干货 详解高速铁路七大技术体系

干货详解高速铁路七大技术体系2016-05-08转自RT轨道交通地铁二三事导读本文介绍高速铁路七大技术体系。

高速铁路从技术体系上讲大致可以分为这样一个板块：公路工程，牵引供电、运行控制与通信、高速列车、客运服务、综合维修、安全防灾和应急处理、工务工程。

1、工务工程工务工程一般包括轨道结构、路基、桥梁、隧道、房建工程等各个子系统，我国铁路建设在公路工程方面主要依靠技术创新。

我们国家的高速铁路一般采用全线高架、无砟轨道、高速道和超长无缝钢轨等技术。

京津城际采用CRTS-II型板式无渣轨道结构，6.5米轨道板纵向连接，专业化制造，加工机施工安装精度高。

运营一年表明，无砟轨道京都高稳定性好，刚组均匀。

我们的无缝线路，采用60公斤/米、100米定尺、U71Muk高性能钢轨。

现场焊接、弹性扣件、轨温锁定技术。

跨区间超长无缝路线。

高速道岔。

大号码高速道岔，直向通过速度350km/h，侧向通过速度120-250km/h。

中国高铁技术适应复杂地形。

日本国土面积小，铁路所跨越的地区气候和地质条件比较类似。

而中国国土面积大，地形复杂，横跨多个不同的气候和地质区域，因此在高铁的实际建设中完全照搬引进日法德的技术显然行不通，技术必须进行创新。

因此，作为应对复杂地形方面，贯穿辽阔国土面积的中国高铁，在设计上自然有更多的实际经验，技术上也比日本具有更多的优势。

铁道部总工程师何华武就指出，中国京津、武广、郑西高速铁路非常典型：京津城际是软土路基，武广高铁是岩溶路基，郑西高铁是黄土湿陷性路基，这样的地质条件下建铁路，尤其是建高速铁路，需要处理好地基以及路基的填入技术。

而日本、法国、德国都没有这样的地质条件。

“中国的综合能力超过他们。

”许克亮表示：“如果说中国的?线上?（主要指机车）是走引进、消化、吸收?之路，那么线下工程（主要指土建）则是由中国人自己创造的一个完整系统的标准。

中国高铁经过的地方地质难度较大，要穿越水下60米深的浏阳河，还要从70多米高的地方跨越山谷等，地质的难度，决定了中国高铁的线下功夫。

” 2、牵引供电由电力、接触网、变电、供电、远动等构成。

外电110kv/22Okv接入变电所，通过接触网为高速列车供电。

A2β27.5kv的AT供电方式，供电距离60km，比直供延长1倍。

通过SCADA系统实现远程监测、控制与调节、实现保护、控制一体化和越区供电。

我国高铁采取综合接地、防雷、融冰雪技术。

自动过分相，端点过分相：利用列车惯性通过无电区。

时速250公里的线路采用这个技术。

我们在时速350公里的线路上采用了不断电过分相技术，通过地面和车载装置，实现列车瞬间通过无电区的系统控制，切换时间0.3秒左右，高速列车动力丢失少，长距离运行节能效果非常明显，大幅压缩运行时分。

