1、高速鐵路系統概述主要內容高速鐵路的發展背景高速鐵路的系統組成高速列車網絡控制系統討論高速鐵路的發展背景高速鐵路的定義世界高速鐵路的發展歷史與現狀中國高速鐵路的現狀與規劃高速鐵路的劃分國際鐵路聯盟（UIC）的以速度為等級將鐵路劃分為：常速鐵路：100120公里/小時中速鐵路：120160公里/小時準高速鐵路：160200公里/小時高速鐵路：200400公里/小時超高速鐵路：400公里/小時以上中國高速列車的定義高速鐵路是指通過改造原有線路（直線化、軌距標準化），使營運速率達到每小時200公里以上，或者專門修建新的“高速新線”，使營運速率達到每小時250公里以上的鐵路系統。時速在200km/h以上

2、，為動車組時速在300km/h以上，為高速動車組高速鐵路發展回顧1814年，英國人斯蒂芬森發明了世界上第一臺沿軌道運行的蒸汽機車1825年9月27日斯蒂芬森親自駕駛首臺機車（12節煤車，20多節車廂，約450名旅客），成功在英國斯托克頓Stockton 和達靈頓Darlington之間的36km距離內，以24km/h速度運行，鐵路運輸事業從這天開始 1903年10月28日，德國的AEG軌道電動車創下了最高運行速度210.2km/h的世界記錄1964年10月，日本東海道新干線建成，列車以210km/h速度營運，世界上才真正出現第一條高速鐵路上世紀七、八十年代20世紀70年代末期 ，英國HST(2

3、00km/h)、Inter City 225(225km/h)80年代，法、德等國相繼建成高速鐵路TGVPSE高速列車營運速度為260km/h，TGV-A、歐洲之星(Euro-Star)高速列車營運速度為300km/h德國的ICE(Inter City Express)高速列車，其營運速度，第一代為250km/h、第二代為280km/h、第三代為330km/h總體發展情況法國1955年 331公里1971年 318公里1981年 380公里1990年 515.3公里德國 317公里1988 406.9公里日本1991年 300系 325.7公里 400系 336公里 其他國家情況意大利：投入運

4、營里程達到1525km西班牙：2230公里的高速鐵路荷蘭：安特衛普-阿姆斯特丹，全長95 km英國：海峽隧道連接線，一期全長69 km俄羅斯：莫斯科一圣彼得堡，全長654 km韓國：首爾-釜山，全長426 km澳大利亞：悉尼一堪培拉，全長270 km泛歐高鐵網規劃歐洲9個擁有高速鐵路的國家將總共投入2000億美元，使目前總長為7000公里的鐵路線延長至1.6萬公里。為了配合歐洲高速鐵路網的建設，歐洲東部和中部的捷克、匈牙利、波蘭、奧地利、希臘以及羅馬尼亞等國家正在進行干線鐵路的全面提速改造。世界著名高鐵生產廠商Regina（龐巴迪）E2-1000（川崎重工）Velaro-E（西門子）SM3（阿

5、爾斯通）中國高速鐵路發展1978年的秋天，鄧小平在日本考察新干線時感慨地說：“像風一樣快，我們現在很需要跑！” 當時，國外高速列車時速已達300公里，而中國旅客列車的平均時速卻僅為43公里。 廣深鐵路技術改造（19911994）20世紀90年代，鐵路面臨著與高速公路和航空運輸的競爭，為了大量吸引客流，鐵路提速勢在必行設計速度目標值為客車時速160200km雙線電氣化鐵路，客貨共線投入運營后，經不斷配套完善，又從瑞典引進X2000擺式列車，客車的實際運行時速已超過200km。六次鐵路大提速（19972007）1997年4月1日，最高時速140公里的40對快速列車，平均時速54.9公里 。1998

