高速铁路技术各国调度系统概况

高速铁路技术及各国调度系统,李绍斌sbli北京交通大学电子学院,铁路运输调度指挥系统之一,2,一.高速铁路概况二.高速铁路与既有铁路的主要区别三.高速铁路的调度集中系统,内容提要,2,一.高速铁路概况,根据欧洲联盟执委会制订的96/48/EC指导性文件中对高速铁路的定义，高速铁路基础设施为：-速度等于或大于250km/h的新建线路、速度达到200km/h等级的提速改造线路，-进行了提速改造，但由于地形、地貌或正在规划城市等因素而对部分区段实施限速的线路。类型：-轮轨接触技术（含摆式列车）磁悬浮技术：超导（日本）常导（德国）两类,1.概述,4,一.高速铁路概况,非摆式车体技术：通常用于新建高速铁路或线路标准较高的既有铁路，最高运营速度为350km/h,试验速度达到515.3km/h，目前采用此种技术的国家有日本、法国、德国、意大利、西班牙、比利时、英国、荷兰、韩国等国，我国台湾省正在建设的项目也采用该项技术。以日、法、德为代表既有一致性,采用技术又各有不同；一致性:轨距、电气化、固定编组的动车组形式不同点:动力集中布置、动力分散布置,轮轨接触技术,5,一.高速铁路概况,摆式车体技术：,轮轨接触技术,列车经过曲线时，使车体摆动来克服超高不足带来的乘坐舒适性较差的缺点，从而提高列车经过曲线时的速度限制，提高运营速度，减少建设投资。比较适合于既有线提速.目前在欧洲正在不断地扩大使用范围，美国也已采用。已在我国广深线上引入投入运营的新时速列车即属这一类，最高运营速度可达到200km/h以上。,6,摆式列车的关键技术,刚性轮轴(传统)径向自导轮轴(摆式)径向自导轮轴减小车轮对轨道的作用力，将通过曲线时的运行速度提高30-50%。,车体倾摆以保证旅客的舒适度，最大倾摆角可以达到8度，补偿了70%的离心力。,一.高速铁路概况,7,摆式列车技术,由庞巴迪公司研制开发的X2000摆式列车，1990年开始在瑞典铁路投入商业运营，最高速度达到200km/h。1993年7月创造了时速为275.7km/h的最高试验速度。,一.高速铁路概况,8,摆式列车技术,1998年在我国广深铁路公司引进，开始了租赁运营。,一.高速铁路概况,9,意大利Pendolino关键技术及ETR摆式列车市场占有率,一.高速铁路概况,7,无源辐射式转向架主动控制式转向架,Pendolino技术于20世纪70年代开发完成投入应用，90年代，系列产品行销意大利、瑞士、西班牙、捷克等9个国家，占世界主动倾摆列车62%的市场份额，目前投入运营、正在制造和已经签订合同的ETR摆式列车共计327列。,10,一.高速铁路概况,磁悬浮：是正在试验中的一种未来交通工具，日本已经建成超导磁浮的18.4公里运行试验段，正在进行试验，最高速度达到550km/h;德国在试验线上的最高速度曾达到436km/h。,磁悬浮技术,10,上海陆家嘴-浦东机场磁悬浮线，全长30公里，最高行车速度为430公里/小时，2003年投入试运营，成为世界上第一条高速磁悬浮运营线。,11,一.高速铁路概况,11,(km/h),2.世界发展情况轮轨接触技术速度的发展,一.高速铁路概况,24,一.高速铁路概况,2.世界发展情况全世界投入运营的新建高速铁路约5435公里,其中：,23,日本新干线2175公里法国TGV1520公里德国ICE796公里意大利ETR246公里西班牙AVE471公里比利时142公里,13,一.高速铁路概况,25,日本已经建成2175公里新干线路网,15,一.高速铁路概况,运行准时:日本新干线平均晚点不超过1分钟,西班牙AVE高速列车承诺，晚点5分钟退赔全部票款。安全可靠:自1964年日本开通新干线，30多年来仅东海道新干线就已安全输送旅客30多亿人次，欧洲高速铁路已安全运送旅客5亿多人次，均未发生旅客死亡事故。不受气候影响：由于装备了现代化的列车运行控制系统，保证列车在各种气候条件下的安全正点运行。社会经济效益:(a)节约时间价值，(b)沿线经济的发展加快，(c)加速沿线城市化的发展速度。,3.高速铁路的特点,15,16,一.高速铁路概况,德国前运输部长M.维斯曼指出：在全欧范围内，必须将更多的运量从公路转向铁路，这是解决运输困难的唯一途径。法国国营铁路公司的一位前负责人讲：Therailwaywillbethetransportmodeofthe21stcentury,ifitonlysurvivesthe20th。一位德国专家称：欧洲铁路的复兴，只能依靠高速铁路。在与航空和公路的激烈竞争中，只有高速铁路才能生存。