1、高速鐵路及高速接觸網(wǎng) 技術(shù)專題講座 主講人 董昭德 西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院 2006.6,兩個特點(diǎn),本次講座的主要內(nèi)容,第1講電氣化軌道交通概述 第2講接觸網(wǎng)綜述 第3講接觸網(wǎng)參數(shù)計算 第4講高速鐵路及高速接觸網(wǎng)技術(shù) 第5講現(xiàn)代技術(shù)在接觸網(wǎng)運(yùn)營管理中的應(yīng)用,第1講 電氣化鐵道交通概述,1.1 電氣化軌道交通的起源與發(fā)展 1.2 我國電氣化鐵路的起源與發(fā)展 1.3 世界高速鐵路發(fā)展概況 1.4 我國京滬高速客運(yùn)專線簡介 1.5 我國電氣化鐵路發(fā)展現(xiàn)狀 1.6 我國電氣化鐵路的發(fā)展途徑,1.1、電氣化軌道交通的起源與發(fā)展,基本參數(shù)： 線路：軌距1 m、全長300 m、橢圓形 電力機(jī)車：2.2 k

2、W串勵式二級直流電機(jī)、總重945 kg； 供電制式：外部DC150 V第三軌供電； 編組：由3節(jié)敞開式“客車車箱”，每節(jié)“車箱”可乘坐6人；最高時速：13 km。,世界上第一條電氣化軌道交通誕生于1879年。,世界第一條電氣化軌道交通線路,業(yè)績：四個月共運(yùn)送乘客8萬多人； 平均每天運(yùn)送乘客700多人次。,1.1、電氣化軌道交通的起源與發(fā)展,發(fā)展分支,地鐵 輕軌 磁浮交通 電氣化鐵路,城市軌道交通 城際間快速旅客運(yùn)輸 干線鐵路,第一條地鐵 英國倫敦1863 第一條 電化地鐵 英國倫敦1891 第一條磁浮運(yùn)營線 上海：機(jī)場至浦東,1.1、電氣化軌道交通的起源與發(fā)展,目前：40個國家和地區(qū)有地下鐵，

3、線路總長7000多公里。,1.1、電氣化軌道交通的起源與發(fā)展,世界幾大著明地鐵系統(tǒng),倫敦地鐵（1863）,12條線路，408公里，日客流量250萬，年運(yùn)量8.15億。 巴黎地鐵（1900）,19條線路，315公里，日客流量330萬，年運(yùn)量12億。 紐約地鐵（1904），27條線路，443.2公里，日客流量420萬，年運(yùn)量15億。 東京地鐵（1927），12條線路，230.3公里，日客流量690萬，年運(yùn)量25億。 莫斯科地鐵（1935）,9條線路，243.6公里，日客流量800萬，年運(yùn)量26億。,世界電氣化鐵路的基本情況,鐵路 1825年 英國 電氣化鐵路 1879年 德國 至今 127年 目前

4、 68個國家和地區(qū)擁有電氣化鐵路 總里程 ：25.8566萬km 平均電化率：22.5% 運(yùn)量百分比：50%以上,發(fā)展高潮： 第一次高潮：6070年代 以蘇聯(lián)、日本、西歐各國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家為代表 第二次高潮：8090年代 以中國、印度、南非、巴西等發(fā)展中國家為代表 第三次高潮：現(xiàn)在，中國,1.1、電氣化軌道交通的起源與發(fā)展,數(shù)據(jù)截止至2005年底,1.2 我國電氣化鐵路的起步與發(fā)展,1949年在西南交通大學(xué)成立電氣工程學(xué)院； 1953年11月開始設(shè)計； 1957年10月開始籌建； 1958年6月開始動工； 1961年8月15日開通； 第一條電氣化鐵路：寶雞鳳州 90公里； 截止至2005年年底

5、，20132公里，居世界第三； 俄羅斯44526；德國：21102，我國明年居第二位。,電氣化鐵道學(xué)科誕生兩個院士,我國電氣化鐵路的發(fā)展階段,第一階段：19531961 起步階段； 第二階段：19681980 恢復(fù)建設(shè)階段； 第三階段：19812000 快速發(fā)展階段； 第四階段：2001 2005 高速起步階段； 第五階段：20062020 高速快速發(fā)展；,1.2 我國電氣化鐵路的起步與發(fā)展,我國電氣化鐵路的發(fā)展階段(1) 起步階段：19531961,我國第一條電氣化鐵路 寶鳳電氣化鐵路,技術(shù)參數(shù)： 線路：2個馬蹄形； 1個“8”字形； 3層重疊； 全長91km； 高差：817m； 最長隧道：

