국가연구개발사업 수행 공무국외출장 귀국보고서 2014. 3. 서울메트로 (기술연구원)
국 외 출 장 개 요 가. 출장개요 출 장 국 중국 출장도시 베이징 방문기관 베이징 지하철운영 유한공사 베이징 철도교통 지휘센터 CASCO SIGNAL LTD. 분 야 교통(철도) 출장목적 국가 R&D 참여사업 과제명 : 도시철도용 무선통신기반 열차제어시스템 표준체계 구축 및 성 능 평가(이하 KRTCS : Korea-Radio Train Control System) 수행과 관련, 중국 베이징지하철 운영 유한공사 와 베이징 철도교통 지휘센터, CASCO Signal Ltd. 社 에 방문하여, 기존 노선의 신호시스템과 CBTC 신호시스템의 병행 운용 노하우 등 국외 선진기술 획득으로 본 과제 의 연구개발에 반영 출장기간 2014년 2월 25일 ~ 2014년 2월 28일(4일간) 출장경비 (단위:원) 출장자 및 출장경비 소 속 직급 성 명 합 계 항공료 일비 식비 숙박비 준비금 연락처 기술연구원 7급 권부석 1,293,900 560,000 113,490 160,410 375,000 85,000 8176 나. 출장결과 요약 베이징지하철운영 유한공사 방문 - 베이징 2호선의 신호설비 개량 노하우 및 기술 벤치마킹 - KRTCS의 사업설명 및 자문 베이징 철도교통 지휘센터 견학 - 세계 최대의 지하철 관제센터 견학 및 기술현황 조사 CASCO SIGNAL LTD. 방문 - 중국내 CBTC 독자기술의 조사 및 자료 분석 다. 국외출장 결과 보고서 붙임 참조
붙임 국가연구개발과제 수행 공무국외출장 결과 보고 Ⅰ 목 적 국가 R&D 사업 과제명 : 도시철도용 무선통신기반 열차제어시스템 표준체계 구 축 및 성능 평가(이하 KRTCS 1) ) 수행과 관련, 중국 베이징 지하철운영 유한공 사 와 베이징 철도교통 지휘센터, CASCO Signal Ltd. 社 에 방문하여, 기존 노선의 신호시스템과 CBTC 2) 신호시스템의 병행 운용 노하우 등 국외 선진기술 획득으로 본 과제의 연구개발에 반영 Ⅱ 출장개요 출 장 지 : 중국 베이징 출장기간 : 2014.02.25(화) ~ 2014.02.28(금), 3박4일 출 장 자 : 1명 소 속 사 번 직 위 성 명 비 고 기술연구원 20060122 선임 권부석 본 과제 참여연구원 과제 공동연구기관 참여연구원 1명(서울도시철도공사 3명) 동행 1) KRTCS(Korea-Radio Train Control System) : 한국형 무선통신기반 열차제어 시스템 2) CBTC(Communication Based Train Control) : 무선통신을 기반으로 하는 열차제어 방식. 연속/ 고밀도/ 차상 -지상 간 양방향 무선 데이터 통신을 사용하여 운행하는 구조의 진보된 열차제어 시스템 기술로서 기존 궤도회 로 기반의 시스템보다 정교한 열차의 위치 정보를 제공한다.
