KR102120366B1 - 궤도회로 불평형 모니터링 방법 - Google Patents

Abstract

궤도회로의 불평형 모니터링방법이 개시된다.
본 발명은 현장수집부가 복수개의 임피던스 본드 함체 내에 각각 내장되어 레일 양단에 흐르는 전차선 귀환전류와 환경을 측정하여 기계실로 송신하는 단계; 로컬수집부가 상기 현장수집부에서 송신된 각 임피던스본드의 정보를 수신하여 처리하고 관리하는 단계; 서버가 상기 로컬수집부의 정보를 관리자 및 관제실로 송신하고 관리하는 단계;를 포함하여 구성되어, 좌우 레일에 흐르는 전류의 값을 지속적으로 모니터링하여 궤도회로의 특성을 분석하고, 불량시 이를 보수함으로서 구간 밖으로 유출되고 전차전류에 의한 임피던스본드의 임피던스를 저하시키거나 레일 사이에 노이즈를 발생시키는 불평형을 예방할 수 있다.

Description

궤도회로 불평형 모니터링 방법{MONITORING METHOD FOR UNBALANCES OF TRACK CIRCUIT}

본 발명은 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 현장수집부가 복수개의 임피던스 본드 함체 내에 각각 내장되어 레일 양단에 흐르는 전차선 귀환전류와 환경을 측정하여 기계실로 송신하는 단계; 로컬수집부가 상기 현장수집부에서 송신된 각 임피던스본드의 정보를 수신하여 처리하고 관리하는 단계; 서버가 상기 로컬수집부의 정보를 관리자 및 관제실로 송신하고 관리하는 단계;를 포함하여 구성되는 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법에 관한 것이다.

최근 전 세계적으로 지구의 온난화 문제, 환경문제 등에 직면하면서 지속가능한 교통수단으로 철도는 재조명 되고 있다. 하지만 철도의 경우 대량수송에 적합한 교통수단으로 가장 효율적인 교통수단임과 동시에 사고발생시 막대한 인명 및 재산 피해로 직결 될 수 있다. 따라서 안전사고에 대한 예방이 무엇보다 중요하다. 철도의 신호보안장치는 선로 주변의 위험요소들을 사전 점검하여 이를 제거함으로써 열차의 안전운행을 확보하는 것을 최우선 목표로 업무를 수행하는 분야이다. 열차의 안전운행을 위해서는 앞에 가는 열차의 위치가 어디인지, 어느 정도의 속도인지, 또는 정지하고 있는지 등을 확인할 필요가 있는데, 이러한 정보들은 선로의 레이더라 할 수 있는 궤도회로를 통해 확인할 수 있다.

궤도회로는 레일을 전기회로의 일부로 사용하여 양쪽 레일에 약한 전류를 흐르게 하고 열차가 지나갈 경우 양쪽 레일을 흐르는 전류가 단락되는 것을 감지함으로써 열차의 운행정보를 알 수 있는 설비인데, 이를 통해 열차의 위치 등의 정보를 알 수 있으며, 이에 기초하여 신호기, 선로전환기, 폐색장치 등을 제어할 수 있다.

복궤조 궤도회로는 좌우 2개의 레일이 전기적으로 평형을 이루는 것이 필요하다. 도 1a에서 열차가 진행할 때 전차전류가 전차선에서 열차의 모터와 임피던스본드(ZB)를 통해 레일로 흘러 변전소로 흘러가게 되는데 이를 귀환전류라 부른다. 또한 열차가 진행하기 위해서는 레일에 신호전류가 흘러야 되는데 귀한전류에 비해서는 상대적으로 약한 전류가 흐른다. 철도의 귀환전류는 신호, 전력, 전차선, 궤도시스템과 연관되며, 선로변 직원의 안전과 전철화에 따른 철도관련 전기 시스템의 보호를 위해 취급되어야할 가장 중요한 요소 중의 하나이다. 특히 열차운행의 안전을 책임지는 열차제어시스템이 귀환전류의 영향에 의해 오동작을 일으키는 경우, 심각한 사고 및 열차운행의 중단 등과 같은 중대한 문제를 발생시킬 수 있다. 특히 열차운행의 안전을 책임지는 열차제어시스템이 귀환전류의 영향에 의해 오동작을 일으키는 경우, 심각한 사고 및 열차운행의 중단 등과 같은 중대한 문제를 발생시킬 수 있다. 더군다나 최근의 열차제어시스템은 ICT(Information and Communication Technology)를 적용한 무선통신에 의한 가상폐색 및 이동폐색시스템을 실현하는 열차제어시스템으로 전환되어가는 추세이기 때문에 귀환전류의 불평형 및 과전류상태에 의한 시스템 유도장해, 시스템 고장 등이 보다 심각하게 다루어지고 있는 실정이다.

임피던스본드(ZB)는 레일의 좌우로 흐르는 귀환전류에 의해 자화되지 않고 귀환전류를 통과시키기 위한 1차코일의 중성점에서 인출되어 설치된다. 임피던스본드에 사용되는 철심은 자속밀도가 커지면 자기적으로 포화되는 성질이 있어 임피던스본드(ZB) 자체의 임피던스가 저하되어 정상적인 변압기로서의 역할을 하지 못하게 된다. 불평형 전류가 정격전류의 20%를 초과하면 임피던스본드(ZB) 내부 저항은 1/2정도로 저하되며 궤도계전기의 강상전압이 낮아지게 된다. 또한 불평형이 발생하면 전차전류에 포함된 교류성분이 임피던스본드의 변압기 작용에 의해 2차측으로 유기되어 발생하는 노이즈가 신호제어설비에 나쁜 영향을 미치게 된다. 예를 들어 1b는 여자임피던스가 직류인 불평형 전류에 의해 감소하는 것을 나타내는 특성의 일예로서, 불평형 전류가 정격전류의 20%를 넘으면 여자임피던스는 정격치 0.5Ω의 반 정도로 저하한다. 특히 단락불량 대책인 공진 콘덴서를 사용하고 있는 궤도회로에서는 여자임피던스의 변동에 따른 영향이 매우 크므로 각별한 주의를 요하고 있다. 또한, 전차전류에는 교류성분이 포함되어 있어 궤도회로에 불평형이 있으면 그 교류성분이 임피던스본드의 트랜스 작용에 의해 2차측으로 옮겨져 노이즈가 발생하며 궤도회로에 나쁜 영향을 미친다. 이와 같은 이유로 직류전동차의 노치(Notch)가 온(On)된 순간에 궤도계전기의 동작에 문제가 되는 경우가 발생한다. 입력부에 여과기가 있는 분배주궤도회로는 특히 영향이 강하기 때문에 시소계전기를 사용해서 혼란을 방지하기도 한다.

