高速铁路电气化工程建设标准及技术特点

高速铁路电气化工程建设标准及技术特点(一)什么是高速铁路国际上通常将设计列车运营时速能达到200km/h以上的铁路称为高速铁路。根据所采用的不同技术，高速铁路又分为轮轨接触技术类型和磁悬浮技术类型。•轮轨技术有非摆式车体和摆式车体两种；•磁悬浮技术又根据所采用的悬浮技术分为超导和常导两种。（二）高速与普通铁路的主要区别在轮轨接触的铁路技术中，随着速度的提高，将会出现一些新的问题。对基础设施和移动的车辆都提出了新的要求，主要可以归结为两个方面，即：•当速度超过250km/h以后，空气动力特性的显著变化，对车辆结构和铁路基础设施提出新的要求；•高速运行的列车要求具备持久稳定、高平顺性、能供列车安全舒适运行的轨下基础。(二)高速与普通铁路的主要区别空气动力学特性：列车高速运行时，行车阻力、震动和机械动力噪音有所增加，动车组与空气摩擦噪音的指标亦有所提高。对列车的结构，需要修改头型及外轮廓设计，改善空气流向，优化弓网关系及受电弓的位置，增加减振措施等。(二)高速与普通铁路的主要区别接触网方面：列车高速运行时对接触网作用，导线产生较高频率的波动。为了降低弓网离线率，要求接触网具有较大的张力体系、高度的平顺性，以保证良好的受流供电。设备方面对比项目常速接触网高速接触网设备方面导高.拉出值测量线坠光学测量仪支柱斜率测量线坠经纬仪吊弦间距测量估算（8～12米）吊弦间距测量仪作业车梯车轨道作业车数据计算人工或计算器电脑软件程序化基坑开挖人工专用打桩机吊弦制作人工专用制作工具及作业台放线人工或轨道车恒张力放线车组断线工具断线钳或钢锯液压断线钳扳手活动扳手专用公斤扳手高速接触网与普速接触网的比较结构方面对比项目常速接触网高速接触网基本结构悬挂类型半补偿.全补偿链形悬挂全补偿链形悬挂支持装置以柔性支撑为主刚性支撑定位装置普通定位器组合定位器锚段关节三、四跨锚段关节四、五跨锚段关节分相器件式锚段关节式线岔以交叉线岔为主采用标准定位以非交叉线岔为主交叉线岔无标准定位状态参数和结构参数方面对比项目常速接触网高速接触网基本参数及动态特性最大跨距（m）6560结构高度（m）1.1～1.71.3～1.8正线导线高度（m）5.8～6.05.3～5.8吊弦布置间距8～12米吊弦间距9米，弹性吊弦8米吊弦形式普通环节吊弦弹性整体吊弦预留驰度（mm）无预留驰度0～60之间预留平均弹性0.45左右0.7左右弹性差异系数50％左右20％以下波动速度不考虑是决定因数，要充分考虑综合补偿张力2.5T3.5～5.5T动态抬高不考虑充分考虑并加以限制导线高度及结构高度在满足建筑限界的情况下，接触线的悬挂高度应尽量低，以减小空气动力对弓网受流质量的影响。国外高速铁路接触线高度如下：日本：5000mm法国：5080mm德国：5300mm我国客运专线车辆建筑限界高度为4800mm，综合考虑绝缘距离、导线弛度、施工误差等因素，客运专线接触线悬挂点高度定为5300mm，最低点高度为5150mm。线索方面对比项目常速接触网高速接触网备注接触线材质纯铜铜合金改善机械和热性能截面积110120～150载流量较大（一般为800～1200A）张力10～1520～25截面形状底面圆弧底面预留磨耗弓线接触面积硬点考虑少重点考虑β值（无量纲系数）不考虑控制在0.7左右蠕变特性不考虑考虑不能有此产生拉弧密度大小导线磨耗实际测量磨损探测接触线磨耗情况明显可见冰对弓网影响不采取措施带加热接触线使冰霜熔化弓网关系方面对比项目常速接触网高速接触网弓网关系接触压力只考虑接触力的静态值除考虑静态外，还要考虑最大偏差机械磨耗考虑并加以限制考虑并加以限制电气磨耗几乎不考虑考虑受电弓滑板和接触网材料的重要因数动态包络线上下左右100mm上下左右200～400mm线材承力索GJ-70TJ-90THJ-95THJ-120接触线钢铝线黄铜线以银铜线和镁铜线为主高速接触网的受流特点（1）空气动力和外部激扰对接触压力影响明显在高速运行下，空气动力将造成弓网接触力产生较大波动。