1、高速鐵路關(guān)鍵技術(shù)概論,西南交通大學(xué)錢清泉院士2006年11月,今天：飛機(jī)、高速列車、磁懸浮。,3,2020/6/19,主要內(nèi)容,我國交通運(yùn)輸發(fā)展的重要性,軌道交通發(fā)展概述,主要內(nèi)容,1,2,高速鐵路關(guān)鍵技術(shù),4,高速鐵路發(fā)展概述,3,4,2020/6/19,一、我國交通運(yùn)輸發(fā)展的重要性,國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大需要,建立國家重新體系的需要,社會(huì)穩(wěn)定的需要,加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展和提高國際競爭力的需要,交通運(yùn)輸在國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和人民生活中起著重要作用，當(dāng)今中國迫切需要現(xiàn)代化交通：,5,2020/6/19,選擇不同的交通工具的優(yōu)缺點(diǎn),軌道交通的作用在過去、現(xiàn)在和將來都是至關(guān)重要的。,傳統(tǒng)火車,汽車,輪船,軌道

2、交通,飛機(jī),旅行者,受限,太昂貴,危險(xiǎn),太慢，服務(wù)差,安全、快捷,一、我國交通運(yùn)輸發(fā)展的重要性,6,2020/6/19,一、我國交通運(yùn)輸發(fā)展的重要性,各種交通方式對環(huán)境的影響,7,2020/6/19,不同交通方式的能耗與污染對比,一、我國交通運(yùn)輸發(fā)展的重要性,8,2020/6/19,一、我國交通運(yùn)輸發(fā)展的重要性,德國城市不同交通方式單位運(yùn)輸量的能耗,9,2020/6/19,干線軌道交通,城市軌道交通,新型軌道交通,高速客運(yùn),重載貨運(yùn),地鐵,輕軌,單軌電車,郊區(qū)鐵路,磁懸浮,軌道交通,不斷涌現(xiàn)出各種新的原理,真空高速管道列車,軌道交通的分類：三大類,二、軌道交通發(fā)展概述(分類),10,2020/

3、6/19,二、軌道交通發(fā)展概述(構(gòu)成),車輛,控制系統(tǒng),線路與軌道,供電系統(tǒng),11,2020/6/19,因此高速鐵路得到快速的發(fā)展。,高速鐵路的優(yōu)點(diǎn)：,二、軌道交通發(fā)展概述,12,2020/6/19,發(fā)展現(xiàn)狀以及趨勢,1,2,3,4,5,城際軌道交通公交化,貨運(yùn)重載化和快捷化,鐵路客運(yùn)高速化,高速磁懸浮交通的崛起,城市軌道交通蓬勃發(fā)展,二、軌道交通發(fā)展概述,13,2020/6/19,德國,1964年開始，新干線總長度達(dá)1835公里，高速列車客運(yùn)量為世界之最。,高速鐵路是指由新一代列車提供的時(shí)速在200350km甚至更高的鐵路快速運(yùn)營服務(wù)。,法國,日本,1983年開通第一條現(xiàn)代化高速鐵路，高速列

4、車TGV運(yùn)行速度為300350km/h，最高試驗(yàn)速度為515.3km/h,1985年開始研究ICE高速列車，1991年投入運(yùn)營,有高速鐵路700多公里，高速列車最高運(yùn)行速度達(dá)330km/h,三、高速鐵路發(fā)展概述,14,2020/6/19,三、高速鐵路發(fā)展概述,世界高速鐵路的已投入運(yùn)營里程(2005年),15,2020/6/19,三、高速鐵路發(fā)展概述,目前世界上鐵路總長及各洲的分布,16,2020/6/19,投資力度,八縱八橫,速度方面,四橫,四縱,修建新線6000公里復(fù)線3000公里地方鐵路1000公里總投資3500億,300500公里范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)“朝發(fā)夕至”1200-1500公里范圍內(nèi)“夕發(fā)朝

5、至”20002500公里內(nèi)實(shí)現(xiàn)“一日到達(dá)”,高速列車的運(yùn)行速度達(dá)到200300km/h，試驗(yàn)速度將達(dá)到350km/h以上,北京-上海北京-沈陽-哈爾濱北京-武漢-廣州-深圳杭州-寧波-福州-深圳,徐州-鄭州-蘭州杭州-南昌-長沙青島-石家莊-太原南京-武漢-重慶-成都,三、高速鐵路發(fā)展概述,城際客運(yùn),環(huán)渤海地區(qū)長江三角洲地區(qū)珠江三角洲地區(qū),“十一五”期間，國家將建9800公里高速客運(yùn)專線鐵路,17,2020/6/19,四、高速鐵路隧道的關(guān)鍵技術(shù),接觸網(wǎng),力學(xué)和鋼軌,電磁兼容,高速鐵路牽引供電系統(tǒng),牽引供電自動(dòng)化系統(tǒng),動(dòng)車組限界(動(dòng)態(tài)限界),動(dòng)車組供電（弓網(wǎng)、自動(dòng)過分相）,線路道岔,高速列車,高

