高速铁路与列车运行控制系统课件(北交大)

高速铁路与列车运行控制系统主讲：刘晓娟高速铁路发展概况我国高速铁路的技术体系CTCS-2级列车控制系统一主要内容二三四五CTCS-3级列车控制系统高铁的验收与评估高速铁路发展概况我国高速铁路的技术体系CTCS-2级列车控制系统一主要内容二三四五CTCS-3级列车控制系统高铁的验收与评估高速铁路的定义：国际上根据铁路线路允许列车运行的最高时速划分普通铁路为时速100～160公里；快速铁路时速为160～200公里；高速铁路分为两种情况，既有线改造的时速大于200公里，新线建设大于250公里/小时。高速铁路的特点：•速度快，省时间，安全舒适；•技术含量高，竞争力强；•运量大、污染少、旅行经济高效，特别适宜于大运量的城市间、城市群和城郊的高频率运输。Page5高速铁路的兴起1964年，日本新干线开通运营，开启了世界铁路发展的新时代。1981年，法国高速铁路后来居上，将高速铁路的发展推上一个新台阶，同时带动了欧洲高速铁路的发展，意大利、德国、西班牙等国先后投入建设高速铁路的行列。建设高速铁路主要的几种模式：日本新干线模式：全部修建新线，与既有线不接轨，旅客列车专用；法国TGV模式：部分修建新线，与既有线接轨，部分旧线改造，旅客列车专用；德国ICE模式：全部修建新线，与既有线接轨，旅客列车及货物列车混用；英国APT模式：既不修建新线，也不对旧线进行大量的改造，主要用由摆式车体的车辆组成动车组，旅客列车及货物列车混用。世界高速铁路建设的三次浪潮：第一次建设高潮（20世纪60年代至80年代末）1964年～1990年是世界上高速铁路发展的最初阶段。在这期间建设并投入运营的高速铁路有日本的新干线；法国的东南TGV线、大西洋TGV线；意大利的罗马～佛罗伦萨线以及德国的汉诺威～维尔茨堡高速新线，高速线里程达3198km。这期间，日本建成了遍布全国的新干线网的主体结构。第一次建设高潮时期，高速铁路呈现出如下特征：•铁路的竞争力增强；•解决了运输能力紧张的问题；•推动了沿线地区经济的均衡发展；•节省能源，降低对环境的污染.国家日本法国意大利德国高速铁路里程(km)1836699236427第二次建设高潮（20世纪90年代中期）第二次建设高峰于90年代在欧洲形成，所涉及到国家主要有法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典和英国等。1991年瑞典开通了X2000摆式列车，1992年西班牙引进法、德两国的技术建成了471km长的马德里～塞维利亚高速铁路。1994年英吉利海峡隧道把法国与英国连接在一起，开创了第一条高速铁路国际连接线。1997年，从巴黎开出的“欧洲之星”又将法国、比利时、荷兰和德国连接在一起。高速线里程达1426km。第二次建设高潮时期，高速铁路呈现出如下特征：•日、法等国家进入了高速路网规划和建设的年代；•修建高速铁路网成为地区之间相互联系的政治需求；•能源和环境的要求呼吁发展无污染的高速铁路；•出现了全国的和跨越国境的高速铁路网。国家西班牙法国日本比利时德国高速铁路里程(km)47158311783172第三次建设高潮（20世纪90年代中期以后）高速铁路的建设与研究自90年代中期形成了第三次高潮，这次高潮波及到亚洲、北美、大洋洲以及整个欧洲，形成了交通领域中铁路的一场复兴运动。此间修建高速铁路新线的国家和地区达到12个，修建新线总长3509km。国家俄罗斯韩国日本德国中国台湾法国西班牙意大利澳大利亚荷兰英国高速铁路里程(km)6544263903753453033002822709569第三次高速铁路建设高潮的特征主要体现在：•大多数国家在高速铁路新线建设的初期即拟订了修建高速铁路的全国规划；•从社会效益、能源节约、治理环境污染等诸方面分析，修建高速铁路的益处得到各国政府的共识；•高速铁路促进了地区之间的交往和平衡发展；•高速铁路从国家公益投资转向多种融资方式筹集建设资金，建设高速铁路出现了多种形式融资的局面。近年来，发展高速铁路已经成为一种浪潮。