문서번호

차량운영처-6402

차장

팀장

처장

본부장

등록일자

2019.11.29.

11/29

결재일자

2019.11.29.

공개여부

대시민공개

협조

검수팀 팀장

방침번호

본부장-109

차량정비처 처장

차량계획처 처장

일상감사 NO 1212 / 2019.11.28. / 기술감사처 / 배종한 /

행복한 시민, 신뢰받는 기업, 글로벌 NO.1 서울교통공사

- 차량분야 RAMS 활동 추진결과를 반영한 -

1호선 전동차 제동제어장치(ECU) 고장예방 대책(안)

2019. 11.

｜차량본부

(차량운영처)

<사전검토 항목>

<해당 사항에 체크 ‘■’, 비고 : 필요시 검토내용 기재>

구분	사전 검토항목	검토 완료	해당 없음	비고
대내외관 계	▪대외기관(정부기관,서울시, 시의회)과 충분한 협의를 거쳤습니까?	□	■
	▪기타 이해당사자 간 갈등발생 가능성을 검토하였습니까?	□	■
	▪직⦁간접적으로 관련 있는 부서와 충분한 협의를 거쳤습니까?	■	□
타당성 검 토	▪추진 상 법령, 조례 등 법적 검토를 하였습니까?(사규 등 내부검토 항목)	□	■
	▪계약관계에서 ‘갑질’조항은 없습니까?	□	■
	▪투자심사 등 예산운영의 적정성을 검증하였습니까?	■	■
	▪시민 안전 위험요인과 안전대책을 검토하였습니까?	□	■
	▪일상감사의 범위를 확인하였습니까?	■	□
	▪사업조정(실무)위원회의 검토 사항입니까?	□	■
대시민홍 보 및 정 보 공 개	▪사업 홍보방안을 검토하였습니까? (보도자료, 설명회, 공청회 등)	□	■
	▪공개여부를 “비공개”로 설정시 법적근거는 명확합니까?	□	■

- 차량분야 RAMS 활동 추진결과를 반영한 -

1호선 전동차 제동제어장치(ECU) 고장예방 대책(안)

1호선 VVVF 전동차 제동제어장치(ECU)의 RAMS 분석결과, 부품의 특성 변화에 따른 고장 증가로 신뢰성 분석결과를 기반으로 제동관련 고장을 사전예방하여 전동차 안전운행에 만전을 기하고자 함.

❖ 관련근거

○ ’19.10.30.(수) 10월 RAMS 추진회의 사장님 보고

○ 도시철도연구원-4586호(’19.11.12) ‘2019년 10월 RAMS 추진회의 결과 보고’

○ 군자차-21080호(’18.6.29) ‘1호선 VVVF전동차 제동장치 제동제어유니트(ECU) 고장예방(안)’

Ⅰ		현 황

□ 전동차 보유 및 제동제어장치 현황

○ 전동차 보유현황

구 분	편 성	제작연도	사용연수	제작사
VVVF전동차	10개	’98~’02년	16~20년	크노루(독일)
저항형 전동차	6개	’89~’02년	20~29년	유진, 유한

○ 제동제어장치(ECU) 장착현황 –1호선 VVVF

구 분	편 성	제작연도	사용연수	장착수량
1차분 전동차	101~106	’98 ~ ’99년	20년	60대(10대/편성당)
2차분 전동차	107~110	’02	16년	40대(10대/편성당)

※ 제동제어장치(ECU: Electronic Control Unit) 기능설명

‣ 각 차량에 제동작용장치(BOU)와 활주방지장치(Dump Valve)를 제어하는 장치

Ⅱ		신뢰성 분석

- RAMS, RCM 측면

	주 요 설 명
○ 최근 10년간 제동제어장치 고장건수는 247건 - 대다수의 고장은 AE, VA카드 등 5종에서 발생 ○ ’10년(약10년 경과 시점) SS1 카드 절연강화 등 보완작업 시행 - 보완 이후 소폭 감소추세를 보이다가 ’19년 다시 증가추세임. ※ RAMS 고장분석을 통한 제동제어장치(ECU) 신뢰성 확보

□ 제동제어장치(ECU) 고장분석

□ ECU 분석 - FMECA

○ 제동력저하 유발에 가장많은 영향을 미치는 우선순위(치명도 3등급 동일)

※ 발생빈도 ① AE > ② SS1 > ③ VA PCB 순으로 발생됨.