6、速鐵路橋隧,路基,高速列車信號,無渣軌道,1,8,4,5,2,6,3,7,10,9,18,2020/6/19,大跨鐵路隧道塌方預(yù)防,特長隧道的地質(zhì)工作,隧道防排水,隧道仰拱及鋪底的設(shè)計(jì),隧道工挖技術(shù),隧道的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)與隧道設(shè)計(jì),關(guān)鍵技術(shù),4.1高速鐵路隧道的關(guān)鍵技術(shù),19,2020/6/19,力學(xué)效應(yīng),研究成果,緩解和消減負(fù)面影響,微壓波和洞口緩沖結(jié)構(gòu),4.1.1隧道的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)與隧道設(shè)計(jì),20,2020/6/19,4.1.2隧道工挖技術(shù),特長隧道：TBM法中長或短隧道：礦山法特長大斷面隧道：宜采用小直徑TBM(直徑34m)加鉆爆法擴(kuò)大,高速鐵路特長、長隧道較多，為了工期和消防救援以及

7、維護(hù)管理的需要,需要通過輔助坑道來實(shí)現(xiàn)長隧短打,合理確定開挖進(jìn)度指標(biāo),利用輔助坑道實(shí)現(xiàn)長隧短打,合理確定開挖進(jìn)度指標(biāo),注重施工方法選擇的多樣性,21,2020/6/19,4.1.3大跨鐵路隧道塌方預(yù)防,選擇合理的大跨鐵路隧道支護(hù)手段,及時(shí)封閉斷面,選擇合理的大跨隧道襯砌時(shí)機(jī),建立量測體系,22,2020/6/19,4.1.4隧道的防排水,防排水設(shè)計(jì)是高速鐵路隧道的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),防水方法為“以堵為主,限量排放”,防水技術(shù),隧道的防排水,23,2020/6/19,重視和加強(qiáng)勘察設(shè)計(jì)階段的地質(zhì)工作,地質(zhì)工作,建立分層次的施工階段地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,4.1.5特長隧道的地質(zhì)工作,24,2020/6/19,4.

8、1.6高速鐵路橋的關(guān)鍵技術(shù),橋梁結(jié)構(gòu),高性能混凝土,橋梁架設(shè)設(shè)備,縱橫向水平剛度特殊要求,高性能混凝土應(yīng)用是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢,橋梁架設(shè)設(shè)備是架設(shè)的關(guān)鍵,25,2020/6/19,4.1.7橋梁結(jié)構(gòu),01.研究進(jìn)一步豐富橋梁結(jié)構(gòu)形式,02.研究研究簡支箱梁設(shè)計(jì)和檢測,03.研究優(yōu)化設(shè)計(jì)剛構(gòu)連續(xù)梁及鋼混結(jié)合連續(xù)梁,橋梁結(jié)構(gòu)特殊要求,橋梁結(jié)構(gòu)形式研究,橋梁新的結(jié)構(gòu)形式,26,2020/6/19,4.1.8高性能混凝土與橋梁架設(shè)設(shè)備,高性能混凝土應(yīng)用于高速鐵路橋梁工程是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢具有優(yōu)良的抗壓、抗折和抗拉等力學(xué)性能具有很好的抗?jié)B、抗凍、抗碳化和抗化學(xué)侵蝕等耐久性能,1國外高速鐵路發(fā)展較早,架

9、橋設(shè)備的發(fā)展較快,種類亦多2架設(shè)設(shè)備應(yīng)朝著大跨度、大噸位和機(jī)械化的方向發(fā)展,以滿足架設(shè)大噸位橋梁類型(至少32m雙線箱梁)的需要。,高性能混凝土與橋梁架設(shè)設(shè)備,27,2020/6/19,4.2鋼軌關(guān)鍵技術(shù),鋼軌的重要性,高速鐵路對鋼軌的要求,鋼軌技術(shù)發(fā)展,鋼軌的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),選軌標(biāo)準(zhǔn),5,鋼軌的力學(xué)問題,輪軌滾動(dòng)接觸疲勞,輪軌噪聲,6,7,8,軌道力學(xué),9,28,2020/6/19,4.2.1鋼軌的重要性,鋼軌是輪軌式高速鐵路的重要組成部分，在極其復(fù)雜的受力條件下工作鋼軌狀態(tài)的好壞直接影響行車安全，因此對鋼軌質(zhì)量有極其苛刻的要求鋼軌有些性能之間是矛盾的，要綜合比較才能達(dá)到合理選擇鋼軌的目的,29,

