第二章中国高速铁路技术体系的形成

1、第二章第二章 中国高速铁路技术体系的形成中国高速铁路技术体系的形成西南交通大学西南交通大学 赵丽平赵丽平中国高速铁路技术体系的内容？中国高速铁路技术体系的内容？中国高速铁路技术体系如何形成的？中国高速铁路技术体系如何形成的？ 时速时速120km/h120km/h以下的一般称为以下的一般称为普速普速（或常速）；时速（或常速）；时速120km/h-160km/h 120km/h-160km/h 称为称为中速中速；160160200km/h200km/h称为称为准高速准高速；200km/h200km/h以上称为以上称为高速高速。 从从1876-19931876-1993近近120120年，中国铁路总

2、在年，中国铁路总在普速普速的范围里徘徊不前！的范围里徘徊不前！ 19491949年，铁路列车最高速度约年，铁路列车最高速度约80km/h80km/h，客列平均速度，客列平均速度28.2km/h28.2km/h，货列速，货列速度只有度只有25.5km/h25.5km/h。19701970年，客车速度提高到年，客车速度提高到42.1km/h42.1km/h，年递增仅，年递增仅1.9%;1.9%;货运货运列车在旅行速度仅提高到了列车在旅行速度仅提高到了30.3km/h30.3km/h，年递增仅，年递增仅0.8%0.8%。到了。到了19901990年，客车年，客车的平均速度仅为的平均速度仅为46.3k

3、m/h46.3km/h。 截至截至19931993年，年，SSSSSS7 SS7 中，除中，除SS5SS5最高速达最高速达140km/140km/h h外，其他外，其他6 6种最高种最高速度速度100km/h100km/h。 1933 1933年，德国在柏林与汉堡之间开行的由内燃机车牵引的客车速度达年，德国在柏林与汉堡之间开行的由内燃机车牵引的客车速度达115km/h115km/h，最高速度达，最高速度达160km/h160km/h；二战以前，欧洲多国实现了以最高速度；二战以前，欧洲多国实现了以最高速度160km/h160km/h的运行；的运行；19641964年日本东海道新干线最高速度达年日

4、本东海道新干线最高速度达210km/h;1989210km/h;1989年，最年，最高运行速度高运行速度300km/h300km/h的法国的法国TGV-ATGV-A列车投入运营列车投入运营 为何为何这一时期明显的差距？这一时期明显的差距？ 首先首先，与法、德、日等相比，中国铁路基础设施及技术装备要落后得，与法、德、日等相比，中国铁路基础设施及技术装备要落后得多。二战前，法、德、日三国都有独立设计制造机车的能力，新中国成立多。二战前，法、德、日三国都有独立设计制造机车的能力，新中国成立之初，我国还无法研制自己的机车，线路上跑的机车无一例外都是国外的之初，我国还无法研制自己的机车，线路上跑的机车无

5、一例外都是国外的产品，中国的起点显然要低得多。产品，中国的起点显然要低得多。 其次，其次，客货共线、以货为主的运输模式也制约着列车速度的提高。客货共线、以货为主的运输模式也制约着列车速度的提高。 其三其三，计划经济时代，铁路处于垄断地位，即使速度不高、服务质量，计划经济时代，铁路处于垄断地位，即使速度不高、服务质量不好，客源和货源依旧在增长，供小于求的现实，影响了铁路界对列车提不好，客源和货源依旧在增长，供小于求的现实，影响了铁路界对列车提速的热情。每年春运，因一票难求而滞留在大城市火车站的如海人群，成速的热情。每年春运，因一票难求而滞留在大城市火车站的如海人群，成为中国铁路运输一道独特的风景

6、。为中国铁路运输一道独特的风景。 最后最后，线路区段列车密度大，通过能力利用率过高，地方短途车流大，线路区段列车密度大，通过能力利用率过高，地方短途车流大，站停时间长。，站停时间长。 这一时期，中国铁路的主要精力放在这一时期，中国铁路的主要精力放在提高运能提高运能上，提高列车上，提高列车速度速度则被则被置于次要的位置。置于次要的位置。公路和民航对铁路运输带来的挑战公路和民航对铁路运输带来的挑战 ： “七五”末（1990年），铁路、公路、民航所占的客运量市场份额分别为：12.3%、83.9%、0.2%， 只过了5年，到“八五”末（1995年）时，三种运输方式的市场份额变为：8.8%、88.8%、

