高速铁路系统概述

高速铁路系统概述主要内容高速铁路的发展背景高速铁路的系统组成高速列车网络控制系统讨论高速铁路的发展背景高速铁路的定义世界高速铁路的发展历史与现状中国高速铁路的现状与规划高速铁路的划分国际铁路联盟（UIC）的以速度为等级将铁路划分为：常速铁路：100~120公里/小时中速铁路：120~160公里/小时准高速铁路：160~200公里/小时高速铁路：200~400公里/小时超高速铁路：400公里/小时以上中国高速列车的定义高速铁路是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。时速在200km/h以上，为动车组时速在300km/h以上，为高速动车组高速铁路发展回顾1814年，英国人斯蒂芬森发明了世界上第一台沿轨道运行的蒸汽机车1825年9月27日斯蒂芬森亲自驾驶首台机车（12节煤车，20多节车厢，约450名旅客），成功在英国斯托克顿Stockton和达灵顿Darlington之间的36km距离内，以24km/h速度运行，铁路运输事业从这天开始1903年10月28日，德国的AEG轨道电动车创下了最高运行速度210.2km/h的世界记录1964年10月，日本东海道新干线建成，列车以210km/h速度营运，世界上才真正出现第一条高速铁路上世纪七、八十年代20世纪70年代末期，英国HST(200km/h)、InterCity225(225km/h)80年代，法、德等国相继建成高速铁路TGV—PSE高速列车营运速度为260km/h，TGV-A、欧洲之星(Euro-Star)高速列车营运速度为300km/h德国的ICE(InterCityExpress)高速列车，其营运速度，第一代为250km/h、第二代为280km/h、第三代为330km/h总体发展情况法国1955年331公里1971年318公里1981年380公里1990年515.3公里德国1985317公里1988406.9公里日本1991年300系325.7公里400系336公里其他国家情况意大利：投入运营里程达到1525km西班牙：2230公里的高速铁路荷兰：安特卫普--阿姆斯特丹，全长95km英国：海峡隧道连接线，一期全长69km俄罗斯：莫斯科一圣彼得堡，全长654km韩国：首尔--釜山，全长426km澳大利亚：悉尼一堪培拉，全长270km泛欧高铁网规划欧洲9个拥有高速铁路的国家将总共投入2000亿美元，使目前总长为7000公里的铁路线延长至1.6万公里。为了配合欧洲高速铁路网的建设，欧洲东部和中部的捷克、匈牙利、波兰、奥地利、希腊以及罗马尼亚等国家正在进行干线铁路的全面提速改造。世界著名高铁生产厂商Regina（庞巴迪）E2-1000（川崎重工）Velaro-E（西门子）SM3（阿尔斯通）中国高速铁路发展1978年的秋天，邓小平在日本考察新干线时感慨地说：“像风一样快，我们现在很需要跑！”当时，国外高速列车时速已达300公里，而中国旅客列车的平均时速却仅为43公里。广深铁路技术改造（1991－1994）20世纪90年代，铁路面临着与高速公路和航空运输的竞争，为了大量吸引客流，铁路提速势在必行设计速度目标值为客车时速160～200km双线电气化铁路，客货共线投入运营后，经不断配套完善，又从瑞典引进X2000摆式列车，客车的实际运行时速已超过200km。六次铁路大提速（1997－2007）1997年4月1日，最高时速140公里的40对快速列车，平均时速54.9公里。1998年10月1日，最高时速达到140公里至160公里，平均时速55.2公里。2000年10月21日，重点是亚欧大陆桥陇海、兰新线、京九线和浙赣线，平均时速达到60.3公里。将原来的列车七个等级调整为三个等级，即特快旅客列车、快速旅客列车、普通旅客列车六次铁路大提速（1997－2007）2001年11月21日，实施新列车运行图，全国铁路实行联网售票。