문서번호		차량품질관리센터-1391		과장		센터장		본부장
등록일자		2022.03.11.
								03/11
결재일자		2022.03.11.
공개여부		대시민공개
				협조	수서차량사업소 소장
방침번호		본부장-38
					지축차량사업소 소장
					차량정비처 처장
					차량운영처 처장
	『3호선 신조전동차 150칸』 기존(340칸) 전동차 구원운전 대책(안)
2022. 3.
차량본부(차량품질관리센터)

『3호선 신조전동차 150칸』

기존(340칸) 전동차 구원운전 대책(안)

3호선 기존전동차(구원차량) 구원운전시 엔코더(PWM) 출력 전압강하로, 신조전동차(고장차량) 제동제어 불량 현상에 따라 기존전동차(340칸) 엔코더 성능개량으로 본선 이례상황 대비 안정적 운용을 도모하고자 합니다.

【관련근거】

❍ 조달청 계약번호 제00183146100호(’18.10.23.)『2,3호선 전동차(196량) 구매』

❍ 차량계획처-21550(’18.7.26.)『2,3호선 전동차 제작사양서(VVVF 신조전동차 196량)』

❍ ㈜다원시스-EREE-EE172(’22.1.17.)『3호선 340칸 엔코더 PCB Ass‘y 변경 검토서』

Ⅰ		현 황

▢ 2,3호선 전동차 제작사양서

4.4.1 제동장치 일반

6) 제동장치는 기존 3호선 구간을 운행하는 전동차 및 기관차와의 상호 구원운전이 가능한 구조로 하여야 하며, 구원운전의 경우에도 상용, 비상제동 및 제동완해가 원활히 이루어질 수 있어야 한다.

▢ 기존전동차와 신조전동차(150칸/다원시스) 구원운전 결과

시험항목	신조차(구원차)		기존차(구원차)
	기존(12P)	기존(42P)	신조(42P)	기존(42P)
구원통화 기능	정 상	정 상	정 상	정 상
상용제동(B1~B7) BC압	정 상	정 상	불 량	정 상
비상제동 체결	정 상	정 상	정 상	정 상
보안제동 체결	정 상	정 상	정 상	정 상
구원열차 역행	정 상	정 상	정 상	정 상

340칸(구원차/현대로템)이 150칸(고장차/다원시스)을 구원연결 시 150칸(고장차/다원시스) 제동제어 불량

Ⅱ		문 제 점

▢ 신조차 150칸 제동제어기(ECU) 제동지령 전압 미검지

❍ ECU 제동지령 검지 조건: 엔코더 PWM 출력전압 15V 이상 감지

❍ 구원운전 차량(340칸/구원, 150칸/고장) 엔코더 PWM 출력전압

구 분			구원차(340칸)		(밀기)	고장차(150칸)
			0호차	9호차(운전실)		0호차	9호차
PWM 전압			14.6V	15.2V		15.0V	14.4V

❍ 엔코더 PWM 출력전압 15V 이하로 제동지령 검지조건 미충족

※ ECU 단품 특성에 따라 일부차호 제동지령전압 미감지

▢ 엔코더 PWM 출력전압 강하

❍ 340칸, 150칸 엔코더 부하 종류 및 전압강하

➢ 부하종류: VVVF, ECU 및 TCMS(3종) / 단, 340칸 TCMS 제외

※ 340칸은 ECU가 TCMS에 통신으로 엔코더 PWM 정보 수신(부하 미작용)

➢ 전압강하: 340칸, 150칸 구원운전 시 설계상 10.3V 전압강하 발생

구 분	합 계		부하전류(mA)		전압강하(V)		비고
	부하전류(mA)	전압강하(V)	150칸	340칸	150칸	340칸
합 계	455	10.3	265	190	7	3.3
VVVF	115	2.3	75	40	1.5	0.8	5개 기준
ECU	300	5.0	150	150	2.5	2.5	10개 기준
TCMS	40	3.0	40	-	3	-	2개 기준

❍ 편성단위 전압강하는 340칸(3.3V) 대비 150칸(7.0V)이 약 2.1배 높아 340칸으로 150칸 구원운전시 엔코더 PWM 출력전압 강하가 크게 발생

