高铁动车技术与安全管理.pdf

第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 高铁动车技术与安全管理 高铁动车技术与安全管理 蔡志东 1 高铁技术的概述 1 高铁技术的概述 广义上的高铁泛指运行时速200KM及其以上的铁路 狭义的高铁仅指时速在300KM及其以上 的铁路 通常指广义上的高铁 追溯其源 1903年德国西门子试验列车时速达210KM 为高铁列车造 福人类提供了技术支持基础 可谓鼻祖先驱 因德国是世界第一次和第二次大战战败国 是日本 1959年首先开工建高铁 1964年东京奥运会前夕 列车以时速210KM开通运营 开辟了世界高铁的 新纪元 产生了良好的社会效益 并保持开通至今无重大事故的良好记录 零人员伤亡 正点率 99 99 开通至今平均每列车晚点时间不到30秒 07年统计的为21秒 目前世界高铁最高速是法 国TGV V150系列试验列车时速574 8KM 每秒跑出159M 高铁技术包括诸多方面 笔者认为3大核心技术尤为关键即 工务工程技术 列控技术 动车技 术 1 工务工程技术是项庞大系统工程 涉及很多技术参数指标 通俗称路况 路况不良 再好的车 也是不能跑高速的 中国地处亚欧大陆板块 地质较好 不像日本地处亚欧大陆板块与太平洋板块接 合部 随地壳运动多火山地震 平均2天一地震 所以同样的动车 因中国地质较好可以速度高一筹 有 科学根据的 无缝长轨 无砟轨道 高架桥 特大桥 长隧道 声障屏等等无不带有技术含量 笼统的说线路是越平直 坡度小 路基质量过硬无下沉 要做到这些谈何容易 广而言之加上高 架接触网线路 其涉及的技术面更广 弓网接触压力过小 容易导致高速时接触不良 特别是结冰 天气 弓网接触压力过大 冲击力强 轻则加大磨耗 重则刮坏弓 拉坏网 接触网的定位 绝 缘度都有技术含量 2 列车运行自动控制系统ATC简称列控系统包括3个子系统即 列车超速防护系统ATP 列 车自动驾驶系统ATO 列车自动监视系统ATS 在我国ATO尚未提到日程 目前ATC实际就是指 ATP CTCS即中国列车运行控制系统 CTCS划分5个等级即C0 C4 现实情况C0级适用最高 160KM H及以下提速既有线由LKJ 列车监控记录装置 控车 ATP不控车不起作用 C2适用时速 200KM客专 C3适用时速300KM狭义高铁客专 ATP包括车载设备和地面设备 C2级区段ATP 车载设备由车载安全计算机 VCU 轨道电路信息接受单元 STM 及其天线 应答器信息接受单元 BTM 及其天线 人机界面 DMI 显示屏 记录单元 DRU 列车接口单元 TIU 速度感器等组成 地面 设备由车站列控中心 包括地面电子单元LEU 应答器 轨道电路 车站电码化等 ATP对高铁动车安 全起着保驾护航的自动控制作用 不敢想像在时速300KM的C3级高铁上没有ATP 没有地面通 过信号机 如何保行车安全 更不说高速度 大密度 重要性从因ATP故障导致7 23甬温线特大 事故可见一斑 3 高铁的载客体 动车组 曾经我国在动车组方面进行了一段时间的摸索研制 成果如中华之星 中原之星 神州 晋龙 等等 从运行实践检验来看表现不尽人意 西南交大某一权威教授称中华之 星曾被多个故障问题所困扰 中原之星在运行途中出现制动不缓解 不得不就地解体 神州号甚至因 故障多被有人称之为神经号 晋龙因龙体欠佳笔者看见其破旧不堪的车体静躺在太原局某机务段 库内 263 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 放眼世界 交流传动 动力分散的电动车组 EMU 是流行趋势 电力机车是包括电动车组在内 的总称 电动车组是电力机车的一个新分支 我国引进 合作乃至新研制的CRH系列无一例外是 交流传动 动力分散的电动车组 均采用交流电机 均是动力相对分散 交流电机的优点多多如 结构简单 体积小 功率大 工作可靠 车底的设备安装空间很有限 交流电机与直流电机比较 