仁川地下鐵1號線 시스템의 理解 인천지하철 사보 창간호 2001년 1월 - 이중호 기술담당이사 - 1. 일반사항
도시공간의 개발형태는 보통 도심 중심의 개발형태를 지님으로써 도심외 지역에는 도시기반시설의 개발은 둔화시키며 생활권별 도시편익시설에 대한 주민의 이용빈도 약화와 공공시설의 배치 및 배분에 따른 효율성을 저하시키고 또한 자동차보유대수의 급증에 따른 도시의 도로교통상황에 심각한 문제가 야기되고 있다. 이러한 상황에서 도심교통난 해소와 지역간, 부도심간 균형적인 발전을 위하여 도시철도를 기본축으로 한 도시교통체계의 확립은 중요하다 아니할 수 없다. 우리 인천광역시에도 서울, 부산, 대구에 이어 네번째로 도시철도1호선이 지난 99.10.6일 개통되어 운행이 시작되었다. 귤현에서 동막까지 인천시의 남북을 이어주는 1호선의 건설 연장은 23.1km로서 정거장이 22개소, 차량기지 1개소, 종합관제실 1개동을 갖추고 개통초기 차량 25개 편성(편성당 8량)을 보유하고 출근시간대 기준 4분 간격으로 운행중에 있으며 개통후 약 3개월이 지난 지금 1일평균 승하차인원이 약 20만2천여명에 달하고 있으며 지금까지 열차운행실적(1일 325회)은 계획대로 순조롭게 운영해오고 있다. 그러나, 현 1호선의 노선이 지역적으로 도심의 일부 주요 간선도로만을 따라 건설되었고 정거장의 위치나 운행노선도 기존의 지상 교통체계와는 다른 경우가 많으며, 특히 이용시민의 입장에서는 그동안 이용해오던 교통패턴을 바꾸어야 하는데에도 최소한 몇 개월이 걸리게 될 것이다. 장기적으로 이러한 문제가 점차 해소되어지면 이용율은 현저히 확대될 것으로 보인다. 도시교통의 주축으로서 도시철도의 역할에 대한 중요성이 인식되어지는 계기가 된 인천 도시철도1호선의 주요 시스템에 대한 이해를 돕고자 몇가지 시설의 구성과 특징을 살펴보고자 한다. 2. 주요시스템의 구성과 특징 가. 전력설비 시스템 도시철도 전력계통은 한전으로부터 22,900[V]로 공급받아 전동차에는 직류 1,500[V]로 정류하여 공급하고, 정거장으로는 6,600[V]로 강압하여 공급하면 이를 부하규격에 맞는 저압 380/220[V]로 변압하도록 구성하고 있다. 이 전력설비는 전동차와 정거장에 전기를 공급하는 설비로서 이들의 고장으로 전기공급 중단은 열차운행 정지와 정거장 기능 정지를 수반하여 대혼란을 야기할 수 있으므로 정전없는 전기공급이 최우선적으로 고려되어야 한다. 이러한 정전현상은 한전측 정전과 전력설비의 화재 등의 고장에서 오는 것으로 한전측 정전에 대비하여 5개의 한전측 변전소로부터 공급받는 도시철도 변전소는 8개소로서 이들 상호간을 연결시켜놓아 1개의 한전변전소가 정전 고장일 경우에도 전동차운행과 정거장 기능이 정상적으로 운영되도록 구성하였으며, 과열로 인한 케이블 화재 등에 대비하여 화재가 전파될 수 있는 부분에 난연테이프 또는 난연 도료를 도포해줌으로서 정전사고 파급을 최소화하도록 조치하였다. 승객들이 이용하게 되는 정거장과 전동차의 정상운행유지에 최우선의 관리목표를 두고 이들 전기를 공급하는 도시철도 변전소와 22개 정거장내 전기실의 전력공급 상태를 컴퓨터 설비를 이용하여 항상 원격감시와 제어를 함으로서 고장발생시 신속, 정확하게 자동으로 고장점을 제거하고 전기를 재공급할 수 있게 하였으며 모든 설비는 고장에 대비하여 이중계로 구성하여 대승객 불편유발요인을 극소화시켰다. 또한, 안정적이고 신뢰성있는 전기를 24시간 공급할 수 있으면서 변전실과 전기실을 무인으로 운영할 수 있게하여 이에 따른 운영인력이 절감되도록 시스템이 구성되어 있다. 