한편, 신호보안장치의 생명인 열차의 안전에 중대한 영향을 미치는 궤도회로의 불평형의 상태를 지속적으로 모니터링하고 관리가 이루어져야 하나 일정 점검 주기에 따라 측정을 하거나 그렇지 못한 경우가 대부분이다.

불평형 정도를 정량적으로 표현하고자 하는 경우에는 다음 식(2)에서 정의되는 불평형율을 사용한다.

여기서 UB : 불평형율[%],

평형한 궤도회로에서는 도 1a와 같이 신호전류는 좌우 역방향으로 동일한 크기로 흐르며, 전동차 전류는 좌우 같은 방향으로 동일한 크기로 흐른다. 그런데 불평형한 궤도회로에서는 좌우 레일에 흐르는 전류의 값이 다르기 때문에 신호전류는 구간 밖으로 유출되고 전차전류는 임피던스본드의 임피던스를 저하시키거나 레일 사이에 노이즈를 발생시키며 임피던스본드 자체에 불평형도 포함된다.

레일의 절손이나 송착점퍼선이 탈락하면 수신레벨은 저하하나 궤도계전기가 반드시 낙하한다고는 할 수 없다. 그 이유는 도 1c에 나타나듯이 전류가 다른 계전기나 대지를 우회하기 때문이다. 이를 고려해서 상·하선간의 크로스본드의 간격은 두 개의 궤도회로 이상 떨어지지만 저주파의 짧은 궤도회로에서는 우회회로의 임피던스가 부족하여 낙하전압 이하가 되지 않는 일이 있다. 그러나 그와 같은 경우라도 열차가 진입하면 도 1c에 나타나듯이 열차와 건전(健全)측단 사이는 평형상태가 되고 궤도계전기는 낙하한다. 만약 2개소에서 절손하면 열차의 점유를 검지할 수 없는 부분이 생긴다. 또한 전차전류는 임피던스본드의 1차 측 편측 코일에만 흐르기 때문에 임피던스가 포화하고 커다란 노이즈가 2차 측에 발생한다. 특히, 임펄스궤도회로장치 등 궤도회로에서 흐르는 전차선 전류를 부급전선으로 흡상시키는 흡상선의 설치 간격이 짧았을 때 레일이 절손되는 경우 신호기계실로 들어가는 신호전류의 크기는 변화가 없어 레일절손을 검지하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.

레일을 조이고 있는 볼트는 절연되어 있지만 절연이 파괴되어 교량의 철빔 등에 전류가 흐르면 레일이 지락(대지로 단락)하는 불평형상태가 되어 레일절손의 경우와 거의 같은 결과가 된다. 크로스본드가 레일의 바닥과 접촉하여 불평형이 된 경우도 있다.

임피던스 본드를 사용하는 레일의 절손 검지 장치가 하기의 <특허문헌 1> 등록특허공보 10-0961899와, <특허문헌 2> 등록특허공보 10-1360951에 개시되어 있다.

<특허문헌 1>과 <특허문헌 2>에 개시된 종래기술은 열차가 이동하는 제1 및 제2레일의 중간에 가공지선으로 전차선전류를 회귀시키기 위한 귀환으로 흐르는 각각의 전류값을 측정하기 위한 제1 및 제2전류감지수단과, 상기 제1 및 제2전류감지수단을 통해 측정된 전류값의 차이를 이용하여 귀환전류 불평형 전류 허용 기준값과 비교하여 귀환전류 불평형 전류 허용 기준값을 초과하는 경우 레일 절손으로 판정하는 레일절손검지수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레일의 절손 검지 장치을 제공한다.

또한, <특허문헌 3>과 <특허문헌 4>에는 주파수를 이용하여 레일의 파단위치를 판단하는 기술이 기재되어 있다.

그러나 종래의 기술에서는 레일의 절손을 판단하는 회로와 판단된 정보를 외부로 전송하는 회로에 임피던스 본드 외부에서 전원을 별도로 공급하고 회선을 별도로 필요로 하는 문제점이 있다.

또한, 임피던스본드는 전기적으로 양 레일에 분평형이 지속적으로 진행되면 앞에서 설명한 바와 같이 임피던스본드의 철심이 포화도에 노이즈가 발생하고, 궤도계전기가 불평형으로 인해 강상전압이 낮아지게 되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 10-0961899 대한민국 등록특허공보 10-1360951 대한민국 등록특허공보 10-1001712 대한민국 등록특허공보 10-0975344

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 좌우 레일에 흐르는 전류의 값을 지속적으로 모니터링하여 궤도회로의 특성을 분석하고, 불량시 이를 보수함으로서 구간 밖으로 유출되고 전차전류에 의한 임피던스본드의 임피던스를 저하시키거나 레일 사이에 노이즈를 발생시키는 불평형을 예방할 수 있어 궤도회로의 신뢰도를 향상시키는데 있다.