7、0.4%，“此消彼长”，铁路竞争力在衰退。 对策对策 ：提速！ 1990年，铁道部将“广深线实现旅客列车最高速度160km/h的技术方案研究”列入该年科技发展项目，在提速方面迈出了一步； 1994年6月，铁道部提出“大力提高列车重量，积极增加行车密度，努力提高行车速度。”的技术政策。 1994年12月，我国第一条准高速铁路广深（广州至深圳）铁路正式开通运营。由DF11型电传动内燃机车牵引的特快列车“春光”号的最高运行速度达到160km/h！DF11DF11型电传动内燃机车型电传动内燃机车世界高速列车元老0系动车组广深铁路成为了我国准高速铁路的先驱广深铁路成为了我国准高速铁路的先驱 1983年成

8、立的广深铁路公司，在经营和资金筹集等方面有自主权； 与香港的广九南段相连，是连接内地与港澳的纽带线； 无论客货运量都增长迅猛，1983年旅客发送量为966.6万人，1988年的时候，已经增至1798.9万人； 连接广州与香港的交通工具除列车外，还有高速公路、船运、公共汽车等运输方式，现实需要广深线提高列车速度，确保客源。重要意义：重要意义： 中国铁路120km/h的行车记录成为历史，无准高速铁路历史结束！ 提高了我国铁路界对其他既有线实施提速的信心，也为今后发展高速积累了宝贵的经验，奠定了良好的基础。 铁路提速要求整个系统技术水平综合提高。如：更大牵引功率的新型机车；合适的线路，对原有线路路基

9、、桥梁、道岔等改造。信号、供电等多个子系统技术，各子系统之间又涉及到接口技术 实现提速，各子系统、各项子技术都必须得“更上一层楼”才行！中国铁路第一次大面积提速w1995年6月，铁道部做出将繁忙干线客车速度提到140160km/h，货车速度提到8090km/h，全路六次大提速就是这一决定的反映。w京沪、京广、京哈三大干线上进行了140-160km/h的提速试验。w首先在线路条件相对好、客流量大沪宁线上实施。经过线路改造、提高机车性能、信号改良等一系列准备后，1995年10月820日成功进行最高运行速度150170km/h的提速试验。半年后1996年4月1日，最高速度140km/h的“先行”号特

10、快旅客列车英姿飒爽地在沪宁线上飞驰。同年国庆，“先行”号最高速度达160km/h。上海至南京由4h缩短为2.5h。w1995年11月24日，在京秦线（北京至秦皇岛）开始用DF11型机车牵引的准高速试验，同样大获成功。1996年7月，最高速度140km/h的“北戴河”号特快旅客列车在京秦线上投入运行；同年10月8日，从北京经沈阳至大连双层新型特快旅客列车最高运行速度也达到140km/h。既有线提速的主型机车既有线提速的主型机车DF11DF11和和SS9SS9机车机车世界高速列车元老0系动车组世界其他国家既有线提速的发展趋势：世界其他国家既有线提速的发展趋势： 200km/hw 1985年，欧洲经

11、济委员会确定既有线提速标准160200km/h。w目前，法国、德国、俄罗斯、西班牙、意大利等多个欧洲国家既有线列车最高速度达到200km/h。 w美国对既有线改造最高速度为240km/h。w日本提出2010年前在窄轨既有线上实现200250km/h的运行速度。w截至2006年底，世界上已有10多个国家铁路通过既有线改造，旅客列车最高运行速度达到200km/h或以上,线路总里程约为8000km。w高铁建设和既有线提速一般并重。让既有线提速使高速铁路与既有线连接起来，形成一张快速运输网，极大方便乘客出行。w德国先后建成科隆至法兰克福线等最高运行速度300km/h高速铁路917km，把一些既有线路提

12、速到200km/h后，供德国高速列车驰骋的范围就大多了，高速列车通达里程超过6000km！w法国高铁只有1576km，通过对既有线提速，TGV通达里程5900余km。w日本新干线是标准轨，既有线却是窄轨，日本也做了顽强的努力，把既有线的轨距拓展为标准轨，实现了高速列车在既有线上的运行。五次大提速概要五次大提速概要 次次年月年月主要提速线路主要提速线路提速主要内容提速主要内容一一199719974.14.1京沪、京广、京京沪、京广、京哈三大干线哈三大干线开行开行4040对最高运行速度对最高运行速度140km/h140km/h、旅行速度、旅行速度90km/h90km/h以以上客车；上客车；“夕发朝