6、2360m； 線路坡度：30%0,供電制式： 1954年，DC3000V； 1957年，工頻單相 AC25kV； 為我國電氣化鐵路的發(fā)展打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。,我國電氣化鐵路發(fā)展階段(2) 恢復(fù)發(fā)展階段：19681980,由于歷史原因，修建完寶鳳線后，我國電氣化鐵路進(jìn)入停滯階段，到 1968年12月以寶成線的廣元馬角壩區(qū)段電氣化開始動工為標(biāo)志，我國電氣化鐵路建設(shè)進(jìn)入恢復(fù)發(fā)展和建設(shè)階段。,主建線路： 寶成(1968)，陽安(1973)，襄渝(1975)， 石太(1978)，寶天(1979)，成資(1980)。 總里程：1679.6km，電化率：3.28%，運(yùn)量2.6%。,特點(diǎn)： 1 分段進(jìn)行：先

7、建廣馬， 馬綿 ；后建廣鳳，最后綿成； 1975.7.1我國第一條干線鐵路寶成鐵路(676km)全線貫通； 2 地形復(fù)雜地區(qū)采用電力牽引(60中期)； 3 內(nèi)電并舉，以電為主(1977)； 4 機(jī)電投資占總投資的比例為26%左右， 接觸網(wǎng)僅占電化主體工程投資的15%，標(biāo)準(zhǔn)低，弓網(wǎng)故障多； 5 對弓網(wǎng)關(guān)系認(rèn)識不足。,我國電氣化鐵路發(fā)展階段(2) 恢復(fù)發(fā)展階段：19681980,我國電氣化鐵路發(fā)展階段(3) 快速發(fā)展階段 19812000,特點(diǎn)： 1 引進(jìn)外資和技術(shù)； 2 建設(shè)速度加快， 由平均每年500km增至1000km; 3 注重相關(guān)技術(shù)攻關(guān)； 4 涉足準(zhǔn)高速和高速領(lǐng)域； 5 自主開發(fā)力度不

8、夠，無指導(dǎo)性綜合發(fā)展規(guī)劃。,新建設(shè)里程： “六.五”期間：2507.6km； “七.五”期間：2664.5km; “八.五”期間：3012.2km; “九.五”期間：5549.52km; 初步涉及高速鐵路，建成廣深準(zhǔn)高速電氣化鐵路。,我國電氣化鐵路發(fā)展階段(4) 高速起步階段 20012005,2001年：開通電氣化鐵路 3278.7km，創(chuàng)世界紀(jì)錄； 2002年：開通電氣化鐵路1193.12km； 自行設(shè)計施工完成秦沈客運(yùn)專線，試驗(yàn)速度321.5km/h 2003年 ：開通電氣化鐵路1109.9km; 2004年：在建和新開工電氣化鐵路達(dá)5000多公里，創(chuàng)世界之最； 2005年：開通電氣化鐵

9、路1224.4km; “十.五”期間共建成開通 5587km,是建成開通電氣化鐵路最多的五年。,我國電氣化鐵路發(fā)展階段(5) 高速快速發(fā)展階段 20062020,“十一.五”目標(biāo)與任務(wù)： (1) 建成新線1萬公里，既有線0.4萬公里，既有線電化0.6萬公里； (2) 建成武廣、石太、鄭西快速客運(yùn)專線，京津、廣珠、廣深、滬杭、滬寧城際快速客運(yùn)鐵路；開工京武、哈達(dá)、津秦快速客運(yùn)專線； (3) 續(xù)繼對京滬、京廣、京哈、京九、陸橋、滬漢蓉、滬昆七大干線進(jìn)行配套改造； (4) 快速線路運(yùn)營里程2.2萬公里。,(1) 電化總里程5萬公里；電化率50%；電化復(fù)線率80%； 承擔(dān)總運(yùn)量的80%； (2) 京哈

10、、京廣、京滬、陸橋、滬漢蓉、滬昆全部實(shí)現(xiàn)電化； “八縱八橫”中有12條實(shí)現(xiàn)電化；客運(yùn)專線達(dá)1.2萬公里； (3) 主要長大干線運(yùn)行速度在160km/h200km/h以上； 主要繁忙干線的貨車載重量均在5000t以上，大秦和塑黃線實(shí)現(xiàn)2萬噸重載運(yùn)輸。 (4)大大提高裝備國產(chǎn)化率，技術(shù)自創(chuàng)能力，電化理論水平。,我國電氣化鐵路發(fā)展階段(5) 今后15年的發(fā)展目標(biāo),我國各時期電氣化鐵路建設(shè)圖,課間休息,1.3.世界高速鐵路概況,全世界投入運(yùn)營的新建高速鐵路約5435公里,其中：,23,日本新干線 2175 公里 法國TGV 1520 公里 德國ICE 796 公里 意大利ETR 246 公里 西班牙A