또한, 궤도회로 불평형에 의해 발생되는 임피던스본드에 사용되고 있는 철심은 자속밀도가 지나치게 커지는 것을 방지하여 자기적으로 포화하는 것을 방지하고 임피던스본드 자체의 임피던스가 저하되는 것을 방지하여 정상적인 변압기로서의 기능을 발휘하도록 한 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법을 제공하는 것이다.

또한, 전차전류에 교류성분이 포함되어 있어 궤도회로에 불평형이 있으면 그 교류성분이 임피던스본드의 트랜스 작용에 의해 2차측으로 옮겨져 노이즈가 발생하는 것을 방지하여 궤도회로가 양호한 동작을 도모하도록 한 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법을 제공하는 것이다.

또한, 궤도회로의 상태를 지속적으로 관리하여 선로에 맞는 점검과 보수 주기를 산정함으로써 과학적인 유지보수를 도모하도록 한 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법을 제공하는 것이다.

또한, 임피던스본드의 중성점으로 흐르는 전차선 귀환전류를 변류기로 변류하여 레일절손 검지회로와 송수신 회로에 사용함으로써 외부에서 별도의 전원을 공급할 필요가 없는 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 레일절손시 이를 즉시 감지하여 궤도계전기를 낙하시킴으로써 열차안전운행을 도모하도록 한 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 관리자가 궤도회로의 입력전압 이상 유무나 출력전압의 이상 유무를 용이하게 확인할 수 있도록 한 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 현장수집부가 복수개의 임피던스 본드 함체 내에 각각 내장되어 레일 양단에 흐르는 전차선 귀환전류와 환경을 측정하여 기계실로 송신하는 단계; 로컬수집부가 상기 현장수집부에서 송신된 각 임피던스본드의 정보를 수신하여 처리하고 관리하는 단계; 서버가 상기 로컬수집부의 정보를 관리자 및 관제실로 송신하고 관리하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 현장수집부는 단말유닛을 통해 임피던스본드 1차측 양단에 설치되어 제1레일과 제2레일의 각각에 흐르는 전차선 귀환전류값을 측정하는 제1센서와 제2센서, 온도센서, 습도센서, 진동센서, 중성선전류검지센서 중 하나 이상의 센서가 장착되고, 상기 센서를 이용하여 임피던스본드 내부의 상태를 감지하는 단계; 상기 현장수집부는 현장정보처리부를 통해 상기 단말유닛에 의해 검지한 검지정보를 수집하고 수집된 검지정보를 처리하는 단계; 상기 현장수집부는 송신부를 통해 상기 현장정보처리부에서 처리된 정보를 로컬수집부로 전송하는 단계; 상기 현장수집부는 현장전원부를 통해 상기 단말유닛, 현장정보처리부, 송신부에 안정된 전원을 공급하는 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 중성선전류검지센서는 상기 임피던스본드 1차측 중성점 단자와 연결된 중성선에 설치되어 중성선에 흐르는 전차선의 귀환전류값을 측정하고, 상기 온도센서, 습도센서, 진동센서는 임피던스본드 내부의 상태를 측정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 현장정보처리부는 불평형연산부를 통해 제1센서와 제2센서에 의해 측정된 각 전류값으로 레일로 흐르는 귀환전류값과 궤도회로의 불평형을 계산하는 단계; 상기 현장정보처리부는 고조파분석부를 통해 상기 중성선전류검지센서에 측정된 중성선에 흐르는 전차선의 귀환전류에서 고조파를 분석하는 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 중성선전류검지센서는 고조파센서부를 통해 상기 임피던스본드의 중성점(CT)에 접속된 중성선의 고조파와 전류값을 센싱하는 단계; 상기 중성선전류검지센서는 변류부를 통해 상기 임피던스본드의 중성선에 흐르는 전차선 귀환전류에 의해 유도된 AC전류를 현장전원부에 전원을 공급하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 현장전원부는 상기 변류부의 전원과 외부의 전원을 입력받는 외부전원입력포트와 전원생성부로 구성되되, 상기 전원생성부는, 상기 전원입력포트에서 연결되는 1계전원생성부와 2계전원생성부로 나뉘며, 상기 한쌍의 1계전원생성부와 2계전원생성부에 설치되는 한쌍의 출력변압기와 상기 한쌍의 1계전원생성부와 2계전원생성부의 바이패스 라인에 설치되는 바이패스용 무순단이중화절체스위치부와 상기 바이패스용 무순단이중화절체스위치부의 후단인 바이패스 라인 출력 측에 추가되는 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부를 포함하고, 상기 1계전원생성부와 2계전원생성부의 출력변압기 2차측은 직렬로 연결되어, 상기 1계 및 2계전원생성부의 인버터부 출력전압에 비대칭적 편차가 발생했을 때 단순 전압강하만 일어나도록 하여 전력 생성부 결함발생원인과 고장전류의 부하계통 파급 및 정전사고원인을 차단하고, 상기 1계전원생성부에 FAIL이 발생함과 동시에 무정전으로 상기 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부에 동작전압이 투입되고 정상인 상기 2계전원생성부의 출력전원이 병렬연계용 무순단이중화절체스위치부를 거쳐 FAIL 상태인 상기 1계전원생성부의 출력변압기를 여자 시켜 정상적인 출력전압이 연속하여 공급되도록 하며, 상기 1계전원생성부와 2계전원생성부의 출력변압기 출력 측 전압의 범위 또는 인버터부 출력전압위상이 일정치 이상으로 차이가 발생하더라도 단순 전압변동현상만이 발생하는 것을 특징으로 한다.