13、至夕发朝至”7878列；货车最高运行速度列；货车最高运行速度80km/h80km/h；全路旅行速度由；全路旅行速度由48.1km/h48.1km/h提高到提高到54.9km/h54.9km/h二二1998199810.110.1以京沪、京广、以京沪、京广、京哈三大干线为京哈三大干线为重点重点干线客车最高运行速度干线客车最高运行速度160km/h160km/h；三大干线大部分区；三大干线大部分区段特快客车运行速度超过段特快客车运行速度超过120km/h120km/h；“夕发朝至夕发朝至”列列车增至车增至116116列；广深铁路上列；广深铁路上X2000X2000型摆式列车型摆式列车“新时新时速速

14、”，旅客列车首次实现，旅客列车首次实现200km/h200km/h运行运行三三2000200010.10.2121陇海线、兰新线陇海线、兰新线、京九线、浙赣、京九线、浙赣线等线等提速重点中西部地区；全路客车速度达提速重点中西部地区；全路客车速度达60.3km/h60.3km/h；“夕发朝至夕发朝至”列车列车266266列；北京西乌鲁木齐、上海列；北京西乌鲁木齐、上海乌鲁木齐时间由乌鲁木齐时间由6161、6565缩至缩至4848、5151小时；提速线小时；提速线路里程近路里程近1 1万万kmkm。四四2001200110.10.2121京广线武昌至广京广线武昌至广州、哈大线、浙州、哈大线、浙赣线

15、、汉单线等赣线、汉单线等提速里程提速里程4257km4257km，使全国提速总里程达到，使全国提速总里程达到13000km,13000km,提速网络基本覆盖全国主要地区。提速网络基本覆盖全国主要地区。五五200420044.184.18京沪、京广、京京沪、京广、京哈等主要干线哈等主要干线干线部分时速干线部分时速200km;200km;直达特快在京广、京沪等以直达特快在京广、京沪等以160km/h160km/h速度长距离运行速度长距离运行; ;全路速度达全路速度达65.7km/h; 65.7km/h; 总总里程里程16500km16500km，时速，时速160km160km及以上线路及以上线路7

16、700km7700km；技术；技术装备全面升级。装备全面升级。 w2007年4月18日，中国铁路实施第六次大面积提速和新的列车运行图。w最大亮点：既有线上速度200km/h动车组的开行！既有线提速到200km/h等级，标志着中国铁路在既有线提速达到国际水平。w提速后，全路旅客列车速度普遍有较大提高，主要城市间旅行时间总体压缩了2030%。压缩幅度最大的是上海到南昌、上海到长沙，提速后上海到南昌列车运行5小时08分钟、压缩5小时45分钟，到长沙7小时30分钟、压缩7小时30分钟，幅度都在一半以上。w第六次调速后，时速120km及以上线路里程达2.2万km，其中160km及以上线路里程达1.4万k

17、m，新增时速200km及以上线路延展里程达6003km，其中时速250km线路延展里程846km。截至2006年，全世界时速200km以上的既有线线路总里程只约有8000km。w提速后，全路客货列车开行数量分别达到1312.5对和16656对，增加140.5对和1316对。客货运输能力大幅提升，将有效缓解铁路运输的紧张状况，为经济社会又好又快发展提供更加有力的运力支持。2.2.1 中国需要高速铁路中国需要高速铁路w节假日期间大量乘客滞留大城市火车站的现象仍旧存在；能否买到一张自己想要的火车票，依旧是大多数旅客心头挥之不去的担心。中国铁路运输能力的明显不足。w当前京沪、京哈、京广等干线运输能力基

18、本发挥到极限，许多区段能力利用率已达100%！2007年全国铁路旅客和货物运输需求为15亿人、25亿t。据预测到2020年，将达40亿人、40亿t，年均增长7%和4%。 w在网络化的今天，人们生活节奏日渐加快。2007年动车组的登场将旅行时间压缩，北京至上海需9小时59分钟。与民航竞争，目前中国除秦沈客运专线外，其他干线都是客货混跑，处于一种客运快速与货运重载难以兼顾的尴尬局面。w中国铁路运能不足，竞争力需进一步提高，加以环保和节能问题，这些都昭示着一个事实：中国需要高速铁路客运专线！w高速铁路是铁路运输业的发展方向，而中国至今仍是一个空白。w高速铁路具有速度高、能力大、能耗低、占地少，污染小

