KTX-산천호 350km/h증속 시험주행 완료(경부 2단계 구간)

[이해원]

지난달 경부고속철도 2단계 공사완료구간에서 KTX-산천을 이용한 고속 증속시험차에 승차하고

느낀점과 그 내용을 알려 드립니다.

1. 증속시험 일시 : 2010.9.28 , 9.29  2회 실시

    - 330, 340, 350km/h 단계별 증속

2. 증속시험 구간

    - 동대구~부산  상선  311.84~321.35km(9.51km)

3. 전차선로 조정 및 표지설치

    - 장력상향 : 당초 20kN,   변경 23kN

       * 파동전파속도 : 당초 441km/h,  변경 472.7km/h

     - 장력상향조정에 따른 양쪽 3경간(약 300m) 총 54경간 2,700m

     - 증속시험 전방 약 500m지점에 "증속시점 알림" 임시표지판(야광형광) 설치

4. 측정장비

    - 압상량 측정설비, 접촉식 측정설비, 전동기 온도측정설비, 실내 소음측정기, 팬터그래프 아크 영상설비 등

5. 시험결과

    - 단계별 증속시험을 성공적으로 수행함. 최고속도 : 353.6km/h(GPS 속도계 354km/h-동영상 참조)

        * 2004.12. HSR-350X 로 1단계구간에서 352.4km/h 시험주행함

    - 최고 증속(350km/h)을 위한 구간(위 9.51km구간)외에서도 320km/h이상 무리없이 주행

    - 아크영상 : 330km/h~350km/h 속도대역에서 1~2회 큰 아크를 제외하고 비교적 양호한 것으로 보임(저의 생각)

    - 압상량 : 85mm~87mm(최대값 기준 270mm이하)

6. 사진 및 동영상

    [ 사진1] 시험차량 : KTX-산천 9호(실제 영업운전 하고 있던 열차를 시험차로 이용하여 시험 함)

       고모보수기지 옆 본선로에 정차할때 내려서 촬영

[사진 2] 시험운전할 선로(동대구-부산간 본선로 임, 슬라브 궤도) 

[사진 3] 시험속도 320km/h대(이하 차량내 모니터 현시된 속도계 촬영) 

 [사진 4] 시험속도 330km/h

[사진 5] 시험속도 337km/h 

[사진 6] 팬터그래프 아크영상(촬영시 흔들려 미려하지 못하네요) 

 [동영상 1] 340km/h 이상은 동영상으로 속도계 현시 모니터를 촬영

                1분 50초 지점부터 약 43초간(저의 계산) 340km/h이상 속도를 유지함

 [동영상 2] 350km/h 시험 주행(최고 354km/h) 

      : 시험차량의 GPS속도 수신 컴퓨터 이상으로 휴대한 핸드폰 GPS속도를 촬영함  

* 고속 증속시험차량에 탑승하면서...

   - 2004년12월 이후 6년 만에 한국에서 이루어진 최고속도의 증속시험이였다는 것에 만족해야 했음.

   - 한국의 상황이 이러한 증속(고속) 시험을 할수 있는 여건이 많이 없다는 것이 좀 아쉬움.

   - 아크 및 압상량 등 전반적으로 350km/h주행시에도 양호한 것으로 보임.

   - 정부(국토해양부)의 생각은 향후 경부 2단계구간에서 최고 영업속도 330km/h를 염두해 두고 이번 시험을 시행함.

   - 장력 23kN 은 파동전파속도 472.7km/h로  C값의 0.7(국제기준)은 330km/h(향후 영업최고속도)이며,

      이번 최고시험속도 350km/h 는 C값의 0.74수준 이었음. 

   - 특히 우리들이 시험하고 있는 이날 중국 상하이-항저우 고속철도 구간에서는 시험주행 416.6km/h 를 주파했다는

      뉴스가 동영상 1 하단부에서 계속해서 나오는데 지금 한국의 기술자들이 무엇을 해야 하는지 느껴집니다

시험차량에 탑승하고 나서 이해원 씀.

