高速铁路工程建设的现况与发展.ppt

高速铁路工程建设的现况与发展,土木工程与建筑学院 余天庆 教授,高速铁路的定义,高速铁路是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。,CONTENTS,(1)国内外高速铁路发展概况 (2)我国高速铁路的发展规划 (3)高速铁路的典型案例介绍 (4)高速铁路建设的关键技术 (5)高速铁路建设发展与未来,高速铁路工程建设的现况与发展,高速铁路工程建设的现况与发展,1 国内外高速铁路发展概况,1964年，日本新干线开通运营，开启了世界铁路发展的新时代。1981年，法国高速铁路后来居上，将高速铁路的发展推上一个新台阶，同时带动了欧洲高速铁路的发展，意大利、德国、西班牙等国先后投入建设高速铁路的行列,高速铁路的兴起,高速铁路工程建设的现况与发展,2008年中国大陆拥有了第一条时速350公里的高速铁路-京津城际铁路。 2009年中国拥有了世界上一次建成里程最长、运营速度最高的高速铁路-武广客运专线。,中国高速铁路,高速铁路工程建设的现况与发展,法国在发展高速列车方面一直居世界领先地位，曾在1990年创造了每小时515.3公里的世界最高时速纪录。 2007年4月3日，在刚刚竣工的巴黎斯特拉斯堡东线铁路进行了试验，列车时速达到574.8公里。,高速铁路的发展,高速铁路工程建设的现况与发展,日本高速铁路,面对法、德等发达国家的激烈竞争，日本声言:21世纪是新干线时代。日本要使新干线总长从目前的2000公里增加到7000公里，届时在日本全国将形成以东京为中心的全国一日交通圈(即当日到达东京以外的任一大城市)。,高速铁路工程建设的现况与发展,日本高速铁路技术特点,线路中桥、隧比重不断增加，线路标准不断提高 建立试验段，通过试验研究解决技术关键 高速列车采用动力分散型，不断降低轴重，全面提高列车性能 列车运行密度高、定员多、旅客输送量大 安全性能好、无旅客死亡事故 增加服务设施、提高服务质量、方便旅客换乘,高速铁路工程建设的现况与发展,法国高速铁路,驰名世界的高速铁路是法国技术的骄傲，但在经济上却 使国家背上了沉重的包袱，目前法国高速铁路只有1282公里，法国计划在21世纪的头10年内，把东南线延伸至马赛，还要修建通向意大利和西班牙的南部欧洲线以及巴黎至德国斯特拉斯堡的东部欧洲线。 高速铁路是个典型的法国传奇技术上的成功与财政方面的灾难密不可分。,高速铁路工程建设的现况与发展,法国高速铁路技术特点,动车组采用动力集中方式及铰接式车厢 多电流制供电与简单链型悬挂接触网，能使用一般线路的1500V 3000V直流供电，也能使用高速线25KV交流供电。 采用符合ETCS标准的TVM列车控制系统 注重系统的安全性与可靠性。 高标准、高质量的线路。,高速铁路工程建设的现况与发展,德国高速铁路,德国的高速铁路技术储备不亚于法国，1988年他们电力牵引的行车试验速度突破每小时400公里大关，达到406.9公里。但是德国的实用性高速铁路直到20世纪90年代初才开始修建。目前已建成总长约2620公里的高速运输走廊。,高速铁路工程建设的现况与发展,德国高速铁路技术特点,客货混跑对高速铁路线路的要求更高 三相交流传动技术 计算机控制的机车牵引与列车制动技术 轻型车体构造 列车自诊断技术 统一调度指挥 无渣轨道技术,高速铁路工程建设的现况与发展,2 我国高速铁路的发展规划,根据中国铁路中长期发展规划，到2020年，为满足快速增长的旅客运输需求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及四个城际快速客运系统。建设客运专线1.2万公里以上，客车速度目标值达到每小时200公里及以上。,高速铁路工程建设的现况与发展,“四纵”客运专线：北京上海（京沪高速铁路）、北京武汉广州深圳香港（京港高速铁路）、北京沈阳哈尔滨（大连）、杭州宁波福州深圳（沿海高速铁路）、北京蚌埠合肥福州台北（京台高速铁路，大陆段叫“京福高速铁路”）。 “四横”客运专线：徐州郑州兰州、杭州南昌长沙贵阳昆明（沪昆高速铁路）、青岛济南石家庄太原、上海南京武汉重庆成都（沪汉蓉高速铁路）。