11、VE 471 公里 比利時 142 公里,21,(km/h),輪軌接觸技術(shù)速度的發(fā)展,1.3.世界高速鐵路概況,24,1.3.世界高速鐵路概況,25,日本新干線路網(wǎng)規(guī)劃： 1971年日本通過了新干線整備法，規(guī)劃7000公里的新干線路網(wǎng),日本新干線路網(wǎng),1.3.世界高速鐵路概況,歐共體高速鐵路規(guī)劃 2010年“泛歐高速網(wǎng)絡(luò)”規(guī)劃 ： 新建12500公里高速鐵路線 完成14000公里改建提速線路 建設(shè)總長達(dá)2500公里的聯(lián)絡(luò)線 總投資為2400億歐元,1.3.世界高速鐵路概況,2020歐共體高速鐵路規(guī)劃 2020年形成聯(lián)接西歐、提速改造北歐、東歐以及東南歐國家鐵路的歐洲高速鐵路網(wǎng)絡(luò),1994年11

12、月，我國開始對北京-上海之間建設(shè)1300公里的高速客運(yùn)新線進(jìn)行預(yù)可行性研究，目前京滬高速己破土動工，預(yù)計2010年通車。 對高速鐵路進(jìn)行研究的國家和地區(qū)還有：歐共體14個 成員國，美國，加拿大，英國，捷克，澳大利亞等。,高速鐵路的新生國家,1.3.世界高速鐵路概況,26,1.4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,1.自然狀況,沿線途經(jīng)北京， 天津，上海三個直轄市及河北，山東，安徽，江蘇四省，銜接環(huán)渤海灣經(jīng)濟(jì)帶及長江三角洲經(jīng)濟(jì)帶。是我國東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。,2 規(guī)劃線路,28,3.自然特征 線路位于東部沿海平原地區(qū),局部地區(qū)通過低山丘陵,大部分地形平坦。平原地區(qū)地質(zhì)條件普遍較差,基底松軟,部分線路通過軟土

13、區(qū)。,28,1.4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,29,4京滬高速沿線土地、人中和GDP占全國的比重,29,1.4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,30,5 京滬高速總運(yùn)量占全國的比重,客運(yùn)量,客運(yùn)周轉(zhuǎn)量,貨運(yùn)量,貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量,30,1.4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,31,6 京滬高速與全國鐵路之比,占全國鐵路總長度的份額,長度,旅客周轉(zhuǎn)量,貨物周轉(zhuǎn)量,31,1.4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,7 方案選擇,（運(yùn)能）可使新線和既有線的能力均得到充分發(fā)揮； （結(jié)構(gòu)）可實(shí)現(xiàn)京滬運(yùn)輸通道結(jié)構(gòu)的升級和調(diào)整； （社效）使鐵路運(yùn)輸服務(wù)在速度、數(shù)量和質(zhì)量上提高到新的層次； （時效）由目前的14小時縮短至5-6小時； （運(yùn)量）全年客運(yùn)能力

14、雙向可達(dá)到1.2億人；既有線年貨運(yùn)量1.2億t； (技術(shù)) 可使我國高速鐵路的建設(shè)水平，科研水平上一個新臺階。 （投資）是磁浮的58%左右。,32,1.4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,磁浮？電化？,客運(yùn)專線？客貨混運(yùn)？,客運(yùn)專線的優(yōu)勢,作為長距離運(yùn)載工具，磁懸浮系統(tǒng)的實(shí)用性、耐久性、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性都有待于進(jìn)一步驗(yàn)證，短期內(nèi)難以投入商業(yè)運(yùn)營； 作為運(yùn)輸工具使用，以下問題有待于進(jìn)一步研究：,(9) 為什么沒有采用磁懸浮體系的分析(a) 磁懸浮技術(shù)尚未成熟到長大干線工程適用程度,如何組織不同速度列車在同一條線路上的運(yùn)營？ 如何組織跨線客流？,33,4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,磁懸浮與輪軌技術(shù)不能兼容