没有换向器 整流子 电刷等 结构较简单 同功率情况下体积较小 同体积情况下功率大 交流电机因 几乎没有直流电机的磨耗等损耗 有功功率大 也不存在换向火花 不易主接地等故障率低 工作可 靠 有关专家断言 采用直流电机因速度越高 电机越易产生换向火花 乃至环火 接地 放炮 扫 膛 所以采用直流电机的速度上极限是时速200KM 交流电机无人妄言极限速度说 就凭这 高铁 动车须采用交流电机 动力分散与动力集中相比优点在于动力设备分散设置在各车底下 减小了轴 重以减小了轮轨动力作用 可以充分利用列车比动力集中多载客 牵引启动加速及制动迅速平稳性 能好 2 动车技术的 4 项关键技术 2 动车技术的 4 项关键技术 即牵引 制动 网络 车体 通俗的说牵引没劲跑不了想要的那么快 刹车不灵不敢 不能 跑那么快 没有强大的神经系统控制跑不了那么好 车身体是本钱 没有扎实的身子骨 高速还不跑 散架 1 在牵引系统方面 采用高性能气囊式单臂受电弓受流 遇刮弓等故障 能实现快速自动降弓功 能 通过快速降弓阀排气实现 主断路器均采用结构简单 工作可靠的真空断路器 以前的电力机车 空气断路器结构复杂 噪音大 有时犯卡故障率高 主断起总开关和总保护作用 即需要时闭合接 通主电路 车有电路故障断开起保护 车顶均装有避雷器 车体下悬式牵引主变压器 油泵强迫油 循环 变压器就是通过线圈的匝数不同 变换成相同频率降压成不同的电压 牵引核心技术在变流技术 四象限整流器把来自接触网 主变压器的交流电变成直流电 再经逆 变器输出频率和电压可调的三相交流电 如此交 直 交的变换 其目的在于通过变频变压实现变化牵 引功率 牵引力 从而改变速度 调速 以前我国研制交 直 交 牵引变流技术是难关 日本牵引变 流器的相关开关每秒可动作1500次 从CRH至HXD系列交流机车牵引变流器均为水冷却介质 的强迫风冷 牵引电机是通风机强迫风冷的 按高铁规章 动车组牵引系统具备功率冗余 引进后提 高运行速度对于CRH系列动车组是牵引力所能及的 2 有多大的牵引力 就得对应的制动力相匹配 CRH系列动车组采用计算机控制直通式电空 制动系统 具备动力制动和空气制动的功能 动力再生制动是利用电机的可逆性原理 牵引时作电 动机运行 输入电能 输出机械能驱动运行 电制动时 作发电机运行 将动能转变为电能反馈到接触 网上去 制动时逆变器工作在整流状态 四象限整流器工作在逆变状态 动能转化 列车减速 高速 动车制动系统的特点是复合制动能力强 动力制动和空气制动可同时工作 动力制动优先 最限度地 发挥无摩擦制动 减少磨耗 除再生制动外 动车均有电空制动系统 即以电信号为指令 以压缩空气 为作用动力源 制动控制单元 BCU 通过列车网络控制系统接受人控 操作者如司机 操作或机控 如ATP LKJ 发出的制动指令 经BCU总风最终到制动缸 直通式具有控制方便 响应快 一致 性好 遵照故障导向安全原则 总风不足或列车分离等会导致安全回路失电而启动紧急制动停车模 式 放停保安全 另外为防止制动指令系统故障而失效 动车组均有辅助制动装置也叫备用制动 间 接自动制动原理 列车制动管充气缓解 排气制动类似于机车制动机 多重制动方式进一步确保 264 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 安全且满足机车救援及无动力回送需要 空气制动执行机构 基础盘形制动卡钳上闸片夹制动盘 制动效果优越于闸瓦制动 欧标车设有停放制动防溜 停放制动也称弹停制动 通用原理是在车 停留状态 通过弹簧力而不是空气压力实施制动防溜 要么施加空气压力抵消机械的弹簧力或手 动切除弹停制动 CRH2及380A L 设有耐雪制动 在时速110KM以下投入使用 制动缸压力60KPA 制动闸片与制动盘无间隙 防雪进入影响制动效果 在CRH1有防冰制动 CRH3及380BL类似雪 天制动模式 另外 动车均有防滑行 防空转能力 当制动力大于粘着力而滑行 被检测到 降低电制动 