□ 제동제어장치(ECU) 구성품 신뢰성분석 - 형상모수(β), MKBF 등

○ 형상모수는 대부분 1 이상으로 마모고장 형태로 증가추세

- SS1카드는 MKBF 약 13만km정도로 가장 낮고,

- GE카드는  MKBF 약 76만km 정도로 가장 안정적임.

□ 신뢰성기반유지보수(RCM) 분석

○ 제동제어장치(ECU) 유지보수

※ 제동제어장치(ECU) 유지보수는 중정비(3Y,6Y)시 PCB 상태점검 등 자기진단 시험

‣ 월상검사(3M): 외관, 접속상태 및 동작기능 점검.

○ 제동제어장치(ECU) 절연강화 작업

- SS1 카드에 대하여 ’10년 절연 페인트작업 시행

‣ 작업시행 연도 일시적 고장감소

○ 제동제어장치(ECU) PCB 내 Relay 사용수명 경과 (대상: SS1,EA,VA, EPA 4종)

형식	정격	기계적수명	전기적수명	돌입전류 (솔레이드 밸브)	비고
SDS S4-24V	8.4㎃/24V	100,000,000	2,000,000	정격전류의 10~20배

- 계전기 전기적 수명을 초과 사용하는 상태

년간 역사 통과 횟수	년간 역행․제동 동작횟수	년간 편성당 동작횟수	1차분(21년) (‘98년 도입)	2차분(17년) (‘02년 도입)	비고
1,405,250	5,621,000	358,796	7,534,716	6,099,532

※ 1호선 평일 운행다이아 기준 역사 수 고려, 계전기 동작횟수 산출

○ 제동제어장치(ECU) 고장 개선 현황

구분	절연강화	통신 고장 예방 (TGIS ↔ ECU간)	국산화
대상 부품	SS1카드	AE 카드	ECU 박스 Ass’y
기간	’10.7~10월	’16.4~10월	‘15.4.~’17.4월(24개월) 도시철도연구원-1650/’15.4.14.) 『제동제어장치(ECU) 국산화(R&D)개발
고장 원인	SS1카드내 전원 도체선 절연파괴	통신용 콘덴서 용량저하 (제동바 오현시)	-
개선 내용	절연 보강된 도체선 (엑포시 도장) 교체	통신 전원용 콘덴서 교체	- ECU 모듈 간소화(12장→8장) - ECU Rack 프런트 원터치 방식 적용, 작업 효율성 극대화
효과	SS1 고장 50% 감소	AE 고장 50% 감소	- 성능개발품으로 신뢰성 높음 - 최신기술 적용 및 국산화 - 구형과 호환 가능

○ SS1, AE PCB는 보완작업 이후 관련 PCB 일시적 고장 50% 감소

- 계전기 보완 미시행 카드 VA PCB 등 4종에 대하여 고장 지속증가

□ 분 석 결 과

○ SS1, EA 카드 등은 13만 ~20만Km MKBF가 비교적 낮음

- ECU 장치 SS1, AE PCB 등을 일부 보완하였으나, 고장은 지속발생

- 장기사용 및 PCB Relay 등 특성변화로 오작동 및 고장 원인소멸 증가 우려

- 본선 운행 제동불완해(NRBR) 고장 시 조치지연 및 고장확대(연기발생)

Ⅲ		검 토

- 제동제어장치(ECU)

문 제 점

○ 장기사용에 따른 성능저하(17~21년 사용)

- 국내외 사례 조사 결과 기관별 운영환경에 따라 12년~18년 정도 다르게 기대수명을 판단하고 있음.

○ 계전기 장기사용으로 인한 접촉불량 - 제어신호 오작동 등

- 장기간 빈번한 동작으로 접점열화로 인한 순간 접촉불량 발생

- 제어 PCB내 메모리소자, 열에 의한 특성 저하로 시스템 다운

- 계전기 전기적 수명을 초과 사용하는 상태

- 기지 입고 후 원인소멸로 명확한 고장원인 파악에 한계

○ 제동제어장치(ECU) 단종 - 독일 Knorr사

- 제동제어장치(ECU) 국산화 개발품 구매 필요

※ 생산중단(물품단종)에따른 국산화 개선품 개발 완료

○ 예비부품 부족: ECU Rack 및 제어 PCB

- 반복 오작동 원인규명 및 고장조치에 필요한 예비품 Ass’y 부족

- ECU 예비품 수량은 17set(장착량 대비 17%)

