경부고속철도는 1992년 착공하여 2004년 1단계구간(서울~대구간)을 개통하고 2010년 부산까지 완전 개통하여 운행하고 있다. 당시 열차운영계획은 4분 시격을 목표로 계획하였으나 2021년 현재 호남 고속철도와 수도권고속철도의 개통에 따라 1일 피크 편도 4.8분에 이르고 있으며 전철변전소의 연장급전능력은 한계에 도달하게 되었다.
따라서 본 논문에서는 평택SS~신청주SS구간의 전압강하 실측을 통하여 연장급전시의 전압강하를 예측하고 적정 대책설비를 마련하고자 하며, 경부고속변전소의 시뮬레이션을 통한 전압강하 현상 분석과 고속열차가 운행하는 주요노선 전철변전소의 최저용량 타당성을 검토하여 전압강하의 주된원인을 분석하고자 한다.
또한, 평택~신청주간 급전구간내의 정상급전시 전압강하 및 공급전력분석을 위한 실측한 결과 유효전력 및 무효전력 모두가 전압강하에 영향을 미치고 있음을 확인하였다.
유효전력의 경우에는 값의 증가와 전압강하 발생시점이 일치하지 않는 반면, 무효전력의 경우 값의 증가와 전압강하가 발생시점이 일치하는 특성을 확인하였다.
결과를 종합해 볼 때, 계통에서 발생하는 전압강하 주원인은 리액턴스 성분에 의한 무효전력 영향이 크며, 이는 유효전력의 보상보다는 무효전력을 보상하는 방안이 보다 더 효율적임을 제시하였다.
본 논문에서는 전기철도계통에서 전압강하 보상방안으로 무효전력 보상장치에 대하여 제시하였고, 특히 보상설비는 부하 무효전력의 반대파형을 생성하여 무효전력을 저감하고 기술발전수준, 보상에 대한 성능, 유지관리 특성이 우수한 것으로 분석하였다.
현황 분석한 결과를 토대로 하여 전철변전소의 주변압기 용량 산정은 1시간 평균값의 최대출력 또는 순시최대출력을 기준으로 산출하며, 연장급전시 부하의 증가에 대처할 수 있도록 예비능력도 함께 고려하여야 한다.
열차운행계획에 따라 급전 시뮬레이션을 시행하여 급전용 주변압기 용량을 선정하고 있어 급전안정화를 위한 전압강하 보상 대책설비로 적정 무효전력 보상설비 방식이 적정한 것으로 제시하였다.
향후, 경부고속철도와 같은 전철변전소의 전압강하 문제를 해결하고, 국내 전기철도 기술발전 및 전철급전계통의 안정화를 위해 이와 같은 다양한 급전 방식의 적극적인 개발과 적용, 전압강하보상등 부가적인 설비의 도입이 요구되며 휴먼에러를 방지하고 설비의 신뢰성 향상은 물론 유지보수 효율성을 더욱 향상시킬 것으로 판단된다.