6、年10月1日，最高時速達到140公里至160公里，平均時速55.2公里 。2000年10月21日，重點是亞歐大陸橋隴海、蘭新線、京九線和浙贛線，平均時速達到60.3公里 。將原來的列車七個等級調整為三個等級，即特快旅客列車、快速旅客列車、普通旅客列車 六次鐵路大提速（19972007）2001年11月21日，實施新列車運行圖，全國鐵路實行聯網售票。平均時速61.6公里 。2004年4月18日，開行19對直達特快列車，部分列車時速200公里。平均時速65.7公里 。2007年4月18日，開行動車組140對，年底達到257對。時速200公里及以上里程達到6003公里。中國高鐵的發展沿革200520

7、08年京津城際鐵路通車，標志著中國系統掌握了時速350公里的高速鐵路成套技術。20082011年高鐵的快速突破：武廣、鄭西等客運專線持續運營時速350公里的武廣客運專線的建設，形成了中國高速鐵路體系標準。京滬高速鐵路最高運營時速380公里 中長期鐵路網規劃 2004年經國務院審議通過，其發展目標為：到2020年，到2020年全國鐵路營業里程達到12萬公里以上，其中：規劃建設客運專線1.6萬公里以上，到2012年建設客運專線1.3萬公里新線建設4.1萬公里既有線增建二線1.9萬公里既有線電氣化2.5萬公里快速客運網“四縱四橫”，時速大部分在350公里跨區際的快速通道，比如貴州廣州、南寧廣州、江西

8、福建，它速度的目標一般定位在時速250公里。區域城市圈城市軌道交通，為環渤海、長三角、珠三角等一些城市密集的地方構筑，它的速度目標一般定位在200250公里高速鐵路網四縱四橫圖解“四縱”客運專線京滬高速鐵路：京港高速鐵路：北京武漢廣州深圳香港北京沈陽哈爾濱（大連）東南沿海鐵路：杭州寧波福州深圳，預留跨越臺灣海峽，連接臺灣的設計條件“四橫”客運專線徐州鄭州蘭州，將來延伸至烏魯木齊滬昆線：杭州南昌長沙昆明青島石家莊太原，其延長線太原中衛銀川也已經開工滬漢蓉高速鐵路：上海南京武漢重慶成都高速列車發展過程上世紀90年代初，開始高速列車綜合試驗，已經取得了大量實踐試驗數據。2001年4月，鐵道部下達“2

9、70km/h高速列車設計任務書”，開始設計“中華之星”。2002年11月27日，“中華之星”電動車組沖刺試驗創造了最高速度每小時321.5公里的當時“中國鐵路第一速”。 2005年正式運營于秦沈專線，運營速度為160km/h。2006年8月2日停運 引進策略四方股份長客股份BSP引進消化吸收川崎重工E2-1000阿爾斯通SM3龐巴迪Regina中國品牌西門子Velaro-E唐山工廠國產動車組四方股份CRH2 速度等級275km/hBSP唐山公司CRH1：速度等級200km/hCRH3 速度等級350km/h長客股份CRH5 速度等級250km/h十一五期間成果“十一五”期間，我國已經建成500

10、0公里以上的高速鐵路，居世界前列；到2020年，將建成16000公里的高速鐵路，我國高速鐵路的總里程已居世界第一。截至2011年，我國已投入運營的高速列車共計786標準列，其中時速200-250km/h速度級355列，時速300-350km/h速度級140列，時速380km/h速度級133列。高速鐵路系統維修體系高速鐵路系統票務系統旅客服務系統市場營銷策劃客運組織管理路基工程軌道工程橋梁工程站場工程隧道工程運行管理車輛管理供電管理綜合維修客運調度運輸計劃牽引系統制動系統列車網絡系統總 成車 體轉向架供電系統變電系統接觸網系統遠程監控系統電力系統地面子系統聯鎖子系統車載子系統調度集中CTC通信系