아래글은 2004.12.15일 352.4km/h를 주파하고 쓴 철도연 연구원의 글입니다.

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최고속도 350km/h에 도전한다

김기환 한국철도기술연구원 고속철도기술개발사업단장 : khkim@krri.re.kr

김석원 한국철도기술연구원 고속철도기술개발사업단 시운전시험팀장 : swkim@krri.re.kr

속도를 즐겨라

대전에서 천안까지 57.2km의 시험선 구간에서 KTX와 같이 나란히 달릴 수 있다는 희망을 갖고서 한국형 고속열차는 공장내 시험을 마무리하고 2002년 6월 28일 오송기지로 차량을 이동하였다. 창원에서 한국형 고속열차를 디젤기관차와 결합하여 기존선으로 오송기지까지 이동하기 위해서 기관차를 수배하고 이동하는 과정은 한국철도공사(구 철도청)의 지원에 힘입은 바 크다. 이동 후에 한국철도시설공단(구 고속철도건설공단)의 도움으로 본선에서 시험운행을 하기위한 각종 검사 및 지적된 사항을 수정 보완을 하였다. 당시 시험선 구간에는 KTX가 설계입증시험을 위하여 매일 시험이 실시되었으며, 야간에는 막바지 건설공사로 인하여 분주하였다. 마침내 8월 19일 오후에 최초로 본선에서 시험운행을 허락 받았다. 그러한 어려운 상황에서도 철도기술 발전을 위하여 어려운 결정을 내려준 당시의 시설공단 김정주 오송기지 소장님에게는 지금도 잊지 않고 감사의 말을 전하고 싶다. 2002년 8월 19일부터 약 1년 동안 KTX차량의 시운전이 끝나는 야간이나 혹은 토요일에는 한국형 고속열차의 시험운행이 실시되고, 그 결과를 바탕으로 1주일간 문제점을 보완하였다. 각종 성능을 검증하여 20~30km/h의 속도를 높여 그림1에서와 같이 첫 시험운행을 실시한 이후 약 1년 이후인 2003년 8월 1일 300km/h의 첫 주행을 하기까지 이르렀다. 그러나 이날도 Battery Charger의 문제로 인하여 정상적으로 시험운행을 할 수 없었다. 그동안 제동장치의 Anti-Slip-Slide 프로그램조차도 제대로 시험이 되지 않아 출발부터 차륜에 찰상이 발생하고, 동력차의 롤링으로 인하여 현가장치의 교체, 모타블럭의 사고 등 차체를 제외하고는 대부분 정비와 보완을 다시 수행하였다.

350km/h를 준비하다

필자는 300km/h의 속도 주행을 마치고 약 1개월 이후부터 다음속도를 준비하였다. 그러나 350km/h를 주행하기 위하여 우리가 치러야 하고 준비하여야 하는 기간은 쉬운 일이 아니었다. KTX를 시설공단으로부터 철도공사로 이관하고, 4월 1일 KTX 개통준비 등 주변의 환경이 많은 변화를 가져왔다. 따라서 300km/h이상의 증속은 당시 철도청의 협조아래 10km/h씩 증속을 하였다. 350km/h의 주행은 사업의 목표이자 우리의 꿈이었다. 2004년 11월 23일 야간에 340km/h를 주행하고 나서 우리는 약 3주를 기다려야 했다. 분석을 서둘러 마치고 11월 26일 공단에 발표회를 마쳤으나, 증속구간내의 시설분야에 대한 안전성 점검이 필요하여 가속과 감속이 예상되는 고등교~노장2교 사이에 설치된 교량의 LFT(Lateral Force Transmitter)와 패드슈를 점검하기 위하여 교량의 점검기록부 및 관리대장을 검토하였다. 또한 철도청 발표회도 12월 2일에 개최하기로 하였으나, 철도청의 공사화에 반대하는 파업 때문에 3일이 연기되어 12월 6일에나 개최되게 되었다. 다행이 이 기간 동안 우리는 각 분야별로 설명과 설득을 할 수 있었기에 시간을 갖고서 대처할 수 있었다. 12월 8일과 9일에는 차량이 고양기지에서 최종적인 점검을 받았다. 드디어 350km/h를 시험운행 일은 12월 15일 야간으로 결정되었으며 증속구간은 분기기 통과속도를 감안하여 천안~오송 구간으로 확정하였다.