力或输出针对该轴的缓解指令 使其制动缸排气 被检测到空转 自动降低牵引力 这些均是微机控 制系统完成的 3 动车组列车信息网络控制系统TCMS是动车组 乃至和谐系列交流机车 的控制 监测 与诊断系统的简称 其是一个智能单元 通过采集和传输信息 管理控制着车上大多数的主要设 备 微机电脑比如人的大脑 微机通讯中断如人瘫痪 动车组的核心技术关键莫过如此 对微机 网络控制系统的软件调试也是高技术 列车网络控制系统与列车自动控制系统完全两码事 不能混 为一谈 前者是动车组自身设备 没有它 动车组寸步难自行 后者是动车组外加行车安全装备 没 有它如被隔离 动车组在其它方面有安全措施下 照跑不误 因ATP不控 可能跑得还欢些 通常所简 称的列控或列控系统指ATP TCMS是靠列车总线 WTB 实现各个控制单元间传递列车级数据及实现数据交换 多功能 车辆总线 MVB 通过接口与各个子系统的连接 传递过程数据 消息数据等 控制各子系统执 行相应的功能 WTB如粗神经 支持车辆极数22个 长度小于860M 但至少支持32个节点 MVB如细神经 可以同一车厢 也可最多6节车厢 最多支持4095个设备 其中有256个能通 信的站 动车组的网络控制系统决定了动车组智能化程度 已远远超出原来电力机车的控制电路 CRH系统的TCMS的功能超强对动车组牵引 制动 辅助 信号 空调 车门 旅客信息系统等 子系统进行监视控制 使各子系统 部件控制更加协调 精确 合理 并均有智能人机界面 显示 器 供司机等查看 操作 简单举例除了在监视器上很方便的进行切除某受电弓 主断 牵引变 流器外 连全列动车组的哪辆车的哪个门没关好及有旅客在第几车卫生间吸烟导致烟雾报警都并 有报警 显示 超强记录 相关数据还可以传输下载 可作为运行分析 维修依据 关于人机界面 CRH1的叫智能显示器IDU CRH2及380A L 的叫MON监视屏 CRH3及380BL的叫MMI显示 器 CRH5叫TS主监视器和诊断监视器 TD 4 除动车组的微机软件外 动车组的车体转向架硬件设备是关系动车安全的自身根本 CRH2 转向架被称为乔丹身材 全是精华 没有赘余 结构严密合理 看过CRH2转向架的行家称赞叫好 在第二代CRH2C上还装有转向架失稳检测报警装置 CRH3及380A B 也有 高速阻力80 以上 是空气阻力 动车组无一例外的采取流线外形 其中CRH380A更流线比CRH2C长1 6米 CRH380A203米 车厢体除早期的CRH1A采用不锈钢车体外 均采用质轻硬双层中空铝合金 均采用了空气弹簧减振 空心车轴减少轴重和便于探伤 整体轮对无轮心轮箍可以镟轮 另外部 分高铁动车上装有手机信号增强设备 动车组简介 按照 全面引进技术 联合设计生产 打造中国品牌的政策 04年开始 部组织引进 先进成熟技术 CRH1 CRH2 CRH3 CRH5相继问世 CRH1 CRH3 CRH5统称为欧标车 庞 巴迪以运输制造业排名世界第一的实力 较早进入中国 在欧洲有广阔市场 其涉及不但在铁路方 面 还有飞机制造 庞巴迪能争得与中国合作冠名CRH1 另有说法是 有中国人不想把NO 1送给日 本川崎 CRH1较早营运在广深线 有人称之为瑞典公主 因为CRH1是在庞巴迪为瑞典提供车经 适应国情技改而成的 所谓公主意指出自名门 品质高雅 科技含量自动化程度高 如其供风系统由 265 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 微机控制自动工作 无需人工处理 当升弓主风缸压力低于500KPA 辅助压缩机自动启动 达到 700KPA时会自动停止 主压缩机也是微机控制启停 保证风压在正常范围 其微机控制系统逻辑 严密 如试验须按其IDU显示指令操作 否则不被公主认可 搞不好得从头搞一遍 至公主接受为止方 可继续操作 庞巴迪的人机工程学人性化设计很到位 如其粗长的主控制杆和硕大的硅胶垫 垫手 并绝缘安全 适合男女操纵手操纵 男手触到硕大的硅胶垫 