,高速铁路工程建设的现况与发展,六大城际客运系统： 环渤海地区：北京天津，天津秦皇岛，北京秦皇岛，天津保定 环鄱阳湖经济圈地区：南昌九江，九江景德镇，南昌鹰潭 长株潭地区：长沙株洲，长沙湘潭 长江三角洲地区：南京上海，杭州上海，南京杭州，杭州宁波 珠江三角洲地区：广州深圳，广州珠海，广州佛山，深圳茂名 闽南三角洲地区：福州厦门，龙岩厦门,高速铁路工程建设的现况与发展,按照新调整的中长期铁路网规划，到2012年，中国铁路营业里程将由目前的8万公里增加到11万公里，其中高速铁路客运专线建成1.8万公里。乘高速列车从北京出发，1小时内到达天津、石家庄、唐山、秦皇岛、张家口、承德等城市；2小时到达沈阳、济南、郑州，太原等城市；3小时能到达长春、大连、南京、合肥，呼和浩特等城市；4小时能到达哈尔滨、西安、上海、杭州、武汉等城市。除乌鲁木齐、拉萨等个别城市外，广州、南昌、福州、台北，由于处在中国东南地区，时间上稍有间隔。其他北京到全国各省会城市都将在8小时以内。,高速铁路工程建设的现况与发展,从2040年起至2070年,再用30年的时间、最迟到2100年前全部建成。实现东部加密、西部连通成网(即连通西部主要交通枢纽),连接全国主要交通节点城市和旅游景点,使西部地区主要城市可通达任何沿海省区。国内客运主要依靠高速铁路和高速公路。 从2010年起至2040年,用30年的时间,将全国主要省市区连接起来,形成国家网络大框架。考虑现实,线路东密西疏;照顾西部,站点东疏西密。所有高铁线路的规划和建设,全部由中央政府集中组织实施,建成后的营运,交中国高铁公司集中管理。本方案除京广和京沪线外,所有线路建设应采用磁浮悬技术方案。,高速铁路工程建设的现况与发展,3 高速铁路的典型案例介绍,京沪高铁,京沪高速铁路，简称京沪高铁客运专线，作为京沪快速客运通道，是中国“四纵四横”客运专线网的其中“一纵”，也是中国中长期铁路网规划中投资规模大、技术水平高的一项工程。是新中国成立以来一次建设里程长，投资大，标准高的高速铁路.线路由北京南站至上海桥站，全长1318公里，纵贯北京、天津、上海三大直辖市和冀鲁皖苏四省，连接环渤海和长江三角洲两大经济区。总投资约2209亿元，设24个车站。基础设施设计速度为300km/h，2008年4月18日正式开工，2011年6月30日通车，北京到上海最快只需4时48分，总理温家宝主持通车典礼。,高速铁路工程建设的现况与发展,京津城际铁路,京津城际铁路连接北京、天津两大直辖市，起点为北京南站，终点为天津站城际场，为双线电气化铁路，线路全长119.4 km,其中无砟轨道长度为113.6 km。全线设北京南、亦庄、永乐、武清、天津5个车站。线路通过繁华市区，以桥梁和路基工程为主，全线2005年7月4日正式开工，2008年8月1日正式开通运营，目前试运行的最高速度是398.4公里/小时，正常运行350公里/小时，试运行一直比较平稳。,高速铁路工程建设的现况与发展,武广高速铁路,武广客运专线为京广客运专线的南段，位于湖北、湖南和广东境内，于2005年6月23日在长沙首先开始动工。全长约1068.8公里，投资总额1166亿元。2009年12月9日试运行成功，于26日正式运营。列车试验最高时速可到394公里、最高运营时速达到300公里，全程票价分两等，在490780元之间。2011年7月1日起降速运行，广州到武汉最慢需6小时。,高速铁路工程建设的现况与发展,沪宁城际高速铁路,沪宁城际高速铁路又称沪宋高铁，是中国最繁忙的高铁，运营里程301公里，列车最高时速达300公里/小时。上海至南京之间原有的沪宁铁路始建于1898年，是中国最早建设的重要铁路干线，在全国的铁路网中沪宁铁路亦是最紧张、最繁忙的干线。全线铺设无砟轨道，采用世界上最先进的高速动车组运行，是世界上标准最高、里程最长、运营速度最快的城际高速铁路。从南京到上海，沿途设仙林、宝华山、镇江、丹徒、丹阳、常州、戚墅堰、惠山、无锡、无锡新区、苏州新区、苏州、苏州园区、阳澄湖、昆山南、花桥、安亭北、南翔北、上海西等站。,高速铁路工程建设的现况与发展,日本东海道新干线,东海道新干线是一条由日本东海旅客铁道营运，连接东京车站与新大阪车站的新干线高速铁路路线，可以说是全球第一个成功的高速铁路系统。因与山阳新干线直通运转的关系，故时常被合称“东海道、山阳新干线”。,高速铁路工程建设的现况与发展,法国TGV东南线,法国政府批准修建TGV东南线（巴黎至里昂，全长417公里，其中新建高速铁路线389公里），1976年10月正式开工，1983年9月全线建成通车。