目前，世界上有高速铁路运营的国家和地区是：日本、法国、德国、英国、意大利、西班牙、韩国、比利时、丹麦、瑞典、中国和中国台湾。全世界共有1万公里以上高速铁路运营，1万公里以上高速铁路正在建设，还有2万公里以上的高速铁路正在规划中。世界高速铁路的诞生和发展，极大地改变了人们的时空观念，使铁路旅客运输发生了革命性的变化，提高了铁路在客运市场中的竞争力。中国高速铁路的发展：现状及问题：运输能力远远不适应国民经济和社会发展的需求，路网整体运输能力严重不足，主要干线、部分地区限制型运输矛盾突出，季节性运能十分紧张。发展要求：–铁路作为交通运输的主要方式，必须提供与市场需求相适应的运输能力。–铁路安全度高、舒适性强，作为大众化的交通工具，必须全面提高运输质量。–建立以铁路为骨干的资源节约型、环境保护型的现代化交通体系。–要求铁路为西部大开发的实施发挥先行作用。根据经济社会发展需要和市场需求，中国客运专线网规划目标是努力覆盖主要城市，使北京、上海、广州、武汉、成都、西安六个中心城市至全国主要城市的旅行时间大大缩短。中国铁路客运专线网规划是：到2020年，初步形成北京-上海、北京-武汉-广州-深圳、北京-沈阳-哈尔滨(大连)、杭州-宁波-福州-深圳和徐州—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“四纵四横”客运专线，客运专线总规模约为1.8万公里。旅客列车运行时速将达到200公里以上。“四纵”客运专线：•北京-上海：全长1318公里，纵贯京津沪三市和冀鲁皖苏四省，连接环渤海和长江三角洲两大经济区；•北京-武汉-广州-深圳：全长约2260公里，连接华北和华南地区。武汉至广州段全长995公里；•北京-沈阳-哈尔滨(大连)：全长约1700公里，连接东北和关内地区。秦皇岛至沈阳段已于2003年建成。•杭州-宁波-福州-深圳：全长约1600公里，连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区。“四横”客运专线：•徐州-郑州-兰州：全长约1400公里，连接西北和华东地区，已开通郑州至西安段455公里；•杭州-南昌-长沙：全长约880公里，连接华中和华东地区；•青岛-石家庄-大原：全长约770公里，连接华北和华东地区，已开工建设石家庄至太原段205公里；•宁汉蓉(南京-武汉-重庆-成都)：全长约1600公里，连接西南和华东地区，已建设南京至合肥段、武汉至合肥段、宜万段、成遂渝段。三个区域城际轨道交通：长江三角洲、珠江三角洲、环渤海(京津冀)地区城际客运系统，覆盖区域内主要城镇。•长三角：以上海、南京、杭州为中心，形成“Z”字型主骨架，形成连接沪宁杭周边重要城镇的城际客运铁路网络。•珠三角：以广深、广珠两条客运专线为主轴，形成“A”字型线网，辐射广州、深圳、珠海等9个大中城市，构建包括港澳在内的城市1小时经济圈。•环渤海：以北京、天津为中心，北京-天津为主轴进行建设，形成对外辐射通路。已开工建设京津城际轨道交通，全长约115km。我国高速铁路运营情况的最新统计：从国家铁路局获悉，2013年，随着宁杭、杭甬、津秦、厦深、西宝等一批新建高速铁路投入运营，我国高速铁路总营业里程达到11028公里，在建高铁规模1.2万公里，成为世界上高速铁路投产运营里程最长、在建规模最大的国家。目前世界上已经有中国、西班牙、日本、德国、法国、瑞典、英国、意大利、俄罗斯、土耳其、韩国、比利时、荷兰、瑞士等16个国家和地区建成运营高速铁路。据国际铁路联盟统计，截至2013年11月1日，世界其他国家和地区高速铁路总营业里程11605公里，在建高铁规模4883公里，规划建设高铁12570公里。高速铁路发展概况我国高速铁路的技术体系CTCS-2级列车控制系统一主要内容二三四五CTCS-3级列车控制系统高铁的验收与评估中国高速铁路技术体系我国在学习消化吸收世界高速铁路先进成熟技术的基础上，系统总结了多年来我国客运专线工程技术、科研试验成果，针对高速铁路建设的关键技术问题，又进一步开展了研究、试验、验证、预设计、工程设计咨询，技术装备的自主创新和各系统集成研究攻关。