高速接触网，在明线、隧道、桥梁和不同气候条件等复杂工程下，时速350公里，采用简单链型、弹性连型悬挂技术，研发高强高导接触网导线。

保证接触网与受电弓匹配良好、受流稳定。

武广客运专线接触网采用弹性缝型悬挂方式，实现时速350公里双弓稳定受流，为世界首创。

尤其是高速电气化铁路牵引供电系统的主体设备接触网，已经开始实现关键零部件的国产化。

3、列车运行控制列控系统是确保列车行车安全的控制系统，我国采用的“中国列车运行控制系统”（CTCS）。

CTCS-1级，人控优先，超速防护，普速铁路。

CTCS-2级，机控制优先，基于轨道电路+应答器的地对车单向信息传递，250km/h客专，5分钟追踪。

CTCS-3级：疾控，基于无限数据传输平台（GSM-R）车地双向列控信息传递。

350km/h客专，3分钟追踪；CTCS-4级，移动闭塞或虚拟闭塞。

另外，武广高铁的“列控中心系统平台”发明已经向国家知识产权局提出了专利申请。

它主要是运用“二乘二取二”的冗余技术，“二乘二取二”是一种广泛应用于铁路方面的技术，具有更高的安全性和可靠性。

二乘二侧重于系统的可用性和可靠性，二取二侧重于系统的安全性和稳定性。

而在技术实现上主要有两种方式：指令级同步和任务级同步，即系统平台采用多层次的安全防护措施，所有的安全输出均由两套独立、非相关的软、硬件子系统共同确定，符合故障—安全原则，命令在输出前进行比较，检查有错误便不产生输出。

输出后也会检查，保证不产生错误输出。

基于以上的控制系统，武广高铁在32公里范围内互通信息数据，并自动保持14公里的安全车距，如果车距小于14公里，调度中心会给动车发出指令，后车便可自动根据与前车的距离来调整车速。

“C3系统在武广高铁的成功运用，关键在于我们实现了两大创新：一个是系统集成创新，一个是引进消化吸收再创新。

我们参照了一些国外的相关标准，但整个C3系统，包括标准规范体系，系统机构的研发，系统结果的测试，系统产品的制造，施工安装联调联试等，都是完全由中国人自己完成的。

”通号集团C3攻关实施组组长、研究设计院总工程师、集团副总工程师张苑如实阐述“中国创造”四个字。

C3的核心技术在于应用无线传输方式控制列车运行。

其中有两个关键设备，一个在地面，一个在车上。

地面的叫RBC系统，中文名字叫无线闭塞中心系统。

RBC的功能就是让列车“该走的时候走，该停的时候停”；车上的叫ATP系统，中文名字叫列车超速防护系统，功能就是连续不间断地对列车实行速度监督，实现超速防护。

时速350公里高速动车列车如果瞬间刹车制动，需要减速滑行6500米。

通过C3系统的控制，武广高铁全线运营的高速列车在武汉调度中心的RBC 系统监控下，通过RBC系统的控制指令和车载ATP的控制，能确保每辆列车自身不超速并使前后两个列车之间保持安全行车距离。

因C3攻关被评为全国劳模的张苑说，C3级列控系统技术创主要有四大点：首次通过无线通信的方式实现了对长大距离范围内时速350公里列车的安全可靠运行控制；完成了列控系统C2/C3控车模式集成；创建了全速、全景综合设计集成平台和一整套测试验证方法；构建了完整的技术标准体系。

铁道部党组书记、部长刘志军2009年国庆期间检查武广高铁时指出：武广高铁科技含量最高的技术是C3列控系统。

为适应铁路重载运输的需求，南车株机公司通过技术创新和研究，在机车同步操纵技术、大功率交流传动机车技术取得突破性进展，在世界上首次实现机车无线同步操纵技术与GSM－R技术结合，大幅度提升了重载铁路的运输能力。

以和谐1型大功率交流传动机车担当的大秦铁路是世界上年运量最高的重载铁路，为加快发展我国及世界铁路重载运输提供了成功范例。

4、高速列车高速列车高速列车是高速铁路的核心技术之一，也是世界各国在高速铁路当中竞争的制高点。

高速列车由45000个零部件组成，工程中分为九大关键技术。

包括集成技术，目前能够掌握集成技术的德国、法国、日本、韩国。

二是车体制造。

三是牵引系统，牵引系统是高铁竞争的核心之一，主要由变压器九变流器、牵引控制、电机几个不同的部分组成。

高速列车所有的用电设备和运动器件都采用传感器进行实时的监控。

高速转向架，高速列车的转向架是列车技术的核心也是轮轨技术的核心。

高速专项架的结构功能，高速列车技术的核心，具有承载、导向、减震、牵引及制动等功能。

传统意义上的火车头已经看不见了，转向架技术创新点主要在于抑制它的蛇行运动，由于车轮的反面很锥形，需要良好的工作曲线，锥形的爬点就形成了固有的刺激震动，这也是转向架能跑多高速度的核心。

