《高速铁施工技术》PPT课件.ppt

高速铁路关键技术概论 西西 南南 交交 通通 大大 学学 钱钱 清清 泉泉 院院 士士 2006年11月 *1 李白在蜀道难一诗中这 样说：“蜀道之难难于上青天 。西当太白有鸟道， 可以横绝峨嵋巅。地崩山摧 壮士死，然后天梯石栈方钩 连。上有六龙回日之高标， 下有冲波逆折之回川。黄鹤 之飞尚不得过，猿猱(nao) 欲渡愁攀援。” 过去：古栈道 今天：飞机、 高速列车、 磁悬浮 。 *2 主要内容 我国交通运输发 展的重要性 轨道交通 发展概述 主要内容 12 高速铁路 关键技术 4 高速铁路 发展概述 3 Date3 一、我国交通运输发展的重要性 2 41 3 重要性 国家经济发展的 重大需要 建立国家重新 体系的需要 社会稳定的需要 加速产业发展和 提高国际竞争力 的需要 交通运输在国民经济、社会发展和人民生活中起着重 要作用，当今中国迫切需要现代化交通： Date4 选择不同的交通工具的优缺点 轨道交通的作用在过去、现在和将来都是至关重要的。 传统 火车 汽车 轮船 轨道 交通 飞机 旅行者 受限 太昂贵 危险 太慢，服务差 安全、快捷 一、我国交通运输发展的重要性 Date5 一、我国交通运输发展的重要性 交通方式 大气 环境 水环境土壤、地面 状况 躁声城市生态城市景观 隐性 污染 道路交通有影响有影响有影响有影响有影响有影响有影响 水运交通有影响有影响无影响有影响有影响无影响有影响 轻轨交通无影响无影响有影响有影响有影响无影响无影响 航空有影响无影响无影响有影响有影响无影响有影响 管道无影响无影响有影响有影响无影响无影响有影响 各种交通方式对环境的影响 Date6 不同交通方式的能耗与污染对比 一、我国交通运输发展的重要性 单单位 运输输 量 （人 /公 里） 小 汽 车车 摩 托 车车 公 共 汽 车车 轨轨 道 交 通 铁铁 路 CO11100.280.010.13 CO2180100486179 NOx2.10.160.790.150.46 VOC2.26.50.290.150.31 Date7 一、我国交通运输发展的重要性 千焦/(人 Km) 比 例 轨轨道交 通 10201.5 公共汽 车车 6801 铁铁路12701.8 7 摩托车车13702.0 1 小汽车车25803.7 9 德国城市不同交通方式单位运输量的能耗 Date8 干线轨道交通 城市轨道交通 新型轨道交通 高速客运 重载货运 地 铁 轻 轨 单轨电车 郊区铁路 磁悬浮 轨道交通 不断涌现出各种新的原理 真空高速管 道列车 轨道交通的分类：三大类 二、轨道交通发展概述(分类) Date9 二、轨道交通发展概述(构成) 车辆 控制系统 线路与轨道 供电系统 Date10 因此高速铁路得到快速的发展 。 社会经济 效益好 不受气候 的影响 安全可靠 运行准时 外部运输 成本低 对环境 污染小 能源消耗低 土地占用 面积小 客货运量大 旅行时间短 高速铁路 的优点的 高速铁路的优点： 二、轨道交通发展概述 Date11 发展 现状 以及 趋势 1 2 3 4 5 城际轨道交通公交化 货运重载化和快捷化 铁路客运高速化 高速磁悬浮交通的崛起 城市轨道交通蓬勃发展 二、轨道交通发展概述 Date12 德国 1964年开始，新 干线总长度达 1835公里，高速 列车客运量为世 界之最。 高速铁路是指由新一代列车提供的时速在200350km甚 至更高的铁路快速运营服务。 法国日本 1983年开通第一条现 代化高速铁路，高速 列车TGV运行速度为 300350km/h， 最高试验速度为 515.3km/h 1985年开始研究 ICE高速列车， 1991年投入运营 , 有高速铁路700 多公里，高速列 车最高运行速度 达330km/h 三、高速铁路发展概述 Date13 三、高速铁路发展概述 世界高速铁路的已投入运营里程(2005年) Date14 三、高速铁路发展概述 目前世界上铁路总长及各洲的分布 Date15 投资力度八纵八横速度方面 四横四纵 修建新线6000公里 复线3000公里 地方铁路1000公里 总投资3500亿 300500公里范围内 实现“朝发夕至” 1200-1500公里范围内 “夕发朝至” 20002500 公里内实 现“一日到达” 高速列车的运行速 度达到 200300 km/h，试验速度将 达到350 km/h以上 北京- 上海 北京- 沈阳- 哈尔滨 北京- 武汉- 广州- 深圳 杭州- 宁波- 福州- 深圳 徐州- 郑州- 兰州 杭州- 南昌- 长沙 青岛- 石家庄- 太原 南京- 武汉- 重庆- 成都 三、高速铁路发展概述 城际客运 环渤海地区 长江三角洲地区 珠江三角洲地区 “十一五”期间，国家将建9800公里高速客运专线铁路 Date16 四、高速铁路隧道的关键技术 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 Date17 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 4.1高速铁路隧道的关键技术 Date18 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 Date19 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3 4 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 Date20 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 1 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 2 3 4 Date21 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 Date22 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 Date23 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 Date24 4.1.7桥梁结构 01.01.研究研究 进一步丰富桥进一步丰富桥 梁结构形式梁结构形式 02.02.研究研究 研究简支箱梁研究简支箱梁 设计和检测设计和检测 03.03.研究研究 优化设计刚构连优化设计刚构连 续梁及钢混结合续梁及钢混结合 连续梁连续梁 桥梁结构 特殊要求 桥梁结构 形式研究 桥梁新的 结构形式 Date25 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 Date26 4.2钢轨关键技术 钢轨的重要性 1 高速铁路对钢轨的要求 钢轨技术发展 钢轨的技术标准 2 3 4 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 Date27 4.2.1钢轨的重要性 v 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 v 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 v 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 Date28 4.2.2高速铁路对钢轨的要求 高的纯净度 材质高洁净 有利于提高 其抗疲劳性 能，保证运 行安全性 严格的外形尺寸 可以减少表 面接触疲劳 伤损，延长 钢轨的使用 寿命 高度的平顺性 保证高速列 车运行的平 稳性和旅客 