平均时速61.6公里。2004年4月18日，开行19对直达特快列车，部分列车时速200公里。平均时速65.7公里。2007年4月18日，开行动车组140对，年底达到257对。时速200公里及以上里程达到6003公里。中国高铁的发展沿革2005~2008年京津城际铁路通车，标志着中国系统掌握了时速350公里的高速铁路成套技术。2008~2011年高铁的快速突破：武广、郑西等客运专线持续运营时速350公里的武广客运专线的建设，形成了中国高速铁路体系标准。京沪高速铁路最高运营时速380公里中长期铁路网规划2004年经国务院审议通过，其发展目标为：到2020年，到2020年全国铁路营业里程达到12万公里以上，其中：规划建设客运专线1.6万公里以上，到2012年建设客运专线1.3万公里新线建设4.1万公里既有线增建二线1.9万公里既有线电气化2.5万公里快速客运网“四纵四横”，时速大部分在350公里跨区际的快速通道，比如贵州~广州、南宁~广州、江西~福建，它速度的目标一般定位在时速250公里。区域城市圈城市轨道交通，为环渤海、长三角、珠三角等一些城市密集的地方构筑，它的速度目标一般定位在200~250公里高速铁路网四纵四横图解“四纵”客运专线京沪高速铁路：京港高速铁路：北京—武汉—广州—深圳—香港北京—沈阳—哈尔滨（大连）东南沿海铁路：杭州—宁波—福州—深圳，预留跨越台湾海峡，连接台湾的设计条件“四横”客运专线徐州—郑州—兰州，将来延伸至乌鲁木齐沪昆线：杭州—南昌—长沙—昆明青岛—石家庄—太原，其延长线太原—中卫—银川也已经开工沪汉蓉高速铁路：上海—南京—武汉—重庆—成都高速列车发展过程上世纪90年代初，开始高速列车综合试验，已经取得了大量实践试验数据。2001年4月，铁道部下达“270km/h高速列车设计任务书”，开始设计“中华之星”。2002年11月27日，“中华之星”电动车组冲刺试验创造了最高速度每小时321.5公里的当时“中国铁路第一速”。2005年正式运营于秦沈专线，运营速度为160km/h。2006年8月2日停运引进策略四方股份长客股份BSP引进消化吸收川崎重工E2-1000阿尔斯通SM3庞巴迪Regina中国品牌西门子Velaro-E唐山工厂国产动车组四方股份CRH2速度等级275km/hBSP唐山公司CRH1：速度等级200km/hCRH3速度等级350km/h长客股份CRH5速度等级250km/h十一五期间成果“十一五”期间，我国已经建成5000公里以上的高速铁路，居世界前列；到2020年，将建成16000公里的高速铁路，我国高速铁路的总里程已居世界第一。截至2011年，我国已投入运营的高速列车共计786标准列，其中时速200-250km/h速度级355列，时速300-350km/h速度级140列，时速380km/h速度级133列。高速铁路系统维修体系高速铁路系统票务系统旅客服务系统市场营销策划客运组织管理路基工程轨道工程桥梁工程站场工程隧道工程运行管理车辆管理供电管理综合维修客运调度运输计划牵引系统制动系统列车网络系统总成车体转向架供电系统变电系统接触网系统远程监控系统电力系统地面子系统联锁子系统车载子系统调度集中CTC通信系统工务工程牵引供电通信信号动车组运营调度客运服务高铁系统集成牵引供电(电气计算)轮轨关系(动车组/线路)电磁兼容供电(短路电路)通信信号(电缆走线,接线柜,信号,远动.)动车组限界(动态限界)动车组供电（弓网、自动过分相）线路道岔动车组列控（动车组/通信信号）土建工程(隧道,高架桥,桥梁,声屏障)道路作业(路基,地面类型)通信信号(接地和电气连接)工务工程无缝钢轨：攀钢、包钢、鞍钢等企业可生产道岔：从法国科吉富、德国BWG引进，国产化逐步达100％。扣件：从德国VOSSLOH公司、RST公司和法国PANDROL公司引进技术。