가될수있을것으로기대한다. 그러나, 공항철도와서울9호선모두민간주도로건설된것이기때문에원활한직결의구현을위해서는이를계획하고추진하는등의구심적인역할을하는기관의노력이반드시필요하며, 직결열차의투입으로인해기존의양노선의운영스케줄에미치는영향또한면밀히분석되어야한다. 참고문헌 1. 강대윤 (2007년), 스크린도어제어를위한신호인터로킹연구, 한국철도학회 2. 한우진 (2002년), 인천국제공항철도와기존철도의효율적인연계방안, 한국철도학회 3. Fujita, Takayoshi(2002년 ), 도시철도의연결방안에관한고찰 : 해외사례를중심으로, 한국철도학회. 4. 한우진 (2005), 인천국제공항철도의다목적활용방안 : 연계체계개선을중심으로, 한국철도학회. 5. 한국교통연구원 (2005), 인천국제공항철도와서울시지하철9호선의직결운행세부시행방안연구, 건설교통부

21-설03 경인고속도로309~320p

21-설03 경인고속도로309~320p Non-Excavation Work Planning for the Gyeongin Expressway Line Section of Incheon Transit Line No. 2 The project section of the Incheon Transit Corporation Line No. 2(29.2 km, Oryu~Incheon Grand Park) is