나. 신호보안 시스템 신호보안설비는 안전, 정확, 신속한 수송을 목적으로 하는 도시철도의 구현을 위하여는 가장 기본적이고 필수적인 시스템이다. 따라서 모든 기기는 안전운행을 확보할 수 있도록 안전측 동작(Fail-Safe)원칙의 개념을 도입하였다. 전동차의 운행에 필요한 열차검지, 열차속도결정 및 가감속조정, 승강장의 정위치정차, 출입문개폐, 열차 행선지 안내, 진로의 자동설정, 종착역에서의 자동회차기능 등을 감시 및 제어하는 근본 시스템으로서 향후 수송용량 확대 및 운전효율의 향상을 제고시킬 수 있도록 구축하였다. 이를 위하여 다수의 신호기와 선로전환기 간의 연쇄동작을 확보하는 전자연동장치, 자동열차보호장치(ATP:Automatic Train Protection)와 자동열차운전장치(ATO:Automatic Train Operation)등으로 구성된 자동열차제어장치(ATC:Automatic Train Control), 본선 전구간의 열차점유여부를 판단하는 기능을 갖고 유지보수 인력절감 및 승차감향상의 효과가 있도록 설치된 무절연 AF(Audio Frequency)궤도회로, LED신호기, 전기전철기, ATO지상루프설비 등의 실외설비 및 현장설비를 중앙에서 원격제어하는 종합열차제어장치(TTC:Total Traffic Control) 그리고, 속도검출기, ATP/TWC안테나, 마그네틱열차정지장치(MTS) 등을 갖추고 있다. 신호현시는 구간마다의 지상신호기 대신 차내 승무원 앞에 ATC 운용화면(MMI)을 설치하여 운행지시속도와 실제운행속도를 현시하며 계속적으로 비교 감시한다. 지시속도와 운행속도를 감시하다 지시속도 이상의 운행속도가 검출되면 경보를 발생시킴과 동시에 지시속도 이하로 자동감속 시키고, 일정 속도이상 과속되면 열차 스스로 비상제동을 작동시킨다. 열차지시 속도 연산에 필요한 선로조건과 열차 정지점, 선행 열차위치 등의 데이타를 지상에서 ATP장치를 통해 차상으로 전송하면 차상 컴퓨터가 현재 위치에서 운행 가능한 최고속도를 계산하여 속도를 현시하는 차상연산 방식이다. 전자연동장치는 3대의 분리형 컴퓨터를 이용하여 그 중 1대가 고장시에도 계속적인 연산을 수행할 수 있는 2 Out of 3 안전구조의 SICAS 전자연동장치이며, 궤도회로 열차검지 주파수는 주파수편이변조(FSK)방식으로, 열차점유시 ATP 정보는 위상편이변조(PSK)방식으로 변조된 Telegram으로 전송한다. 종합열차제어장치(TTC)는 종합관제실에 설치되며 운행관리 컴퓨터(TCC:Train Control Computer)와 운영관리 컴퓨터(MSC:Management Support Computer), 중앙정보전송장치(CDTS:Centralized Data Transmission System), 대형표시반(LDP:Large Display Panel) 및 Console 등으로 구성되어 있다. 주 컴퓨터는 동일한 프로그램을 탑재한 2대의 컴퓨터가 동시에 가동되며 상호 예비기능을 갖는 Fault Tolerant 방식으로 운행열차 및 현장 신호설비를 제어하고, 열차 운행계획 수립 및 운행실적을 관리한다. 다. 정보통신 시스템 통신설비의 시설계획은 첨단 정보화 사회의 도래로 인한 기술발전 추세와 운영 체계의 효율성과 시민을 위한 서비스 증대방안의 일환으로 합리적이고 효과적인 설비 등을 감안하여 첨단기술과 신뢰성을 보유한 시스템으로 시설하였으며, 차후 2·3호선과의 확장성 및 수도권 전철 노선과의 연계시 각종의 설비와 통신설비간의 통화품질과 전송품질을 최대한 향상시킬 수 있게 하였다. 