교류 전기철도 급전계통에서의 하이브리드형 고장점표정기법에 관한 연구 = A Study on a Hybrid Fault Location Method for AC Electric Railway Power Supply Systems

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 원인자 부담방식으로 철도 전력계통의 복잡성이 증가함에 따라 기존 고장점표정 기술이 가진 구조적 한계를 극복하기 위해, 다양한 급전 방식(SSP, PP)에 적용 가능한 지능형 하이브리드 고장점표정 기법을 개발하였다.
이를 위해 국내 주요사례를 검토․분석하고 흡상전류비 방식과 임피던스 기반 표정기법을 통합한 복합 알고리즘을 개발하였으며, 실시간으로 전류분포와 위상변화를 분석하여 계통특성에 맞는 최적의 표정 기법을 자동 선택하도록 설계하였다.
또한, 제조사별 자체 프로토콜 사용으로 인한 비표준화 문제를 해결하고자 IEC 61850 및 DNP 3.0 기반의 표준 통신 프로토콜을 적용하여 장치 간 상호운용성을 확보하였다.
연구결과 PSCAD를 이용한 시뮬레이션 및 현장 실증시험을 통해 분기선, 삼각선 등 모든 비정형 구조에서 ±2%를 만족하는 우수한 표정 정밀도를 달성함을 확인하였다.
본 연구는 향후 스마트 철도 인프라 및 자율 유지보수 시스템의 핵심 기술로 확장 가능하며, 철도 급전 계통의 신뢰도 향상과 유지관리 비용 절감에 크게 기여할 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 목차 ⅰ
• 그림 목차 ⅳ
• 표 목차 ⅷ
• 약어표 ⅸ
• 요약 ⅺ
• I. 서론 1
• 1. 연구 배경 및 목적 1
• 2. 연구 범위 및 내용 2
• II. 고장점표정시스템 모델링과 특성 해석 3
• 1. 국내 전기철도 고장점표정시스템 적용방식 분석 3
• 1.1 임피던스 방식과 흡상전류비 방식 고장점 해석 3
• 1.2 특수 급전선로 방식 고장점 해석 8
• 2. 일반선/고속선 급전시스템 모델링을 통한 고장점 해석 10
• 2.1 임피던스 방식 (1) 11
• 2.2 임피던스/흡상변류비 방식 11
• 2.3 임피던스 방식 (2) 12
• 2.4 흡상전류비 방식 13
• 2.5 흡상전류비/임피던스방식 14
• 2.6 제조사별 고장점표정 시스템 비교 분석 16
• 3. 일반선/고속선 급전시스템 고장점 모델링 18
• 4. 고장점표정 알고리즘 24
• 4.1 분기선 구간 24
• 4.2 연장급전 구간 27
• 4.3 삼각선 구간 30
• 4.4 AT가 없는 ATP 이후 개방되어 있는 구간 32
• 5. 다양한 상황에서의 고장점 특성 시뮬레이션 34
• 5.1 분기선 선로 상황 34
• 5.2 삼각선 선로 상황 40
• 5.3 ATP 이후 개방되어 있는 구간 선로 44
• 5.4 연장급전 선로 상황 47
• III. 고장점표정장치 설계 49
• 1. 고장점표정장치 인터페이스 49
• 1.1 제조사 별 통신방법 및 통신 데이터 분석 49
• 1.2 고장점표정장치 통신 인터페이스 설계 50
• 2. IEC 61850 / DNP3.0 통신 프로토콜 인터페이스 특성 분석 50
• 2.1 IEC 61850/DNP3.0 통신 프로토콜 분석 50
• 2.2 Master–Slave 간 통신 구현 56
• 2.3 Master–상위 간 통신 구현 60
• 3. 분기구간/연장급전구간/삼각선구간/AT가 없는 ATP 이후 개방되어 있는 구간 고장점표정장치 시스템 설계 65
• 3.1 분기구간 65
• 3.2 연장급전구간 67
• 3.3 삼각선 구간 67
• 3.4 AT가 없는 ATP 이후 개방되어 있는 구간 68
• 4. 고장점표정장치 설계 및 제작 69
• 4.1 고장점표정장치 설계 69
• III. 고장점표정장치 H/W 및 S/W 검증 71
• 1. 급전구간 고장점표정시험을 위한 시험검증 71
• 1.1 고장점표정 시험검증 71
• 1.2 특수선로 고장점표정 시험검증을 위한 시스템 구성 75
• 2. 고장점표정장치 상호운용성 확보를 위한 통신 구성 77
• 2.1 고장점표정장치 통신 구성 77
• 3. 고장점표정장치 실증 시험 80
• 3.1 실증시험 구간 검토 80
• 3.2 고장점표정 시험을 위한 시스템 구성 82
• 3.3 케이스별 사고분석 평가 결과 83
• 3.4 실증 시험 평가 결과 90