상기 외부전원은 압전소자, 태양광, AC상용전원, DC 전원 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 현장전원부는 회로 고장시 전원을 공급할 수 있도록 배터리를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 로컬수집부는 로컬수신부를 통해 상기 현장수집부의 송신부로부터 정보를 수신받는 단계; 상기 로컬수집부는 로컬정보제어부를 통해 로컬정보저장부의 정보를 분석, 처리하고 저장하는 단계; 상기 로컬수집부는 로컬정보저장부를 통해 상기 로컬정보제어부에서 처리된 복수의 임피던스본드의 상태 정보를 저장하는 단계; 상기 로컬수집부는 로컬출력부를 통해 상기 로컬정보제어부의 값을 출력하는 단계; 상기 로컬수집부는 로컬송신부를 통해 상기 로컬정보제어부의 처리된 정보를 서버로 통신하는 단계; 상기 로컬수집부는 로컬전원공급부를 통해 상기 로컬수신부, 로컬정보저장부, 로컬출력부, 로컬송신부에 전원을 공급하는 단계:를 더 포함하여 구성된다.

상기 로컬수집부는 선로변의 기구함, 또는 신호기계실에 위치하고, 로컬출력부를 통해 보수자의 PDA 또는 모니터에 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기 서버는 서버수신부를 통해 상기 복수의 로컬수집부로부터 수집된 정보를 수신하는 단계; 상기 서버는 중앙제어부를 통해 상기 서버수신부의 정보를 가공하여 처리하고 저장하는 단계; 상기 서버는 데이터베이스를 통해 상기 중앙제어부의 처리된 정보를 저장하는 단계; 상기 서버는 궤도회로모양DB부를 통해 현장 궤도회로 선로모양을 저장하는 단계; 상기 서버는 표시부를 통해 상기 궤도회로모양DB부에 궤도회로 각각의 불평형을 표시하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 서버는 경보수단을 통해 상기 중앙제어부가 레일의 절손, 임피던스본드 침수, 침하 또는 비상상황 발생시 위험을 경보하는 단계;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 서버는 불평형률이 소정의 시간 이상 지속될 경우 상기 임피던스본드의 1차권선의 양단 중 제1측과 제2측에 접속된 단자를 상호 교환하는 정보를 출력하여 철심의 포화를 예방하는 것을 특징으로 한다.

*본 발명에 따르면, 좌우 레일에 흐르는 전류의 값을 지속적으로 모니터링하여 궤도회로의 특성을 분석하고, 불량시 이를 보수함으로서 구간 밖으로 유출되고 전차전류에 의한 임피던스본드의 임피던스를 저하시키거나 레일 사이에 노이즈를 발생시키는 불평형을 예방할 수 있는 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법을 제공하는 것이다.

또한, 궤도회로 불평형에 의해 발생되는 임피던스본드에 사용되고 있는 철심은 자속밀도가 지나치게 커지는 것을 방지하여 자기적으로 포화하는 것을 방지하고 임피던스본드 자체의 임피던스가 저하되는 것을 방지하여 정상적인 변압기로서의 기능을 발휘하도록 철도신호보안장치의 신뢰도와 안전도 향상시키는 효과가 있다.

또한, 전차전류에 교류성분이 포함되어 있어 궤도회로에 불평형이 있으면 그 교류성분이 임피던스본드의 트랜스 작용에 의해 2차측으로 옮겨져 노이즈가 발생하는 것을 방지하여 궤도회로가 양호한 동작을 도모하는 효과가 있다.

또한, 궤도회로의 상태를 지속적으로 관리하여 선로에 맞는 점검과 보수 주기를 산정함으로써 과학적인 유지보수를 도모하는 효과가 있다.

또한, 임피던스본드의 중성점으로 흐르는 전차선 귀환전류를 변류기로 변류하여 레일절손 검지회로와 송수신 회로에 사용함으로써 외부에서 별도의 전원을 공급할 필요가 없어 시설비의 절감과 보수의 생력화(省力化)를 도모하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 레일절손시 이를 즉시 감지하여 궤도계전기를 낙하시킴으로써 신호보안장치의 안전도 향상과 열차안전운행을 도모하는 효과가 있다.

또한, 임펄스 궤도회로 장치의 불평형을 평상시 감지하고 지속될 때 사전에 파악하여 궤도회로를 보수함으로서 불평형으로 인한 장애 발생을 예방과 예방보수를 도모하는 효과가 있다.

또한, 궤도회로의 불평형을 원격으로 검지할 수 있으며 만약 오동작의 원인이 레일본드, 부스바 등의 접속불량일 때 신속하게 예방보수 할 수 있는 장점이 있다.

궤도회로의 불평형상태를 실시간으로 저장 및 분석할 수 있으며, 전원생성부를 이중화하여 전원 공급에 안전성을 도모할 수 있는 장점이 있다.

도 1a는 임피던스본들 사용하는 궤도회로에서 전차선 귀환전류와 신호전류의 흐름의 흐름도
도 1b는 불평형 전류에 의한 여자임피던스 저하 설명도
도 1c는 레일 절손시 신호전류 흐름 설명도,
도 2는 본 발명의 전체 구성도
도 3은 본 발명의 현장수집부 구성도
도 4는 본 발명의 로컬수집부의 구성도
도 5는 본 발명의 서버의 구성도,
도 6은 본 발명의 현장전원부의 실시예
도 7은 본 발명의 센서 설치도
도 8은 본 발명의 중성선전류검지센서의 구조도
도 9는 본 발명의 서버가 로컬수집부의 정보를 송신하고 관리하는 플로우챠트
도 10은 본 발명의 임피던스본드 내부의 상태를 감지하는 플로우챠트
도 11은 본 발명의 레일로 흐르는 귀환전류값과 궤도회로의 불평형을 계산하는 플로우챠트
도 12는 본 발명의 로컬정보제어부에서 처리된 복수의 임피던스본드의 상태 정보를 처리하는 플로우챠트
도 13은 본 발명의 궤도회로 각각의 불평형을 표시하는 플로우챠트
도 14는 본 발명의 비상 상황 위험 표시 플로우챠트
도 15는 본 발명의 불평형률 지속시 처리하는 플로우챠트

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법의 전체 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 궤도회로 불평형 검출 및 예방 방법은 복수개의 임피던스본드 함체 내에 각각 내장되어 레일 양단에 흐르는 전차선 귀환전류와 환경을 측정하여 기계실로 송신하는 현장수집부(100); 상기 현장수집부(100)에서 송신된 각 임피던스본드의 정보를 수신하여 처리하고 관리하는 로컬수집부(200); 상기로컬수집부(200)의 정보를 관리자 및 관제실로 송신하고 관리하는 서버(300);를 포함한다.