세부일정 일 자 내 용 비 고 2/25(화) 2/26(수) 2/27(목) 2/28(금) 출국(김포 베이징) 베이징 지하철운영 유한공사 방문(25일 일정) - 연구과제 홍보 프레젠테이션 및 실용화관련 자문 - 베이징지하철 2호선 개량 프로젝트 조사 베이징 2호선 운전취급실 및 신호기계실 견학 베이징 철도교통 지휘센터 견학 CASCO SIGNAL LTD. 방문 - 베이징지하철 2호선 시스템 사양 조사 - 중국 지하철 CBTC 기술현황 조사 귀국(베이징 김포) 항공편 연착 (4시간)으로 일정 취소 25일 일정 병행 Ⅲ 출장내용 1. 베이징 지하철운영 유한공사 방문 가. 목 적 베이징 2호선의 신호설비 개량 프로젝트 기술노하우 습득 KRTCS의 사업설명 및 자문 나. 일 자 : 2014.02.26.(수) 10:00 ~ 14:00 다. 장 소 : 베이징지하철운영 유한공사 본사, 현장 신호기계실, 운전취급실 라. 주요내용 1) 방문기관 일반현황 - 설립년도 : 1970년 4월 경영노선 운영거리 정거장수 하루최대수송인원 2012년 수송인원 14개 노선 393Km 226개 약 716만명 약 21.02억명
- 개통현황 1969년 10월에 1호선 및 2호선을 개통 후 현재까지 1, 2, 5, 6, 8(2단계 구간 포함), 9, 10(2단계 구간 포함), 13, 14, 15호선 및 지창선( 机 场 线 ), 이쟝선( 亦 庄 線 )을 개통 - 운영현황(2012년) 노선 거리(Km) 역 수 수송인원 (만명) 주행거리 (만km) 차량 편성수 편성당 차량수 1호선 31 23 47494.82 4749.9 70 6 2호선 23 28 43214.72 2728.2 50 6 5호선 27 23 31977.90 2952.7 53 6 6호선 31 20 52.79 10.2 41 8 8호선 18 12 4705.41 985.4 23 6 9호선 17 12 1328.01 666.5 24 6 10호선 58 42 31729.60 2853.3 84 6 13호선 41 16 24453.33 3887.2 56 6 15호선 33 12 3938.58 1604.7 32 6 八 通 线 19 13 11139.64 1677.2 30 6 昌 平 线 21 7 3831.16 902.6 15 6 房 山 线 23 11 1035.88 1019.7 21 6 机 场 线 28 4 852.21 867.5 10 4 亦 庄 线 23 13 4404.65 1164.9 24 6 합계 393 226 210158.70 26070 - - 비고 - 베이징 지하철 신호설비 현황 베이징의 총 18개 노선(2014년 말 1개 노선 추가 개통) 중 14개 노 선이 CBTC 시스템이며 모두 3종류의 공급회사 시스템으로 운용 중이 다.(공개 입찰로 진행되어서 동일하지 않음) 현재 1호선은 기존 시스템에서 CBTC로 개량 진행 중이고 2015년 개통 노선(교외선)은 순수 중국 국내 기술로 구축되어 무인운영 될 것이다.
- 북경지하철 CBTC 도입현황 Line 공급자 시스템 개량시기 열차수 지역 자동화 레벨 비고 1,2,6,9 알스톰 URBalis '08~'15 206 상공업지역 STO 3) AirExpress 알스톰 URBalis 2008 10 미개발지역 DTO 4 탈레스 Seltrac 2009 40 미개발지역 STO fangsang 알스톰 URBalis 2010 24 미개발지역 STO Daxing 탈레스 Seltrac 2010 - 미개발지역 STO 8, 10 Siemens Trainguard MT 2013 82 - STO - 북경지하철 2호선 신호설비 비교 구 분 북경지하철 2호선 서울메트로 1, 3, 4호선 사용 폐색의 형태 이동폐색 고정폐색 전송매체 Cable, Radio 궤도회로 열차의 검지 방법 무선통신 궤도회로 차상에서의 열차위치 파악 Yes No Speed Profile의 생성 차상설비 지상설비 양방향통신 Yes No 이용율 변수 통신의 신뢰 좌우 궤도회로 신뢰성 좌우 두 종류의 열차를 상호 성능이 가장 낮은 최적화 운행 시 열차의 성능 열차의 특성을 기준 기술의 쇠퇴 가능성 낮음 높음 기존 신호에의 Overlay 가능성 가능 불가 3) STO(Semi-automated Train Operation 반자동 열차 운전) : ATO(Automatic Train Operation 자동 열차 운 전) 방식의 하나로 기관사가 열차운전에 관여하나 설비 대부분이 자동화되어 있음. ATO방식은 UTO (Unattended Train Operation 무인 열차 운전으로 운전실에 기관사가 없음), DTO(Driverless Train Operation 무인 열차 운전으로 기관사는 있으나 열차 운전에 관여하지 않음) 등이 있다.