구원운전시 원활한 제동제어를 위해서 ECU 제동지령 인식을 위해 340칸 엔코더 출력전압 15V 이상 확보(전압강하 방지) 또는 150칸 부하장치 검지레벨 조정 필요

Ⅲ		검 토

▢ 검토방안(차량제작사 대책 검토)

구 분	대책방안	비 고
다원시스 (150칸 제작사)	① 340칸 엔코더 전압강하 방지 적용	-
현대로템 (340칸 제작사)	① 340칸 엔코더 전압강하 방지 적용 ② 150칸 엔코더 부하장치 검지 레벨 조정	※ 다원시스 대책방안에 의해 현대로템 검토 의뢰 및 방안 도출

【 현대로템 의견 】

340칸 엔코더 성능개선품(출력전압 상향)으로 교체 또는 150칸 엔코더 부하저항값(INV, ECU, TCMS) 조정으로 엔코더 출력전압강하 개선 필요

▢ 대책방안 검토: 1안 추진 적정

❍ 1안) 340칸(기존차/현대로템) 엔코더 전압강하 방지 적용 검토

➢ 적용방안: 340칸 엔코더 출력변압기 권선수 증가로 출력전압 증대

➢ 엔코더 사양비교

구  분

제작사

제작년도

부품공급사

출력전압

전압강하 방지

3호선 340칸

현대로템

2009년

브이씨텍

24±4V(20~28V)

미반영

2호선 214칸

2018년

24+4V(24~28V)

※ 약 26V 출력

반  영

3호선 150칸

다원시스

2021년

이건산전

반  영

【 브이씨텍 제작 엔코더 】

2009년 제작(전압강하 미반영)	2018년 제작(전압강하 반영)

➢ 214칸 엔코더 적용 시험결과: 구원시험 정상동작 확인

- 엔코더 성능개선품 구원운전시 출력전압 상승 확인

구 분	기존차(340칸)		신조차(150칸)		비고
	TC1(선두)	TC2(후부)	TC1(선두)	TC2(후부)
개량 후 전압상승	2V	1.25V	1.25V	1.25V	1.25상승
개량 전	17.25V	16V	15.75V	15V
개량 후	19.24V	17.25V	17V	16.25V

【 엔코더 전압강하 방지 적용 검토결과 】 ➠ 적용 가능 판단

➢ 부품공급사(브이씨텍)는 2호선 280칸․214칸, 3호선 340칸 부품제작사로 납품 및 운행 실적 등 신뢰성, 안전성이 확보된 상태이며,

➢ 엔코더 성능개선품은 2호선 214칸과 동일제품으로 즉시 적용 가능

❍ 2안) 신조전동차 엔코더 검지레벨 조정 방안 검토

➢ ECU 및 TCMS 엔코더 PWM 입력전압 레벨 조정 방안

구 분	ECU 포토커플러 회로 개선	TCMS 포토커플러 회로 개선	비고
개선방안	∘저항(R2) 사양 변경 - 당초 1.5㏀ → 1.0㏀으로 조정	∘저항(R80) 사양 변경 - 당초 1.0㏀ → 3.3㏀으로 조정
관련회로

※ VVVF에 따른 전압강하 상대적 미비로 검토대상에서 제외

➢ 입력전압 레벨 개선 시험결과: 정상운행시 장애 우려 또는 구원 불가

구 분	ECU 포토커플러 회로 개선	TCMS 포토커플러 회로 개선	비고
구원결과	구원운전 정상동작	150칸 제동제어 불량
문 제 점	∘정상운행시 포터커플러 권장 전류레벨(20mA) 초과로 장애 가능성 - 구원운전시 전류: 11.85mA - 정상운행시 전류: 21.40mA	-

【 엔코더 PWM 입력전압 레벨 조정 】 ➠ 적용 불가 판단

➢ ECU 개선: 개선 후 구원운전 결과 구원운전은 가능하나, 정상운행시 포터커플러 전류레벨 초과로 장애 가능성 존재

➢ TCMS 개선: 구원운전 시험결과 제동제어 불가

▢ 개조승인 관련 적용시 법적근거 검토(1안 추진시): 개조승인 미대상

❍ 관계법령: 철도안전법 시행규칙 제75조의4(철도차량의 경미한 개조)

❍ 주요내용: 제75조의4 ②조 7에 따라 개조승인 미대상

【 철도안전법 시행규칙 제75조의 4(철도차량의 경미한 개조) 】

② 제1항을 적용할 때 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 경우에는 철도차량의 개조로 보지 아니한다.