15、.京滬鐵路客流構(gòu)成的特點(diǎn)，使磁懸浮難以發(fā)揮作用（德國不久前建成的科隆法蘭克福高速鐵路，以其自然特征而言，本應(yīng)最適合采用磁懸浮技術(shù)，但德國仍然選擇輪軌高速技術(shù)）； 我國在高速磁懸浮方面現(xiàn)有技術(shù)力量太弱，在該領(lǐng)域，國內(nèi)目前尚無可供工程實(shí)用方面的大量技術(shù)力量，需要以國外技術(shù)力量為主，方可開展相應(yīng)的工作；,(9) 為什么沒有采用磁懸浮體系的分析(b),34,4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,有關(guān)單位最近對京滬高速鐵路采用兩種技術(shù)進(jìn)行了比較，初步認(rèn)為: 運(yùn)量: 磁懸浮僅為輪軌的70%左右 運(yùn)輸能力: 磁懸浮為3400萬人/年？，擴(kuò)能困難輪 軌為5500萬人/年？，還有潛力 建設(shè)投資:磁懸浮為 4000億元輪 軌

16、為 2300億元,(9) 為什么沒有采用磁懸浮體系的分析(c),35,4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,單邊年運(yùn)量2.2億， 間隔時間5min,萬人公里能耗：500km/h時，磁懸浮為839-971kwh 300km/h時，輪軌為342kwh， 磁懸浮為430-490kwh 噪音:500km/h時，磁懸浮為98db 300km/h時，輪軌為92db，磁懸浮為80db,(9) 為什么沒有采用磁懸浮體系的分析(d),36,4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,37,運(yùn)輸模式: 高速客運(yùn)專線。 運(yùn)行速度: 高速列車 300 km/h,基礎(chǔ)設(shè)施按350km/h速度進(jìn)行設(shè)計 正線數(shù)目： 復(fù)線,37,(10) 京滬高速鐵路擬

17、采用的主要技術(shù)參數(shù)(a),4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,38,最小曲線半徑(特殊情況下) 7000 米(5500 米) 最大坡度 12 雙線隧道斷面積 100 米2 線間距 5 米 鋼軌 60Kg全長無縫線路 牽引方式 電氣化(2X25KV/50Hz) 信號控制方式 ATC, CTC 線路全封閉、全立交并設(shè)自然災(zāi)害預(yù)報系統(tǒng),38,(10) 京滬高速鐵路擬采用的主要技術(shù)參數(shù)(b),4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,39,(10) 京滬高速鐵路擬采用的主要技術(shù)參數(shù)(c),4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,40,線路全長 1300 公里 橋梁 432 公里 隧道 17 公里 征地 9 萬畝 土石方 1.1 億立方米,原

18、初步設(shè)計的全線工程概況,路基 65.7%,隧道 1.3%,橋梁 33%,結(jié)構(gòu)物比例,40,4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,41,全長5765米，沉管段長1930米 設(shè)置四座豎井 最大坡度15 沉管段基底標(biāo)高-38.24米 預(yù)計總工期為56個月,南京長江越江工程水下隧道方案,41,4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,42,全長6566.6米，主橋采用大跨度斜拉橋方案 主塔采用砼結(jié)構(gòu)，主梁采用PC箱與上置的鋼桁疊合而成的PC箱鋼桁疊合梁 技術(shù)先進(jìn)，施工技術(shù)成熟，預(yù)計工期為54個月,南京長江越江工程大跨度橋梁方案(已采用),42,4 京滬高速客運(yùn)專線簡介,課間休息,二、我國電氣化鐵路的技術(shù)現(xiàn)狀,裝備水平低； 標(biāo)準(zhǔn)化

19、和系統(tǒng)化體系不完善； 對接觸網(wǎng)的復(fù)雜性認(rèn)識不足，缺少一支綜合研發(fā)隊伍； 管理機(jī)制不健全； 人才再培養(yǎng)機(jī)制不健全； 一線人員的專業(yè)水平不高，缺乏留人機(jī)制；,二、我國電氣化鐵路的技術(shù)現(xiàn)狀,裝備水平低,1 基礎(chǔ)工藝差； 2 制造水平低； 3 設(shè)備適應(yīng)自然環(huán)境的能力差； 4 不能實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。,二、我國電氣化鐵路的技術(shù)現(xiàn)狀,標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化體系不完善,目前我國尚無標(biāo)準(zhǔn)接觸網(wǎng)之說，同一技術(shù)水平的線路，其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計技術(shù)條件、施工規(guī)范、監(jiān)理規(guī)范、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)都不相同。,應(yīng)盡快建立我國電氣化鐵路的標(biāo)準(zhǔn)體系，根據(jù)不同速度等級，完善：電氣化鐵路的設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，施工標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)理規(guī)范，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)營維護(hù)規(guī)范，檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。,二、我國電氣化鐵路的技術(shù)現(xiàn)狀,缺少一