TGV高速列车最高运行时速270公里，巴黎至里昂间旅行时间由原来的3小时50分缩短到2小时，客运量迅速增长，预期的经济效益良好。TGV东南线的成功运营，证明高速铁路是一种具有竞争力的现代交通工具。,高速铁路工程建设的现况与发展,4 高速铁路建设的关键技术,接触网,力学和钢轨,电磁兼容,高速铁路牵引供电系统,牵引供电自动化系统,动车组限界 (动态限界),动车组供电 （弓网、自动过分相）,线路道岔,高速列车,高速铁路桥隧,路基,高速列车信号,无渣轨道,1,8,4,5,2,6,3,7,10,9,高速铁路工程建设的现况与发展,4.1高速铁路隧道的关键技术,大跨铁路隧道塌方预防,特长隧道的地质工作,隧道防排水,隧道仰拱及铺底的设计,隧道工挖技术,隧道的空气动力学 效应与隧道设计,关键技术,高速铁路工程建设的现况与发展,力学效应,研究成果,缓解和消减负面影响,微压波和洞口缓冲结构,4.1.1隧道的空气动力学效应与隧道设计,高速铁路工程建设的现况与发展,4.1.2隧道工挖技术,特长隧道：TBM法 中长或短隧道：矿山法 特长大断面隧道：宜采用小直径TBM(直径34 m)加钻爆法扩大,高速铁路特长、长隧道较多，为了工期和消防救援以及维护管理的需要,需要通过辅助坑道来实现长隧短打,合理确定开挖进 度指标,利用辅助坑道实现长隧短打,合理确定开挖进度指标,注重施工方法选择的多样性,高速铁路工程建设的现况与发展,4.1.3大跨铁路隧道塌方预防,选择合理的大跨铁路隧道支护手段,及时封闭断面,选择合理的大跨隧道衬砌时机,建立量测体系,高速铁路工程建设的现况与发展,4.1.4隧道的防排水,防排水设计是高速铁 路隧道的设计的基础,防水方法为 “以堵为主,限量排放”,防水技术,隧道的防排水,高速铁路工程建设的现况与发展,重视和加强勘察设计阶段的地质工作,地质工作,建立分层次的施工阶段地质预报工作,4.1.5特长隧道的地质工作,高速铁路工程建设的现况与发展,4.1.6高速铁路桥的关键技术,桥梁结构,高性能混凝土,桥梁架设设备,纵横向水平刚度特殊要求,高性能混凝土应用是技术发展的必然趋势,桥梁架设设备是架设的关键,高速铁路工程建设的现况与发展,4.1.7桥梁结构,01.研究 进一步丰富桥梁结构形式,02.研究 研究简支箱梁设计和检测,03.研究 优化设计刚构连续梁及钢混结合连续梁,桥梁结构特殊要求,桥梁结构形式研究,桥梁新的结构形式,高速铁路工程建设的现况与发展,4.1.8高性能混凝土与桥梁架设设备,高性能混凝土应用于高速 铁路桥梁工程是技术发展 的必然趋势 具有优良的抗压、抗折 和抗拉等力学性能具有 很好的抗渗、抗冻、抗 碳化和抗化学侵蚀等耐 久性能,1国外高速铁路发展较早, 架桥设备的发展较快, 种类亦多 2架设设备应朝着大跨度 、大吨位和机械化的方 向发展,以满足架设大吨 位桥梁类型(至少32m 双线箱梁)的需要。,高性能混凝土与桥梁架设设备,高速铁路工程建设的现况与发展,4.2钢轨关键技术,钢轨的重要性,高速铁路对钢轨的要求,钢轨技术发展,钢轨的技术标准,选轨标准,5,钢轨的力学问题,轮轨滚动接触疲劳,轮轨噪声,6,7,8,轨道力学,9,高速铁路工程建设的现况与发展,4.2.1钢轨的重要性,钢轨是轮轨式高速铁路的重要组成部分，在极其复杂的受力条件下工作 钢轨状态的好坏直接影响行车安全，因此对钢轨质量有极其苛刻的要求 钢轨有些性能之间是矛盾的，要综合比较才能达到合理选择钢轨的目的,高速铁路工程建设的现况与发展,4.2.2高速铁路对钢轨的要求,高速铁路工程建设的现况与发展,4.2.3钢轨技术发展,加强关键性能,开发新型优质钢材,超长无缝钢轨,高速铁路工程建设的现况与发展,4.2.4钢轨的技术标准,我国钢轨目前执行的标准比较复杂 国标20世纪60年代和80年代两次发布 铁标铁道部在20世纪90年代发布 新铁标 铁道路在2003年发布 铁标国标共存近期将维持国标和铁路行业标准并存的局面 新国标整合现有钢轨标准，形成一部完整的国家强制性标准,高速铁路工程建设的现况与发展,4.2.5选轨标准,铁道部重新划分对钢轨的技术要求 时速在200km/h以下的客货混运铁路钢轨 使用4375kg/m热轧钢轨 时速在200-300km/h的客运专线 使用250km/h60kg/m钢轨 时速在300km/h以上的客运专线顶级钢轨 使用350km/h60kg/m钢轨,高速铁路工程建设的现况与发展,4.2.6钢轨的力学问题,轮轨滚动接触疲劳,脱轨机理的研究,轨道力学问题,钢轨的 力学问题,我国从现在到2020年，将是高速重载铁路和城市轨道交通发展的高峰时期。