도 2와 같이 현장수집부(100)는 AF궤도회로, 고압임펄스궤도회로 등의 송전과 착전에 설치되는 임피던스본드(미니본드 포함)의 함체 내에 내장되어 설치된다. 또한 상기 로컬수집부(200) 역구내의 계전기실나 역간의 폐색장치 기구함 내에 설치되어 상기 현장수집부(100)에서 송신된 각 임피던스본드의 정보를 수신하여 처리하고 관리한다. 상기 로컬수집부(200)는 역구내나 폐색에 별도의 기구함을 설치하고 상기 기구함 내에 내장되어 관리될 수 있다.

상기 서버(300)는 노선별, 사무소별, 또는 관할 구역의 지역별로 관리할 수 있는 곳에 설치되어 상기 로컬수집부(200)에서 수집된 정보를 수신하여 분석, 처리, 저장, 관리하며, 또한 상기 로컬수집부(200)로 정보를 송신할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 현장수집부(100)는 도 3 및 도 7과 같이 임피던스본드 1차측 양단(10a, 10b)에 설치되어 제1레일과 제2레일의 각각에 흐르는 전차선 귀환전류값을 측정하는 제1센서(111)와 제2센서(112), 습도센서(113), 온도센서(114), 진동센서(115), 중성선전류검지센서(116) 중 하나 이상의 센서가 장착되고, 상기 센서를 이용하여 임피던스본드 내부의 상태를 감지하는 단말유닛(110); 상기 단말유닛(110)에 의해 검지한 검지정보를 수집하고 수집된 검지정보를 처리하는 현장정보처리부(120); 상기 현장정보처리부(120)에서 처리된 정보를 로컬수집부(200)로 전송하는 송신부(130); 상기 단말유닛(110), 현장정보처리부(120), 송신부(130)에 안정된 전원을 공급하는 현장전원부(140);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 중성선전류검지센서(116)는 상기 임피던스본드 1차측 중성점 단자와 연결된 중성선(10c)에 설치되어 중성선(10c)에 흐르는 전차선의 귀환전류값을 측정하고, 상기 습도센서(113), 온도센서(114), 진동센서(115)는 임피던스본드 내부의 상태를 측정한다. 상기 습도센서(113), 온도센서(114) 및 진동센서(115)는 선로변의 열악한 환경에 놓여있는 임피던스본드의 내부 상태를 상시 감지하여 그 정보를 로컬수집부(200) 또는 서버를 통해 관리자 또는 보수자에게 통보하여 줌으로써 임피던스드를 과학적이고 체계적으로 유지보수할 수 있도록 해준다.

상기 현장정보처리부(120)는 제1센서(111)와 제2센서(112)에 의해 측정된 각 전류값으로 레일로 흐르는 귀환전류값과 궤도회로의 불평형을 계산하는 불평형연산부(121); 상기 중성선전류검지센서(116)에 측정된 중성선에 흐르는 전차선의 귀환전류에서 고조파를 분석하는 고조파분석부(122)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 구성은 측정된 전차선의 귀환전류의 데이터에 포함된 고조파 분석을 통하여 철도차량의 종별에 따른 고조파들의 파형 패턴과 특성을 분석하여 궤도회로장치에 미치는 영향을 예측하여 고장을 효과적으로 진단할 수 있다. 또한 전차선에 전기를 공급하는 변전소의 변압기의 고장을 진단할 수 있으며, 또한 고장 여부 및 진행결과의 실시간 모니터링 통한 불시 고장을 사전에 차단 및 예방할 수 있어 안정적인 전력공급이 가능하도록 할 수 있다.

상기 중성선전류검지센서(116)는 도 8과 같이 상기 임피던스본드의 중성점(CT)에 접속된 중성선(10c)의 고조파와 전류값을 센싱하는 고조파센서부(116a);와, 상기 임피던스본드 중성선(10c)에 흐르는 전차선 귀환전류에 의해 유도된 AC전류를 현장전원부에 전원을 공급하는 변류부(116b);로 구성된다.

본원 발명은 임피던스본드 중성점에 흐르는 전차선 귀환전류를 변류기를 통해 정류하여 자체적으로 생산하여 현장수집부(100)의 전원으로 사용하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성은 현장수집부(100)를 구동하기 위해 외부에서 별도의 전원을 공급하지 않아도 되므로 간단히 설치할 수 있고 설치와 운용을 위한 비용을 대폭 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기와 같이 고조파센서부(116a)와 변류부(116b)를 구분하는 것은 변류부(116b)에 정류를 위한 RLC회로가 접속되는 경우 필터역할을 하여 고조파 성분이 걸러지게 되어 정확한 센싱값을 얻을 수 없기 때문에 고조파센서부(116a)와 변류부(116b)는 분리하여 사용하는 것이 좋다. 한편, 상기 고조파센서부(116a)와 변류부(116b)는 도 8과 같이 각각 분리하여 권선을 하거나, 하나의 보빈에 2개로 분리하 여 구성하여 사용할 수 있다.

한편 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 현장수집부(100)의 상기 현장정보처리부(120) 및 단말유닛(110) 등에 전력을 공급하기 위한 현장전원부(140)는 전원생성부(146)의 입력전압의 크기에서 발생하는 고장사고 및 부속품의 소손으로 인한 전원공급 불량원인이 발생할 수 있다. 또한 기존의 부하분담형 병렬방식은 1계가 고장 시 나머지 2계가 전체 부하를 담당하게 되므로 순간적으로 부하율이 50%에서 100%로 증가함에 따라 기동전류와 유사한 대전류가 요구되어 순간적으로 인버터부의 출력전압이 설정치 이하로 떨어지는 현상이 발생 할 수 있다.