11、統工務工程牽引供電通信信號動車組運營調度客運服務高鐵系統集成牽引供電(電氣計算)輪軌關系(動車組/線路)電磁兼容供電(短路電路)通信信號(電纜走線,接線柜,信號,遠動.)動車組限界(動態限界)動車組供電（弓網、自動過分相）線路道岔動車組列控（動車組/通信信號）土建工程(隧道,高架橋,橋梁,聲屏障)道路作業(路基,地面類型)通信信號(接地和電氣連接)工務工程無縫鋼軌：攀鋼、包鋼、鞍鋼等企業可生產道岔：從法國科吉富、德國BWG引進，國產化逐步達100。扣件：從德國VOSSLOH公司、 RST公司和法國PANDROL公司引進技術。無碴軌道：形成具有自主知識產權的CRTS有擋肩、無擋肩板式，雙塊埋入式

12、、壓入式系列無碴軌道技術體系。隧道、橋梁、車站：自主設計牽引供電供電系統：從國家電網受電，向線路供電，主要由變電所、開閉所、分區所等構成。優先采用電力系統兩回獨立可靠的220kV電源，互為熱備用。變電系統：將220kv或110kv外部電源轉變為27.5kv，向線路供電。主要由牽引變壓器、斷路器等構成，變電所無人值班。牽引供電接觸網系統：通過線路向動車組和電力機車不間斷提供電能，主要由接觸懸掛（承力索、接觸線、吊弦等）、支持裝置（腕臂、定位裝置等）、支柱和基礎等構成。遠程監控系統SCADA：監督控制和數據采集，完成四電系統運行狀態的遙控、遙信、遙測及調度管理等功能，在線實時監控220v220kv

13、四電設備運行狀態。動車組牽引控制系統牽引電機制動系統牽引變流器牽引變壓器轉向架列車網絡控制系統鋁合金、不銹鋼車體動車組系統集成核心技術的三個大類鋁合金車體碰撞安全輕量化轉向架總成疲勞強度動力學性能牽引控制系統牽引動力系統網絡控制系統制動系統車內外環境控制空氣動力學安全性可靠性電磁兼容LCC氣密性調試試驗運行控制系統弓網關系車體轉向架系統集成技術車體車體動車組車體結構的靜強度和疲勞強度(1)高速列車鋁合金車體靜強度分析的各種載荷的確定、載荷的疊加原則。(2)車下大型設備與車體固接強度的各種載荷的確定、載荷的疊加原則。(3)高速列車鋁合金車體的剛度及疲勞強度的測試、評估及計算仿真分析研究。車體耐沖

14、撞與吸能結構分析(1)車體碰撞的自身吸能結構設計研究。(2)車體碰撞的輔助吸能裝置設計研究。碰撞預防安全性車體碰撞安全的計算機仿真分析及試驗研究。時速300公里高速動車組流線型車頭加工制造和國產化研究(1)通過三維CAD/CAE/CAM集成產品開發平臺，消化吸收西門子公司提供的原型設計，完成產品的本地化工作。(2)采用數值仿真方法，對涉及車頭結構可靠性的主要指標（強度、剛度、疲勞性能、耐撞性能等）及空氣動力學性能指標進行數值仿真評估，以掌握其結構物理品質。(3)完成車頭結構所用鋁型材的三維空間彎曲成形以及鋁板空間曲面無模成形并加工生產。(4)完成復雜結構焊接變形分析理論研究及對車頭焊接變形的分

15、析預測。(5)完成車頭總成及部件組焊的工裝設計并加工生產。(6)完成高精度整體測量技術。(7)現代集成制造技術。唐車組裝照片結構強度分析碰撞安全動車組關鍵技術轉向架轉向架與車體固接結構強度的研究通過轉向架對車體固接結構的靜強度和疲勞強度仿真分析及各種運行工況下的應力測試，對高速運行時轉向架與車體相互作用力的特點和數值進行分析研究，確定轉向架與車體固接結構強度的設計要求。牽引變壓器設計原理、系統集成和系統參數選擇原理(1)與牽引變流器相適應的集成技術(2)牽引變壓器參數選擇原理(3)牽引變壓器檢測、調試試驗技術牽引變流器牽引傳動系統研究實驗(1)技術方案及概念分析、參數計算校核、封裝模塊解密。(

