1、高速铁路概论,1,高速铁路概论,课程内容安排,第一讲：高速铁路概述 第二讲：高速铁路基础设施与车站 第三讲：高速铁路牵引供电、车辆动力与车辆 第四讲：高速列车信号、控制系统、通信系统 第五讲：高速铁路运输组织与高速铁路客运服务 第六讲：高速铁路运用安全保障与环保 复习 考试,2,内容提要：,第一章 高速铁路牵引供电 第二章 高速铁路车辆,3,第一章 高速铁路牵引供电,牵引供电系统 接触网 3. 综合SCADA系统,4,5,2019/3/12,高速铁路牵引供电系统的特点,牵引供电 系统的特点,列车速度高，列车通过供电臂时间短,供电臂中负荷电流波动大,机车牵引电流大，牵引供电系统供电功率大,牵引供
2、电系统应适应高速列车采用再生制动工况,一. 牵引供电系统,电气化铁道（Electric Railways）使用外部输入的电力能源（electric power）来驱动列车行驶的铁道运输方式。电能具有不能大量储存的特点。电气化铁道包括：电力机车（含电动车组）、沿线的供电设施。,牵引供电系统（Traction Power Supply Systems）向电力机车提供电能的沿线供电设施，从电能的传输、分配角度构成牵引供电系统。 牵引供电系统主要包括：牵引变电所牵引网专用高压供电线路,6,牵引供电系统示意图,额定电压25kV，正常工作范围2029kV。,7,牵引变电所（Traction Substat
3、ion, SS）,从公用电力系统（Public Electric Power Systems）接受电能，通过变压器将电能从三相110kV或220kV变换成单相27.5kV（对AT系统为55kV或227.5kV），并向铁路上、下行两个方向的牵引网供电。 变电所两侧的牵引网区段被称作供电臂。 变电所的主要设备：牵引变压器（有多种接线方式）断路器（SF6、真空、少油、油断路器），隔离开关避雷器、避雷针电压互感器、电流互感器二次设备（控制、保护、测量、计量、监视和电源设备）无功补偿装置、调压装置,8,一. 牵引供电系统,牵引网（Traction Network） 由馈电线、接触网、轨道、回流线等设施构
4、成的输电网络。 馈电线（Feeder，引出线:Lead Wire）连接牵引变电所和接触网的导线 接触网沿线路露天敷设，通过和受电弓的滑动接触把电能输送给电力机车的供电设施。由接触线、承力索以及支持、悬挂和定位等装置组成。从牵引网角度关注的是接触线、承力索和加强线等载流导线。 轨道 牵引电流的回流导线；支撑与导向；信号专业轨道电路 回流线指连接轨道和牵引变电所的导线 其他设施负馈线（回流线），吸上线，BT，AT，正馈线，保护线，地线，供电线,9,一. 牵引供电系统,牵引供电系统的其他设施 分区所（Section Post, SP）设于两变电所之间，把电气化铁道牵引网分成不同供电区段，设有开关设备
5、，根据运行需要可以连接同一供电臂的上、下行接触网，或连接不同的供电臂以实现越区供电。 开闭所（Sub-feeder Switching Post, SFSP） 实际上是开关站，多设于铁路枢纽，一般两路进线、多路馈线，以实现对站场各股道群的分别供电控制。 （1）进线和馈线都经过断路器，可灵活地对各分区接触网停、供电 （2）在断路器上可实现短路故障保护，从而缩小事故停电范围 （3）对AT牵引网，往往同ATP合建，增强对供电臂供电的灵活性 AT所（AT Post, ATP） AT供电系统，除变电所、分区所和开闭所外，在牵引网上放置自耦变压器的场所。,10,一. 牵引供电系统,电气化铁道属一级负荷，对
6、供电可靠性要求高。牵引变电所一般设置两台变压器，要求有两回独立电源。 独立电源一回电源的故障停电，应不影响另一回电源的工作。 （1）引自不同的变电所（甚至不同地域的变电所） （2）引自同一变电所的不同母线（分别运行） 在布置变电所位置时，就要考虑外部电源条件，同电力部门协商供电方案。,1.1 电力系统向电气化铁道的供电,11,国外高速铁路普遍采用高电压、大容量的电源供电，绝大多数都采用220kV或以上电压等级，个别采用132kV或154kV时，则要求其由较大的系统短路容量。 我国基本上形成了以500k V线路为骨架、省间220kV为主干通道的四通八达的输变电网络。这为客运专线采用220kV电源
7、电压创造了条件。 220kV电网的短路容量较之同一系统的110kV电网显著增大，一般为3-4倍以上，牵引变电所采用220kV进线将使电压总谐波畸变率、三相电压 不平衡度和电压波动百分数等电能质量指标明显降低，助于减轻牵引负荷对电力系统的不良影响。,1.1 电力系统向电气化铁道的供电,12,复线,13,1.2 牵引变电所向牵引网的供电,14,1.3 牵引网向电力机车的供电,为保证向动车组提供合格的电压，同时减少电气化铁道对邻近通信线路的干扰影响，牵引网有不同的拓扑结构。高速铁路牵引网一般采用带负馈线的直接供电方式和AT供电方式。,（1）带负馈线的直接供电方式,电流从牵引变电所馈线通过接触网流向动