虽然它们的优越性不可否认，但有许多关键技术问题有待进一步解决，其中与轮轨相关的力学问题主要有：,高速铁路工程建设的现况与发展,4.2.7轮轨滚动接触疲劳,轮轨磨损破坏现象主要为轮轨接触表面剥离、压溃、龟裂、波浪形磨损、轮缘磨损和钢轨侧磨及断裂等，这些破坏现象和很多因素有关，有些破坏现象的机理至今尚未搞清楚，对有些问题的破坏机理认识不统一 轮轨滚动接触疲劳是铁路运输的老问题，主要发生在曲线段、接头处、道岔处。 人们采取各种方法和措施来阻止和减少它，如发展新材料、优化轨型面匹配来减少轮轨之间的疲劳 铁路客货量增大和速度提高，轮轨磨擦变得越来越严重。 我国现在每年因更换和维修破坏轮轨，大约花费80多亿人民币。它不仅大大增加了铁路的运营成本，而且直接危害行车的安全。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.2.8轮轨噪声,高速铁路在列车行驶速度低于300km/h时，轮轨噪音占主要部分。轮轨噪音辐射出的轮轨噪声可以归纳为如下三类：,高速铁路工程建设的现况与发展,4.2.9轨道力学,轨道支撑并约束车辆的运行，决定着车辆安全、舒适性。 列车过道岔时，轮对和轨道之间发生强烈的冲击，导致车轮和道岔段上钢轨磨损 高速铁路道岔部位严重地限制了列车的行车速度 在桥梁和隧道端点刚度不均匀，会导致强烈振动，甚至脱轨。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.3道岔,道岔是铁路轨道连接的重要设备，直接关系到铁路运输的效率和行车安全。 道岔的性能直接影响铁路运输能力及旅客列车在该路段的行车速度及旅客乘坐舒适度。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.3高速道岔主要性能指标,直向 侧向 速度,A,安全性,C,旅客的 舒适性,B,高速铁路工程建设的现况与发展,4.3高速铁路道岔关键技术,高速铁路工程建设的现况与发展,4.3国外高速铁路道岔概况,日本 不设区间渡线（车站的渡线无高速列车侧向通过的要求） 法国 车站少、区间渡线多，高速线间或高速与既有线的连接采用tg0.0154道岔。 德国 铁路客货混运。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.3我国秦沈铁路道岔,我国秦沈客运专线设计速度为200km/h，部分基础设施预留提速至250 km/h。根据速度和运输组织要求,决定采用18号和38号可动心轨辙叉单开道岔。 经过研究、设计、试制、试铺、试验五个阶段的工作,特别是直向以250km/h三次综合试验,证明其能够满足旅客列车,侧向38号道岔(渡线) 以140km/h通过时,满足安全性和舒适性的要求。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.4高速列车信号关键技术,调度指挥系统,列车运行控制,信号基础设备,车站联锁系统,自动闭塞,高速铁路工程建设的现况与发展,信号基础器件由电磁式向电子、微处理器元器件发展，广泛采用检测及故障诊断技术，提高信号装置的运行可靠性。 道岔控制方式由直流向交流控制转变，发展外锁闭道岔，减少道岔维护的工作量。 我国研制的ZD9（J）、ZYJ7 型等转辙机与交流转辙机S700K、EBISWITCH 等国外道岔转换设备仍有一定的差距。,4.4.1信号基础设备,高速铁路工程建设的现况与发展,4.4.2调度指挥系统,以铁路调度管理信息系统(DMIS) 为平台 以调度集中(CTC) 为核心(重点讲述) 以行车指挥自动化为目标 构建我国铁路现代化的运输调度指挥管理系统。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.4.3CTC系统总体构成图,高速铁路工程建设的现况与发展,在已建DMIS的区段，以DMIS为基础建设CTC；在未建DMIS的区段，新建CTC同时具备DMIS的全部功能 考虑装备CTC的新建、改建铁路，车站联锁设备应全部采用计算机联锁；并具有区间信息采集功能 对于半自动闭塞区段，应同步装备区间检查设备，实现自动站间闭塞。 调度员与司机的语音、数据通信系统是实现CTC的重要基础。