无碴轨道：形成具有自主知识产权的CRTS有挡肩、无挡肩板式，双块埋入式、压入式系列无碴轨道技术体系。隧道、桥梁、车站：自主设计牵引供电供电系统：从国家电网受电，向线路供电，主要由变电所、开闭所、分区所等构成。优先采用电力系统两回独立可靠的220kV电源，互为热备用。变电系统：将220kv或110kv外部电源转变为27.5kv，向线路供电。主要由牵引变压器、断路器等构成，变电所无人值班。牵引供电接触网系统：通过线路向动车组和电力机车不间断提供电能，主要由接触悬挂（承力索、接触线、吊弦等）、支持装置（腕臂、定位装置等）、支柱和基础等构成。远程监控系统SCADA：监督控制和数据采集，完成四电系统运行状态的遥控、遥信、遥测及调度管理等功能，在线实时监控220v～220kv四电设备运行状态。动车组牵引控制系统牵引电机制动系统牵引变流器牵引变压器转向架列车网络控制系统铝合金、不锈钢车体动车组系统集成核心技术的三个大类铝合金车体碰撞安全轻量化转向架总成疲劳强度动力学性能牵引控制系统牵引动力系统网络控制系统制动系统车内外环境控制空气动力学安全性可靠性电磁兼容LCC气密性调试试验运行控制系统弓网关系车体转向架系统集成技术车体车体动车组车体结构的静强度和疲劳强度(1)高速列车铝合金车体静强度分析的各种载荷的确定、载荷的叠加原则。(2)车下大型设备与车体固接强度的各种载荷的确定、载荷的叠加原则。(3)高速列车铝合金车体的刚度及疲劳强度的测试、评估及计算仿真分析研究。车体耐冲撞与吸能结构分析(1)车体碰撞的自身吸能结构设计研究。(2)车体碰撞的辅助吸能装置设计研究。碰撞预防安全性车体碰撞安全的计算机仿真分析及试验研究。时速300公里高速动车组流线型车头加工制造和国产化研究(1)通过三维CAD/CAE/CAM集成产品开发平台，消化吸收西门子公司提供的原型设计，完成产品的本地化工作。(2)采用数值仿真方法，对涉及车头结构可靠性的主要指标（强度、刚度、疲劳性能、耐撞性能等）及空气动力学性能指标进行数值仿真评估，以掌握其结构物理品质。(3)完成车头结构所用铝型材的三维空间弯曲成形以及铝板空间曲面无模成形并加工生产。(4)完成复杂结构焊接变形分析理论研究及对车头焊接变形的分析预测。(5)完成车头总成及部件组焊的工装设计并加工生产。(6)完成高精度整体测量技术。(7)现代集成制造技术。唐车组装照片结构强度分析碰撞安全动车组关键技术转向架转向架与车体固接结构强度的研究通过转向架对车体固接结构的静强度和疲劳强度仿真分析及各种运行工况下的应力测试，对高速运行时转向架与车体相互作用力的特点和数值进行分析研究，确定转向架与车体固接结构强度的设计要求。牵引变压器设计原理、系统集成和系统参数选择原理(1)与牵引变流器相适应的集成技术(2)牵引变压器参数选择原理(3)牵引变压器检测、调试试验技术牵引变流器牵引传动系统研究实验(1)技术方案及概念分析、参数计算校核、封装模块解密。(2)试验技术支持。牵引逆变器主电路组成结构与集成技术分析(1)网侧四象限变流器的具体控制策略。(2)电机侧矢量控制逆变器的具体控制策略，包括转子磁通观测，中间过程变量的参数校正等较深层次问题。(3)对控制接口参数及中间可见变量进行分析解读。牵引电机设计原理、系统集成和系统参数选择原理(1)与牵引变流器相适应的模型和容量匹配技术(2)牵引电动机参数选择原理(3)与牵引变流器控制的接口设计(4)牵引电动机检测、调试试验技术转向架CRH3采用德国SF500的改进型牵引传动系统主电路参数受电弓AC25KV变压器副边AC1.55KV中间直流电压DC2.7-3.6KVIGBT脉宽调制逆变器PWMIAC2.7KV牵引时：2383KW制动时：1843KW牵引变流器2台4象限整流器并联，向1台逆变器供电1台三相电压型两电平逆变器，给4台异步牵引电机供电1台牵引控制单元TCU控制整流器和逆变器，实现变压变频控制VVVF