高速铁路系统概述ppt课件.ppt

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1、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：100120公里/小时中速铁路：120160公里/小时准高速铁路：160200公里/小时高速铁路：200400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2

2、00km/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

3、代末期 ，英国HST(200km/h)、Inter City 225(225km/h)80年代，法、德等国相继建成高速铁路TGVPSE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(Inter City Express)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 317公里1988 406.9公里日本1991年 300系 325.7公里 400系 336公里

4、,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95 km英国：海峡隧道连接线，一期全长69 km俄罗斯：莫斯科一圣彼得堡，全长654 km韩国：首尔-釜山，全长426 km澳大利亚：悉尼一堪培拉，全长270 km,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

5、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（19911994）,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160200km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（19972007）,1997年4月1日，最高时速140

6、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（19972007）,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

7、以上里程达到6003公里。,中国高铁的发展沿革,20052008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。20082011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

8、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200250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，

9、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,国产动车组,四方股份,CRH2 速度等级275km/h,BSP,唐山公司,CRH1：速度等级200km/h,CRH3 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

10、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,高铁系统集成,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：

11、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220v220kv四电设备运行状态。,动车组,核心技术的

12、三个大类,车体,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,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 DC2.7-3.6KVIGBT脉宽调制逆变器PWMI AC2.7KV 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具有冷却系统具有故障保护系统,牵引电机,三相四极异步电机额定电压 约 2,700 V额定电流 约 145 A额定功率

13、562 kW额定转速 4,100 min-1轮对最大负载 17 t齿轮比 约 1 : 2.788（1 档）,电机传感器,温度传感器：定子中 风机冷却速度传感器：电脉冲计速,动车组技术,空气动力学研究,弓网关系,弓网动态接触力太小，接触电阻大；太大，磨损增加离线受电弓与接触线脱开，导致失压、电弧、电压畸变，并影响无线通信。硬点接触线上弹性变差或有附加质量的地方，出现撞弓、碰弓现象接触线动态抬升量高速运转时的垂直振动,牵引特性曲线,CRH动车组特性曲线,动车组技术,牵引测试系统,制动测试系统,网络控制系统,通信信号,列车运行控制系统计算机联锁系统调度集中系统防灾安全监控系统GSM-R无线通信系统视

14、频监控系统,列车运行控制系统,由列控中心、闭塞设备、地面信号设备、地车信息传输设备、车载速度控制设备构成的用于控制列车运行速度保证行车安全和提高运输能力的控制系统。功能包括：线路的空闲状态检测；列车完整性检测 列车运行授权；指示列车安全运行速度；监控列车安全运行,系统结构,车载安全计算机(EVC),车载安全计算机是ATP装置的核心部分，负责从ATP各个模块搜集信息，生成制动模式曲线，必要时通过故障-安全电路向列车输出制动信息，控制列车安全运行。为了保证列车控制的安全性和设备的冗余性，安全计算机一般采用二乘二取二或者二取二冗余结构，安全等级达到SIL4级。,应答器信息接收模块(BTM),BTM天

15、线接收来自地面应答器的信号，传输至BTM模块进行信息解调处理。BTM是一个采用二取二技术的故障-安全模块。通过一个专用信息接口和安全计算机同步。同时它还提供通过应答器中点时的确切时间，能够让ATP车载设备在几厘米的准确范围内进行列车定位校准。,连续信息接收模块(STM),通过STM天线接收轨道电路信号，解调轨道电路上传的信号信息，将解调的信息及时传递给安全计算机和列车运行监控记录装置。STM模块是安全模块，可接收ZPW-2000系列轨道电路及4信息、8信息、18信息等传统移频轨道电路的信息。,地-车信息传输 GSM-R,GSM-R：铁路专用全球移动通信系统。是国际铁路联盟（UIC）和欧洲电信标

16、准协会ETSI，为欧洲新一代铁路无线移动通信开发的技术标准。欧洲委员会在在 900MHzGSM的频率频段上分配4MHz给铁路实施GSMR。GSM-R通过保持列车和控制中心的持续联系即“永远在线”，来提供可靠的列车控制数据传输通道。,ATP车载设备主要工作模式,完全监控模式 ：ATP车载设备生成目标距离模式曲线，通过DMI显示列车运行速度、允许速度、目标速度和目标距离等，控制列车安全运行。 部分监控模式 ：数据缺损时 目视行车模式 ：当ATP车载设备显示禁止信号时，ATP处于目视行车模式。此时列车停车后，根据行车管理办法(含调度命令)，ATP生成固定限制速度(20kmh)，列车在ATP监控下运行