정보통신망 전송망 구성은 시분할 다중화 디지털전송설비로 음성급, 데이타급, 화상 등의 종합전송과 다량의 정보를 장거리 전송하고, 높은 신뢰도와 전송품질 향상을 고려하여 광섬유케이블에 의한 이중화방식의 Double-Ring Network방식이다. 전송속도는 동기식 전송으로 155.520Mbps방식을 시설하고 도시철도1호선 운용에 필요한 음성 및 데이타급 총 1,890채널을 이용하여 전력, 기계동력, 신호, 역무자동화 등의 무인자동화 원격감시제어설비의 데이타 및 자료를 송수신할 수 있게 구성하였다. 운용관리를 위한 통신설비로는 전전자식교환설비, 데이타 통신설비 등이 있으며, 향후 종합정보통신(ISDN)서비스의 수용이 가능하다. 열차운전관리를 위한 통신설비는 열차무선전화, 직통전화, 역간 자동전화, 화상전송설비 등이 있다. 시민에게 보다 안전한 승객편의 서비스를 제공하고자 종합제어실과 운행중인 열차 승무원 상호간에 운전 관련업무 및 비상시 또는 예측치 못한 사고 발생시 이에 즉시 대처할 수 있도록 열차무선설비를 운용하며, 승강장의 열차운행 상태와 승객의 승하차 상태, 역사내 주요시설과 취약지역의 감시를 위한 영상용 화상전송설비는 단위역, 관리역, 종합관제실에서 원격으로 운영한다. 승객을 위한 통신설비로는 각 역사 및 열차내에는 행선지 자동안내방송과 공지 사항을 전파할 수 있는 자동방송설비, 승강장에서 열차의 도착 행선안내 또는 승객안내 정보를 제공하기 위한 열차 행선안내게시기 설비, 전기시계설비와 공중전화, 차상내 행선안내게시기 설비, 지하 터널구간에서도 라디오 청취 및 이동전화 사용이 가능하도록 각종 지하 복합방송설비 등을 시설하였다. 설비보존을 위한 통신설비는 연선전화, 휴대용 무선전화, 토크백, 역설비 종합관리시스템 등이 시설되었으며, 종합관제실에서는 각종의 통신설비 주제어시스템을 설치하였다. 역무자동화설비에서는 기존의 승객통과속도(분당30명)를 개선시켜 분당60명이 통과할 수 있으며 자동개집표기와 승차권발매기의 구조를 개선하여 승객들의 이용에 보다 편리한 시설이 될 수 있게 하였다. 라. 차량 및 검수 시스템 승객을 직접 수송하는 전동차는 안전은 물론 쾌적한 서비스를 제공할 수 있어야 하며 유지관리 측면에서도 에너지와 비용의 절감을 기할 수 있는 시스템으로 구현하였다. 열차운행에 있어 가장 중요한 안전 확보를 위하여 지상 신호보안설비와 상호 인터페이스되는 차상신호장치가 장착되어있다. 이것은 열차운행에 관련된 각종 데이타를 지상에서 차상으로, 또한 차상에서 지상으로 전송하며 열차제어를 하게되는 두뇌역할을 하는 시스템으로서 속도결정과 감시, 비상제동 사용, 열차간격관리 등을 수행하는 ATP, 열차의 출발제어, 역간 주행, 정위치정차, 출입문 개폐 등을 자동으로 수행하는 ATO, 시스템 고장상태, 운행제어 및 감시를 위해 모니터할 수 있는 MMI(Man-Machine Interface)등의 Sub-system으로 구성되어있으며, 차량의 각종 구성장치의 정보관리장치인 TIS(Train Information System)와 연계하여 운영된다. 특히 차량의 성능개선을 위해 가장 중요한 전장품인 견인제어장치의 제어소자를 최신 반도체인 IGBT로 국내 최초 채택하였으며, 자기진단기능을 향상하고, 객실온도 자동조절 및 전기식 출입문 개폐장치와 차내 안내표시기(PDP방식)의 기능을 보강하였다. 