10、2020/6/19,4.2.2高速鐵路對鋼軌的要求,30,2020/6/19,4.2.3鋼軌技術(shù)發(fā)展,加強(qiáng)關(guān)鍵性能,開發(fā)新型優(yōu)質(zhì)鋼材,超長無縫鋼軌,31,2020/6/19,4.2.4鋼軌的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),我國鋼軌目前執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)比較復(fù)雜國標(biāo)20世紀(jì)60年代和80年代兩次發(fā)布鐵標(biāo)鐵道部在20世紀(jì)90年代發(fā)布新鐵標(biāo)鐵道路在2003年發(fā)布鐵標(biāo)國標(biāo)共存近期將維持國標(biāo)和鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并存的局面新國標(biāo)整合現(xiàn)有鋼軌標(biāo)準(zhǔn)，形成一部完整的國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn),32,2020/6/19,4.2.5選軌標(biāo)準(zhǔn),鐵道部重新劃分對鋼軌的技術(shù)要求時(shí)速在200km/h以下的客貨混運(yùn)鐵路鋼軌使用4375kg/m熱軋鋼軌時(shí)速在200-300k

11、m/h的客運(yùn)專線使用250km/h60kg/m鋼軌時(shí)速在300km/h以上的客運(yùn)專線頂級鋼軌使用350km/h60kg/m鋼軌,33,2020/6/19,4.2.6鋼軌的力學(xué)問題,輪軌滾動(dòng)接觸疲勞,脫軌機(jī)理的研究,軌道力學(xué)問題,鋼軌的力學(xué)問題,我國從現(xiàn)在到2020年，將是高速重載鐵路和城市軌道交通發(fā)展的高峰時(shí)期。雖然它們的優(yōu)越性不可否認(rèn)，但有許多關(guān)鍵技術(shù)問題有待進(jìn)一步解決，其中與輪軌相關(guān)的力學(xué)問題主要有：,34,2020/6/19,4.2.7輪軌滾動(dòng)接觸疲勞,輪軌磨損破壞現(xiàn)象主要為輪軌接觸表面剝離、壓潰、龜裂、波浪形磨損、輪緣磨損和鋼軌側(cè)磨及斷裂等，這些破壞現(xiàn)象和很多因素有關(guān)，有些破壞現(xiàn)象的機(jī)

12、理至今尚未搞清楚，對有些問題的破壞機(jī)理認(rèn)識不統(tǒng)一輪軌滾動(dòng)接觸疲勞是鐵路運(yùn)輸?shù)睦蠁栴}，主要發(fā)生在曲線段、接頭處、道岔處。人們采取各種方法和措施來阻止和減少它，如發(fā)展新材料、優(yōu)化軌型面匹配來減少輪軌之間的疲勞鐵路客貨量增大和速度提高，輪軌磨擦變得越來越嚴(yán)重。我國現(xiàn)在每年因更換和維修破壞輪軌，大約花費(fèi)80多億人民幣。它不僅大大增加了鐵路的運(yùn)營成本，而且直接危害行車的安全。,35,2020/6/19,4.2.8輪軌噪聲,高速鐵路在列車行駛速度低于300km/h時(shí)，輪軌噪音占主要部分。輪軌噪音輻射出的輪軌噪聲可以歸納為如下三類：,36,2020/6/19,4.2.9軌道力學(xué),軌道支撐并約束車輛的運(yùn)行，決

13、定著車輛安全、舒適性。列車過道岔時(shí)，輪對和軌道之間發(fā)生強(qiáng)烈的沖擊，導(dǎo)致車輪和道岔段上鋼軌磨損高速鐵路道岔部位嚴(yán)重地限制了列車的行車速度在橋梁和隧道端點(diǎn)剛度不均勻，會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈振動(dòng)，甚至脫軌。,37,2020/6/19,4.3道岔,道岔是鐵路軌道連接的重要設(shè)備，直接關(guān)系到鐵路運(yùn)輸?shù)男屎托熊嚢踩?。道岔的性能直接影響鐵路運(yùn)輸能力及旅客列車在該路段的行車速度及旅客乘坐舒適度。,38,2020/6/19,4.3高速道岔主要性能指標(biāo),直向側(cè)向速度,A,安全性,C,旅客的舒適性,B,39,2020/6/19,4.3高速鐵路道岔關(guān)鍵技術(shù),40,2020/6/19,4.3國外高速鐵路道岔概況,日本不設(shè)區(qū)間渡線（