17、，司机对安全负责。 调车监控模式 隔离模式 ：ATP车载设备故障时,目标距离曲线,制动优先,列控基本原理,CTCS系统,为确保列车运行安全、提高运输效率，结合我国铁路的特点研究制定中国列车运行控制系统 CTCS的技术规范。参照欧洲列车运行控制系统（简称ETCS）编制的。 CTCS标准起草单位： 铁道部运输局基础部中国铁道科学研究院北京交通大学北京全路通信信号研究设计院北京和利时浩通科技发展有限公司,CTCS等级,无线闭塞中心（RBC）,在CTCS-3级列控系统中，RBC的主要功能包括：通过列车的CTCS识别码获得列车的信息；通过轨道电路提供的列车占用信息跟踪区域内列车；根据微机联锁、轨道电路等

18、系统提供的信息，生成管辖内每一列车的运行许可；接收调度集中系统（CTC）提供的临时限速信息；向管辖内列车传送列车当前运行许可、临时限速及线路参数。,行车许可,行车许可（MA）：是列车安全运行的行车凭证。一个行车许可（MA）可以包括多个连续的锁闭进路。缩短行车许可（SMA）：缩短行车许可强制列车以接收到的停车位置作为新的行车许可终点（EOA），列车将根据当前位置，决定是否触发常用制动或紧急制动，如果列车已经越过该位置，将立即触发紧急制动。,停车消息,无条件紧急停车消息（UEM）：要求列车立即制动停车，列车接收到该消息后，将实施紧急制动 有条件紧急停车消息（CEM）：要求列车在指定位置前停车，车载

19、设备将评估列车当前位置和新的指定位置间的关系，重新计算制动曲线，根据列车到指定位置的距离，存在下述情况：如果列车可以在指定位置前停车，列车/司机将使用常用（或紧急）制动停车。如果列车不能在该位置前停车，列车将使用紧急制动，直至列车停稳。如果列车前端已经越过指定位置，列车将拒绝该消息并继续遵照已收到的行车许可行车。,7.23事件,2011年7月23日20时30分05秒，甬温线浙江省温州市境内，由北京南站开往福州站的D301次列车与杭州站开往福州南站的D3115次列车发生动车组列车追尾事故，造成40人死亡、172人受伤，中断行车32小时35分，直接经济损失19371.65万元。,事件原因,直接原因

20、：雷电系统原因：LKD2-T1型列控中心设备在保险管熔断后 ，采集数据不再更新，错误地控制轨道电路发码及信号显示，使行车处于不安全状态。 雷击也造成5829AG轨道电路发送器与列控中心通信故障，使D3115次列车超速防护系统自动制动，在5829AG区段内停车。因轨道电路发码异常，司机三次转目视行车模式起车受阻，7分40秒后才转目视行车模式以低于20公里/小时的速度向温州南站缓慢行驶，未能及时驶出5829闭塞分区。因温州南站列控中心未能采集到前行D3115次列车在5829AG区段的占用状态信息，使温州南站列控中心管辖的5829闭塞分区及后续两个闭塞分区防护信号错误地显示绿灯，向D301次列车发送

21、无车占用码，导致D301次列车驶向D3115次列车并发生追尾。管理原因：铁道部的招标审核通号集团所属通号设计院管理混乱上海铁路局有关作业人员故障处置工作不得力，,运营调度系统机构,运营调度系统功能,旅客服务系统票务与营销,高铁前景,高铁发展的争论十二五规划高铁发展策略,高铁发展争论,安全性速度技术经济是否大跃进？是否要继续发展,安全性,是否可靠？我国交通运输中每亿人公里交通事故死伤人数： 公路为死亡10.5人，重伤24.88人；民航为死亡0.l人，受伤0.01人；铁路为0.29人，重伤 0.72人。,7.23事件伤亡情况,注：D301次列车型号为CRH2-139E列车定员810人，事故发生时乘

22、坐旅客558人。D3115次列车型号为CRH1-046B列车定员1299人，事故发生时乘坐旅客1072人。,速度,是否需要更快？小汽车：优势距离在200 km以内。航 空：优势距离在1000 km以上。高速列车：速度为210 km/h，优势距离为300500 km；速度为250 km/h，优势距离为250600 km；速度为300 km/h，优势距离为200800 km；速度为350 km/h，优势距离为1801100 km,技术,自主创新vs引进吸收国产化达70%（如何计算？）,经济,建设成本：磁悬浮实际单位造价约为3.1亿元/km； 目前高速轮轨的单位造价约为1亿元/km上座率：京沪高铁开通一个月的107列车上座率=购票上车的旅客人数/列车定员铁路系统负债1.98万亿元 ，负债率54%一千元卷纸盒,高铁十二五规划,高速铁路体系化安全保障技术高速列车装备谱系化技术高速铁路能力保持技术高速铁路可持续性技术。 体制改革,浙江大学的研究情况,浙江大学高速铁路研究中心5个国家重点学科: 电气工程、力学、控制工程、土木工程、计算机工程等,建设目标,动力学分析设计与优化技术平台,轮轨动力行为模拟试验平台,牵引传动与供电试验平台,网络控制与测试平台,多学科交叉,