한국철도산업협회

20년간 외산 의존...국산 설비로 유지보수 효율·안전성 높인다

KTCS-2, 2028년 전면 도입...고속선 643km·KTX 118편성 개조

국산 IP기반 전자연동장치, 6개역 교체 추진...2개역 우선 시행

총 6873억 투입...유지보수 비용 26%↓·수송력 23%↑ 효과

KTCS-2 종합시운전 당시 기관실 내부 모습. [사진=국가철도공단]

국내 고속선 신호시스템이 KTCS-2로 탈바꿈된다.

국가철도공단은 고속선 전 구간에 구축된 프랑스산 TVM-430(Transmission Voie-Machine-430) 신호시스템을 한국형 열차제어시스템(KTCS-2;Korean Train Control System-2)으로 전면 교체하는 대규모 개량사업을 추진하고 있다. 

국내에서 열차자동제어장치(ATC; Automatic Train Control)의 일종으로 보는 TVM-430은 2004년 KTX 개통과 함께 도입됐다. 약 20년의 운영 기간을 거치며 노후화가 진행돼 개량 시기가 도래했다. 공단은 2023년 7월 수립된 중장기 구축계획에 따라 2028년까지 고속철도 전 구간에서 사용 중인 신호시스템을 국산 설비로 개량한다는 목표를 세웠다.

이번 사업은 기존 외산 신호시스템의 한계를 극복하고 유지보수 효율성과 안전성을 높이는 데 초점을 두고 있다. 공단은 열차제어시스템을 국산 설비로 개량하면서 KTX 운행 안전성을 확보하고 기술 자립을 실현하는 데 주력하고 있다.


◆고속철도 신호시스템, 20년간 외산 의존…노후화·고장 잦아 유지보수 비용 부담 가중

신호시스템은 열차제어시스템, 전자연동장치, 관제시스템 등으로 분류된다. 열차제어시스템은 연동장치로부터 열차 운행에 필요한 정보를 제공받아 출발, 정지 등 운행 가능 속도를 열차에 제공하는 기능을 담당한다. 전자연동장치는 궤도회로, 선로전환기 등 현장 설비를 제어하고 현장의 안전 정보를 취합해 열차 운행 진로를 확보하는 설비다.

국내 고속철도는 2004년 개통 이후 줄곧 외산 신호시스템을 운영해 왔다. 약 20년이 지난 현재 일부 부품의 노후화와 잦은 고장, 해외 업체에 대한 기술 및 부품 의존도가 높은 상황이다. 고장 발생 시 해외 본사에 문의해야 하고, 부품 수급이나 기술 지원에 상당한 시간이 소요돼 유지보수 비용과 시간적 손실이 크다. 

열차제어시스템은 노후도가 심각한 일부 하드웨어만 개량해 유지 중이다. 울산~포항 복선전철 등 고속선 확대 사업 때마다 시스템이 증설돼 기술 종속에서 벗어나기 어려웠다. 

전자연동장치는 SSI(Solid State Interlocking), SEI(System Enclenchement Integre) 등 외산 제품을 총 10개 역에서 사용 중이다. 경부고속선 광명, 천안아산, 울산 등 기존 SSI의 노후도가 심각한 3개 역은 신형 외산 제품인 스마트 SSI로 개량했으며 수서고속선 동탄역도 수원발 KTX 사업을 통해 스마트 SSI로 개량 예정이다.

KTX는 전체 118편성 모두 ATC(고속선용), KTCS-1(ATP;열차자동방호장치, 일반선용)을 탑재해 운행 중이며 KTCS-2는 2022년 전라선 시범사업을 위해 2편성에만 탑재된 상태다.

오송역 전경. TVM-430 폐색표지가 설치돼 있다. [사진=박윤 기자]

◆세계 최초 LTE-R 기반 KTCS-2, 2028년 전면 도입…고속선 643km·KTX 118편성 개조

국토교통부는 2014년부터 국내 신호시스템 표준화와 국산화를 위한 국가 연구개발(R&D) 과제를 진행해 2018년 세계 최초의 LTE-R 무선통신 기반 열차제어시스템인 KTCS-2를 개발했다.

이후 KTCS-2는 2022년 4월 전라선 익산~여수엑스포 간 시범사업에서 상용 운행에 성공했다. 2023년 2월 전라선 KTCS-2 지상설비는 안전무결성인증 최고 등급인 SIL4 인증을 획득하면서 안전성과 신뢰성을 인정받았다.

현재 경부·호남·수서 고속선 신호시스템의 지상·차상 KTCS-2 동시 구축 사업이 진행 중이다. 3개 고속선 총 643.1km 개량과 KTX 118편성 개조를 목표로 하는 이번 사업은 2028년까지 마무리할 예정이다. 총사업비는 6873억원(지상신호장치 4332억원, 차상신호장치 2541억원)으로 전액 국비로 투입된다.