14、車站的渡線無高速列車側(cè)向通過的要求）法國車站少、區(qū)間渡線多，高速線間或高速與既有線的連接采用tg0.0154道岔。德國鐵路客貨混運(yùn)。,41,2020/6/19,4.3我國秦沈鐵路道岔,我國秦沈客運(yùn)專線設(shè)計(jì)速度為200km/h，部分基礎(chǔ)設(shè)施預(yù)留提速至250km/h。根據(jù)速度和運(yùn)輸組織要求,決定采用18號和38號可動(dòng)心軌轍叉單開道岔。經(jīng)過研究、設(shè)計(jì)、試制、試鋪、試驗(yàn)五個(gè)階段的工作,特別是直向以250km/h三次綜合試驗(yàn),證明其能夠滿足旅客列車,側(cè)向38號道岔(渡線)以140km/h通過時(shí),滿足安全性和舒適性的要求。,42,2020/6/19,4.4高速列車信號關(guān)鍵技術(shù),調(diào)度指揮系統(tǒng),列車運(yùn)行控制,

15、信號基礎(chǔ)設(shè)備,車站聯(lián)鎖系統(tǒng),自動(dòng)閉塞,43,2020/6/19,信號基礎(chǔ)器件由電磁式向電子、微處理器元器件發(fā)展，廣泛采用檢測及故障診斷技術(shù)，提高信號裝置的運(yùn)行可靠性。道岔控制方式由直流向交流控制轉(zhuǎn)變，發(fā)展外鎖閉道岔，減少道岔維護(hù)的工作量。我國研制的ZD9（J）、ZYJ7型等轉(zhuǎn)轍機(jī)與交流轉(zhuǎn)轍機(jī)S700K、EBISWITCH等國外道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備仍有一定的差距。,4.4.1信號基礎(chǔ)設(shè)備,44,2020/6/19,4.4.2調(diào)度指揮系統(tǒng),以鐵路調(diào)度管理信息系統(tǒng)(DMIS)為平臺以調(diào)度集中(CTC)為核心(重點(diǎn)講述)以行車指揮自動(dòng)化為目標(biāo)構(gòu)建我國鐵路現(xiàn)代化的運(yùn)輸調(diào)度指揮管理系統(tǒng)。,45,2020/6/19

16、,4.4.3CTC系統(tǒng)總體構(gòu)成圖,46,2020/6/19,在已建DMIS的區(qū)段，以DMIS為基礎(chǔ)建設(shè)CTC；在未建DMIS的區(qū)段，新建CTC同時(shí)具備DMIS的全部功能考慮裝備CTC的新建、改建鐵路，車站聯(lián)鎖設(shè)備應(yīng)全部采用計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖；并具有區(qū)間信息采集功能對于半自動(dòng)閉塞區(qū)段，應(yīng)同步裝備區(qū)間檢查設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)站間閉塞。調(diào)度員與司機(jī)的語音、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)CTC的重要基礎(chǔ)。在主要干線建設(shè)CTC的區(qū)段，應(yīng)同步規(guī)劃建設(shè)GSM-R鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)；在其它條件艱苦、運(yùn)量較小的區(qū)段，可采用目前無線列調(diào)系統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)方案,4.4.3CTC規(guī)劃原則,47,2020/6/19,全路20042020年總體規(guī)劃建設(shè)CTC

17、共51,495公里規(guī)劃范圍包括：近期規(guī)劃共計(jì)13,163公里，1385個(gè)車站中長期規(guī)劃中客運(yùn)專線約12,000公里完善路網(wǎng)布局及西部開發(fā)性新線約16,000公里其它主要干線及條件艱苦、運(yùn)輸需要的線路約10,332公里,4.4.3CTC規(guī)劃目標(biāo),48,2020/6/19,D,CTC,COMTRAC,SMIS,運(yùn)輸計(jì)劃,4.4.3日本高速鐵路綜合調(diào)度COSMOS系統(tǒng),F,E,維修作業(yè)管理,車輛基地作業(yè)管理,49,2020/6/19,設(shè)備,運(yùn)輸計(jì)劃,車輛管理,維護(hù)業(yè)務(wù)管理,電力系統(tǒng)控制,站內(nèi),運(yùn)行管理,集中信息,運(yùn)輸計(jì)劃設(shè)備管理計(jì)算機(jī),車輛管理計(jì)算機(jī),維護(hù)業(yè)務(wù)服務(wù)器,電力系統(tǒng)控制計(jì)算機(jī),運(yùn)行管理計(jì)算