,由于高速铁路的以上几个方面特点，欧洲国家正在调整其运输政策：,16,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,适应空气动力学的变化；有一个持久稳定、高平顺性的、能供高速列车安全舒适运行的轨下基础功能。,随着速度的提高，出现了一些新的现象，相应地提出了一些新的要求，主要可以归结为两个方面：,18,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,（1）空气动力学的要求，对列车影响大些，与土木工程也有关。在列车方面：,阻力增加，要改善头型及外轮廓；噪声增加，要改善头型、减振，改善弓网关系及受电弓的位置，改善空气流向；密封性能要求：空调、噪声、舒适度、排污等牵引功率增加：目前一般采用交流传动、异步电机、IGBT甚至IPM功率控制元件；此外，还要求具有高性能的制动系统和较高的乘座舒适度等。,60,日本500系,韶山8型,19,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,在土木工程方面：,线间距：受列车会车时空气压力波的影响，线间距（包括站台安全距离）要适当加大；列车高速通过隧道时，由于洞口空气阻力、瞬变压力、洞口微气压波等的影响，要适当加大隧道断面积及改善洞口及辅助结构的设置等。,20,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,在土木工程方面：,21,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,（2）高速运行出现的高频振动，要求桥梁及建筑物除了满足静态荷载的条件，还必须满足高速列车动力学的特性要求。概括地讲，除了保证“强度”这一基本要求（即使用期不致破坏）以外，更要严格控制其“变形”。根据研究：各种微小的不平顺所引起的列车振动，都将导致乘座不舒适，使司机工作能力明显降低。甚至恶化轨道状态，引发轮轨轴的断裂。因此，保持轨道持续稳定的高平顺性，是高速铁路土木工程最基本的要求。但是，轨道的高平顺性又是路基、桥梁、轨道变形的最终表现，要求轨道高平顺性，必须从控制上述工程变形着手。,22,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,高速铁路与普通铁路的主要区别，具体表现在：（1）路基：,除了线路平面有较大的曲线半径和适当长度的缓和曲线、夹直线以外，控制路基工程变形将是很重要的一个内容。设计、施工都要将重点放在控制路基变形：工后沉降、不均匀沉降及路基顶面的初始不平顺。京沪高速铁路设计暂规规定，工后沉降10cm。这是从路基竣工算起至15-20年内的沉降总和，初期沉降值2-3cm/年。,23,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,（2）桥梁：,要有足够大的刚度。主要控制梁端转角，扭转变形，结构自振频率，还要限制预应力徐变和不均匀温差引起的结构变形。所有这些变形的控制必须与高速列车的动态作用力相耦合为前提。设计暂规虽作了某些规定，但还在继续深化研究。,24,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,（3）轨道：,要求采用特级道碴，下层必须压实。一次铺成跨区间无缝线路。严格控制铺轨的初始不平顺，保证精度达到高平顺性的要求。钢轨的物理化学性能都有新的要求，冶金部门正在试制。施工组织及方法：传统的边铺边架方式显然也不适用。,25,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,（4）在接触网方面采用大张力体系，要求高度的平顺性（5）对列车及牵引动力的要求采用大功率交流传动，牵引功率较大,列车采用动车组方式（6）对车辆的要求车体轻量化并限制轴重，合理的转向架结构参数，良好的空气动力学性能和气密性，特殊的制动要求，降燥，车载微机故障系统，集便装置等。,26,（7）通信信号系统采用机车信号，区间没有地面信号；司机制动转变为车载计算机判别、自动控制，并通过超速防护系统自动施行制动；采用综合调度系统，全自动指挥控制，极大地提高效率；围绕运营指挥所采用的计算机网络及通信系统，需要很高的可靠性和安全保障；高速运动的列车给车地之间的信息传递带来更大的难度，高速铁路要求信息传输误码率低，且更加准确；高速列车装备有大量的计算机检测设备，形成一个车载计算机网络，使得列车控制、维修的效率得到很大的提高。