이를 해결하기 위해 본 발명은 한 쌍의 1계전원생성부(146A)와 2계전원생성부(146B)와 상기 한쌍의 1계전원생성부(146A)와 2계전원생성부(146B)에 설치되는 한쌍의 출력변압기(146d, 146d')와 상기 한쌍의 1계전원생성부(146A)와 2계전원생성부(146B)의 바이패스 라인에 설치되는 바이패스용 무순단이중화절체스위치부(146e, 146e', 146f, 146f')와, 상기 바이패스용 무순단이중화절체스위치부(146e, 146e') 후단인 바이패스 라인 출력 측에 추가되는 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부(146c, 146c')를 포함한다.

본 발명의 바이패스 라인 출력 측에 추가되는 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부(146c, 146c')를 포함하되, 상기 1계전원생성부(146A)와 2계전원생성부(146B)의 출력변압기 2차측은 직렬로 연결된다.

이 외에도 외부 전력을 공급하는 태양전지(142c,142c')와 서로 동기화 시키는 바이패스용 무순단이중화절체스위치부(146f, 146f')는 static switch로 구성되고 왼측편에 필터(146g, 146g')가 더 연결될 수 있다.

따라서 상기 1계 및 2계전원생성부(146A, 146B)의 정류부(146a, 146a')와 인버터부(146b, 146b') 출력전압에 비대칭적 편차가 발생했을 때 단순 전압강하만 일어나도록 하여 전원생성부 결함발생원인과 고장전류의 부하계통 파급 및 정전사고원인을 차단한다.

정상적으로 부하분담 병렬운전 중에 고장이 발생하여 나머지 2계가 부하를 전담하게 될 경우 순간적으로 부하전류가 상승하게 되어 인버터부 정격용량보다 큰 돌입전류가 발생 할 수 있다. 이러한 돌입전류는 순간적으로 인버터부의 출력전압을 감소시켜 부하계통에 순간정전이나 낮은 전압으로 인한 기기고장을 야기 할 수도 있다.

상기 외부전원은 압전소자, 태양광, AC상용전원, DC 전원 중의 어느 하나인 것을 입력받아 사용할 수도 있는데 이는 전원생성부가 외부의 다양한 전원을 편리하게 사용할 수 있도록 확장성을 고려한 것이다. 압전소자는 레일과 도상 사이에 설치하여 열차가 통과할 때 전력을 생산할 수 있으며, 태양광은 선로변이나 신호기구함 상면에 설치하여 전력을 생산할 수 있다. 또한, AC상용전원, DC 전원은 종래 선로변이나 역구내에 설치된 신호기구함 내에 공급되고 있으므로 이들 전원을 전원입력포트(142b, 142b', 142c, 142c')를 통해 입력받아 안정되게 사용할 수 있다.

상기 현장전원부(140)는 회로 고장시 전원을 공급할 수 있도록 배터리를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 현장수집부(100)의 전원공급원은 도 8과 같이 임피던스본드 중성선(10c)에 흐르는 전차선 귀환전류를 변류부(116b)에 의해 유도된 AC전류를 사용함으로써 임피던스본드 함체 내부에서 전원을 자체적으로 해결하는 하는 것을 특징으로 하고 있으므로, 전차선 사고나 정전시에는 현장전원부(140)가 전원을 공급하지 못해 현장수집부(100)가 동작하지 못할 경우도 있다. 따라서 본 발명에서는 현장전원부(140)에 정전에 대비하여 소정의 시간동안 전원을 공급할 수 있는 배터리(148)를 구비하도록 하였다.

본 발명에 따른 상기 로컬수집부(200)는 상기 현장수집부(100)의 송신부로부터 정보를 수신받는 로컬수신부(210); 로컬정보저장부(230)의 정보를 분석, 처리하고 저장하는 로컬정보제어부(220); 상기 로컬정보제어부(220)에서 처리된 복수의 임피던스본드의 상태 정보를 저장하는 로컬정보저장부(230); 상기 로컬정보제어부(230)의 값을 출력하는 로컬출력부(240); 상기 로컬정보제어부(220)의 처리된 정보를 서버(300)로 통신하는 로컬송신부(250); 상기 로컬수신부(210), 로컬정보저장부, 로컬출력부, 로컬송신부에 전원을 공급하는 로컬전원공급부(260):를 포함하여 구성된다.

로컬수집부(200)는 선로변의 기구함, 또는 신호기계실에 위치하고, 로컬출력부를 통해 보수자의 PDA 또는 모니터에 정보를 제공하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성은 현장에서 이상이 발생 시 즉시 보수자에게 통보하여 신속히 조치할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 서버(300)는 상기 복수의 로컬수집부(200)로부터 수집된 정보를 수신하는 서버수신부(310); 상기 서버수신부(310)의 정보를 가공하여 처리하고 저장하는 중앙제어부(320); 상기 중앙제어부(320)의 처리된 정보를 저장하는 데이터베이스(330); 현장 궤도회로 선로모양을 저장하고 있는 궤도회로모양DB부(340); 상기 궤도회로모양DB(340)부에 궤도회로 각각의 불평형을 표시하는 표시부(350);를 포함하여 구성된다.

상기 서버(300)는 상기 중앙제어부(320)가 레일의 절손, 임피던스본드 침수, 침하 또는 비상상황 발생시 위험을 경보하는 경보수단(350);을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 서버(300)는 불평형률이 소정의 시간 이상 지속될 경우 상기 임피던스본드의 1차권선의 양단 중 제1측과 제2측에 접속된 단자를 상호 교환하는 정보를 출력하여 철심의 포화를 예방하는 것을 특징으로 한다.