18、機(jī),集中信息管理,高速數(shù)字線路,高速數(shù)字線路,運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)所服務(wù)器,運(yùn)轉(zhuǎn)報(bào)告終端,分公司終端,車輛管理服務(wù)器,維護(hù)區(qū)終端,原有遠(yuǎn)程控制裝置分局,站內(nèi)作業(yè)終端基地,車站PRC裝置旅客指南裝置運(yùn)行信息終端,原有地區(qū)調(diào)度計(jì)算機(jī),設(shè)備管理終端,運(yùn)輸計(jì)劃終端,車輛管理終端,維護(hù)業(yè)務(wù),電力系統(tǒng),運(yùn)行管理終端,集中信息,COSMOS系統(tǒng)構(gòu)成圖,管理終端,管理終端,中央網(wǎng)絡(luò),4.4.3COSMOS系統(tǒng)的整體概要,50,2020/6/19,4.4.3COSMOS運(yùn)行管理系統(tǒng)的特征,提供最適于高速高密度運(yùn)行具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行管理技術(shù),實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行計(jì)劃,維護(hù)計(jì)劃,在線信息等統(tǒng)一管理的綜合系統(tǒng),系統(tǒng)化范圍向車站車輛基地維護(hù)區(qū)

19、的大幅度擴(kuò)大,信息服務(wù)的提高,以區(qū)域廣范圍大的自律分散思想為基礎(chǔ)的車站分散控制系統(tǒng)（高應(yīng)答性自動(dòng)控制系統(tǒng))采用實(shí)時(shí)列車行走模擬的預(yù)測控制型運(yùn)轉(zhuǎn)整理支援機(jī)能確實(shí)傳遞時(shí)刻表的變更（指令傳遞機(jī)能),維護(hù)管理系統(tǒng)運(yùn)輸計(jì)劃系統(tǒng)沿線監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行管理系統(tǒng)電力管理系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng),維護(hù)計(jì)劃支援系統(tǒng)維護(hù)作業(yè)系統(tǒng)站內(nèi)進(jìn)路控制系統(tǒng),車載傳遞系統(tǒng)提供事故信息向顧客提供細(xì)致入微的指南服務(wù),51,2020/6/19,4.4.4新一代自動(dòng)閉塞技術(shù)特征,新一代自動(dòng)閉塞技術(shù)特征,無絕緣,多信息,四顯示,雙方向,數(shù)字化,帶超防,實(shí)現(xiàn)有形化到無形化的轉(zhuǎn)變，確保列車運(yùn)行安全和列車追蹤間隔時(shí)間的計(jì)算，列車運(yùn)行安全的驗(yàn)證和列車追蹤間隔時(shí)

20、間的計(jì)算工作量將更加繁重，就目前的設(shè)計(jì)工具而言，尚無法滿足計(jì)算要求。,52,2020/6/19,4.5接觸網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù),接觸線,受電弓配套技術(shù),無交叉線岔,電分相,運(yùn)行管理,53,2020/6/19,高速鐵路的特點(diǎn)列車速度非常快，密度與負(fù)荷特別大受電弓的上下振動(dòng)與左右晃動(dòng)劇烈接觸線抬升量比常速鐵路高高速鐵路對接觸網(wǎng)的要求機(jī)械結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性和足夠的彈性,在高速運(yùn)行時(shí)保證電力機(jī)車正常取流設(shè)備及零件應(yīng)具有很強(qiáng)的耐磨性和抗腐蝕能力盡量延長設(shè)備的使用年限設(shè)備結(jié)構(gòu)盡量簡單便于施工，有利于運(yùn)營和維修對地絕緣好，安全可靠,4.5高速鐵路的特點(diǎn)及對接觸網(wǎng)的要求,54,2020/6/19,4.5.1接觸線,接觸線的

21、相關(guān)情況在高速運(yùn)行時(shí)，如果離線，則會(huì)產(chǎn)生電火花、拉弧、事故大電流，從而使接觸導(dǎo)線的溫度急劇升高，磨耗工作面處于局部過熱狀態(tài)而發(fā)生軟化，造成強(qiáng)度和表面硬度下降，使磨耗加快、使用壽命縮短；高溫強(qiáng)度低而發(fā)生斷線弓網(wǎng)事故對接觸線的要求高導(dǎo)電率良好的受流性耐熱性好抗軟化溫度高耐磨性好抗拉強(qiáng)度高抗大氣腐蝕性能好線膨脹系數(shù)小,55,2020/6/19,4.5.1接觸線材料,接觸線材料,接觸線,56,2020/6/19,4.5.1一些高速電氣化鐵路接觸線的性能,57,2020/6/19,采用側(cè)線接觸線與正線接觸線無交叉式的平面布置結(jié)構(gòu)，即在鐵路線路道岔上方的側(cè)線接觸線，始終保持與在正線線路上運(yùn)行的機(jī)車受電弓不

