열차제어시스템(TCS, Train Control System)은 열차의 운행에 있어 안전성과 효율성을 보장하여야 하는 바이탈(Vital) 시스템으로 철도시스템의 가장 핵심역할인 열차의 위치를 검지하여 열차의 추·충돌 사고를 방지하는 기능을 수행한다.
경부고속선과 호남고속선의 열차제어시스템은 열차자동제어장치(ATC : Automatic Train Control)의 일종인 TVM430으로 디지털 전송방식인 AF 궤도회로장치를 기반으로 구성되어 있으며, AF 궤도회로는 레일에 저주파 신호를 송신하여 기계실 수신기에서 수신함으로서 열차의 유·무가 검지되는 무절연 궤도회로로써 열차검지기능 및 차상속도 제어기능을 송신하는 2가지 주요기능으로 이루어진다.
그런데, 고속철도 건설 이후 우기 및 혹서기(7, 8월)에 일부 궤도회로에서 수신전압 저하현상이 발생하여 궤도회로 주요기능 중 하나인 열차검지 기능을 수행하지 못하는 장애가 발생하였다.
특히, 호남고속선의 경우 일부 터널 내 궤도회로에서 전압값이 최소치 이하로 저하되어 열차가 없는 상태에서 해당 구간에 열차가 궤도를 점유한 것으로 인식한 장애로 인해 열차운행에 지장을 초래한 사례가 있었다.
호남고속선의 경우에는 개통 이후에도 장마 및 혹서기에 지속적으로 유사사례가 발생하고 있어 이에 대한 대책이 시급한 실정이었다. 수신전압 저하현상의 원인을 분석한 결과 터널 결로현상으로 궤도의 절연 특성값이 저하된 것으로 판단되었으며, 이에 대한 근본적인 원인분석과 대책수립이 요구되었다.
따라서 본 논문에서는 호남고속선 AF 궤도회로 수신전압 저하현상에 대한 원인을 분석하기 위하여 수신전압 저하개소의 특성에 대해 분석하였고 우기와 건기 기간에 수행한 궤도회로 특성시험 결과를 비교하였다. 이와 같이 현장조사와 기술적 검토를 통해 근본적인 원인에 대해 도출하였고, 개선대책으로 레일체결장치 절연성능 향상을 위한 물기유입 방지커버와 절연막대 설치 및 빗물 유입을 방지하기 위한 우수유입방지턱 설치를 제시하였다.
제시한 레일체결장치 절연성능 보강방안의 사전 성능검증을 위해 수행한 시험품을 통한 전기저항 및 절연저항 측정시험과 공인인증기관에서 수행한 레일체결장치 성능시험 결과를 비교·분석하였다. 사전 검증시험을 마친 절연성능 개선 대책을 호남고속선 실제 현장에 적용하여 이에 대한 효과분석을 수행하였고 AF 궤도회로 절연성능 향상에 효과가 있음을 확인하였다. AF 궤도회로 수신전압은 평상시 궤도회로에 열차가 점유하지 않았을 때는 최소 200mV 이상을 유지하여야 한다.
터널 내 결로현상 또는 빗물 등의 원인으로 궤도회로 수신전압이 180mV 이하로 저하되면 열차가 궤도회로에 점유하지 않았는데도 점유한 상태로 나타나게 되어 고장상태로 됨에 따라 열차운행에 지장을 초래하였다.
본 연구에서 제시한 개선방안을 현장에 적용한 결과 터널내 결로현상 및 빗물 등의 환경조건에서도 궤도회로 전압이 당초 설정한 범위값 내에서 일정하게 정상상태로 유지하고 있는 것을 확인하였다.
이러한 연구 결과를 통해 AF 궤도회로 수신전압 저하현상에 대한 개선 대책으로 활용되기를 기대하며, 이에 대한 방안이 향후 건설사업에 반영될 것으로 판단된다.