在主要干线建设CTC的区段，应同步规划建设GSM-R铁路移动通信系统；在其它条件艰苦、运量较小的区段，可采用目前无线列调系统补强方案,4.4.3CTC规划原则,高速铁路工程建设的现况与发展,全路20042020年总体规划建设CTC共51,495公里 规划范围包括： 近期规划共计13,163公里，1385个车站 中长期规划中客运专线约12,000公里 完善路网布局及西部开发性新线约16,000公里 其它主要干线及条件艰苦、运输需要的线路约10,332公里,4.4.3CTC规划目标,高速铁路工程建设的现况与发展,D,CTC,COMTRAC,SMIS,运输计划,4.4.3日本高速铁路综合调度COSMOS系统,F,E,维修作业管理,车辆基地作业管理,高速铁路工程建设的现况与发展,设备,运输计划,车辆管理,维护业务管理,电力系统控制,站内,运行管理,集中信息,运输计划设备管理计算机,车辆管理计算机,维护业务服务器,电力系统控制计算机,运行管理计算机,集中信息管理,高速数字线路,高速数字线路,运转区所服务器,运转报告终端,分公司终端,车辆管理服务器,维护区终端,原有远程控 制装置分局,站内作业终端 基地,车站PRC装置 旅客指南装置 运行信息终端,原有地区调度计算机,设备管理终端,运输计划终端,车辆管理终端,维护业务,电力系统,运行管理终端,集中信息,COSMOS 系统构成图,管理终端,管理终端,中央网络,4.4.3 COSMOS系统的整体概要,高速铁路工程建设的现况与发展,4.4.3 COSMOS运行管理系统的特征,提供最适于高速高密度运行具有实践经验的运行管理技术,实现了运行计划,维护计划,在线信息等统一管理的综合系统,系统化范围向车站车辆基地维护区的大幅度扩大,信息服务的提高, 以区域广范围大的自律分散思想为基础的车站 分散控制系统 （高应答性自动控制系统) 采用实时列车行走模拟的预测控制型运转整理 支援机能 确实传递时刻表的变更（指令传递机能), 维护管理系统 运输计划系统 沿线监视系统 运行管理系统 电力管理系统 设备管理系统, 维护计划支援系统 维护作业系统 站内进路控制系统, 车载传递系统 提供事故信息 向顾客提供细致入微的指南服务,高速铁路工程建设的现况与发展,4.4.4新一代自动闭塞技术特征,新一代自动闭塞技术特征,无绝缘,多信息,四显示,双方向,数字化,带超防,实现有形化到无形化的转变，确保列车运行安全和列车追踪间隔时间的计算，列车运行安全的验证和列车追踪间隔时间的计算工作量将更加繁重，就目前的设计工具而言，尚无法满足计算要求。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.5接触网关键技术,接触线,受电弓配套技术,无交叉线岔,电分相,运行管理,高速铁路工程建设的现况与发展,高速铁路的特点 列车速度非常快，密度与负荷特别大 受电弓的上下振动与左右晃动剧烈 接触线抬升量比常速铁路高 高速铁路对接触网的要求 机械结构具有稳定性和足够的弹性,在高速运行时保证电力机车正常取流 设备及零件应具有很强的耐磨性和抗腐蚀能力 尽量延长设备的使用年限 设备结构尽量简单 便于施工，有利于运营和维修 对地绝缘好，安全可靠,4.5高速铁路的特点及对接触网的要求,高速铁路工程建设的现况与发展,4.5.1 接触线,接触线的相关情况 在高速运行时，如果离线，则会产生电火花、拉弧、事故大电流，从而使接触导线的温度急剧升高，磨耗工作面处于局部过热状态而发生软化，造成强度和表面硬度下降，使磨耗加快、使用寿命缩短；高温强度低而发生断线弓网事故 对接触线的要求 高导电率 良好的受流性 耐热性好 抗软化温度高 耐磨性好 抗拉强度高 抗大气腐蚀性能好 线膨胀系数小,高速铁路工程建设的现况与发展,4.5.1 接触线材料,接触线材料,接触线,高速铁路工程建设的现况与发展,4.5.1 一些高速电气化铁路接触线的性能,高速铁路工程建设的现况与发展,采用侧线接触线与正线接触线无交叉式的平面布置结构，即在铁路线路道岔上方的侧线接触线，始终保持与在正线线路上运行的机车受电弓不接触 对于反位运行有严格限制，在反位方向只能以不高于45km/h的速度通过；反位运行时可能发生弓网故障，需要对受电弓进行适当改造,4.5.2无交叉线岔受电弓配套技术,高速铁路工程建设的现况与发展,4.5.3 电分相,器件式电分相对电力机车受电弓产生很大冲击 目前大多采用锚段关节式电分相来消除此问题，这种关节式电分相一般由两个绝缘锚段关节和一段接触网中性区组成 但要求多个受电弓之间满足严格的限制条件否则很有可能产生相间短路。