[공학저널 김하늬 기자] 최근 산업계의 기술발전 트렌드는 크게 자동·무인화, 탄소중립 그리고 디지털 전환을 꼽을 수 있다. 철도 분야 역시 마찬가지로 최신 기술의 패러다임 변화에 발맞춰 혁신 기술 개발에 힘쓰고 있다.
대표적인 예로 국가철도공단은 자동·무인화를 통한 국가철도망의 열차자동운전 기술 도입을 위해 시제품 개발을 완료하고 현재 오송 철도종합시험선에서 현장시험을 진행하고 있다.
기존 철도의 경우 도시철도, 경전철은 이미 자동운전 기술을 적용해 무인으로 운행하고 있지만, 이는 외국기술을 도입·적용한 것으로 서로 다른 제작사 간에는 연계 운행이 불가해 국가철도망에 적용이 어렵다는 한계가 있었다.
이를 해결하기 위해 철도공단은 제작사에 관계없이 자동운전이 가능하도록 메시지 규칙을 표준화하고 현차시험을 거쳐 실용화를 구현한다는 계획이다.
이와 함께 철도통합무선망(LTE-R)을 이용한 무선제어로 열차간격을 기존 시스템 대비 26% 향상이 가능하도록 할 예정이다. 또한 현재 표정속도 향상을 위해 370㎞/h급 이상의 고속운행 핵심기술·기준도 함께 연구하고 있다.
전기철도 분야는 철도의 고속화 및 고밀도화에 따라 현재의 스코트변압기 중심의 수동적인 전력공급 방식의 한계를 극복하기 위해 전력변환기술을 적용하는 능동적인 전력제어를 통해 유연한 전력공급을 가능하게 함으로써 열차를 보다 효율적으로 운행할 수 있는 기술개발을 기획하고 있다.
혁신기술연구부는 탄소중립 또한 주요한 핵심 사안으로 손꼽으며 기술개발 과제를 수행 중이다. 전기철도 변전소 내 전력의 공급·차단을 위해 개폐장치에 사용하는 SF6온실가스(온난화지수 탄소의 23,900배)를 건조공기(Dry Air)로 대체하는 기술 개발을 들 수 있다. 한전의 154㎸ 전력을 전기철도 변전소로 수전하는데 필요한 170㎸ 개폐장치는 개발 중이며, 철도 급전에 필요한 29㎸급 개폐장치는 개발을 완료했다.
한전의 154kV의 전압을 철도차량에 적합한 전압으로 변환하는 주변압기의 경우 구조를 개선해 단권변압기 없이 운용할 수 있도록 하고, 후단의 전기 개폐장치도 슬림화해 변전소의 면적을 축소하고 설비를 간소화함으로써 탄소배출을 경감시킬 수 있는 기술도 연구개발 중이다.
한편 철도역사에 사용되는 전력설비의 에너지 손실을 최소화하는 기술을 개발해 한국철도학회에서 주관하는 2022년 철도 10대 기술에 선정되는 성과를 얻기도 했다. 이와 함께 디지털 전환을 시도하고 있는 철도공단은 전기철도에 공급하는 전력계통의 주요 장치인 변압기, 개폐장치에서부터 말단의 제어기기까지 모든 정보전송체계를 디지털화하고 표준화해 유선 또는 무선에 의한 실시간 감시, 제어 및 보호를 위한 표준 플랫폼을 개발·구축할 예정이다.
이러한 체계 구축이 완료되면 철도의 운행 장애 최소화와 운행 장애 발생 시 신속 복구가 가능해질 전망이다.
기술연구처 혁신기술연구부 성동일 부장(사진)은 “과거에는 어떠한 기능을 구현하기 위한 장치의 표준으로 형상, 재질, 크기, 전압/전류, 주파수 등의 물리적 성질이 중요했지만 현재는 기능이 점점 SW로 구현되고 있다”며 “디지털과 초연결 사물인터넷IoT 기술을 기반으로 하는 장치간의 인터페이스, 노선 간의 상호운영성에 대한 중요성이 점점 커지고 있다”고 말했다.
이러한 기술을 실현하고 있는 국가철도공단 미래전략연구원 기술연구처 혁신기술연구부는 시스템분야(전철, 신호, 통신, 차량) 국가R＆D 과제 기획·시행과 위탁연구, 구매조건부 연구과제 시행, 현장 애로사항 연구·기술지원, 신제품·실용화 기술 개발과 테스트베드 현장시험 등을 지원하는 업무를 수행하고 있다.
이에 혁신기술연구부는 장치의 기능과 성능을 표준에 명시해 제조사에서 보유한 기술을 활용해 구현하게 하고, 장치 간 정보교환을 위해 물리적인 연결방식(LAN, 핀 타입 등), 주고받는 정보의 종류 및 내용, 메시지(프로토콜)의 3가지를 표준화하고 있다.
성 부장은 “현재 철도와 관련한 다양한 기술을 철도 유관기관과 협력해 연구개발을 진행 중이며, 철도 수요기관이 중심이 되어 엔지니어링 업계와 제조업체 등 산업계와 함께 철도기술의 고도화를 적극적으로 추진할 계획”이라며 “디지털 전환(DX) 기술의 철도분야 도입·확산, 철도 운영의 효율화, 탄소중립을 위한 친환경 혁신기술의 연구개발로 철도 중심의 수송분담률 향상을 위해 지속적으로 노력할 예정”이라고 전했다.