22、接觸對于反位運(yùn)行有嚴(yán)格限制，在反位方向只能以不高于45km/h的速度通過；反位運(yùn)行時(shí)可能發(fā)生弓網(wǎng)故障，需要對受電弓進(jìn)行適當(dāng)改造,4.5.2無交叉線岔受電弓配套技術(shù),58,2020/6/19,4.5.3電分相,器件式電分相對電力機(jī)車受電弓產(chǎn)生很大沖擊目前大多采用錨段關(guān)節(jié)式電分相來消除此問題，這種關(guān)節(jié)式電分相一般由兩個(gè)絕緣錨段關(guān)節(jié)和一段接觸網(wǎng)中性區(qū)組成但要求多個(gè)受電弓之間滿足嚴(yán)格的限制條件否則很有可能產(chǎn)生相間短路。目前只有要求機(jī)車乘務(wù)員頻繁進(jìn)行一系列操作來避免事故發(fā)生；這樣大大增加乘務(wù)員的工作強(qiáng)度，實(shí)際運(yùn)行中該故障已多次發(fā)生,59,2020/6/19,對于客運(yùn)專線，列車速度較高，分相環(huán)節(jié)成為制約列

23、車運(yùn)行速度的主要障礙。因此自動(dòng)過分相技術(shù)成為解決這一問題的重要途徑。應(yīng)該對研究和運(yùn)行了幾十年的自動(dòng)過分相技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和提高，使之在高速鐵路得到應(yīng)用。一相供電無需電分相環(huán)節(jié)，不會(huì)影響列車速度，因此借助電力電子技術(shù)的同相供電研究十分必要。,4.5.3同相供電與自動(dòng)過分相技術(shù)研究,60,2020/6/19,（）電源,（）電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,在線檢測電路,開關(guān)斷路器（）,斷開,開關(guān)斷路器（）,閉合,無列車狀態(tài),4.5.3自動(dòng)過分相技術(shù)研究,61,2020/6/19,（）電源,（）電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,在線檢測電路,開關(guān)斷路器（）,斷開,開關(guān)斷路器（）,閉合,列車靠近,4.5.3自動(dòng)過

24、分相技術(shù)研究,62,2020/6/19,（）電源,（）電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,在線檢測,開關(guān)斷路器（）,斷開,開關(guān)斷路器（）,閉合,進(jìn)入中間斷電區(qū)、在線檢測,4.5.3自動(dòng)過分相技術(shù)研究,63,2020/6/19,（）電源,（）電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,開關(guān)斷路器（）,斷開,開關(guān)斷路器（）,斷開,在線,開關(guān)斷路器（）斷開,4.5.3自動(dòng)過分相技術(shù)研究,64,2020/6/19,（）電源,（）電源,架線,中間斷電區(qū),輪軌,在線,開關(guān)斷路器（）,閉合,開關(guān)斷路器（）,斷開,開關(guān)斷路器（）閉合,4.5.3自動(dòng)過分相技術(shù)研究,65,2020/6/19,（）電源,（）電源,架線,中間斷電區(qū),輪

25、軌,無列車,開關(guān)斷路器（）,斷開,開關(guān)斷路器（）,斷開,開關(guān)斷路器（）斷開,4.5.3自動(dòng)過分相技術(shù)研究,66,2020/6/19,4.5.4運(yùn)行管理,西歐典型的供電段全員勞動(dòng)生產(chǎn)率約8.5條km/人每接觸網(wǎng)工負(fù)責(zé)約15條km的檢修任務(wù)我國某供電段全員勞動(dòng)生產(chǎn)率僅為0.97條km/人每接觸網(wǎng)工負(fù)責(zé)檢修約2.0條km某鐵路局全局供電部門全員勞動(dòng)生產(chǎn)率約為0.98條km/人每接觸網(wǎng)工平均負(fù)責(zé)檢修1.9條km,67,2020/6/19,4.6路基設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù),嚴(yán)格控制路基的工后沉降,嚴(yán)格控制路基的不均勻沉降,控制路基剛度及其縱向變化連續(xù)均勻性,包括路基本體沉降和地基沉降,68,2020/6/19,

26、4.6.1嚴(yán)格控制路基的工后沉降,工后沉降是指路堤建成后鋪軌時(shí)的路基剩余沉降，主要包括路基本體沉降和地基沉降。路基的工后沉降量應(yīng)越小越好，經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選確定,京滬客運(yùn)通道路基工后沉降限值為5cm國外高速鐵路的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)證明，路基本體沉降約為路基填土高度的0.11%0.12%，且能在建成1年內(nèi)完成。秦沈客運(yùn)專線的建設(shè)也證明了以上結(jié)論。,69,2020/6/19,4.6.2嚴(yán)格控制路基的不均勻沉降,在100m范圍內(nèi)的路基不均勻沉降，將直接造成幅值較大的軌道長波高低不平順。更短范圍內(nèi)的路基不均勻沉降，將直接造成路基的穩(wěn)固和安全。我國“高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定”規(guī)定路基工后總沉降量為5cm，沉降速率小于