目前只有要求机车乘务员频繁进行一系列操作来避免事故发生；这样大大增加乘务员的工作强度，实际运行中该故障已多次发生,高速铁路工程建设的现况与发展,对于客运专线，列车速度较高，分相环节成为制约列车运行速度的主要障碍。因此自动过分相技术成为解决这一问题的重要途径。应该对研究和运行了几十年的自动过分相技术进行总结和提高，使之在高速铁路得到应用。 一相供电无需电分相环节，不会影响列车速度，因此借助电力电子技术的同相供电研究十分必要。,4.5.3同相供电与自动过分相技术研究,高速铁路工程建设的现况与发展,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,在线检测电路,开关断路器（）,断开,开关断路器（）,闭合,无列车状态,4.5.3自动过分相技术研究,高速铁路工程建设的现况与发展,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,在线检测电路,开关断路器（）,断开,开关断路器（）,闭合,列车靠近,4.5.3自动过分相技术研究,高速铁路工程建设的现况与发展,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨, 在线检测,开关断路器（）,断开,开关断路器（）,闭合,进入中间断电区、在线检测,4.5.3自动过分相技术研究,高速铁路工程建设的现况与发展,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,开关断路器（）,断开,开关断路器（）,断开,在线,开关断路器（）断开,4.5.3自动过分相技术研究,高速铁路工程建设的现况与发展,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,在线,开关断路器（）,闭合,开关断路器（）,断开,开关断路器（）闭合,4.5.3自动过分相技术研究,高速铁路工程建设的现况与发展,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,无列车,开关断路器（）,断开,开关断路器（）,断开,开关断路器（）断开,4.5.3自动过分相技术研究,高速铁路工程建设的现况与发展,4.5.4 运行管理,西欧典型的供电段 全员劳动生产率约8.5条km/人 每接触网工负责约15条km的检修任务 我国某供电段 全员劳动生产率仅为0.97条km/人 每接触网工负责检修约2.0条km 某铁路局全局 供电部门全员劳动生产率约为0.98条km/人 每接触网工平均负责检修1.9条km,高速铁路工程建设的现况与发展,4.6路基设计的关键技术,严格控制路基的工后沉降,严格控制路基的不均匀沉降,控制路基刚度及其纵向变化连续均匀性,包括路基本体沉降和地基沉降,高速铁路工程建设的现况与发展,4.6.1严格控制路基的工后沉降,工后沉降是指路堤建成后铺轨时的路基剩余沉降，主要包括路基本体沉降和地基沉降。 路基的工后沉降量应越小越好，经综合技术经济比选确定,京沪客运通道路基工后沉降限值为5 cm 国外高速铁路的建设经验证明，路基本体沉降约为路基填土高度的0.11%0.12%，且能在建成1 年内完成。秦沈客运专线的建设也证明了以上结论。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.6.2严格控制路基的不均匀沉降,在100 m范围内的路基不均匀沉降，将直接造成幅值较大的轨道长波高低不平顺。 更短范围内的路基不均匀沉降，将直接造成路基的稳固和安全。 我国“高速铁路设计暂行规定”规定路基工后总沉降量为5 cm，沉降速率小于2 cm/ 年，桥台台尾过渡段路基工后沉降不大于3 cm，,高速铁路工程建设的现况与发展,4.6.3控制路基刚度及纵向变化连续均匀性,路基刚度与列车的安全、平稳、舒适运行及轨道的维修工作量密切相关。 纵向刚度均匀性变化是高速铁路路基设计和施工的关键，更是高速列车舒适运营的关键，直接危及行车安全和乘车舒适性。对轨道基础竖向刚度出现突变的分界处，由于各结构物刚度的不同，列车会产生剧烈的跳动，必须设置过渡段，以提高路基刚度的连续性。