,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,27,（8）其他主要区别,由于高速行车的特殊情况，高速铁路配置了风、雨、雪、地震等自然灾害告警系统，监测信息经过通信网与调度中心直接相连，以保证高速行车的安全。由于高速行驶中列车与空气摩擦产生了大量噪音，因此，高速铁路途经人口密集的地区时，需采取降低噪音的措施，必要时安装隔音墙。高速全线必须封闭，不设平交道口。在高速铁路上建设的上跨跨线桥需安装坠落物告警装置,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,28,29,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,我国高速铁路拟采用的主要技术参数,跨,运输模式:高速列车和跨线列车在高速铁路上共线运行。运行速度:高速列车300km/h跨线列车160-200km/h基础设施按350km/h速度进行设计,29,30,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,最小曲线半径(特殊情况下)7000米(5500米)最大坡度1.2%双线隧道断面积100米2线间距5米钢轨60Kg全长无缝线路牵引方式电气化(25KV/50Hz)信号控制方式ATC,CTC线路全封闭、全立交并设自然灾害预报系统,我国高速铁路拟采用的主要技术参数,30,二.高速铁路与既有铁路的主要区别,我国高速铁路拟采用的主要技术参数,31,三.高速铁路的调度集中系统,高速铁路调度指挥系统调度系统的配置方式：按线路管理设置，按线路所在地区管理体系设置；采用的模式：仅设调度集中CTC，以CTC为核心、包括与运营有关信息集中管理的综合调度系统；应用技术：早期采用专用调度总机、车站独立分机设备；随着IT技术的进步，逐步发展到采用客户机/服务器、计算机网络以及现代信息技术；早期的调度集中主要是行车控制，现在已向安全监控、运营管理综合自动化方向发展。,三.高速铁路的调度集中系统,高速铁路调度系统统计一览表,三.高速铁路的调度集中系统,调度集中系统CTC-CentralizedTrafficControl,法国,1981年在巴黎建成TGV东南线CTC控制中心；1989年在巴黎蒙帕纳斯车站建成TGV大西洋线CTC控制中心；1993年在里尔开通TGV北部线CTC控制中心；1995年，在巴黎建成CO-TGV；2001年建成TGV地中海线CTC控制中心,三.高速铁路的调度集中系统,法国里尔-欧洲北部高速线调度所,三.高速铁路的调度集中系统,法国TGV铁路调度中心的业务主要是行车调度、运营管理和计划管理这几部分，属于简单CTC系统。,法国TGV路网法国高速铁路形成以巴黎为中心的星型网络，且线路建设年代不同，1500余公里的高速铁路网建设年代跨越20年，调度中心与线路同期建设。由于高速线路站间距大，TGV列车在区间运行时，途中管理作业量小，因此，每个调度所仅办理CTC调度集中作业，管理业务比较单一。,三.高速铁路的调度集中系统,TGV运营线路法国国营铁路新建高速铁路总长为1500公里，但TGV运营线路超过5000公里，下高速线运行的TGV列车交既有线调度统一指挥管理。,三.高速铁路的调度集中系统,三.高速铁路的调度集中系统,韩国京釜高速铁路的调度指挥中心,行车指挥调度中心,三.高速铁路的调度集中系统,德国联邦铁路对铁路网的运营采用三级调度管理方式，集中控制列车运营，基本配置为：在柏林和美茵茨各设一个调度中心协调各区域控制中心的调度工作，全国路网设七个区域控制中心，由遥控中心和车站信号设备组成基层控制系统。高速铁路不专设调度中心，而是将高速铁路调度纳入所在区域的既有调度系统，仅增加供高速线调度使用的工作台。铁路管理部门认为这样更有利于高速列车与既有列车的跨线运行。,ICE运营线路德国新建和投入运营的高速线有700余公里，为客货混运线路。已建成的700余公里长高速新线溶入联邦铁路既有四万多公里线路，成为路网的一个组成部分。,三.高速铁路的调度集中系统,多种信息集中管理的综合调度系统,日本新干线路网总长达到2千余公里,三.高速铁路的调度集中系统,1964年东海道新干线开通，采用调度集中(CTC)的行车指挥方式，随着列车运行密度的增加，新干线里程和车站的增多，简单CTC方式已难于满足运输要求；1972年，日本国铁将计算机辅助运行控制系统COMTRAC(ComputeraidedTrafficControlSystem)投入使用，此后又不断地改进设备扩充功能。形成现在的系统，管理总长为1100公里的东海道和山阳新干线；日本高速铁路就其列车运行密度、运量、安全性、正点率和方便性来说在世界上处于领先位置。