- ECU 노후화에 따른 향후 신품 예비품(26set) 추가 확보 필요

개 선 방 안

구분	전체 구매 교체 ( 1 안 )	구매 및 Overhaul 외주수선 ( 2 안 )
내용	․1호선 VVVF 전동차 제동제어장치 전체구매 교체 (기구매 14세트 제외)	․1호선 VVVF 전동차 중 ’98년도 도입분 26세트 구매 후 Overhaul 수선
장점	․최신기술적용 유지보수 용이 ․전동차 고장의 안정화	․교체비용(1안) 대비 예산절감 ․PCB Overhaul 수선으로 부품신뢰도 확보
단점	․교체비용 과다 소요	․PCB Overhaul 수선으로 지속적인 관리방안 필요
소요 예산	․86set*18.7백반원=1,608.2백반원	․구매 26set *18.7백만원=486.2백만원 ․Overhaul 수선=42.4백만원 (편성당 4.24백만원*10개 편성)
예산 절감	-	․1,608.2–528.6백만원 =1,079.6백만원(2안 적용 시)

※ 검토결과 제2안을 선택하여 적용하는 것이 타당하다고 사료됨.

기 대 효 과

○ 본선 운행 제동불완해(NRBR) 고장 시 조치지연 및 고장확대 사전예방

○ ECU Rack 프런트 원터치 방식적용 작업 효율성 극대화

○ PCB Overhaul 외주수선으로 성능향상을 통한 사용수명 증가 및 부품신뢰도 확보

○ 제동제어장치(ECU) Ass’y 교체비용 보다 1,079.6백만원 예산절감 기대

Ⅳ		추 진 계 획

⁃ 총 소요예산: 528.6백만원

□  제동제어장치(ECU) 국산화 개발품 구매

○ 대 상: 1호선 전동차 VVVF 전동차

○ 수 량: 26set

○ 기 간: 2020.1월~2020.12월

○ 소요예산: 486.2백만원(유동자산,재고자산,저장품)

○ 내 용

- 국산화 개선품은 PCB구성을 12장 ➠ 8장으로 간소화(호환가능)

- ECU Rack 프런트 원터치 방식적용

○ 관련사진

	➠
제동제어장치(Knorr사/외자) - 구형		제동제어장치(국산개발품) - 신형

□ Overhaul 외주수선을 통한  예비품 확보방안

○ 대 상: 1호선 VVVF전동차  취거품 및 기존품

○ 수 량: 10개 편성(100칸/100set)

○ 기 간: 2020.1월~2020.12월

○ 소요예산: 42.4백만원(영업비용,매출원가,수선유지비)

○ 내 용

- 기존 취거품은 Overhaul 외주수선 후 운용가능한 상태로 예비품관리

- 불량 PCB 폐기처리

□ 행 정 사 항(혐조사항)

○ 소요비용(수선유지비) 예산집행 협조 ---------------------- 차량정비처

○ 저장품 발주 및 구매 업무 ------------- 구매물류센터, 군자차량사업소

○ ECU 제어PCB Overhaul 수선발주시행 ------------- 군자차량사업소

○ 1호선 전동차 구성품 기대수명 검토 --------------------- 차량계획처

- ’20년 1개편성 정밀안전진단 및 구성품 신뢰성 시범평가 예정 (ECU포함)

Ⅴ		결 론

□ 1호선 VVVF 전동차 제동제어장치(ECU) 장기사용으로 부품의 특성변화, 제작사 단종 등  운영상 문제점으로 본선고장이 증가하는 추세로 해당장치 신뢰성 분석결과를 적용하여,

□ 단종된 제동제어장치(ECU)를 국산 개발품으로 26set 구매하고 예비품을 확보하여, 특성 변화된 부품신뢰도 확보를 위한 PCB Overhaul 외주수선 예산을 적기에 반영하여 제동관련 본선 고장예방으로 전동차 안전운행에 만전을 기하고자 합니다.

붙임  1. ’19.10월 RAMS 추진회의 사장님 보고(ECU 신뢰성분석) 1부.

2. 1호선 VVVF전동차 제동장치 제동제어유니트(ECU) 고장예방(안) 1부.

3. PCB Overhaul 단위사업설명서(수선유지비) 1부.

4. 견적서(ECU 제어 PCB Overhaul 수선) 1식.  끝.