19、和安全稳定的优势，在世界能源处于紧张状态的情况下，发展高速众望所归。技术体系根据各自国情、路情，吸收国外成功经验技术体系根据各自国情、路情，吸收国外成功经验w日本新干线列车比法、德两国的高速列车车体更加宽大，国情不同：日本客流量大，欧洲客流量小。w日本高速列车从最早0系到最新N700系，都是动力分散方式；而法国和德国的绝大多数高速列车却是动力集中方式。w日本在20世纪50年代选择在当时有些“离经叛道”动力分散方式。为什么？路情决定：日本地质松软，更适宜轴重较轻的动力分散方式列车运行。w法国和德国在研发自己的高速列车之初，选择动力集中方式，原因，两国地质相对坚硬，满足动力集中的高速列车运行。一直

20、是两国擅长的领域，基于本国的技术现状，做出了最适合本国国情的选择。w吸收国外成功经验，日本早期12辆编组0系列车6台受电弓，法国人在新干线开通之初指出列车受电弓太多，受流质量差，日本吸收了欧洲高速列车受电弓少的优点，16辆编组的新干线列车只用2台受电弓。w法、德同样吸收日本很多成功的经验。在日本动力分散方式高速列车技术的基础上，各自研发了自己的动力分散方式高速列车。w新中国成立：铁路营业里程2.1万km，使用的不过1万多km；很多车站无信号机，70%线路无闭塞设备；每天成千上万台国外制造的蒸汽机车在线路上奔跑。落后的设备，杂乱的技术规格w1949至1978年，铁路营业里程增至4.3万km左右，

21、路网基本形成。w1961年8月15日，第一条电气化铁道在宝成线宝鸡凤州段正式通车，结束我国无电气化铁道历史。采用工频单相25kV交流供电方式。1952年12月，青岛四方车辆厂试制成功第一台机车解放型蒸汽机车，结束中国没有国产机车的历史。w改革开放30年，建设投资为607.73亿元。到2005年底，铁路营业总里程达75619km，居世界第三，亚洲第一。w解放前，电气化铁路一片空白，1950至1978年建成1032.9km，从1979年至2005年修建19099km。w围绕第六次大提速，完成200km/h等级动车组列控系统技术、机车车辆试验、200km/h等级接触网试验、轨道几何不平顺管理值和养护

22、技术等50多个项目。2004年9月胶新线120km/h货车提速综合试验；2005年4月京秦线200km/h等级列车交会综合试验；2005年56月遂渝线200km/h等级提速综合试验；2006年 68月胶济线200km/h提速综合试验。高速动车组高速动车组wCRH动车组漂亮的流线形车体，令人赏心悦目的乘车环境，200km/h以上的运行速度，令人赞叹不已。中国时速200km动车组按国务院提出“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”总体要求，通过引进消化吸收再创新的方式，逐步确立中国高速动车组技术。原型车：wCRH1原型车Regina。庞巴迪公司从1998年开始，为瑞典国家铁路和地方铁路开发，技

23、术成熟，列车上90%材料可再生而循环利用，时速达220km，是理想的中短途客运和城际交通用车。 wCRH2原型车E2-1000。日本川崎重工株式会社2002年推出的E2-1000新干线列车，设计时速为315km，最高运行速度为275km/h。w CRH3原型车Velaro-E，西门子2001年在德国ICE3动车组的基础上开发。最高运营时速达350km。Velaro-E是2008年7月在京津线亮相。wCRH5原型车SM3，阿尔斯通制造，属于Pendolino动车组系列，在欧洲广泛使用，技术成熟，速度可达250km/h，适合高寒地区。高速动车组高速动车组w2004和2005年，在全面系统引进动车组

24、设计和制造技术前提下，重点引进动车组总成、车体、转向架、牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、牵引控制系统、列车网络控制系统、制动系统等九大关键技术。w铁道部与中方企业协商确定十项配套技术引进，包括：空调系统、集便装置、车门、车窗、座椅、风挡、钩缓装置、受流装置、辅助供电系统合车内装饰材料等。w第一件事：消化吸收国外先进技术。长客厂、四方厂、唐山厂、株洲所、铁道科学研究院、四方车辆研究所、西南交大、北京交大等国内骨干制造企业以及科研院所都加入到消化吸收再创新行列。w根据国情和路情，对四种原型车在轮轨界面、弓网关系、旅客界面等方面都作相应调整。中国钢轨头部形状和欧洲及日本不一样，如果不对引进的动车组