또한, 임피던스본드의 송신측 및 수신측 본드 중 어느 하나를 제1측과 제2측을 교체할 수 있는 절체부를 임피던스본드 함체내에 구성하여 서버의 판단에 의해 레일에 흐르는 불평형을 주기적으로 교체하여 줌으로써 철심의 포화를 방지할 수 있다.

현장수집부(100)는 위성으로부터 표준시간을 수신하여 실시간으로 시간을 보정하는 자동 시간보정장치를 포함할 수 있다. 상기와 같은 구성은 각 현장수집부(100)에 정확한 시간을 제공하여 특정시간대에 나타나는 고조파를 발생시키는 원인이 되는 기관차나 전동차 등을 추적하여 분석하는데 크게 기여할 수 있다.

이하 도 9 내지 도 15를 참고하여, 본 발명의 실시를 위한 방법에 대하여 자세히 설명한다.

도 9에 도시된 바와 같이 본 발명은 현장수집부가 복수개의 임피던스 본드 함체 내에 각각 내장되어 레일 양단에 흐르는 전차선 귀환전류와 환경을 측정하여 기계실로 송신하는 단계(S101), 로컬수집부가 상기 현장수집부에서 송신된 각 임피던스본드의 정보를 수신하여 처리하고 관리하는 단계(S102), 서버가 상기 로컬수집부의 정보를 관리자 및 관제실로 송신하고 관리하는 단계(S103)를 포함하여 구성된다.

도 10에 도시된 바와 같이 현장수집부는 단말유닛을 통해 임피던스본드 1차측 양단에 설치되어 제1레일과 제2레일의 각각에 흐르는 전차선 귀환전류값을 측정하는 제1센서와 제2센서, 온도센서, 습도센서, 진동센서, 중성선전류검지센서 중 하나 이상의 센서가 장착되고, 상기 센서를 이용하여 임피던스본드 내부의 상태를 감지하는 단계(S201), 상기 현장수집부는 현장정보처리부를 통해 상기 단말유닛에 의해 검지한 검지정보를 수집하고 수집된 검지정보를 처리하는 단계(S202), 상기 현장수집부는 송신부를 통해 상기 현장정보처리부에서 처리된 정보를 로컬수집부로 전송하는 단계(S203), 상기 현장수집부는 현장전원부를 통해 상기 단말유닛, 현장정보처리부, 송신부에 안정된 전원을 공급하는 단계(S204)를 더 포함하여 구성된다.

상기 중성선전류검지센서는 상기 임피던스본드 1차측 중성점 단자와 연결된 중성선에 설치되어 중성선에 흐르는 전차선의 귀환전류값을 측정하고, 상기 온도센서, 습도센서, 진동센서는 임피던스본드 내부의 상태를 측정하는 단계;를 더 포함한다.

도 11에 도시된 바와 같이 현장정보처리부는 불평형연산부를 통해 제1센서와 제2센서에 의해 측정된 각 전류값으로 레일로 흐르는 귀환전류값과 궤도회로의 불평형을 계산하는 단계(S301), 상기 현장정보처리부는 고조파분석부를 통해 상기 중성선전류검지센서에 측정된 중성선에 흐르는 전차선의 귀환전류에서 고조파를 분석하는 단계(S302)를 더 포함하여 구성된다.

상기 중성선전류검지센서는 고조파센서부를 통해 상기 임피던스본드의 중성점(CT)에 접속된 중성선의 고조파와 전류값을 센싱하는 단계; 상기 중성선전류검지센서는 변류부를 통해 상기 임피던스본드의 중성선에 흐르는 전차선 귀환전류에 의해 유도된 AC전류를 현장전원부에 전원을 공급하는 단계;로 구성된다.

상기 현장전원부는 상기 변류부의 전원과 외부의 전원을 입력받는 외부전원입력포트와 전원생성부로 구성되되, 상기 전원생성부는, 상기 전원입력포트에서 연결되는 1계전원생성부와 2계전원생성부로 나뉘며, 상기 한쌍의 1계전원생성부와 2계전원생성부에 설치되는 한쌍의 출력변압기와 상기 한쌍의 1계전원생성부와 2계전원생성부의 바이패스 라인에 설치되는 바이패스용 무순단이중화절체스위치부와 상기 바이패스용 무순단이중화절체스위치부의 후단인 바이패스 라인 출력 측에 추가되는 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부를 포함하고, 상기 1계전원생성부와 2계전원생성부의 출력변압기 2차측은 직렬로 연결되어, 상기 1계 및 2계전원생성부의 인버터부 출력전압에 비대칭적 편차가 발생했을 때 단순 전압강하만 일어나도록 하여 전력 생성부 결함발생원인과 고장전류의 부하계통 파급 및 정전사고원인을 차단하고, 상기 1계전원생성부에 FAIL이 발생함과 동시에 무정전으로 상기 병렬 연계용 무순단이중화절체스위치부에 동작전압이 투입되고 정상인 상기 2계전원생성부의 출력전원이 병렬연계용 무순단이중화절체스위치부를 거쳐 FAIL 상태인 상기 1계전원생성부의 출력변압기를 여자 시켜 정상적인 출력전압이 연속하여 공급되도록 하며, 상기 1계전원생성부와 2계전원생성부의 출력변압기 출력 측 전압의 범위 또는 인버터부 출력전압위상이 일정치 이상으로 차이가 발생하더라도 단순 전압변동현상만이 발생한다.

상기 외부전원은 압전소자, 태양광, AC상용전원, DC 전원 중의 어느 하나이다.