350km/h를 달성하다

12월 15일 오전은 날씨가 매우 좋았으나 오후부터 약 3시간 동안 비가 내렸다. 시운전은 하행시에 단 한번의 기회이기 때문에 실패하는 경우에는 대처할 수 있는 방법이 없었다. 특히 비가 내려서 점착력이 떨어질 경우에는 16km 구간내에서 제동과 가속거리를 충분히 확보할 수 없었다. <그림 2>에서와 같이 용정변전소 부근의 절연구간을 지나서 풍세교부터는 가속을 하였으나, 계획보다는 약 3km를 지난 운주 터널을 통과하고서 비로소 최고속도인 352.4km/h에 도달할 수 있었다.

<그림 2> 증속구간 및 속도

2004년 12월 16일 새벽 1시 24분 이 순간만큼은 모두의 기쁨이었으며, 우리 모두를 위한 시간이었다. 그동안 많은 어려움 속에서도 연구원들을 믿고 맡겨준 건교부 철도산업과 이종국 과장, 강신구 서기관 그리고 철도공사 기술개발본부 조용희 실장, 오송에서부터 시작하여 마지막까지 함께한 시설공단의 김정주 본부장, 김영선 부장에게 고마움을 전한다.

또한 그동안 지원을 아끼지 않은 모든분 들에게 감사드리며, 어려운 여건속에서도 대부분의 연구원들은 철도의 최상위 기술 개발에 도전하는 것으로 생각하고 개인의 일보다는 불평없이 연구개발사업에 매진한 결과라고 생각한다. 그리고, 연구원에서도 350km/h의 달성이 연구원 개개인을 포함한 연구원 전체와 당시 송달호 원장의 꿈이 되어 그들의 뒷받침이 컸다. 또한, TGV를 선정할 때 역사문서사건, 시험운행시에도 KTX와 동시 운행으로 발생되는 책임은 한국에 있다는 것 등에서 보는 것처럼, 기술이 없으면 무한한 수모를 무릅써야 한다는 현실을 TGV를 능가하는 한국형 고속열차를 우리 기술인의 손으로 보란듯이 개발하여 국가적 수모를 조금이나마 만회하고 싶다는 자존심 때문이었다.

350km/h 주행결과

350km/h 증속시험은 대부분이 차량과 시설물과의 영향을 미치는 주행안전성, 집전성능, 궤도안정성, 교량안정성, ATC 신호 등 5개 분야에 대하여 평가하였다. 물론 차량성능에 대하여도 측정을 하였다. 상세한 내용은 각 분야별로 정리를 하였으나, 본고에서는 요약하여 정리하였다.

ㅇ 주행안전성 특성

분석의 정밀성을 위하여 350km/h 주행구간 전후의 자료를 UIC 518의 기준에 따라 분석한 결과 대차 및 차체의 주행거동과 안전성 측면에서는 아래와 같이 모두 기준치 이내였다.