该力会因不同受电弓或相同受电弓的不同运行方向而不同；在高速运行下，任何外部的不平顺都会造成列车的振动，这种振动的振级与列车速度成正比。振动同样将使弓网动态接触压力与静态接触压力产生较大的偏差，造成动态接触压力上下波动。以上因素使弓网离线，受流质量变差，加剧受电弓滑板和接触网的电气磨耗和机械磨耗。（2）牵引电流是普速列车牵引电流的两倍，甚至更大，牵引电流的加大造成接触线与滑板之间过热。高速列车单车电流可达600～1000A，而普速列车电流一般不大于300A点接触和大电流输送之间的矛盾更加突出!•大电流的存在：(a)回流与接地系统要求更高；(b)网中高次谐波电流产生的高频电磁场干扰更明显；•接触网的电磁干扰有两大类：(a)弓网离线产生的高频电磁辐射；(b)接触网绝缘子放电。(二)高速与普通铁路的主要区别列车及牵引动力：高速列车采用动车组的形式，牵引有动力分散、动力集中两种方式，采用大功率交流传动GTO及IGBT或IPM元件，大幅度提高牵引功率。为了提高速度、减小对轨道结构及基础设施的影响，高速铁路要求降低车体重量并限制轴重。这包括：合理的转向架结构、良好的空气动力学性能和气密性、制动装置的特殊要求，降噪措施，车载微机故障监控诊断系统，集便装置的特殊设计等。动力分散动车组的优点：•牵引功率大：通过提高动车组中动力车的比例，可增加整个动车组的总牵引功率。如CRH2-300动车组即是在CRH2时速200公里动车组技术平台上，通过增加动车数量的方式实现功率、速度提升。•轴重小：动力集中模式是将动力车所需所有的功率部件集中在动力车上，其重量大，不利于动力车减重，动力车轴重很大程度上限制了整列动车组的速度。而动力分散模式可将动力车的部分功率部件，如牵引变压器，以及空压机等部件，布置在非动力车上，减轻了动力车的轴重。•启动加速性能好：整列动车组牵引功率大，同时动轴数量多，粘着利用好，不易发生空转。动力分散动车组的优点：•可靠性高：牵引单元多，且均可单独控制，如其中某个单元故障，可自动或手动切除，其余牵引单元仍可正常运行，或限速运行。动力分散动车组的优点：•定员多：动车组所有部件均布置在车下，所有车辆均可载客，极大地提高了车辆的利用率。但对隔音和降噪提出了更高的要求。•编组灵活：动车组均可两列重联运行，可满足高峰期和正常客流状态不同的需求。•与动力集中方式相比，动力分散在速度提升、节能环保、综合经济性及适应运输需求等方面，具有明显的比较优势，符合高速铁路的发展需求。动力分散动车组的优点：(二)高速与普通铁路的主要区别通信信号系统：•地面信号为主变为机车信号为主•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；•为了提高运营指挥效率，保证正点，高速铁路采用综合调度系统指挥控制；•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；•高速铁路要求车、地之间的信息传输误码率低，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)高速与普通铁路的主要区别其他主要区别：•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；•沿高速线设置的跨线桥需安装坠落物告警装置，高速全线必须封闭，不设平交道口。•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，沿线需采取降低噪音的措施，安装隔音墙。(三)高速铁路的主要技术特征采用轮轨技术的高速铁路具有以下四个方面的主要技术特征：1.轮轨方面：持久高平顺性的轨道，轻量化、高走行稳定性的列车；2.弓网方面：大张力的接触网，高性能的受电弓；3.空气动力方面：流线形、密封的列车，较大的线间距和隧道断面；4.牵引与制动方面：大功率的交-直-交列车和大容量的牵引供电设施，大能力的盘形、再生、涡流列车制动系统和车载信号为主的列控模式。