2) 중국 철도신호기술의 현 수준 - 베이징 지하철은 1969년 개통된 이래 1990년대 후반까지 지하철의 수송 분담은 크지 않았다. 하지만 중국경제의 성장과 도시화, 2008 년 베이징 올림픽 개최가 확정됨에 따라 중국정부 주도로 2000년대 초부터 베이징을 비롯한 중국 전역의 지하철에 대규모 투자가 이루 어졌다. - 초기 투자를 통해 지하철 관련 산업의 해외기술을 적극 도입한 결과 로 베이징을 비롯한 중국 전역의 지하철 설비의 국산화율은 현재 70%이상 점유하고 있다. - 중국 지하철의 신호제어시스템은 80% 이상 중국내 신호설비제조회사 인 CASCO SIGNAL Ltd. 社 의 CBTC 열차제어방식 제품이다. <베이징지하철운영 유한공사 방문> <베이징지하철 면담자와의 기술협의> 3) 베이징지하철 2호선 신호설비 개량 프로젝트 - 베이징 지하철 1, 2호선은 개통이후 30년 이상 사용하여 설비의 교 체 필요성이 제기되었다. 게다가 베이징올림픽 개최가 확정됨에 따 라 많은 승객이 이용하는 2호선의 운영시격 단축(3분 2분)을 목표 로 철도차량과 신호제어시스템의 전면 개량 사업이 실시되었다. - 중국정부의 전폭적인 지원 아래 2006년 개량사업을 시작하여 2008년 올림픽 이전에 개량이 완료되었다. 기존의 지상설비기반 ATS 신호시 스템에서 무선통신기반 CBTC시스템으로 교체하는 과정에서 상호 운 영 중에 발생한 장애 사례는 헤아릴 수 없을 만큼 많았다.
- 열차제어시스템의 개량 결과 기존 2인 승무체제에서 1인 승무로 전 환되었으며 현장의 지상설비가 철거되고 신호기계실 설비의 최소화 로 신호관련 유지보수 인력도 50% 절감의 효과를 가져왔다. 또한 교 체 후 400만Km 운행에도 장애발생이 없었다. 4) KRTCS의 기존 노선 설치에 관한 홍보 및 자문 - 베이징 2호선 프로젝트와 유사하게 KRTCS를 기존의 지상설비기반 ATS 신호시스템에 적용시키는 경우 가용성과 안전성의 측면에서 절 충하는 방안으로 접근해야 한다. - 일반적으로 장기사용으로 노후된 신호설비의 개량이 필요한 노선에 적용하는 시스템은 안전성이 검증된 기존의 시스템이 적합하고, KRTCS와 같이 현장 설치 및 적용에 대한 인증이 없는 경우, 기존 노 선의 개량이 아닌 신설노선에 투입하여 상용화하는 방안 추천 5) 중국내 신호시스템의 안전성 인증에 관한 자문 - 중국 내의 모든 철도신호시스템은 중국철도공사 감리단의 안전성 인 증을 통과하여 설비가 투입됨. - 중국의 인증체계는 3단계에 걸쳐서 이루어짐 1단계 : 시스템의 개발 및 연구수행 단계에서의 인증 2단계 : 개발된 시스템의 현장적용 단계에서의 인증 3단계 : 제품설치 후 철거까지의 인증(인증 방안이 가장 어려움) <KRTCS의 기존 노선 설치에 관한 홍보 및 자문>
6) 베이징 지하철 2호선 본선 운전취급실 견학 - 운전취급실 위치는 서울메트로와 유사하게 플랫폼의 터널 인접 부근 이며 영업운전 시간에는 베이징지하철 관제센터에서 제어하며 열차 운행 종료 후 현장 운전취급실에서 제어. - 운전취급실에서 CCTV를 통해 승강장의 상황을 감시하며 대합실의 중 국 공안 대기실로 직통전화를 통해 연락을 취하고 있음. <베이징지하철 2호선 운전취급실 견학> 7) 베이징 지하철 2호선 본선 신호기계실 견학 - 신호기계실은 운전취급실과 연결되어 있으며 운전취급실 근무자가 이례상황 발생 시에 유지보수 업무 병행 - 2호선 신호기계실은 기존 ATS신호시스템에서 CASCO SIGNAL Ltd. 社 의 CBTC 시스템으로 개량하면서 작업공간의 부족으로 유휴공간을 확장 하였음.(운전취급실의 화장실과 샤워실 병합)
<CASCO SIGNAL CBTC System> <ilock System> <ATS System> <통신설비(좌)와 차축검지기(우)> <UPS(좌)와 축전지(우)> <열차보안(Vital) 정보를 위한 계전기> - 컴퓨터 연동 시스템(iLOCK) ilock은 CBI(Computer Based Interlocking) 장치로 CASCO SIGNAL Ltd.에서 제작한 고속, 일반, 도시 철도의 신호 제어 시스템이다.