 

항목		기 준(㎨)		결 과(㎨)
안전성	대차 횡 가속도	10.44		4.58
	차체 횡 가속도	3.0		0.57
	차체 상하 가속도	3.0		0.70
		Max.	R.M.S.	Max.	R.M.S.
주행 거동	차체 횡 가속도	2.5	0.5	0.53	0.23
	차체 상하 가속도	2.5	0.75	0.67	0.33
	차체 정상 횡 가속도	1.5		0.41

ㅇ 집전성능 특성

집전성능 중에서 평균접촉력은 기준치에 근접하였으나, 최대 접촉력 집전특성, 최대압상력 등은 양호하였다. 평균접촉력 및 가선과 판토그래프의 특성은 350km/h이상의 증속을 위하여는 재검토가 필요한 것으로 판단되었다.  

항목	기준	결과
평균접촉력	KTX QT 기준 : 200N 이하	198.9N
순간최대 접촉력	EN 기준: 350N, SNCF 기준: 300N	275.6N
집전(이선) 특성(Fmean­3*σ)	EN/UIC 기준 : 0 < Fmean- 3*σ	154.7N
최대압상력	KTX QT 기준 : 200mm 이하	145mm

ㅇ 궤도안정성 측정결과

궤도의 횡압, 윤중, 변위 등은 기준치 이내로 매우 안정적이었다.

구 분	적용기준 KTX기준	측정값 (348km/h 속도)
윤 중(최대치), 일본기준	200kN	7.496
횡 압(최대치),일본기준	40kN	0.916
레일수직변위(mm), 독일기준	1.5mm	0.330
레일수평변위(mm), 독일기준	3mm 이하	0.399
침목수직변위(mm), 독일기준	1mm 이하	0.288
레일응력(N/mm2), 독일기준	70N/mm2(편진폭)	43.84

ㅇ 교량 안정성 측정결과

교량안정성은 고속철도 신정교에서 측정하였으며, 당시 통과속도는 318km/h였다. 또한 측정결과는 아래와 같이 기준치 이내였다.

계측항목		기준	측정값
수직가속도 (g)		BMRD(Systra, 1995) 기준 : 0.35	0.21
경간중앙부처짐 (mm)		L/1700 기준 : 23.5	0.613
단부꺽임각 (×10-4rad)		경부고속철도기준 : 5	1.0296
Deck 종방향 변위 (mm)	Pad Shoe	경부고속철도기준 : 10	0.2
	LFT		0.01

ㅇ ATC 속도정보 및 ITL 정보처리결과

차량속도 330km/h 이상의 운행구간인 궤도번호 TC2237B에서 TC2247B까지 ATC 지상 연속정보와 불연속정보를 정상적으로 수신하였으며, 전체 구간에서 다섯 번의 사구간 제어(ACCT, ECCT) 및 ATC 제한속도 등을 정상적으로 수신 처리하였다.

맺음말

우리 손으로 개발한 한국형 고속열차로서, 순수한 우리기술로 증속여부를 검토하여 350km/h 이상으로 질주하였다. 이로써 고속철도차량의 시험속도로는 세계에서 4번째 기록보유 국가가 되었다. 우리나라는 경부고속철도 건설로 얻어진 고속철도 건설, 운영 및 유지보수기술에 더해 원천설계기술과 핵심부품 개발 및 차량제작기술 등을 자체 개발함으로써 명실상부하게 고속철도 기술 보유국으로 자리매김 하는 성과를 이루었다. 이에 자만하여 기술개발을 게을리 하면 자칫 실용화를 보지 못하고 그동안의 개발된 기술은 사장될 수도 있다. 그러므로 우리 철도인들은 우리 손으로 개발한 한국형 고속열차가 시운전을 계속하여, 국내에서 실용화가 될 수 있도록 노력하여야 할 것이다. 또한 그것을 바탕으로 하여서 해외로 진출할 수 있도록 우리 연구진은 더욱 매진하여야 할 것이다. 우리의 꿈이 실현될 때까지 지속적인 지도편달과 성원을 부탁드립니다.

[양병남]

경부선의 속도향상을 위하여 전차선 계량공사를 해야되겠군요.

[송죽]

다방면으로 수고가 많으십니다. 이제 차분하게 경부선 2단계 완전개통을 기다려야 겠네요.