的舒适性的 重要保证 Date29 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 Date30 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 v 国标20世纪60年代和80年代两次发布 v 铁标铁道部在20世纪90年代发布 v 新铁标 铁道路在2003年发布 v 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 v 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 Date31 4.2.5选轨标准 v铁道部重新划分对钢轨的技术要求 v 时速在200km/h以下的客货混运铁路钢轨 使用4375kg/m热轧钢轨 v 时速在200-300km/h的客运专线 使用250km/h60kg/m钢轨 v 时速在300km/h以上的客运专线顶级钢轨 使用350km/h60kg/m钢轨 Date32 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： Date33 4.2.7轮轨滚动接触疲劳 v 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 v 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。 v 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 v 铁路客货量增大和速度提高，轮轨磨擦变得越来越严重。 v 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。 Date34 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： 冲击噪声 滚动噪声 高频尖 叫声 Date35 4.2.9轨道力学 v轨道支撑并约束车辆的运行，决定着车辆安全、 舒适性。 v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 v高速铁路道岔部位严重地限制了列车的行车速度 v在桥梁和隧道端点刚度不均匀，会导致强烈振动 ，甚至脱轨。 Date36 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。 Date37 4.3高速道岔主要性能指标 直向 侧向 速度 A A 安全性 C C 旅客的 舒适性 B B Date38 4.3高速铁路道岔关键技术 可动部件 转换设备的适应性和可靠性 动力学性能 几何设计 Date39 4.3国外高速铁路道岔概况 v 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） v 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。 v 德国 铁路客货混运。 Date40 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。 Date41 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 Date42 v 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 。 v 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。 v 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 Date43 4.4.2调度指挥系统 v 以铁路调度管理信息系统(DMIS) 为平台 v 以调度集中(CTC) 为核心(重点讲述) v 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。 Date44 站间广域网 中 心通信前置 服务器 中心局域网 表示墙 控制器 车务终端 联锁 EtherNET 车站自律机 联锁系统 联锁 EtherNET 车站自律机 联锁系统 车务终端 路由器路由器 路由器路由器 路由器 路由器 V.35/G.703 V.35/G.703V.35/G.703 值班主任 工作站 数据服务器 调度员 工作站综合维修 工作站 防火 墙 通信前置 服务器 磁盘阵列 应用服务器 打印机 绘图仪 控制工作站 鼠标 助理调度员 工作站 鼠标鼠标 计划员 工作站 系统维护 工作站 网管工作站 电务维护终端 综合维修终端 （无人站） 综合维修终端 （无人站） 电务维护终端 4.4.3CTC系统总体构成图 Date45 v 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 v 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 v 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。 v 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 Date46 v 全路20042020年总体规划建设CTC共51,495公里 v 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 Date47 DD BB C C AA CTC COMTRAC SMIS 运输计划 4.4.3日本高速铁路综合调度COSMOS系统 F F E E 维修作业管理 车辆基地作业管理 Date48 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 Date49 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 Date50 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。 Date51 4.5接触网关键技术 3 4 2 1 接触线 受电弓配套技术 无交叉线岔 电分相 运行管理 Date52 v 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 v 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 Date53 4.5.1 接触线 v 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 v 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 Date54 4.5.1 接触线材料 接触线材料 接触线 复合 铜合金铝合金纯铜 Date55 4.5.1 一些高速电气化铁路接触线的性能 接触线材 料 速度km/h 国别抗拉强度 MPa 导电率%IACS 铜240日本34097.0 铜300法国35897.0 铜银250德国39596.5 铜银140中国36596.6 铜银锡180中国367.596.0 铜锡350法国537.577.6 铜镁330德国50368.1 铜钢300日本65560.2 铜钢300日本49381.1 铝钢370日本35046.5 Date56 v 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 v 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 Date57 4.5.3 电分相 v 器件式电分相对电力机车受电弓产生很大冲击 v 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 v 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 Date58 v 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。 