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.7无碴轨道关键技术,结构及特点,需要解决的问题,概况,关键技术,高速铁路工程建设的现况与发展,4.7.1无碴轨道关键技术概况,无碴轨道是以混凝土或沥青混合料等取代散粒道碴道床而组成的轨道结构型式 无碴轨道成为世界各国高速铁路轨道结构的首选 良好的轨道稳定性、平顺性和耐久性 减小桥梁二期恒载和降低隧道净空 道床整洁美观，消除列车运行时道碴飞溅和粉化 初期相对较大的建设投资也能在运营中得到回报,高速铁路工程建设的现况与发展,4.7.2三种无碴轨道结构及特点,弹性支撑块式,板式轨道,长枕埋入式,高速铁路工程建设的现况与发展,4.7.3无碴轨道的关键技术,关键技术,过渡段,无碴轨道的下部基础,无碴轨道结构设计,高速铁路工程建设的现况与发展,4.7.4需要解决的问题,制定与国际接轨的技术标准 无碴轨道技术要求很高，必须借鉴EN（欧洲工业标准）等国际标准拟定我国铁路无碴轨道的技术标准 采用先进工装和工艺 我国混凝土轨枕生产厂家与无碴轨道的要求相差甚远 要通过无碴轨道的推广，组织对传统产业的改造，实现企业升级,高速铁路工程建设的现况与发展,4.8高速列车关键技术,高速列车 所处的动 态环境,高速列车 关键技术,高速列车的关键技术,高速铁路工程建设的现况与发展,4.8高速列车的关键技术,牵引动力的要求猛增,制作功率要求更大,横向动力作用加剧,垂向轮轨动力作用加剧,高速受流问题复杂化,4,5,6,空气动力作用加剧,高速列车区别于普通列车根本点，在于其所处的特殊动态环境。随着列车速度的提高，动态环境急剧恶化,高速铁路工程建设的现况与发展,4.8高速列车的关键技术,研制能在上述如此严峻动态环境下运行的列车，需要运用多种高新技术，解决一系列高速列车特有的问题。,关键技术,高速列车空气动力学工程,高性能低自重高速客车的研制,高速大功率动力车的研制,高速铁路工程建设的现况与发展,4.8.1高速大功率动力车的研制,为减少维修和改善乘坐环境，应尽可能使用较少动轴。 采用交-直-交传动，动力集中制式单轴功率可达1250kW ，动力分散制式一般用到600kW。 驱动系统必须精心设计，减少簧下质量和克服驱动系统的再生振动是关键。 电阻制动和再生制动应有足够的功率。全列车的制动控制是一个新课题。列车信息及控制系统必须彻底更新。 动力车或控制头车的流线型外形设计。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.8.2高性能低自重高速客车的研制,车辆是一个高维强非线性系统，应采取措施保证其运动稳定性。 空气弹簧、盘形制动等则是最低要求。 为了解决运动稳定性和运行平稳性之间的矛盾，要应用多体系统动力学及控制这一新兴学科的最新成就，并采用整车模拟试验等高新技术，进行设计优化。 为了最大限度降低自重并提高服务水平，客车车体及设备的轻量化非常重要。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.8.3高速列车空气动力学工程,列车贴地运行引起强烈的地面效应。以大细长比和复杂地面效应为特征的高速列车空气动力学，是一个相对独立的学科分支。 列车头型的选择,车体密封的要求，气动压力的作用和空气阻力、气动噪声的降低等，都是与高速列车空气动力学密切相关的，可以统称为高速列车空气动力学工程。 高速列车在隧道中运行时，其气动效应较明线强烈得多，它是典型的非恒定、非等熵、可压缩和有限域的流动问题.,高速铁路工程建设的现况与发展,4.9 高速铁路牵引供电系统关键技术,高速铁路牵引供电系统的特点,国外的高速铁路牵引供电系统,国内的高速铁路牵引供电系统,电能质量问题,高速铁路工程建设的现况与发展,4.9.1高速铁路牵引供电系统的特点,牵引供电 系统的特点,列车速度高，列车通过供电臂时间短,供电臂中负荷电流波动大,机车牵引电流大，牵引供电系统供电功率大,牵引供电系统应适应高速列车采用再生制动工况,高速铁路工程建设的现况与发展,高速铁路要求接触网受流质量高，分段和分相点数量少。目前各国大多采用自耦变压器（AT）供电方式和带回线的直接（RT）供电方式。 