2020년 개통 하남선에 적용되는 현대로템 통합신호장치

매일 같이 많은 사람들은 철도차량에 탑승하여 목적지로 이동하며 살아가고 있습니다. 신호시스템은 이렇게 많은 사람들이 탑승하는 철도차량의 움직임을 안전하게 제어하는 중요한 기능을 수행합니다. 신호시스템은 열차의 운영을 제어 및 보호하기 위해 철도에서 사용하는 특정한 시스템으로 열차의 안전한 운행을 위해 열차 간 안전 이격 운행 제어 및 열차 진로 설정 및 이동거리 제한, 그리고 출입문 제어, 출발 제어 등과 같이 각 종 열차 운행에 필요한 제어를 수행하는 장치를 말합니다.

이처럼 중요한 신호시스템은 오랫동안 사용해오던  속도코드 방식(ATC)과 최근 적용 추세인 무선통신방식(RF-CBTC)이 혼재되어 다른 신호시스템이 적용된 노선 간 호환이 불가능하다는 문제가 있었죠. 최근에는 속도코드방식(ATC)/ 무선통신방식(RF-CBTC) 신호 모두 사용 가능한 통합신호장치 개발이 완료되어 서울시 5호선 하남선 열차부터 적용될 예정이라고 하는데요. 오늘 현대로템 블로그에서는 현대로템이 개발한 통합신호장치와 앞으로의 신호시스템 전망을 살펴봅니다.

기존의 무선 & 비무선 신호시스템

현재 열차 운행 선로에는 무선통신을 활용한 열차제어 신호시스템(RF-CBTC, Radio Frequency-Communication Based Train Control)과 선로 주변 신호장치를 통해 운행정보를 제공하는 비무선 방식의 자동열차제어시스템(ATC, Automatic train Control)이 적용되어 사용되고 있습니다. 

▲ 비무선 방식의 신호시스템(ATC/ATO)가 적용된 서울시 6호선 열차

ATC 방식의 신호시스템은 대표적으로 도시철도인 서울 5, 6, 7, 8호선에 적용되어 있습니다. 열차자동제어장치 ATC는  선로변에 설치된 궤도 회로를 통해 안전운행에 필요한 제한 속도정보를  수신하여, 열차 운행속도가 허용된 제한속도를 초과하여 운행되는 경우 자동으로 감속 및 정지 제어를 하는 장치입니다. 열차자동운행시스템 ATO는 ATC의 제한속도 이내에서 열차의 출발과 운행, 정차 제어 등을 통해 자동으로 열차 운행을 수행합니다. 

RF-CBTC 방식의 신호시스템은 대표적으로 신분당선과 우이신설선, 인전2호선에 적용되어 있습니다.ATC 방식의 신호시스템은 Fixed Block 방식으로 폐색단위의 열차위치 확인 및 지상의 미리 구분되어진 폐색단위의 제한적인 단문 정보를 통해 열차를 이동제어 하지만, RF-CBTC 방식의 신호시스템은 Moving Block 제어가 가능하여 실시간 데이터 전송을 통해 열차의 정확한 현재 위치 및 상태 추적이 가능합니다. 이로 인해 열차 운행 시 열차간 간격제어가 더욱 정밀하게 가능하기 때문에 효율적이며, ATC 신호시스템에 비해 데이터 전송량이 크기 때문에 원격제어를 통한 다양한 자동운전을 지원 기능을 제공할 수 있습니다.

현대로템도 RF-CBTC방식의 신호시스템 개발완료 하여 알마티 1호선에 적용하여 2013년부터 운영 서비스 중에 있으며, 2014년에는 무선기반 열차제어시스템(KRTCS-1) 개발에 성공하여, 현재 서울 동북선 경전철에 적용 예정입니다. 이러한 현대로템의 KRTCS1 신호시스템의 각 종 기능들에 대해 지난 2019년 부산국제철도기술산업전을 통해 공개한 바 있습니다.

▲ 2014년 현대로템이 개발한 도시철도용 한국형 무선기반 열차제어시스템(KRTCS-1)

▲ 원격 제어로 차량의 상태 통제가 가능한 KRTCS-1 신호시스템

무선/비무선 모두 사용 가능한 통합신호장치

이처럼 무선 방식과 비무선 방식의 신호시스템은 각 노선에서 승객의 안전을 지켜 왔지만, 새로운 노선이 도입되면 열차의 자동화를 위해 차량의 별도 신호장치를 설치해야 했습니다. 여기서 통합신호장치의 필요성이 대두되는데요. 현대로템이 개발한 통합신호시스템을 적용하면 추가적인 장치를 설치하지 않아도 비무선 방식 노선에 무선통신 신호시스템 운용이 가능한 것입니다. 