ATC와 같은 시스템에서 ATP와 인터페이스하는 전자연동장치와 동일 한 기능을 수행한다. - 차상 연동 시스템(VPI) VPI 시스템은 ilock시스템의 대기계 개념으로 ilock시스템의 장애발 생시 연동시스템으로 기능을 수행한다. ilock 시스템과 한 세트를 이루며 고속 철도, 간선 철도, 도시 철도 및 일반 교통 신호 제어 시스템에 적용이 가능한 제품이다. - 종합제어장치(ATS : Automatic Train Supervision) CASCO SIGNAL Ltd. 社 의 자체 개발 1호의 설비이다. ATS CBTC 시스 템의 열차 자동 제어를 위해 열차 위치와 모든 열차제어 구성요소들 의 운용 상태를 감시하는 시스템으로 베이징 지하철 관제센터와 운 전취급실의 열차 운행 감시 및 제어를 위한 디스플레이를 제공한다. - 차축검지기(Axle Counter) 차축검지기(Axle Counter)는 LC 발진회로를 이용하여 금속체가 접근 하면 인덕턴스의 변화로 차륜을 검지하는 장치로서 열차가 차축검지 기 지역 내로 진입하면 자기 유도 변화에 의해 차륜을 검지한다. 신호기계실의 열차제어에 관련된 모든 설비는 CASCO SIGNAL Ltd.에 서 납품한 프랑스 ALSTOM제품을 사용했지만 차축검지기는 독일 SIEMENS사 제품을 사용하였다. 8) 베이징 지하철 현장 및 차상시스템 조사 - 현장 설비는 1호선과 2호선을 조사하였는데 현재 1호선은 ATS시스템 에서 CBTC 시스템으로 교체 진행 중이었다. 제작업체는 2호선과 마 찬가지로 CASCO SIGNAL Ltd.였다. 신호기계실 설비만 설치 중이어서 출입이 불가능한 관계로 현장과 차상의 새로운 시스템은 조사하지 못하였다. - 2호선 전동차의 경우 구형전동차와 신형전동차 2개 모델로 운영중이 었는데 신형 모델은 CBTC차상장치가 기본 장착되어 있었으며 구형전 동차는 기존 ATS차상장치를 CBTC차상장치로 개조하여 운행 중이었다.
- 2호선 CBTC 개량 시 차량 및 차상 신호 시스템 개조는 2년 소요(시운 전 포함 2년 정도)되었으며 신형 전동차는 개조 완료된 차량이 반입 되었고 기존의 10개 편성 정도는 개조 운행하였는데 개조 시 운전실 에 설치 공간이 부족하여 기관실 인접 객차 내 공간을 사용하였다. <베이징 1호선 전동차 외형> <베이징 1호선 전동차 기관실> <베이징 2호선 전동차 외형> <베이징 2호선 전동차 기관실> <2호선 전동차 기관실내부 CCTV> <2호선 전동차 기관실내부 설비>
- 2호선 CBTC 시스템은 안정적인 운영을 위해 프랑스 ALSTOM 社 제품 인 URBALIS 888을 사용하였다.(CASCO에서 계약, 납품) 발리스의 데 이터처리기능은 SRS 2.3.0을 만족하며 선로변제어유니트(LEU)로부터 텔레그램을 수집하고, 이를 열차에 전송하며, 이렇게 전송된 지상정 보에 따라 이동권한 데이터의 매개변수를 결정하도록 돕는 역할을 한다. URBALIS 888 시스템은 전용 양방향 링 네트워크 백본 및 OFDM (직교 주파수 분할 다중) 무선 스펙트럼 확산 기술을 사용하여 데이터 전 송이 안정적이고 전파 방해 방지 기능을 선택, 운전 모드 및 작동 모드 전환이 유연하여 안전하고 효율적인 운영이 가능하다. <2호선 선로에 설치된 BALIS> <CBTC시스템의 URBALIS 네트워크> 2. 베이징 시 철도교통 지휘센터 견학 가. 목 적 : 베이징 시 철도교통 지휘센터 운영 현황 조사 및 견학 나. 일 자 : 2014.02.26(수) 다. 장 소 : Beijing subway operation control center 라. 주요내용 1) 베이징 철도교통 지휘센터는 세계최대의 관제규모(63m 9m(반경 높 이), 총면적 2300m2, 건물규모 아님)를 자랑하는 도시 철도 관제센터이 다. 베이징 올림픽 개최에 맞추어 베이징 지하철의 대대적인 노선 신설 과 더불어 베이징 지하철의 호선 및 승객 수 증가에 따라 열차운행정