目前，站前技术已经取得全面突破，站后技术引进消化吸收再创新工作已经进入重点突破阶段，形成适合中国国情路情的高速铁路自主技术体系。路网结构方面：分别定位为时速300～350km档次高速铁路和时速200～250km以客为主兼顾货运的高速铁路；采用跨线运行模式，即时速200～250km动车组可上时速300～350km的线路运行，时速≥120km客车可上时速200～250km的线路运行。这样的旅客列车运行模式，可获得最高的运输效率和最大的运输效益。大量旅客列车跨线运行，是中国国情、路情、路网兼容性需要的，这正是中国铁路路网统一性的最大优势。轨下基础方面：我国幅员辽阔，从东北平原到珠江三角洲，从滨海至陇中高原、四川盆地，地形、地貌、地质、地震、气象、水文等自然特征多样。高速铁路的选线，综合交通客运站建设，软土、松软土、湿陷性黄土地基处理，大面积沉降区的工程措施，长江、黄河、珠江等大江大河的跨越，长大隧道顺利实施通过等，都需要保证轨下基础的可靠性和耐久性，其难度在世界上也是少有的，有些技术难题在高速铁路技术原创国（日、法、德、意）也未曾遇见，没有成熟经验。轨道电路方面：中国铁路既有网已发展谐振式无绝缘轨道电路，无碴轨道道床内部的钢筋网与轨道电路存在电磁感应，对钢轨阻抗参数构成影响，严重抑止了谐振式轨道电路的技术能力，处理不成功就会影响到“ZPW2000A+点式+ATP”列控系统稳定、可靠的工作。我国在这方面进行了大量的实验和技术改进。关键就是要解决路网兼容性问题。通信、信号及信息化（C3)–有线通信以光纤传输、接入为基础。–无线通信采用GSM-R综合移动通信系统。–设置综合网管系统、同步及时分配系统、综合监控系统。–列控系统按满足时速350km、列车最小追踪间隔3min设计。–采用基于GSM-R无线传输方式的CTCS3级和ZPW2000(含UM2000系列)轨道电路与点式应答器构成的CTCS2级组成冗余配置的列控系统。–运营调度系统必须与我国的路情、运输组织方式、运营管理模式紧密结合，坚持运输集中统一指挥，坚持通道为主、兼顾区域，统筹规划、分布实施的原则。中国铁路运输组织、路网结构、轨下基础、谐振式无绝缘轨道电路制式等方面与国外高速铁路的差异性，不可能完全照搬任何一国的高速铁路技术体系。只有加强包括原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新在内的全面自主创新，系统设计、系统集成、才能构建出具有中国特色和世界一流水平的高速铁路技术体系，才能实现系统目标，经得起运营的考验，历史的检验。Page28机车车辆基础设施通信信号供电票务执行、监视、控制服务旅客运输指挥决策货物运输高速铁路系统组成中国高速铁路系统集成总公司提出总体要求技术体系、系统总设计组织核心技术攻关确定各子系统接口界面设计院工程设计工厂、研究院所装备设计工程局工程施工工厂装备制造咨询机构配套企业配套企业国外合作伙伴总公司集成联调及符合性确认Page30轮/轨关系动车/隧道空气动力学弓/网关系车/桥耦合运营管理列控技术中国高速铁路系统集成－各子系统的匹配高速铁路系统工务工程动车组旅客服务系统信息系统人才培训综合检测综合维修动车段、所运用维修通信信号车载子系统牵引供电站场建筑隧道工程桥涵工程安全监控系统联锁子系统调度集中CTC通信系统地面子系统客票售订系统客运管理系统线路设计路基工程电力系统接触网系统远程监控系统轨道工程供变电系统牵引系统制动系统列车网络系统总成车体转向架调度指挥系统环保工程高速铁路系统构成信号系统与各子系统主要技术接口信号系统联锁列控中心调度集中CTC牵引供电通信土建线路CRH系列动车组信息系统动车段（所）联锁邻线信号系统通过自主创新，建立包括工务工程、牵引供电、通信信号、动车组、信息系统、运用维修等在内的中国铁路高速铁路技术体系。–工务工程：以原始创新为主，依靠自己的力量，建立我国高速铁路工务工程的技术体系。–牵引供电和通信信号：通过集成创新，建立我国高速铁路牵引供电系统、通信信号系统