16、2)試驗技術支持。牽引逆變器主電路組成結構與集成技術分析(1)網側四象限變流器的具體控制策略。(2)電機側矢量控制逆變器的具體控制策略，包括轉子磁通觀測，中間過程變量的參數校正等較深層次問題。(3)對控制接口參數及中間可見變量進行分析解讀。牽引電機設計原理、系統集成和系統參數選擇原理(1)與牽引變流器相適應的模型和容量匹配技術(2)牽引電動機參數選擇原理(3)與牽引變流器控制的接口設計(4)牽引電動機檢測、調試試驗技術轉向架CRH3采用德國SF500的改進型牽引傳動系統主電路參數受電弓 AC25KV變壓器 副邊 AC1.55KV中間直流電壓 DC2.7-3.6KVIGBT脈寬調制逆變器PWMI

17、 AC2.7KV 牽引時：2383KW制動時：1843KW牽引變流器2臺4象限整流器并聯，向1臺逆變器供電1臺三相電壓型兩電平逆變器，給4臺異步牽引電機供電1臺牽引控制單元TCU控制整流器和逆變器，實現變壓變頻控制VVVF具有冷卻系統具有故障保護系統牽引電機三相四極異步電機額定電壓 約 2,700 V額定電流 約 145 A額定功率 562 kW額定轉速 4,100 min-1輪對最大負載 17 t齒輪比 約 1 : 2.788（1 檔）電機傳感器溫度傳感器：定子中 風機冷卻速度傳感器：電脈沖計速動車組技術九項關鍵技術 合作要素合作內容系統集成牽引系統和傳動系統(1)牽引、制動性能仿真計算分析

18、 (2)牽引計算 (3)列車控制系統的開發軟件 弓網關系(1)弓網關系分析軟件(2)對國外受電弓和我國接觸網匹配分析。結合我國接觸網的型式、結構和接觸網材質進行綜合，對受電弓滑板材質、受流進行綜合分析。(3)建立和完善我國高速受流的主要評價指標（如接觸網靜態彈性、離線率、接觸網動態評介標準、受電弓與接觸網的動態接觸力等）的測試、檢測和分析技術體系。空氣動力學及氣密性能結構技術分析(1)高速列車的頭型設計。(2)高速列車外形設計。(3)高速列車門、窗、排水等的氣密結構設計。(4)高速列車空調系統的氣流組織、壓力保護等的結構設計?？諝鈩恿W及氣密性能理論技術分析(1)列車風速(2)高速列車三維繞流

19、分析(3)列車交會壓力波(4)通過隧道氣動耦合分析(5)列車對周圍環境的影響(6)受電弓高速穩定性分析和氣動聲學分析(7)車輛/輪軌系統一體化流動分析(8)列車氣密性能分析空氣動力學研究弓網關系弓網動態接觸力太小，接觸電阻大；太大，磨損增加離線受電弓與接觸線脫開，導致失壓、電弧、電壓畸變，并影響無線通信。硬點接觸線上彈性變差或有附加質量的地方，出現撞弓、碰弓現象接觸線動態抬升量高速運轉時的垂直振動牽引特性曲線CRH動車組特性曲線動車組技術牽引控制設計原理，系統集成以及系統參數確定原則系統設計原理，包括：(1)牽引/電制動的控制；(2)故障診斷和自保護、安全導向原則；(3)牽引特性和防空轉、防滑