还有脱轨安全性。

我们在研究高速列车转向架轮轨安全的时候做了一个突破性的测试，世界各国高速铁路和它的普速铁路是不相吻的，也就是说它不做跨线运行的技术准备，所以大多数国家，包括日本，它的轮轨匹配都是按照高速线和普速线来设计。

我们国家高速铁路和现在了路网形成跨线，这个路网的效应就会非常的好，我们在设计我们国家的轮轨匹配的时候采用了特有方案，这个方案比德国的明显好，不仅可以满足本线运行，而且还可以实现跨线运行，这项技术我们在本国和多国申报了专利。

高速转向架，我们希望有较高的临界速度，比如时速350公里高速列车转向架理论上是490公里，在西南交通大学做到了410公里，最后的实验没有做下去，只做到了410公里。

为了验证我们高速转向架的性能，我们用了180多天在京津城际对高速转向架做了大量在线试验。

在高速的条件下，启动升力、交会启动激扰对轮重减载率、轮轴横向力等安全性指标的影响进行了测试，实验的结果在394公里的时候脱轨系数只有0.3，轮轴横向力最大有17.5千米，平稳型指标小于2.0，安全性指标和舒适性指标都最大。

又是在头头相交、头尾相交、尾尾相交的时候稳定性非常高，这为京沪高速再提高一点做了很好的铺垫和准备。

车体技术我们国家高速列车的车体设计结构优几个特点，采用了薄壁木筒型铝合金焊接结构。

鼓型宽车体3.3m。

我们用了2年多时间，在我们国家三个企业全部实现了国产化。

我们的技术难点是宽车体、轻量化、复杂交变载荷工况下，解决的技术难题：结构强度、模态匹配、减震降噪、减少阻力。

车体主要的考核指标是气动性能，列车在交会和过隧道的时候，在列车的周边会形成很大的阻压，我们国家实行的气动强度指标是正负4000帕，在各种阻力都做了不同速度下的单车过隧道，双向过隧道的实验，气动强度是不够的。

但是京沪高速，我们希望通过泰山这段22个连续的隧道，气动强度更好一点，新一代的高速列车把气动强度的指标提高到正负6000帕。

高速列车除了有很好的安全性还要有很好的舒适型，振动和噪音控制得当，列车的振动主要来自两个方面，一方面是气体与车体的摩擦产生的振动和噪音，二是线路的不平顺产生的噪音，后者产生的噪音对车不仅有舒适型的影响还有安全性的影响。

可以看出来，线路的阻振的波长与车体的模态匹配很好，因此很多同志，包括国外的同仁（日本人、德国人）坐了京津城际，认为我们在减震和降噪方面做得要比他们好。

比如我们时速350公里的头车的噪音可以做到68个分贝，中国高速列车降噪措施主要在噪声源的控制，车轮采用降噪的涂料，车与车之间的连接使它更加平滑等等。

车体的设计减少运行阻力，是一个很重要的技术工作。

京津城际我们做了大量的实验以后，对我们目前的二型车和三型车在高速运行条件下的运行阻力，特别是车头的阻力和车身的阻力做了详细的分析。

这张图显示京沪高速新一代高速列车的头型设计（见图），我们做了四个头型，一号、二号、三号、十四号。

目前，世界上高速列车的头型发展有两个趋势，以德国和法国为代表的，他们目前一般都在做回型头型，这种头型运行阻力较大，但是噪音较小。

日本做成蛇行，运行阻力较小，但是噪音很高。

我们是把两种技术做了一定的融合，京沪高速会采用一号方案，二号作为储备，14号方案用于时速500公里的实验列车，这个车明年年底也要下线。

牵引传动系统我国高速列车采用交直交、动力分散牵引传动方式。

关键技术：轻量化、大客量变压器。