보, 승객정보, 안전관련 사항 등을 효율적으로 관리하기 위하여 북경시 교통관리위원회 산하에 철도교통 지휘센터를 구축하여 2007년부터 부분 운영되다 2008년 완공되었다. 베이징 시 철도교통 지휘센터는 지하철 운영 기관인 베이징지하철운영 유한공사와 베이징 MTR, 그리고 베이징 시 등 3개 기관에서 파견된 직원들이 유지보수 및 운영하는 일종의 통 합 관제 센터이다 2) 1호선, 2, 4, 5, 8, 10, 바퉁선, 공항선 등 현재 10개 노선에 대한 1기 관제 센터가 구축 완료되었으며 2015년까지 총 19개 노선에 대한 관제 를 만들기 위해 제2기 관제센터를 구축 진행 중이다. 3) 1기 관제 센터에 설치되어 있는 DLP 및 각종 콘솔 시스템은 독일 SIEMENS, 프랑스 THALES, 프랑스 ALSTOM(CASCO SIGNAL Ltd. 제작 및 납 품)의 제품을 사용하고 있었으며 현재 개량 중인 1호선을 제외한 모든 설비들이 CBTC 시스템으로 운용하고 있다. 4) 관제센터는 열차운행, 전력, 통신, 설비, AFC통합시스템이 구축되어 있 으며 화재, 테러 등 응급상황 발생 시 소방서, 경찰서 등 외부기관과 실시간 연계 시스템을 구축하였다. 5) 대형 표시반은 역별 승객인원 통계처리(1일전 데이터)와 각 호선별 승 객 현황 및 환승(15분마다 실시간 업데이트) 정보, CCTV 화면 및 선로 상태를 표시하고 있다. <관제센터 내부> <관제센터 내부>
<SIEMENS 제품의 10호선 관제탁> <철도교통 지휘센터 기념촬영> 3. CASCO SIGNAL Ltd. 방문 가. 목 적 : 베이징 2호선 신호설비 개량 관련 시스템 조사 나. 일 자 : 2014.02.27(목) 다. 장 소 : CASCO SIGNAL Ltd. Beijing Branch 라. 주요내용 1) 방문업체 현황 - CASCO SIGNAL Ltd.(카스코 신호 공사. 이하 "CASCO"라 함)는 중국 철도 신호 및 통신(주) 와 프랑스의 ALSTOM 4) 社 가 1986년 설립한 중국 철도 산업에서 최초의 철도신호 조인트 벤처 기업이다. CASCO는 CHINA-ALSTOM Signal Corporation의 줄임말 - 중국 정부와 국외 주주들의 전폭적인 지원으로 CASCO는 중국의 신호 산업에서 선도적인 첨단 기술 기업으로 발전했다. 또한 중국 철도 시장의 80% 이상을 점유하고 있으며 최근 개통한 중국의 베이징-상 하이간 고속철도 프로젝트도 CASCO에서 수주하여 완료하였다. - 현재 CASCO는 철도신호분야 50개 이상의 시스템 기술 및 독립적인 지적 재산권의 제품을 자랑하며, 도시 철도 교통에 관한 다양한 제 품과 솔루션을 보유하고 있다. 4) ALSTOM : 프랑스의 세계적인 에너지 공급 및 차량 등의 제작 운송 전문업체로서 고속철도 테제베(TGV)를 생 산하는 철도차량 부문은 매우 높은 경쟁력을 지니고 있으며 한국고속철도(KTX) 경부선의 제작 납품 업체이다.