27、2cm/年，橋臺臺尾過渡段路基工后沉降不大于3cm，,70,2020/6/19,4.6.3控制路基剛度及縱向變化連續(xù)均勻性,路基剛度與列車的安全、平穩(wěn)、舒適運(yùn)行及軌道的維修工作量密切相關(guān)?？v向剛度均勻性變化是高速鐵路路基設(shè)計(jì)和施工的關(guān)鍵，更是高速列車舒適運(yùn)營的關(guān)鍵，直接危及行車安全和乘車舒適性。對軌道基礎(chǔ)豎向剛度出現(xiàn)突變的分界處，由于各結(jié)構(gòu)物剛度的不同，列車會(huì)產(chǎn)生劇烈的跳動(dòng)，必須設(shè)置過渡段，以提高路基剛度的連續(xù)性。,71,2020/6/19,4.7無碴軌道關(guān)鍵技術(shù),結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),需要解決的問題,概況,關(guān)鍵技術(shù),72,2020/6/19,4.7.1無碴軌道關(guān)鍵技術(shù)概況,無碴軌道是以混凝土或?yàn)r青混合

28、料等取代散粒道碴道床而組成的軌道結(jié)構(gòu)型式無碴軌道成為世界各國高速鐵路軌道結(jié)構(gòu)的首選良好的軌道穩(wěn)定性、平順性和耐久性減小橋梁二期恒載和降低隧道凈空道床整潔美觀，消除列車運(yùn)行時(shí)道碴飛濺和粉化初期相對較大的建設(shè)投資也能在運(yùn)營中得到回報(bào),73,2020/6/19,4.7.2三種無碴軌道結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),彈性支撐塊式,板式軌道,長枕埋入式,74,2020/6/19,4.7.3無碴軌道的關(guān)鍵技術(shù),關(guān)鍵技術(shù),過渡段,無碴軌道的下部基礎(chǔ),無碴軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),75,2020/6/19,4.7.4需要解決的問題,制定與國際接軌的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)無碴軌道技術(shù)要求很高，必須借鑒EN（歐洲工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）等國際標(biāo)準(zhǔn)擬定我國鐵路無碴軌道的技術(shù)

29、標(biāo)準(zhǔn)采用先進(jìn)工裝和工藝我國混凝土軌枕生產(chǎn)廠家與無碴軌道的要求相差甚遠(yuǎn)要通過無碴軌道的推廣，組織對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，實(shí)現(xiàn)企業(yè)升級,76,2020/6/19,4.8高速列車關(guān)鍵技術(shù),高速列車所處的動(dòng)態(tài)環(huán)境,高速列車關(guān)鍵技術(shù),高速列車的關(guān)鍵技術(shù),77,2020/6/19,4.8高速列車的關(guān)鍵技術(shù),牽引動(dòng)力的要求猛增,制作功率要求更大,橫向動(dòng)力作用加劇,垂向輪軌動(dòng)力作用加劇,高速受流問題復(fù)雜化,4,5,6,空氣動(dòng)力作用加劇,高速列車區(qū)別于普通列車根本點(diǎn)，在于其所處的特殊動(dòng)態(tài)環(huán)境。隨著列車速度的提高，動(dòng)態(tài)環(huán)境急劇惡化,78,2020/6/19,4.8高速列車的關(guān)鍵技術(shù),研制能在上述如此嚴(yán)峻動(dòng)態(tài)環(huán)境下運(yùn)行的

30、列車，需要運(yùn)用多種高新技術(shù)，解決一系列高速列車特有的問題。,關(guān)鍵技術(shù),高速列車空氣動(dòng)力學(xué)工程,高性能低自重高速客車的研制,高速大功率動(dòng)力車的研制,79,2020/6/19,4.8.1高速大功率動(dòng)力車的研制,為減少維修和改善乘坐環(huán)境，應(yīng)盡可能使用較少動(dòng)軸。采用交-直-交傳動(dòng)，動(dòng)力集中制式單軸功率可達(dá)1250kW，動(dòng)力分散制式一般用到600kW。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)必須精心設(shè)計(jì)，減少簧下質(zhì)量和克服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的再生振動(dòng)是關(guān)鍵。電阻制動(dòng)和再生制動(dòng)應(yīng)有足夠的功率。全列車的制動(dòng)控制是一個(gè)新課題。列車信息及控制系統(tǒng)必須徹底更新。動(dòng)力車或控制頭車的流線型外形設(shè)計(jì)。,80,2020/6/19,4.8.2高性能低自重高速客車的

