高速铁路关键技术NewPPT课件.ppt

2020 3 18 1 2 2020 3 18 主要内容 3 2020 3 18 一 我国交通运输发展的重要性 2 4 1 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 4 2020 3 18 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 5 2020 3 18 一 我国交通运输发展的重要性 各种交通方式对环境的影响 6 2020 3 18 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 7 2020 3 18 一 我国交通运输发展的重要性 德国城市不同交通方式单位运输量的能耗 8 2020 3 18 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 9 2020 3 18 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 10 2020 3 18 因此高速铁路得到快速的发展 高速铁路的优点 二 轨道交通发展概述 11 2020 3 18 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 12 2020 3 18 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200 350km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300 350km 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 13 2020 3 18 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 14 2020 3 18 三 高速铁路发展概述 目前世界上铁路总长及各洲的分布 15 2020 3 18 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 300 500公里范围内实现 朝发夕至 1200 1500公里范围内 夕发朝至 2000 2500公里内实现 一日到达 高速列车的运行速度达到200 300km h 试验速度将达到350km 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 16 2020 3 18 四 高速铁路的关键技术 高速铁路隧道的关键技术 1 高速列车信号关键技术 2 接触网关键技术 3 高速铁路牵引供电系统关键技术 4 牵引供电自动化系统关键技术 5 17 2020 3 18 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 四 高速铁路隧道的关键技术 4 1高速铁路隧道的关键技术 18 2020 3 18 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 19 2020 3 18 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 4m 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 20 2020 3 18 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 21 2020 3 18 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 22 2020 3 18 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 23 2020 3 18 4 2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 24 2020 3 18 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 2 1信号基础设备 25 2020 3 18 4 2 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 26 2020 3 18 4 2 3CTC系统总体构成图 27 2020 3 18 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 2 3CTC规划原则 28 2020 3 18 全路2004 2020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 2 3CTC规划目标 29 2020 3 18 D CTC COMTRAC SMIS 运输计划 4 2 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 30 2020 3 18 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 2 3COSMOS系统的整体概要 31 2020 3 18 4 2 3COSMOS的系统结构 32 2020 3 18 4 2 3COSMOS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 33 2020 3 18 4 2 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 34 2020 3 18 4 3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 35 2020 3 18 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 高速铁路的特点及对接触网的要求 36 2020 3 18 4 3 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 37 2020 3 18 4 3 1接触线材料 接触线材料 接触线 38 2020 3 18 4 3 1一些高速电气化铁路接触线的性能 39 2020 3 18 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 3 2无交叉线岔受电弓配套技术 40 2020 3 18 4 3 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 41 2020 3 18 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 3 3同相供电与自动过分相技术研究 42 2020 3 18 4 3 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 43 2020 3 18 4 4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 44 2020 3 18 4 4 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 45 2020 3 18 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 4 2国外高速铁路牵引供电方式 46 2020 3 18 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 4 2国外高速铁路牵引变压器接线型式 47 2020 3 18 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 4 3国内的高速铁路牵引供电系统 48 2020 3 18 4 4 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 49 2020 3 18 4 5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 50 2020 3 18 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 5 1远动系统 51 2020 3 18 4 5 1远动系统基本构成 主站 52 2020 3 18 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 5 1远动系统关键技术 53 2020 3 18 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 5 1哈大线电气化铁道远动系统 5