부산대학교 도서관

제 목 : 도시철도 전력시스템의 급전설비 안정화에 관한 연구 본 硏究는 전동차 운행조건에 따른 도시철도 전력시스템의 급전 설비 안정화에 관한 硏究이다. 도시철도가 대도시의 대중교통수단으로 자리매김하면서, 이용 승객의 수요 가 급증하는 단계에 이르러 서울도시철도 1~4호선 변전소의 경우 ’93년도 부터 1차 개량을 완료하였다. 현재, 변전소 전력시스템의 2차 개량을 하면 서 변동된 신형 전동차의 운전 부하특성과 매우 짧은 전동차 운행 시격에 대응하고 있다. 한편, 이용 승객 편의시설의 증대로 인한 전력사용 부하 급 증 등을 고려하고 관련 규정과 법규 및 기준을 토대로 교체 또는 개량되는 설비가 도시철도 전력시스템의 60%에 해당하는 전동차의 운행 부하 특성 등을 이용, 직류 전력계통의 급전설비 안정화에 대하여 고찰하였다. 본 논문에서는 전력시스템의 특고압기기는 종사자의 취급 안전을 최우선 으로 절연 소호매체인 SF6가스가 1997년도 교토의정서에 의해 사용이 제 한되어 드라이에어를 절연가스로 충진, 친환경적으로 전기적 노출 부분을 밀폐하여 절연강도를 높인 배전반 도입이 필요한 배경과 기존에 운용 중인 정류기용 변압기 용량 4,480[kVA]의 2차 정격전류는 약 2,133[A]로, 필 요한 2,177[A]를 만족하지 못하는 것으로 나타나 정류기 2기를 이용한 병 렬급전 계통에서와 정류기 필요 용량의 85% 사용을 감안할 때 계통 운용 에는 문제가 없을 것으로 판단된다. 그러나 신형 전동차의 운전 부하 및 매 우 짧은 운행 시격에 대응이 가능한 정격 4,525[kVA] 이상의 변압기 정격 용량이 필요한 것으로 분석되었다. 서울지하철 4호선 변전소 중에 도심에 위치하고 개량 사업이 5년 이내 완료되었으며 급전계통 유지 상태에서 최신 전력 감시시스템으로 운영되고 있는 3개 변전소를 선택하여 ‘22년 5월부터 ’23년 4월까지 축적한 자료를 바탕으로 연구하였다. 전동차가 1년간 월별로 사용하는 전력은 하절기인 여름철에 냉방 전력으로 인해 사용량이 많은 반면, 봄철에 적게 소비되는 것을 확인하였다. 이용 승객을 비교하면 휴가철인 하절기에 수송 인원이 가 장 적으나 전력사용은 가장 크다는 것을 전력감시 시스템으로 분석하였다. 고속도차단기의 최대전류에 대한 월별 평균값과 급전거리를 비교하면 거 리와 전류값이 비례하는 경우가 있지만 반드시 전류값과 거리가 비례한다 고 볼 수 없는 것을 확인하였다. 이것은 급전거리에 비례하여 전류의 양이 많고 적은 것이 결정되는 것보다 급전구간 내에 운행하는 전동차의 운행 간격과 Feeder별로 역행 및 타행의 운전모드에 따라 달라지는 것으로 분 석되었다. 전동차의 장애 사례를 분석하면 ‘C’변전소의 경우 고속도 차단기의 전류 파형은 직류 순시 과전류 특성 곡선으로 3대의 전동차 운전 전류값이 설정 값 8,000[A]에서는 이상이 없었으나 설정값 이상의 전류가 흐를 때는 즉 시 차단되었다. ‘B’와 ‘A’변전소의 고장 파형은 직류 한시 과전류 특성곡선 으로 평상시 작은 전류에서 급격한 기울기를 동반한 전류값 한시 파형을 보여준다. 이것은 단시간에 많은 고장 전류의 여파로 과부하에 의한 운행 장애로 분석되었으며, 계통의 보호 요소값에 따라 정상운행과 이례 상황에 대해 적정하게 구분하여 운용되고 있는 것으로 분석되었다.