7. 기존 부품과 동등 수준 이상의 성능임을 제시하거나 입증할 수 있는 부품의 규격 수정

❍ 개조 미대상 사유: 기존부품 동등 수준 이상 적용

➢ 기존 엔코더 대비 출력변압기 권선수 증가로 출력전압 증대

▢ 검토 결과: 엔코더 전압강하 방지 적용 추진 적정

❍ 1안(엔코더 전압강하 방지 엔코더 적용) 추진시 기존차 구원운전 가능

❍ 2호선 214칸 적용 엔코더(24+4V) 동일 타입 적용으로 신뢰성 및 안정성 확보 가능

❍ 개조승인 관련 사항은 동일 수준 이상의 성능부품으로 개조 미대상

Ⅴ		추진계획

▢ 150칸 차량제작사(다원시스) 기존차(340칸) 엔코더 전량 교체 추진

❍ 성능개선 엔코더 예비품 10대 포함 총 78대 무상 제작납품(제작사)

❍ 형식시험 및 모니터링(1개월) 후 340칸 전편성 확대 시행(제작사)

➢ 성능시험: 절연저항, 내전압 및 전기적 기능 시험 등

➢ 모니터링: 2개 편성 적용 후 1개월간 모니터링 실시

➢ 전수확대: 모니터링 결과 이상 없을 경우 추진

❍ 세부 추진계획

구 분	’22.03월	’22.04월	’22.05월	’22.06월	비 고
엔코더 성능시험
엔코더 현차 시험(1개월)
확대교체(2개 편성/1일)
예비품 납품(조립품 10대)

▢ 성능검증 및 교체 관리(협조사항)

❍ 차량품질관리센터: 성능검증 및 성능개선품 교체 후 초도편성 관리

➢ 성능검증(형식 센터 / 전수 전문기관), 구내시운전, 본선시운전 입회 등

❍ 지축, 수서차량사업소: 확대교체 관리

➢ 교체작업 관리 및 차량지원, 구내시운전, 현차 시험 모니터링 등

➢ 기타: 기존 엔코더 혼용사용 금지, 기존제품 차량제작사 인계

❍ 제작사(다원시스), 브이씨텍: 성능검증 및 교체 작업

➢ 성능시험, 엔코더 교체, 모니터링, 이례상황 발생시 조치

➢ 기타: 기존 엔코더 교체 후 폐기 조치 실시

Ⅵ		결 론

▢ 3호선 신조차(150칸)와 기존차(340칸)의 안정적 구원운전에 대비하여

❍ 기존차(340칸)의 엔코더 PWM 출력전압 강하 현상을 예방하기 위해 성능이 향상된 엔코더로 전량 교체를 추진하고자 하며,

❍ 성능개선 엔코더 제작 및 교체는 제작사에서 무상으로 시행하되, 형식시험 및 모니터링을 통해 성능입증 시행 및 성능입증 결과에 따라 전수교체를 시행하는 등

▢ 신뢰성, 안정성 및 유지보수성이 확보된 성능개선 엔코더로 본선 이례상황 발생에 따른 구원운전 등 신조 및 기존 전동차의 안정적 운용을 도모하고자 합니다.

붙임  1. 3호선 기존(340칸)전동차 구원운전 대책(안) 요약보고 1부.

2. [다원시스] 3호선 150칸 엔코더 PWM 전압 강하 검토서 1부.
3. [현대로템] 3호선 340칸 구원운전 PWM 제어 동작불량 검토서 1부.

4. 관계법령(철도안전법 시행령) 1부.  끝.