20、；(4)列車自動控制；(5)牽引控制系統的硬件；(6)系統可維護性；(7)系統升級、系統兼容系統接口設計（包括以下內容）(1)TCN控制和接口；(2)電氣配線、布線；(3)線路的接地屏蔽；(4)ATP設計和接口；(5)制動系統控制及接口。 控制單元硬件設計 。 電磁兼容性設計。列車網絡控制系統網絡控制系統研究實驗模擬列車網絡控制系統：(1)列車網絡控制系統拓撲圖；(2)列車網絡控制系統邏輯圖及原理說明；(3)可靠性設計原理和冗余設計原理；(4)WTB MVB時時通信程序設計。(5)WTB MVB端口計算。(6)網絡的設計和結構描述，包括裝置的地址信息、幀結構等；網絡控制系統組成結構與集成、冗余

21、技術分析(1)列車網絡控制系統的硬件配置；(2)SIBAS控制系統的組成及各模塊的功能；(3)SIBAS 32控制單元的組成及各模塊的功能；電磁兼容技術分析電磁兼容性設計原則制動系統引進制動技術的消化和吸收(1)動、拖車制動盤、閘片熱容量計算相關參數及計算標準研究。(2)制動系統與動車組集成研究。(3)動車組制動系統的診斷及試驗系統的研究。牽引測試系統制動測試系統網絡控制系統通信信號列車運行控制系統計算機聯鎖系統調度集中系統防災安全監控系統GSM-R無線通信系統視頻監控系統列車運行控制系統由列控中心、閉塞設備、地面信號設備、地車信息傳輸設備、車載速度控制設備構成的用于控制列車運行速度保證行車安

22、全和提高運輸能力的控制系統。功能包括：線路的空閑狀態檢測；列車完整性檢測 列車運行授權；指示列車安全運行速度；監控列車安全運行系統結構車載安全計算機(EVC)車載安全計算機是ATP裝置的核心部分，負責從ATP各個模塊搜集信息，生成制動模式曲線，必要時通過故障-安全電路向列車輸出制動信息，控制列車安全運行。為了保證列車控制的安全性和設備的冗余性，安全計算機一般采用二乘二取二或者二取二冗余結構，安全等級達到SIL4級。 應答器信息接收模塊(BTM) BTM天線接收來自地面應答器的信號，傳輸至BTM模塊進行信息解調處理。BTM是一個采用二取二技術的故障-安全模塊。通過一個專用信息接口和安全計算機同步

23、。同時它還提供通過應答器中點時的確切時間，能夠讓ATP車載設備在幾厘米的準確范圍內進行列車定位校準。 連續信息接收模塊(STM) 通過STM天線接收軌道電路信號，解調軌道電路上傳的信號信息，將解調的信息及時傳遞給安全計算機和列車運行監控記錄裝置。STM模塊是安全模塊，可接收ZPW-2000系列軌道電路及4信息、8信息、18信息等傳統移頻軌道電路的信息。 地-車信息傳輸 GSM-RGSM-R：鐵路專用全球移動通信系統。是國際鐵路聯盟（UIC）和歐洲電信標準協會ETSI，為歐洲新一代鐵路無線移動通信開發的技術標準。歐洲委員會在在 900MHzGSM的頻率頻段上分配4MHz給鐵路實施GSMR。GSM

24、-R通過保持列車和控制中心的持續聯系即“永遠在線”，來提供可靠的列車控制數據傳輸通道。 ATP車載設備主要工作模式 完全監控模式 ：ATP車載設備生成目標距離模式曲線，通過DMI顯示列車運行速度、允許速度、目標速度和目標距離等，控制列車安全運行。 部分監控模式 ：數據缺損時 目視行車模式 ：當ATP車載設備顯示禁止信號時，ATP處于目視行車模式。此時列車停車后，根據行車管理辦法(含調度命令)，ATP生成固定限制速度(20kmh)，列車在ATP監控下運行，司機對安全負責。 調車監控模式 隔離模式 ：ATP車載設備故障時 目標距離曲線制動優先列控基本原理CTCS系統為確保列車運行安全、提高運輸效率