v 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 Date59 （）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 Date60 （）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 Date61 （）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 Date62 （）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 Date63 （）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 Date64 （）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 Date65 4.5.4 运行管理 v 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 v 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 v 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 Date66 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 Date67 4.6.1严格控制路基的工后沉降 v 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 v 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。 Date68 4.6.2严格控制路基的不均匀沉降 v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。 v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， Date69 4.6.3控制路基刚度及纵向变化连续均匀性 v 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。 v 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。 Date70 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 Date71 4.7.1无碴轨道关键技术概况 v 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 v 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 Date72 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 Date73 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 Date74 4.7.4需要解决的问题 v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 v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 Date75 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 Date76 4.8高速列车的关键技术 牵引动力的要求猛增 1 制作功率要求更大 横向动力作用加剧 2 3 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 Date77 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 Date78 4.8.1高速大功率动力车的研制 v为减少维修和改善乘坐环境，应尽可能使用较少动轴。 v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。 v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。 v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。 v动力车或控制头车的流线型外形设计。 Date79 4.8.2高性能低自重高速客车的研制 v 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。 v 空气弹簧、盘形制动等则是最低要求。 v 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。 v 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。 Date80 4.8.3高速列车空气动力学工程 v 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。 v 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。 v 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. Date81 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 Date82 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 Date83 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 Date84 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 Date85 v 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。 v 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 Date86 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 Date87 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 Date88 v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。 v 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