同隆胸材质 如触性感有精神 不磕睡 初上车者 记忆较深的莫过如此 想下次再来 吸引男者爱上此处 爱此岗 女手紧握粗长的主控杆估 计会来感觉 要紧的是主控杆中空有个按头 为防操纵者睡觉或注意力分散 若50秒内不按一下按头 指示灯开始闪亮3秒后 其警惕装置就会发出蜂鸣报警声 7秒内不动它 就会自动启动紧急制动停 车 确保旅客安全 为理解操纵者手动疲劳或爱好不同 有脚动踏板动作原理一致 欧标车均装有警 惕装置 体现机控自动化程度 CRH1A为5动3拖8辆编组 1B为10动6拖16辆座位车 1E与 1B不同之处在于2 15车为卧铺车厢 从CRH1上线运行实践来看故障率低是事实 CRH1的设计 寿命25年 CRH2是青岛四方与川崎重工合作产品 再到实现国产化 就目前来看 CRH2是系列产品最多 运用范围最广 CRH2A为4动4拖8辆编组 4 6车各设1个受电弓 2个VCB 主断路器 2个主 变压器 2个动力单元 第2 3 6 7车为动力车厢 5号车为餐车居全车之中 2B为8动8拖 16 辆座位车 3个一等车相邻在一起有人说是人以类分 类似于2辆2A重联 外观2A与2B头部差别 在于 2A没有副照明灯 原因在于日本夜晚基本不开动车 有个头灯就够了 我国地广人多夜晚行 车在所难免的 就加装了2个副灯 像眼睛 2B与2A司机室设备按钮差别在于 2B把最常用的几 个按钮集中一排装在操纵台前 便于操作 这点2C 2E与2B一致 2E与2B的不同之处在于2 15 车为卧铺车 第8车为餐车 2C为6动2拖 1 8车为拖车 2 7车为动车 3个动力单元 3个主变 压器 曾在武广高铁以持续350KM H的速度运行安全无事 2C与2B头部外观不同的是多一道类 似鱼尾纹的胡子横线 CRH2是典型的傻瓜车 初学操纵者基本上一看就会 操作十分简单 CRH2 被称之为日本兵 意为扎实经踹 操纵起来野蛮一点也无妨 牵引哗啦啦响P1到P10级级有声有手 感 开CRH2制动停车笔者心得 进站停车莫着急 1 2 3 3 2 1 车停稳后至B7 实速43走210 实 速57走370 大意是开CRH2车很简单 进站停车不用紧张 不必过早撂闸莫急 须减速时制动手柄 先B1位再B2 B3逐步增加制动力 速度下降到一定程度 为低速好对停车标停车 由B3逐步回到 B1至车停 停稳后至B7位防溜 实速43KM H制动走行210M 实速57KM H走行370M 以此为依 据 对标零误差 据说CRH2的每列车价位是1 679亿人民币 与CRH3的2 5亿每列车的价位要价 廉 CRH3是唐山轨道客车公司与德国西门子合作的产品 至于西门子怎么先在竞标中落选 又花 落唐山幕后曲折故事自有说法 能说的出口的是当时西门子不肯降价 德国人以严谨刻板著称 自认 为其技术世界一流 物有所值 从CRH3在中国运行的工作表现来看是有战斗力的 CRH3车4动 4拖总功率就高达8800千瓦 持续350KM H运营状态良好 试验时速达394 3KM 京津高速 武广 高铁等在线运营 CRH3具有智能自动化程度高 逻辑严密等欧标车的一些共性 部分中国人信 吉利数字的 所以单列小编组均为8 发 双列或长编组均为16 双发 16辆编组餐车在8号车 那么 CRH4因带4 死 被空缺了 还有CRH5为长春客车股份与法国阿尔斯通合作的产品 CRH5车5动3拖 2个牵引单元 电 动机向车轴的传动是通过齿轮箱和万向轴实现的 3 6车顶设受电弓 第1 2 4 7 8车为动车 每台电机功率550千瓦 牵引总功率5500千瓦 比CRH2A每台电机300千瓦 总功率4800千瓦的劲 大 CRH5空调在车顶上 而CRH2空调在车底 所以CRH5车体比CRH2高 车高马大耐寒 产自 266 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 北方适合北方 CRH5还有个隧道模式是车过隧道时 关闭车体进 排气口 避免隧道污浊空气进入 车体内 在司机室操作台上多设了主指令开关 