2) CASCO CBTC 시스템 조사 - CASCO에서 중국내 제작 납품하는 CBTC시스템은 URBALIS 888 과 icmtc Network CBTC System 의 두 종류가 있다. URBALIS 888은 ALSTOM의 제품명으로 중국 현지 실정에 맞게 커스터마이즈된 제품이 라고 볼 수 있다. 구성은 CASCO의 연동장치인 ilock, ATS(Automatic Train Supervision) 설비와 ALSTOM의 ATP/ATO 5) 설비인 Mastria(제품 명), DCS(Data Communication Subsystem), MSS(Maintenance Support Subsystem) 설비 등으로 구성한다. - icmtc Network CBTC System은 CASCO에서 독자적으로 개발한 CBTC시 스템으로 ATP/ATO 설비인 CASCO ITC, 기존 ATS 장치의 업그레이드 버전인 CASCO ITS, ilock(cbi), DCS, MSS 등으로 이루어져 있다. 모든 설비는 독자적으로 개발한 ibase22-200 안전 플랫폼과 다중 코 딩 프로세서 기술을 기반으로 제작하였으며 2011년 초, 상하이 지하 철 10호선에서 테스트 하였고 2012년에 유럽의 SIL 6) 4 수준 안전 평 가를 통과하였다. 현재 2015년 개통 예정인 베이징 외각선 신설 사 업에 투입되어 실용화를 앞두고 있다. 3) 기타 시스템 - 열차 배차 명령 시스템(TDCS) TDCS은 열차 운행에 관한 모든 명령, 실시간 조정 및 중앙 집중화 된 모니터링을 가능하게 하는 시스템이다. - 열차 집중 제어 시스템(FZK-CTC) TDCS 시스템을 기반으로 개발 된 제어 장치로 새로운 유형의 ISA 열 차 집중 제어 시스템. CTC에서 열차의 자동 제어가 가능하여 무인 운전화가 가능한 시스템이다. - 통합 신호 모니터링 시스템(CSM-KA) 모니터를 통해 신호 장비 상태의 관리하고 잠재적인 장애 요소를 발 견하여 신호시스템의 최상의 상태를 유지시켜 주는 컴퓨터 모니터링 시스템(MMS)를 기반으로 업그레이드 된 시스템이다. 5) ATP/ATO : Automatic Train Protection(자동열차보호) / Automatic Train Operation(자동열차운행) 6) SIL(Safety Integrity Level) : Risk 정도에 따라 안전관련 System의 기능이 갖추어야 할 사항을 규정한 등급을 말함 SIL 4등급은 일반적으로 Process산업에 적용되지 않으며 항공, 핵발전소 등 특수산업 설비에 적용되는 등급임.
<S/W 제작 및 테스트 작업> <CASCO ITC> <열차 집중 제어 시스템(FZK-CTC)> <CASCO 기념촬영> Ⅳ 결 론 중국은 베이징 올림픽을 계기로 열차제어시스템의 대폭적인 시스템 개량이 이루어졌다. 특히 베이징에 도입된 시스템은 ALSTOM의 URBalise를 시작으 로 THALES의 Seltrac, SIEMENS의 Trainguard MT 순으로 도입하여 CBTC 시 스템이 가장 활성화 되어 있는 도시이다. 베이징 지하철 운영 기관과 제작 납품한 업체의 자문을 통하여 기존 노선 에 CBTC 방식의 KRTCS 적용에 관한 조언을 그들의 경험을 바탕으로 얻을 수 있었으며 충분한 홍보 효과를 얻을 수 있었다. 또한 자문 받은 내용을 체계화하여 활용한다면 내실 있는 연구 과제 수행을 할 수 있을 것이다.
금회 국외 출장으로 CBTC에 관한 수준 높은 운영 능력을 보유한 운영기관 과 자체개발을 통해 상용화 단계에 접어든 국제적인 철도신호 제작 업체 를 방문하여 습득한 선진 기술 내용과 사례를 집중 분석 및 활용함으로서 연구 과제를 보다 효과적으로 추진할 수 있을 것이다. 붙 임 : 베이징지하철공사 2012년 Annual Report 1부. 끝.