발리스(지상자) 설치 모습. [사진=국가철도공단]

한국형 열차제어시스템(KTCS-2) 시범사업 노선인 전라선에 발리스(지상자)가 설치된 모습. [사진=국가철도공단]

구간별로는 경부고속선 광명~오송, 대전~동대구, 동대구~부산과 호남고속선 오송~익산, 익산~광주송정, 경부고속선 오송~대전, 수서고속선 수서~지제 등이다. 현재 경부고속선은 설계가 모두 마무리된 상태로 올해 시공 발주가 계획돼 있으며, 호남·수서고속선은 설계 단계에 돌입했다. 

전자연동장치는 기존 외산으로 반영된 4개 역(광명, 천안아산, 울산, 동탄)을 제외한 잔여 6개 역을 국산 제품으로 교체한다. R&D로 개발되고 공단 표준규격으로 제정된 ‘IP기반 전자연동장치’를 반영할 예정이다. IP기반 전자연동장치는 경부고속선 김천구미, 경주역에 우선 설치하고 오송, 공주, 정읍, 수서역에 확대 설치할 예정이다.

공단 관계자는 “김천구미역이 대전, 동대구역으로부터 독립돼 있고 추후 남부내륙철도와 연결이 예정돼 있어 우선 시행할 예정”이라며 “특히 오송역을 국산 제품으로 개량하면 평택~오송 2복선화, 대전북연결선 등 향후 연계되는 건설사업에서도 모두 연계돼 추가 건설비를 절약할 수 있다”고 말했다.


무선폐색센터(RBC)의 모습. [사진=국가철도공단]

궤도회로장치도 국산 제품으로 개량한다. 현재 사용 중인 외산 AF궤도회로(UM-71)와 동일한 방식의 제품이다. 궤도회로장치는 현재 KTX에 탑재된 외산 ATC의 철거 시기를 고려해 개량할 예정이다.

관제설비 개량에는 임시 속도 제한(TSR; Temporary Speed Restriction), 비상 제동(EB; Emergency Break) 등의 KTCS-2 기능을 구현하고 ATC 기능을 삭제, 국산 전자연동장치 적용 관련 소프트웨어 개수 등을 반영하는 등의 작업이 포함된다. 

KTCS-2 차상장치 설치사업은 한국철도공사(코레일)가 공단으로부터 위탁받아 시행하며, 개조 완료 후 국가 자산으로 취득해 유지보수 계약을 체결할 계획이다. 

KTCS-2 구성도. [사진=국가철도공단]

◆KTCS-2 개량, 신호시스템 기술 종속 탈피…유지보수 비용 26%↓·수송력 23%↑

KTCS-2 개량을 통해 외산 시스템으로부터 열차제어시스템, 전자연동장치 등의 기술 자립이 실현된다. 국내시장의 활성화뿐만 아니라 고속철도 내 운영 실적 확보로 국내 제조사의 세계시장 진출을 위한 발판도 마련된다. 

KTCS-2의 성능은 데이터로도 입증됐다. 2022년 한국철도기술연구원의 ‘한국형 초고속 신호시스템 구축 기반 마련을 위한 기술용역’에 따르면, 유럽철도 안전법의 공통안전기법(CSM)-위험도평가(RA) 기법 시행 결과 ATC 대비 KTCS-2가 안전성이 5.81배 높은 것으로 나타났다. 또 ATC 대비 KTCS-2는 선행 열차와의 운행 간격이 10.5km에서 8.1km로 감소해 수송력이 23% 증대되는 효과를 보인다. 

유지보수 비용 측면에서도 경제적이다. 2018년 철도연의 ‘무궤도회로방식의 고속철도용 열차제어시스템 개발 기획 최종보고서’에 따르면 km당 단가는 기존 ATC 1790만원에서 KTCS-2 1328만원으로 감소해 유지보수 비용은 약 26% 절감된다. 

지상과 차상 신호장치 동시 개량으로 고속철도는 KTCS-2로 조기 일원화된다. 차량 개조가 되지 않는다면 KTX-청룡 폐차 시기인 2053년에 완료되지만, 차량 개조를 통해 2028년에 완료돼 25년이나 단축되는 셈이다.

KTCS-2 건설사업비 절감 효과. [사진=국가철도공단]

경부고속선 2단계 구간(동대구~부산) 기준으로 최초 건설과 KTCS-2 설계 금액을 비교했을 때, 외산 ATC 대신 KTCS-2로 열차제어시스템 개량 시 사업비는 약 1조2000억원 절감돼 수입 대체 효과도 누린다.

또 평택~오송 2복선화와 대전북연결선의 개통 시기인 2028년 이전까지 KTCS-2와 전자연동장치를 모두 국산화함에 따라 건설사업비는 총 947억원 절감될 전망이다.

박병주 국가철도공단 신호관리부장은 “약 20년간 외산 시스템에 의존해 온 고속철도 신호시스템을 국산 기술로 전면 교체하는 것은 철도 기술자립의 역사적 전환점”이라며 “KTCS-2 도입을 통해 안전성과 경제성을 동시에 확보하고, 향후 해외 철도시장 진출의 교두보를 마련할 것”이라고 말했다.


출처 : [철도, 이젠 ‘개량사업’이 대세] ③고속선 신호시스템 KTCS-2로 탈바꿈 < 철도플랜트 < 시공플랜트 < 기사본문 - 전기신문