在紧急情况下 利用硬件指令可断电 降弓 阿尔斯 通也算是国际驰名品牌公司 技术不应小视 HXD2新型交流机车也是引进阿尔斯通技术 国产地在 大同 至于CRH5国产化过程中技术改动带出的故事 不便细说 不须多说 路人皆知 我国CRH380系列创新产品已运营 CRH380A6动2拖是在充分吸收借鉴CRH2 CRH3的 基础上研制出的 动车组的网络控制系统像CRH2C 司机室前面的操纵台仍像CRH2 侧边及后边 的开关箱像CRH3 考虑到我国庞大的客流市场 特别是逢年过节运输量 还国产出CRH380AL上 线运营 380AL为16辆编组 14动2拖 2 15车为动车 1 头车 0 尾车 车为拖车 7个动力单元 总功 率21560KW 切除50 动力可维持300KM H运行 5 13 车各设2个受电弓 运行中各升1个 CRH380BL是唐山轨道客车公司以CRH3为基础 研制出的加长版16辆编组 380BL采用法国进口 高速受电弓 8动8拖 4个牵引单元 总功率18400KW 司机台上加装了开客室门选侧开关 多 一重安全操作 防止司机开错左右侧车门 纵观高铁动车问世以来 以安全 快捷 舒适 节能 环保等综合优势 倍受青睐 呈蓬勃发展 之势 有光明前景 我国高铁是在全面引进国际先进成熟技术发展起来的 所以安全技术装备与国 际接轨 从安全正点率来看我国与日本还是有差距 3 运输安全风险管理 3 运输安全风险管理 2012年建立健全安全管理体系 以期实现安全风险闭环管理 有人称为科学算命 通俗的说 是对运输中可能 容易发生安全的风险项点进行清理 有针对的采取相关措施进行控制 有效进 行安全管理 这是铁路管理体系建设 让安全有章可循 是铁路管理方面的探索实践 铁路存在施工 施工存在安全风险 因它不但是线路的维修 与运输行车的矛盾 而是可能涉及信号 联锁 闭 塞方式暂时停用 或改变 每次施工都是事先提报 预先制定安全措施 绘施工明示图 指派胜 任人员添乘把关乃至电话提示 掌控 行车至施工地点 加强瞭望 多鸣笛 防止伤亡 意外 按规定操作 其实施工特殊行车办法 大体来说就是进站信号停用 特定或普通引导进站 出站 信号停用 使用绿色许可证行车 再就是调度命令及路票行车 如果人人皆会 培训到位 施工 安全就有保障 包括哪里有施工特行 让不熟悉该行车办法的人跟车观摩 以便其真正掌握 安全管理的理念 从管理层来说 党中央 国务院的很多讲话指示精神值得贯彻遵循 比如 说广大铁路干部职工是好样的 其实这既是肯定大家的努力 也是认可咱们工人有力量 胡总书 记倡导建设和谐社会 习近平副主席劝党员干部多学点历史 古今中外 上下几千年 劳动人民是历 史前进的潮流动力 得民心者昌 2012年两会期间温总理在大型中外记者招待会上说 我想把经常 对政府工作提意见的人邀在一起 多听听他们的想法 态度是诚恳开明的 总理尚且如此 管理 者应广听良言 不塞忠谏之路 群策群力 群众的智慧是无穷尽的 盛部长上任以来 在加薪方 面有大的手笔 是关心职工 切实改善职工生活 如果有领导对自己自由主义 对下属 工人要 求标准按马克思主义来 严重后果可想而知 战争年代国民党的军官手枪一挥 兄弟们给老子上 后面还有架起机枪的督战队 共产党的干部 同志们跟我上 结果共产党当政 管理干部能走好群众 路线 以身作则 作好的榜样 上仿下效 安全就能搞好 只有管不好的干部 没有管不好的工人 作 为党员应讲党性 讲原则 树立正确的人生观 世界观 价值观 充分发挥党员的先锋模范作用 时时处处事事做起 真正实现党员三无 无违章 无违纪 无事故 切实主动关爱工人师傅们 267 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会 让其感受到是人性化管理 感动感悟到 我必保安全 而不是逼我保安全 新手业务不熟或年纪较大有些技术作业流程记不全 漏项 从管理层面来说 职工教育培训有 不足 培训要点是 早抓 真抓 紧抓 多抓 新手上路 应预先早准备 强化细