采用综合调度系统，保证了世界客运铁路的最高运营密度和行车的安全正点。1996年阪神大地震以后，JR东海与JR西日本铁路公司在大阪建设了COMTRAC备用中心；1999年，JR九州铁路公司将原有的七个既有线调度所合并，采用COMTRAC系统，建设了九州综合调度中心，管理2000余公里既有铁路。,三.高速铁路的调度集中系统,三.高速铁路的调度集中系统,东海道及山阳新干线综合调度系统,Comtrack,东海道、山阳新干线调度指挥中心,列车调度,旅客调度),动车底及乘务员调度,轨道维修调度,电力调度,通信信号调度,三.高速铁路的调度集中系统,COMTRAC计算机辅助运行控制系统,ATC列车运行自动控制系统,COMTRAC网络,三.高速铁路的调度集中系统,东海道、山阳新干线调度指挥中心,控制中心,备用控制中心,Hiroshima,博多,大阪,名古屋,新大阪,东京,三.高速铁路的调度集中系统,山阳新干线调度控制,东海道新干线调度控制,博多,新大阪,东京,东海道、山阳新干线的备用调度中心,切换,东京调度中心,地震,备用调度中心,三.高速铁路的调度集中系统,COSMOS系统在COMTRAC基础上，JR东日本铁路公司又开发了新型综合调度集中系统COSMOS（Computerized，Safety，MaintenanceandOperationSystem），1995年投入运营。COSMOS调度中心设在东京，集中管理东北、上越、北陆等新干线，总长达到900余公里。COSMOS系统由运输计划、行车控制、维修作业管理、设备管理、电力监控、车辆管理、维修基地管理8个子系统构成。COSMOS系统与COMTRAC相比扩大了管理和控制范围，增强了功能，约500台计算机构成广域自律分散系统，确保系统故障或中断时仍能维持铁路正常运输秩序。COSMOS系统采用了90年代最新的计算机和通信技术，实现了运输业务管理的综合系统化，取得了900多公里铁路上，300多次/日列车运行，年平均晚点率不到一分钟的佳绩。,三.高速铁路的调度集中系统,东北新干线调度COSMOS系统,三.高速铁路的调度集中系统,三.高速铁路的调度集中系统,新干线调度指挥中心与车辆基地调度,动车底及乘务员调度,三.高速铁路的调度集中系统,西班牙,1992年在马德里阿托查车站建成AVE综合调度系统；2003年在萨拉戈萨建成马德里-巴塞罗那高速线综合调度系统；,三.高速铁路的调度集中系统,西班牙马德里-塞维利亚高速线调度所（1992年）调度中心管理马德里塞维利亚高速线路，实行集中控制、统一管理。,三.高速铁路的调度集中系统,控制部分有行车调度、列控系统控制终端、电力调度监视及遥控。中心监视台显示运营线行车设备状态、火灾报警、空调设备状态、图像系统、通信系统工作状态。由维修调度管理。,AVE的牵引供电系统,牵引供电系统由德国西门子公司提供。供电系统总装机容量为500兆伏安（MVA），牵引供电采用25KV/50Hz交流。在471公里的线路上设置了12个牵引变电站和1个三相变电所。接触网也由西门子公司设计、供货与工程安装。采用RE-250的改进系统，适应速度为300公里/小时的车辆运行。高速线路95%以上的区段（约450公里）采用25KV/50HZ交流供电，在进出马德里、塞维利亚这部分线路上是用3KV直流供电，沿线共建有多座设备机房，采用远程遥控监视，实行无人值守管理。,三.高速铁路的调度集中系统,AVE的信号系统,信号系统：全线采用德国的调度集中、LZB列车控制及电子联锁系统，对列车运营实现集中自动化管理。系统由西门子公司总承包，Alcatel-SEL公司负责提供部分设备并参与系统集成。微机联锁采用区域控制系统，全线共设8个微机联锁中心，每一个联锁站负责沿线约60公里线路的道岔控制（正线上每隔25公里设一组渡线道岔），全线共安装61组AV160型道岔（道岔长132米，安装8台驱动电机，正线允许通过速度为300公里/小时、侧线通过速度为160km/h）、44个AV80型道岔（允许侧线通过速度为80公里/小时）以及其他一些允许速度较低的道岔。,三.高速铁路的调度集中系统,AVE的运营维护管理,根据高速铁路选用不同国家的技术这一特点，西班牙国营铁路公司RENFE采用了与传统养护铁路线、设备和车辆材料不同的作法：即通过公开招标，让外界承包高速铁路的固定设施日常维护工作，这包括：承包保养工作、承包车上服务、对列车服务人员重新安排等级以及对高速铁路实行独立商业经营。这样作的原因如下:降低费用；提高保养质量；促进对人员的更好的专业发展；利用从事这类服务业的专业企业的经验。马