AT供电方式： 日本，法国 RT供电方式： 德国，意大利，西班牙,4.9.2 国外高速铁路牵引供电方式,高速铁路工程建设的现况与发展,牵引变压器接线型式对牵引供电系统和工程投资起决定性的影响，不同类型的牵引变压器对电力系统产生不同的不平衡影响。 日本:斯科特接线和变形伍德桥接线三相变压器 法国、德国、意大利和西班牙:单相变压器,4.9.2 国外高速铁路牵引变压器接线型式,高速铁路工程建设的现况与发展,秦沈客运专线是我国目前高速电气化铁路技术层次最高，创新内容最多的标志性工程。 在秦沈客运专线的建设中采用了不少新技术: 采用单工频交流制，直供带回流线供电方式 采用我国自行研制的牵引变电所安全监控及综合自动化系统，实现了牵引变电所的无人值守、远动控制和自检自诊断功能，提高了牵引供电的安全性、抗干扰性和可靠性。,4.9.3国内的高速铁路牵引供电系统,高速铁路工程建设的现况与发展,4.9.4 电能质量问题,无功补偿 1.并联电容器补偿装置 2.静止型无功补偿装置 3.静止无功功率发生器,改善电能质量 的措施,谐波抑制 1.无源滤波 2.有源滤波,高速铁路工程建设的现况与发展,4.10牵引供电自动化系统关键技术,变电所综合自动化远动系统,远动 系统,牵引供电 自动化系统,高速铁路工程建设的现况与发展,电气化铁道远动系统在牵引供电设备监控、故障判断处理和运行状态分析等各个方面都发挥着越来越重要的作用，并为牵引供电系统调度管理提供了全新的技术手段。 电气化铁道远动系统是一种计算机控制系统，其功能是进行电力调度与所管辖的牵引变电所、闭所、分区亭及V 停设备等供电装置之间的远距离实时监测和控制。,4.10.1 远动系统,高速铁路工程建设的现况与发展,远动系统通道 优化远动系统通道结构，提高通信线路的可靠性。 通信网络及接口的标准化 采用标准规约及接口方式,实现不同厂家的设备间的信息交换。 通讯模式 以以太网为代表的局域网技术中，以客户/服务(Client/Server)方式为基础的网络技术在远动系统中得到了广泛的应用，如何过渡到实时性更好的发布/订购(Publish/Subscribe)模式需进一步研究。,4.10.1 远动系统关键技术,高速铁路工程建设的现况与发展,哈尔滨大连电气化铁道所引进德国的S.P.I.D.E.R.远动系统用于对供电系统的控制、监督、采集和分析数据，并提供一个建立网络控制应用的操作平台。 S.P.I.D.E.R. 系统的所有主服务器和工作站都建在一个局域网上，并采用冗余的设计方式。其中一个非常重要的部分是远程通信服务器即RCS。通过它们从远程终端中采集、管理、维护和控制数据，使SCADA 系统和远程数据之间获得有效的连接，并不断地更新数据库。,4.10.1 哈大线电气化铁道远动系统,高速铁路工程建设的现况与发展,4.10.1 哈大线电气化铁道远动系统软件,1. 由硬件和操作系统组成的基础部分,2. S.P.I.D.E.R.的应用程序,3.应用服务层,4.专用于不同类型的操作,高速铁路工程建设的现况与发展,变电所自动化是指集监控与中央信号、保护、通讯、管理等多种功能的自动化系统，它采用分层控制原则，由多微机分布式结构组成。 秦沈客运专线采用的TA21型牵引变电所安全监控与综合自动化系统。系统由集中式牵引变电所综合自动化装置和远方视频监控及防灾报警系统构成，同时还设置了自动灭火系统。牵引变电所运行维护采取无人值班、有人值守式。,4.10.2 变电所自动化系统,高速铁路工程建设的现况与发展,4.10.2 安全监控及综合自动化系统组成结构,系统采用分层分布式结构形式 变电站层为系统监控机 网络层采用双层网结构，通信处理单元接在第一层环形现场测控网上，当地监控系统挂接在第二层以太网上，两层网通过通信处理单元实现现场总线与以太网的连接，变电站内各个保护测控单元为间隔层。,高速铁路工程建设的现况与发展,4.10.2秦沈专线综合自动化系统的特点,网络型,分层分布式,模块相互独立,秦沈客运专线综合自动化系统的特点,高速铁路工程建设的现况与发展,4.10.3高速铁路电气化发展,牵引变电220kV等级将会成为一个标准引入铁路牵引供电系统中来，其中集中供电将会在高速电气化铁路建设中运用。,将会引入更多高可靠、自动化程度高、少维护的产品。牵引变电所、开闭所等将采取无人值班、有人值守的管理方式,秦沈客运专线是我国高速电气化铁路的一个重要试验基地，为京沪等高速铁路作着技术铺垫,高速铁路工程建设的现况与发展,4 高速铁路建设发展与未来,我国高速铁