25、，結合我國鐵路的特點研究制定中國列車運行控制系統 CTCS的技術規范。參照歐洲列車運行控制系統（簡稱ETCS）編制的。 CTCS標準起草單位： 鐵道部運輸局基礎部中國鐵道科學研究院北京交通大學北京全路通信信號研究設計院北京和利時浩通科技發展有限公司CTCS等級級ETCSCTCS0 歐洲既有線現狀中國既有線現狀；通用式機車信號+監控裝置1 基于點式傳輸的列車控制系統； 列車占用及完整性檢查由軌道電路完成；設置地面信號機；面向160kmh以下區段；主體機車信號+加強型監控裝置2 基于GSMR傳輸的列車控制系統；列車檢測和列車完整性檢查由軌道電路完成；可以取消地面信號機： 面向提速干線和客運專線；基

26、于軌道電路+點式應答器進行信息傳輸的列控系統；可取消地面通過信號機；3基于GSMR傳輸的列車控制系統；取消軌道電路和地面信號機；無線閉塞中心與車載驗證系統共同完成列車定位和完整性檢查；可實現移動閉塞 面向提速干線、客運專線和特殊線路；基本參照ETCS2級4 未定義 面向客運專線和特殊線路 基本參照ETCS3級 無線閉塞中心（RBC）在CTCS-3級列控系統中，RBC的主要功能包括：通過列車的CTCS識別碼獲得列車的信息；通過軌道電路提供的列車占用信息跟蹤區域內列車；根據微機聯鎖、軌道電路等系統提供的信息，生成管轄內每一列車的運行許可；接收調度集中系統（CTC）提供的臨時限速信息；向管轄內列車傳

27、送列車當前運行許可、臨時限速及線路參數。 行車許可行車許可（MA）：是列車安全運行的行車憑證。一個行車許可（MA）可以包括多個連續的鎖閉進路?？s短行車許可（SMA）：縮短行車許可強制列車以接收到的停車位置作為新的行車許可終點（EOA），列車將根據當前位置，決定是否觸發常用制動或緊急制動，如果列車已經越過該位置，將立即觸發緊急制動。停車消息無條件緊急停車消息（UEM）：要求列車立即制動停車，列車接收到該消息后，將實施緊急制動 有條件緊急停車消息（CEM）：要求列車在指定位置前停車，車載設備將評估列車當前位置和新的指定位置間的關系，重新計算制動曲線，根據列車到指定位置的距離，存在下述情況：如果列車

28、可以在指定位置前停車，列車/司機將使用常用（或緊急）制動停車。如果列車不能在該位置前停車，列車將使用緊急制動，直至列車停穩。如果列車前端已經越過指定位置，列車將拒絕該消息并繼續遵照已收到的行車許可行車。 7.23事件2011年7月23日20時30分05秒，甬溫線浙江省溫州市境內，由北京南站開往福州站的D301次列車與杭州站開往福州南站的D3115次列車發生動車組列車追尾事故，造成40人死亡、172人受傷，中斷行車32小時35分，直接經濟損失19371.65萬元。事件原因直接原因：雷電系統原因：LKD2-T1型列控中心設備在保險管熔斷后 ，采集數據不再更新，錯誤地控制軌道電路發碼及信號顯示，使行車處于不安全狀態。 雷擊也造成5829AG軌道電路發送器與列控中心通信故障，使D3115次列車超速防護系統自動制動，在5829AG區段內停車。因軌道電路發碼異常，司機三次轉目視行車模式起車受阻，7分40秒后才轉目視行車模式以低于20公里/小時的速度向溫州南站緩慢行駛，未能及時駛出5829閉塞分區。因溫州南站列控中心未能采集到前行D3115次列車在5829AG區段的占用狀態信息，使溫州南站列控中心管轄的5829閉塞分區及后續兩個閉塞分區防護信號錯誤地顯示綠燈，向D301次列車發送無車占用碼，導致D301次列車駛向