31、研制,車輛是一個(gè)高維強(qiáng)非線性系統(tǒng)，應(yīng)采取措施保證其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性?？諝鈴椈伞⒈P形制動(dòng)等則是最低要求。為了解決運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和運(yùn)行平穩(wěn)性之間的矛盾，要應(yīng)用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及控制這一新興學(xué)科的最新成就，并采用整車模擬試驗(yàn)等高新技術(shù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。為了最大限度降低自重并提高服務(wù)水平，客車車體及設(shè)備的輕量化非常重要。,81,2020/6/19,4.8.3高速列車空氣動(dòng)力學(xué)工程,列車貼地運(yùn)行引起強(qiáng)烈的地面效應(yīng)。以大細(xì)長比和復(fù)雜地面效應(yīng)為特征的高速列車空氣動(dòng)力學(xué)，是一個(gè)相對獨(dú)立的學(xué)科分支。列車頭型的選擇,車體密封的要求，氣動(dòng)壓力的作用和空氣阻力、氣動(dòng)噪聲的降低等，都是與高速列車空氣動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)的，可以統(tǒng)稱為高速列

32、車空氣動(dòng)力學(xué)工程。高速列車在隧道中運(yùn)行時(shí)，其氣動(dòng)效應(yīng)較明線強(qiáng)烈得多，它是典型的非恒定、非等熵、可壓縮和有限域的流動(dòng)問題.,82,2020/6/19,4.9高速鐵路牽引供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的特點(diǎn),國外的高速鐵路牽引供電系統(tǒng),國內(nèi)的高速鐵路牽引供電系統(tǒng),電能質(zhì)量問題,83,2020/6/19,4.9.1高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的特點(diǎn),牽引供電系統(tǒng)的特點(diǎn),列車速度高，列車通過供電臂時(shí)間短,供電臂中負(fù)荷電流波動(dòng)大,機(jī)車牽引電流大，牽引供電系統(tǒng)供電功率大,牽引供電系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)高速列車采用再生制動(dòng)工況,84,2020/6/19,高速鐵路要求接觸網(wǎng)受流質(zhì)量高，分段和分相點(diǎn)數(shù)量少。目前各國大多采用

33、自耦變壓器（AT）供電方式和帶回線的直接（RT）供電方式。AT供電方式：日本，法國RT供電方式：德國，意大利，西班牙,4.9.2國外高速鐵路牽引供電方式,85,2020/6/19,牽引變壓器接線型式對牽引供電系統(tǒng)和工程投資起決定性的影響，不同類型的牽引變壓器對電力系統(tǒng)產(chǎn)生不同的不平衡影響。日本:斯科特接線和變形伍德橋接線三相變壓器法國、德國、意大利和西班牙:單相變壓器,4.9.2國外高速鐵路牽引變壓器接線型式,86,2020/6/19,秦沈客運(yùn)專線是我國目前高速電氣化鐵路技術(shù)層次最高，創(chuàng)新內(nèi)容最多的標(biāo)志性工程。在秦沈客運(yùn)專線的建設(shè)中采用了不少新技術(shù):采用單工頻交流制，直供帶回流線供電方式采用我

34、國自行研制的牽引變電所安全監(jiān)控及綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了牽引變電所的無人值守、遠(yuǎn)動(dòng)控制和自檢自診斷功能，提高了牽引供電的安全性、抗干擾性和可靠性。,4.9.3國內(nèi)的高速鐵路牽引供電系統(tǒng),87,2020/6/19,4.9.4電能質(zhì)量問題,無功補(bǔ)償1.并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置2.靜止型無功補(bǔ)償裝置3.靜止無功功率發(fā)生器,改善電能質(zhì)量的措施,諧波抑制1.無源濾波2.有源濾波,88,2020/6/19,4.10牽引供電自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù),變電所綜合自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng),遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng),牽引供電自動(dòng)化系統(tǒng),89,2020/6/19,電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在牽引供電設(shè)備監(jiān)控、故障判斷處理和運(yùn)行狀態(tài)分析等各個(gè)方面都發(fā)揮著越來越重要的作用，并為牽引供電系統(tǒng)調(diào)度管理提供了全新的技術(shù)手段。電氣化鐵道遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其功能是進(jìn)行電力調(diào)度與所管轄的牽引變電所、閉所、分區(qū)亭及V停設(shè)備等供電裝置之間的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。,4.10.1遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)