(四)中国高速铁路独特的技术特点1、新建300km／h及以上行车速度的双线高速铁路，专门用于旅客快速运输；2、新建行车速度250km／h旅客列车与120km／h货物列车混合运行的模式；3、通信信号制式要考虑既有路网的兼容性；4、采用动力分散式动车组、大量采用无碴轨道等。(五)高速铁路的主要技术标准1、正线数目：双线；2、设计速度：列车最高运行速度350Km/h，最低运行速度200Km/h；3、牵引种类及列车类型：电力、动车组；4、列车运行控制方式：自动控制；5、行车指挥方式：综合调度集中。高速铁路工程特点与难点一、总体技术要求1、信号系统集成了列车运行控制、车站计算机联锁和综合调度，实现通信、信号和计算机技术的一体化，充分发挥通信、信号系统的整体综合效能，使其成为一个集行车控制、调度指挥、信息管理和设备监测于一体的综合自动化系统。2、牵引供电系统的技术特点•供变电系统的安全、可靠性高和高度自动化；•接触网系统的高平顺性和良好的受流特性；•高速铁路牵引供电系统拟采用AT供电方式；•简单链型悬挂；•基于网络化、分层化管理的电力调度系统。自耦变压器供电方式，牵引变压器将110kV三相电降压至单相55kV，接触网与正馈线之间并联接入一台自耦变压器，其中心抽头与钢轨联结。AT供电方式正馈线（AF线）保护线（PW线）AT供电方式与直接供电方式相比，AT供电方式具有如下优势：具有更大的供电潜力，特别是越区供电能力变电所间距大，可节省电力系统供电线路的投资减少接触网电分相数量，改善列车运行环境和延长车上设备使用寿命减少对通信线的干扰，降低通信线路迁改费用减少电能损失，降低运营成本鉴于以上优势，客运专线电气化一般采用AT供电方式AT供电方式的优越性3.高速列车拟采用当今世界上最先进的300-350km/h动力分散型动车组。列车具有运行速度高、安全可靠、车内布置宽敞舒适、车体轻量化、外观流线型、大功率、低能耗、加速快、爬坡能力强等技术特点，同时具备兼容既有线信号制式、多制动方式、自动诊断等功能。4.防灾安全监控系统由风监测、雨量及洪水监测、地震监测、轨温监测、火灾监测、突发事故、异物侵限及非法侵入防护等系统组成。二、工程特点与难点（一）信号1、与通信和计算机网络技术一体化；2、列车运行控制采用一级连续速度模式，采用无绝缘连续编码轨道电路和GSM－R进行列车与地面之间的信息交换；3、系统兼容性强，能与既有线的信号系统兼容，满足不同速度的列车共线混跑及上、下高速线；二、工程特点与难点4、接地系统采用全线贯通接地铜缆，车站（中继站）集中接地，提高了系统的稳定性；5、轨道电路工程量大，轨旁设备的安装受轨道施工的控制。接触网接地方式对于列车密度高、客流量大的客运专线，旅客的安全至关重要的，接地系统必须满足相关的安全标准。高速列车负荷电流、故障短路电流均比既有铁路大，因此地网中钢轨电位也大大增高，采用传统的接地方式不能满足相关标准要求。根据国外经验，宜采用综合接地方式。综合接地可以简化网上结构，直接接地，可靠性高，并有效降低钢轨电位，同时可避免沿线的各设备相互干扰和故障，提高整体可靠性。二、工程特点与难点（二）电气化1、采用单相AT供电方式；2、增大铜合金接触导线面积和接触悬挂张力，满足高速机车良好平稳受流的需要；3、全过程精确测量、准确定位和满足大张力要求的恒张力导线架设，确保接触悬挂具有持久的高平顺性；4、接触网支柱基础采取机械化施工。二、工程特点与难点（三）电力高可靠、免维护和实现远程控制与监测。二、工程特点与难点（四）综合调试及试运行以通信、计算机网络为基础网，列车运行指挥系统为核心，对线路设备及列控系统、供电系统、综合维修系统、防灾报警系统、旅客服务系统等子系统，按预设的试验计划进行单体试验、结合试验和现场运行模拟试验。涉及专业多，综合调试工作量大，缺少调试经验。电气化工程施工技术标准及特点牵引变电所二次侧设备选择牵引变电所二次侧设备可采用传统的户外开关设备或户内开关设备（即开关柜）；目前我国电气化铁道牵引变电所馈线侧除了哈大线采用了间隔护板式