상기 현장전원부는 회로 고장시 전원을 공급할 수 있도록 배터리를 더 구비한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 로컬수집부는 로컬수신부를 통해 상기 현장수집부의 송신부로부터 정보를 수신받는 단계(S401), 상기 로컬수집부는 로컬정보제어부를 통해 로컬정보저장부의 정보를 분석, 처리하고 저장하는 단계(S402), 상기 로컬수집부는 로컬정보저장부를 통해 상기 로컬정보제어부에서 처리된 복수의 임피던스본드의 상태 정보를 저장하는 단계(S403), 상기 로컬수집부는 로컬출력부를 통해 상기 로컬정보제어부의 값을 출력하는 단계(S404), 상기 로컬수집부는 로컬송신부를 통해 상기 로컬정보제어부의 처리된 정보를 서버로 통신하는 단계(S405), 상기 로컬수집부는 로컬전원공급부를 통해 상기 로컬수신부, 로컬정보저장부, 로컬출력부, 로컬송신부에 전원을 공급하는 단계(S406)를 더 포함하여 구성된다.

상기 로컬수집부는 선로변의 기구함, 또는 신호기계실에 위치하고, 로컬출력부를 통해 보수자의 PDA 또는 모니터에 정보를 제공한다.

도 13에 도시된 바와 같이 서버는 서버수신부를 통해 상기 복수의 로컬수집부로부터 수집된 정보를 수신하는 단계(S501), 상기 서버는 중앙제어부를 통해 상기 서버수신부의 정보를 가공하여 처리하고 저장하는 단계(S502), 상기 서버는 데이터베이스를 통해 상기 중앙제어부의 처리된 정보를 저장하는 단계(S503), 상기 서버는 궤도회로모양DB부를 통해 현장 궤도회로 선로모양을 저장하는 단계(S504), 상기 서버는 표시부를 통해 상기 궤도회로모양DB부에 궤도회로 각각의 불평형을 표시하는 단계(S505)를 포함하여 구성된다.

도 14에 도시된 바와 같이 서버는 경보수단을 통해 상기 중앙제어부가 레일의 절손, 임피던스본드 침수, 침하 또는 비상상황 발생시 위험을 경보하는 단계;을 더 포함하여 구성된다(S601, S602, S603).

도 15에 도시된 바와 같이 서버는 불평형률이 소정의 시간 이상 지속될 경우 상기 임피던스본드의 1차권선의 양단 중 제1측과 제2측에 접속된 단자를 상호 교환하는 정보를 출력하여 철심의 포화를 예방한다(S701, S702, S703).

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

10: 1차권선
10a: 입력a단자선
10b: 입력b단자선
10c: 중성선
10p: 중성점
20: 2차권선
20a: 출력a단자선
20b: 출력b단자선
100: 현장수집부
120: 현장정보처리부
110: 단말유닛
111: 제1센서
112: 제2센서
113: 습도센서
114: 온도센서
115: 진동센서
116: 중성선전류검지센서
116a: 고조파센서부
116b: 변류부
122: 고조파분석부
140: 현장전원부
146: 전원생성부
148: 배터리
200: 로컬수집부
210: 로컬수신부
220: 로컬정보제어부
230: 로컬정보저장부
240: 로컬출력부
250: 로컬송신부
300: 서버
310: 서버수신부
320: 중앙제어부
330: 데이터베이스
340: 궤도회로모양DB부
350: 표시부
350: 경보수단

Claims (4)

1. 현장수집부가 복수개의 임피던스 본드 함체 내에 각각 내장되어 레일 양단에 흐르는 전차선 귀환전류와 환경을 측정하여 기계실로 송신하는 단계;
   로컬수집부가 상기 현장수집부에서 송신된 각 임피던스본드의 정보를 수신하여 처리하고 관리하는 단계;
   서버가 상기 로컬수집부의 정보를 관리자 및 관제실로 송신하고 관리하는 단계;
   상기 현장수집부가 단말유닛을 통해 제1센서와 제2센서, 온도센서, 습도센서, 진동센서, 중성선전류검지센서 중 하나 이상의 센서를 이용하여 임피던스본드 내부의 상태를 감지하는 단계;
   상기 현장수집부가 현장정보처리부를 통해 상기 단말유닛에 의해 검지한 검지정보를 수집하고 수집된 검지정보를 처리하는 단계;
   상기 현장수집부가 송신부를 통해 상기 현장정보처리부에서 처리된 정보를 로컬수집부로 전송하는 단계;
   상기 현장수집부가 현장전원부를 통해 상기 단말유닛, 현장정보처리부, 송신부에 안정된 전원을 공급하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 궤도회로의 불평형 모니터링방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 로컬수집부가 로컬수신부를 통해 상기 현장수집부의 송신부로부터 정보를 수신받는 단계;
   상기 로컬수집부가 로컬정보제어부를 통해 로컬정보저장부의 정보를 분석, 처리하고 저장하는 단계;
   상기 로컬수집부가 로컬정보저장부를 통해 상기 로컬정보제어부에서 처리된 복수의 임피던스본드의 상태 정보를 저장하는 단계;
   상기 로컬수집부가 로컬출력부를 통해 상기 로컬정보제어부의 값을 출력하는 단계;
   상기 로컬수집부가 로컬송신부를 통해 상기 로컬정보제어부의 처리된 정보를 서버로 통신하는 단계;
   상기 로컬수집부가 로컬전원공급부를 통해 상기 로컬수신부, 로컬정보저장부, 로컬출력부, 로컬송신부에 전원을 공급하는 단계:를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 궤도회로의 불평형 모니터링방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 서버가 서버수신부를 통해 상기 복수의 로컬수집부로부터 수집된 정보를 수신하는 단계;
   상기 서버가 중앙제어부를 통해 상기 서버수신부의 정보를 가공하여 처리하고 저장하는 단계;
   상기 서버가 데이터베이스를 통해 상기 중앙제어부의 처리된 정보를 저장하는 단계;
   상기 서버가 궤도회로모양DB부를 통해 현장 궤도회로 선로모양을 저장하는 단계;
   상기 서버가 표시부를 통해 상기 궤도회로모양DB부에 궤도회로 각각의 불평형을 표시하는 단계;
   를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 궤도회로의 불평형 모니터링방법.

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