▲ 현대로템이 개발한 통합신호장치의 모습

현대로템은 2016년부터 열차 자동화 시스템을 위해 무선과 비무선 신호 모두 사용 가능한 통합신호장치를 자체 개발해 왔습니다. 약 3년에 걸쳐 개발한 통합신호장치가 2020년 개통되는 서울시 5호선 하남선 열차에 처음 적용되는 것입니다. 현대로템 통합신호장치만의 특징은 무선통신(RF-CBTC)과 비무선 방식 신호정보(ATC/ATO)를 통합 수용해 노선에 어떤 신호시스템이 적용되어 있어도 열차 운용이 가능하다는 점입니다. 

▲ 철도차량에 적용된 통합신호시스템 구상도

현대로템의 통합신호시스템은 현재 운행 중인 5호선의 기존 신호시스템(비무선 ATC 방식)과 최근 신규 도시철도 노선에 적용되는 무선통신 RF-CBTC 시스템을 통합해 개발되었습니다. 통합신호장치는 열차에 편성 이중계(기능 장애 발생 시 가용성 유지를 위해 동일한 요소가 하나 이상 제공되는 상태)로 설치되어 주기적인 시스템 진단을 통해 운행에 영향을 주는 장애 발생 시 자동으로 절체하는데요. 장애 상태의 신호시스템을 원격 재초기화하고 진단을 통해 정상 복구될 경우 이중계 운행을 가능하도록 해 열차의 운영 효율을 높였답니다.

기존의 도시철도 시스템은 표준화 및 국산화가 이루어지지 않아 노선별 각기 다른 해외 시스템 운영으로 유지비용이 많이 소요됐죠. 상이한 시스템으로 호환성이 곤란한 문제점이 있었지만, 현대로템의 신호시스템은 국제 표준규격 및 KRS 규격을 따르는 단일 시스템으로 열차 제어 시스템 간 상호 운영성을 제공합니다. 개발 단계에서의 사용자 요구 반영 및 국내 환경에 최적화된 인터페이스를 지원하고, 규격화된 표준 시스템 적용으로 유지보수 편의성도 갖춘 것이 특징입니다.

통합신호시스템이 처음 적용되는 하남선

▲ 2020년 개통되는 서울시 5호선 하남선 열차

2020년 상반기 개통되는 하남선(5호선 연장 노선, 상일~하남검단산)은 현대로템의 통합신호시스템이 적용되는 첫 번째 노선입니다. 현대로템은 이미 지난 11월 서울교통공사와 함께 하남선 복합 신호시스템 운행 테스트를 마쳤습니다. 이 시연회에는 서울교통공사 관계자와 현대로템 기술연구소 직원들이 참석해 열차 통합정보시스템의 우수한 성능을 확인했죠. 현대로템은 이번 통합신호시스템이 1300량의 노후전동차 교체물량에 적용되면 약 200억 원대 비용 절감 효과를 누릴 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 

현대로템의 통합신호장치가 적용되면 5호선 하남선에서 운행되던 차량이 6, 7, 8호선에서도 달릴 수 있고, 출퇴근 시간대 승객이 몰리는 노선에도 가변적으로 열차 수 조절이 가능합니다. 위에서 언급한 것처럼 무선/비무선 방식의 신호시스템을 모두 서비스 가능한 만큼, ATC 단독 구간뿐만 아니라 ATC + RF-CBTC 구간, RF-CBTC 구간까지 별도의 장치 추가 또는 개조/개량 없이 통합 신호시스템 운영이 가능한 것이죠. 

이를 통해 운영기관은 운영 효율성을 높이고 승객 편의성까지 향상할 수 있으며 향후 무인열차 수요에 따라 무선 신호시스템 구축 시에도 비용을 절감하게 됩니다. 한편, 승객 입장에서는 통합신호시스템이 적용된 열차에 운전실이 따로 존재하지 않아 열차의 출발, 운행, 정차 및 출입문 연동이 모두 자동으로 이루어진다는 차이를 확인할 수 있습니다.

더욱 편리하고 안전한 철도시대를 만들어나갈 현대로템의 통합신호시스템, 어떻게 보셨나요? 현대로템 기술연구소는 효율적인 철도운행과 안전성을 위해 지속적으로 첨단 기술 개발에 매진하고 있습니다. 열차 자율주행 신호시스템, 트램 신호시스템 및 ETCS-L3 ATP+ATO 등의 신호시스템 등 현대로템의 신호시스템 기술은 뜨거운 반응을 얻고 있죠. 국내를 넘어 세계 철도기술을 선도하게 될 현대로템의 기술력에 많은 관심 부탁드려요!