25、车轮踏面形状作相应的修正，使轮轨间配合达到最佳状态，就会增大轮轨间的磨耗和降低乘坐舒适度。我国有些线路上要跑双层集装箱货运列车，接触网的高度为6.33m，这个高度与日本新干线的5.1m是完全不一样的。高速铁路牵引供电技术体系综述高速铁路牵引供电技术体系综述 统一技术平台、统一技术标准、统一管理模式的能量供给系统。必须满足高铁客运专线高速度、高密度、长干线、跨线路的运输要求，为电气列车提供安全、稳定、可靠、不间断的电能。该平台具有以下特点：w 满足高速和跨线运行的弓网关系的特殊要求；w 满足双弓取流及动车组自动过分相的技术要求；w 满足可靠稳定的供电要求；w 满足长大干线综合一体化远程监控的技术

26、要求；w 满足免维护、少维修、抵御自然环境侵害的要求。高速铁路通信体系综述高速铁路通信体系综述 主要以传输及接入、电话交换、数据网、GSM-R专用移动通信等设备为基础，建立调度、会议电视、救援指挥、动力环境监控和同步时钟分配等通信系统，将有线和无线有机结合，实现话音、数据、图像、列控的多种功能。w主要任务：保证指挥列车运行的各种调度指挥命令信息的传输；为旅客提供各种服务的通信；为设备维修及运营管理提供通信条件。w中国铁路建成了以光纤通信为主体，采用数字微波和卫星通信的通信传输手段，光纤到车站、到基层已成为现实。铁路通信全面进入了数字传输时代，建成承载客货运营管理、运行监控和运输服务各种数据业务

27、的铁路数据传输网，努力实现原始数据一次输入，并按需分给各自动化系统共享数据资源。在此基础上，建成铁路综合业务数字网（ISDN），为开展话音、数据和图像多媒体通信提供了强有力的通信平台。无线通信已经渗透到铁路现场各个部门，以话音和数据同时传输为特征的列车无线通信已成为主流。高速铁路列车运行控制技术高速铁路列车运行控制技术w在列车运行控制技术方面，铁路信号的车站、区间控制一体化，计算机、通信、控制技术与信号技术集成为一个高自动化水平的列车运行自动控制系统。列控系统技术作为现代化铁路的重要标志之一,正向数字化、智能化、网络化和一体化的方向发展。w列车运行控制系统是中国铁路提速线路和客运专线保证列车行

28、车安全、提高列车运行效率的重要技术装备，以有效的技术手段对列车运行速度、运行间隔进行实时监控和超速防护；同时能减轻司机劳动强度、改善工作条件，提高乘客舒适度。w中国列车运行控制系统CTCS（Chinese Train Control System）技术体系和总体规划。根据铁路线路条件、列车特性、运行速度等，共分5个等级。200250 km/h既有提速线路、客运专线采用CTCS-2级；250 km/h以上客运专线和新线采用CTCS-3或CTCS-4级列控系统。wCTCS-2级列控系统按统一标准、通过设备研发、关键技术引进、系统集成，形成了具有中国特色和自主知识产权的列控系统，并在中国铁路第六次提

29、速中大放异彩。运营调度系统运营调度系统w运营调度如同战场上的指挥官，运筹帷幄，决胜千里。它是链接所有作业环节的桥梁，是下达生产指令的枢纽，机车、车辆的调配，运行线的安排与调整，旅客、货物的运输计划编制与下达等一系列指挥工作都由它一手完成。w高效的指挥辅以先进的信息化装备，如虎添翼。对铁路调度而言，铁路信息化工作同样必不可少，构建一个能够自动实现客货营销、计划编制、行车组织、防灾监控、综合维修等功能的运营调度信息系统，是中国高速铁路运营调度系统的核心。w与既有线比，高速铁路具有“高安全、高速度、高密度、高正点率、高计划性、高服务、综合维修”特点；与国外相比，具有“衔接方向多、动车组数量多、开行方案复杂”等特点。中国高速铁路运营调度系统不能完全照搬国外系统，必须借鉴国外先进成果，结合国情路情，设计研发具有自主知识产权的运营调度系统。客运服务系统客运服务系统w适应铁路客运专线高速度、高密度、大客流的特点，为旅客提供便捷、高效、舒适的服务是客运专线客运服务系统（PDSS）（简称客服系统）建设的重要目的 。w客服系统是在现代高速铁路管理思想、服务理念和当今最新信息技术基础上，在铁道部、区域中心及车