정숙한 차내 분위기를 조성할 수 있도록 차내 소음을 최대한 저감시키기 위해 객실창문을 복층유리로 제작하고, 차 간 통행로 연결막 구조를 4겹 구조로 보강하였으며 차체내 단열 방음재 시공 및 출입문 틈새 등을 최소화시켰다. 차량의 에너지 소비량의 최소화를 위하여 제동장치를 회생제동을 우선으로 한 공기제동방식을 채택하고, 전장품 경량화, 고조도 3파장 절전형 형광등을 적용하였으며 검수 및 정비의 용이성을 위하여 전장품의 집중화, 제어기기의 무접점화, 부품의 규격화, 단순화, 일체화 및 기기의 효율적인 배치로 점검을 용이하게 하였다. 또한, 국내 최초의 장애인 이용 편의성 제고를 위한 안전공간의 확보, 운행중 고장으로 인한 구원운전시 신속하게 조치할 수 있도록 개선한 전두부 자동 연결장치, 인체공학적인 운전실의 기기배치, 전두부 형상의 유선형 설계, 객실의자의 구조개선 및 고충격 플라스틱재질의 실내 내장판을 채택하였다. 열차의 보유량 수는 개통초기의 수송수요량을 감안하여 1편성당 8량 규모의 25편성(총 200량)으로 출근시간대 기준 운행시격은 4분 간격이고 차량운전속도는 80km/h이하로 운행하고 있으며 향후 승객 증가추이에 따라 목표년도인 2018년경에는 예상 수송수요인 1시간, 1방향당 58,345명을 수송하기 위해 1편성당 10량 규모의 41편성으로 증차하여 2.5분 시격으로 운행할 계획이다. 차량의 효율적인 검수 및 정비를 위해 약 6만7천여 평의 부지 위에 향후 41편성의 유치가 가능한 유치선, 경정비와 중정비를 담당하는 검사고 및 주공장, 그리고 전삭고, 자동세척기, 종합관리동 등을 갖춘 차량기지를 운영하고 있다. 3. 맺는 말 인천도시철도1호선은 열차운행과 관련된 시스템 분야 이외에도 전구간이 소음, 진동, 분진 등의 환경공해를 최소화할 수 있는 지하 콘크리트 도상 구조 위에 저진동 구조인 LVT(Low Vibration Track) 궤도를 채택한 바있으며, 지하공간 문화의 적극적인 창출을 위해 주요 정거장에는 벽화, 예술장식 등을 설치하거나 만남의 장소로 활용할 수 있는 넓은 공간(hall)을 확보하여 시민들의 휴식, 문화공간이 될 수 있게 하였다. 특히 누구나 장애인이 될 수 있다는 전제하에 장애인과 노약자의 편의성을 높이기 위해 엘리베이터, 에스컬레이터, 휠체어리프트, 장애인 점자유도블럭, 점자안내판, 음향유도장치 등 선진국 수준의 시설을 갖추었다. 일반적으로 신설된 도시철도 시스템 분야는 1년 이상의 초기 안정화과정(에이징)에서 부품의 열화, 소프트웨어체계의 오류발생 등의 장애가 발생할 확률이 높다는 특징이 있다. 따라서, 대용폐색 취급 숙달훈련이나 차량의 구원훈련 또는 비상시 전력공급계통의 전환 훈련 등을 시행해왔다. 그리고 최첨단의 시스템도 결국 인간의 힘으로 유지관리될 수밖에 없으므로 구성원에 대한 전문기술 교육의 실시로 기술 능력 향상에 주력하여 개통초기의 운전장애를 극소화함으로써 시민에게 불편을 주지 않도록 노력하고 있다. 장래의 도시철도 시스템분야는 지금의 기술보다 더욱 안전, 정확, 신속을 기본 개념으로 한 시스템에다 환경과의 조화(환경 친화적) 및 경영효율성을 높인 시스템으로 발전되어 갈 것이다. 인천 도시철도1호선 운행의 시작은 기운행중인 경인전철 복복선과 곧 착공될 수인전철, 인천 국제공항 전철노선망과 함께 도시교통의 기본축을 도시철도망으로 구축해 나가는 계기가 되므로서 도심의 교통혼잡 완화, 환경개선, 역세권 개발 등의 효과가 사회전반에 나타나게 되어 인천시를 선진도시로 발돋움할 수 있도록 할 것이다.
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