8、车组，从动车组下到 钢轨上，回流分为三部分：一部门直接沿钢轨流回变电所，约 占40%；一部门从钢轨通过吸上线流向负馈线，通过负馈线返 回变电所，约占30%；剩余电流从钢轨漏泄至大地，沿大地流 向牵引变电所，在变电所附近，返回钢轨或变电所地网。,15,1.3 牵引网向电力机车的供电,（2）自耦变压器供电方式（AT方式）,AT牵引网的电压损失降低、电能输送能力增强，对通信线路 的干扰防护能力要优于带负馈线的直接供电方式，特别适于 重载和高速运输。我过新建的250km/h及以上高速铁路普遍 采用AT供电方式，供电臂长度一般为30-40km，设2个或3个 AT段。,自耦变压器 Auto-transfo
9、rmer,16,1.3 牵引网向电力机车的供电,东海道、东北 、上越 、山阳、北陆、盛冈-秋田、盛岗八户等所有新干线总长2154km，全部采用AT供电方式，运营速度为260300km/h,日本,东南线（426km，270km/h）为AT与直供混合供电方式，而大西洋线、北方线、地中海线总长918km，全部采用AT供电方式，运营速度为300350km/h,法国,德国,曼海姆斯图加特、汉诺威维尔茨堡、汉诺威柏林、法兰克福科隆、纽伦堡英格尔斯塔特等所有高速线路全长880km，均采用直接供电方式，运营速度为250330km/h,国外情况,17,1.3 牵引网向电力机车的供电,汉城釜山全长412km，采用
10、AT供电方式，运营速度为300km/h,韩国,马德里塞维利亚（471km，250km/h）采用直接供电方式，马德里巴塞罗那（730km，350km/h）采用AT供电方式,西班牙,都灵佛罗伦萨，罗马那不勒斯（620km，300km/h）采用AT供电方式,意大利,另外，中国台湾的台北高雄高速铁路也采用AT供电方式,18,1.3 牵引网向电力机车的供电,50Hz/60Hz、25kV牵引供电方式（300350km/h）,19,1.3 牵引网向电力机车的供电,接触网沿着铁路线路露天铺设，通过接触线和受电弓的滑动接触把电能输送给电力机车，是高速铁路的重要供电措施。 接触网主要由接触悬挂、支持和定位装置、补
11、偿下锚装置、支柱与基础以及辅助供电设施等构成。,20,二、接触网,是将电能传给电力机车的供电设备。它包括接触线、承力索、吊弦以及连接它们的零件。,一） 接触悬挂,弹性吊索,吊弦,承力索,接触线,接触悬挂是通过支持装置架设在支柱上，接触线与电力机车受电弓直接接触。,是直接与电力机车受电弓接触，经常处于磨擦状态铜合金导体。,是将接触线通过吊弦悬挂起来，不直接参与与电力机车受电弓磨擦的铜合金绞线。 主要是在不增加支柱的情况下，增加了接触线的悬挂点，提高了接触线的稳定性，减小了接触线的弛度，改善了接触线的弹性。,接触线,承力索,盘营客专接触网承力索、接触线设计使用类型,1. 高速段,2. 低速段（联络
12、线）,接触线载流环,承力索载流环,接触线,承力索,吊弦,用来在链形悬挂中，将接触线悬挂在承力索上，通过调节吊弦的长短来保证接触悬挂的结构高度和接触线高度，从而改善接触悬挂的弹性，提高受电 弓的受流质量。,列车前进方向,26,2019/3/12,高速铁路对接触网的要求 机械结构具有稳定性和足够的弹性,在高速运行时保证电力机车正常取流 设备及零件应具有很强的耐磨性和抗腐蚀能力 尽量延长设备的使用年限 设备结构尽量简单 便于施工，有利于运营和维修 对地绝缘好，安全可靠,4.5高速铁路的特点及对接触网的要求,二、接触网,27,2019/3/12,接触线的相关情况 在高速运行时，如果离线，则会产生电火花
13、、拉弧、事故大电流，从而使接触导线的温度急剧升高，磨耗工作面处于局部过热状态而发生软化，造成强度和表面硬度下降，使磨耗加快、使用寿命缩短；高温强度低而发生断线弓网事故 对接触线的要求 高导电率 良好的受流性 耐热性好 抗软化温度高 耐磨性好 抗拉强度高 抗大气腐蚀性能好 线膨胀系数小,二、接触网,1接触网悬挂方式,接触网的三种悬挂方式（复链、弹链、简链）在国外高速客运专线中均有采用；理论上讲，复链型悬挂的性能最为优越，也最适合于高速运行，但其结构太复杂，施工及运营维护不方便；弹性链形悬挂能满足高速弓网受流质量要求，但接触线动态抬升量大，容易产生疲劳，且弹性吊索安装、调整工作量大；简单链型悬挂也
14、能够满足高速弓网受流要求，国内具有丰富的设计、施工及运营经验，但静态弹性不均匀度较大，动态接触力标准偏差较弹链和复链大。,28,二、接触网,时速300km/h以上高速铁路接触网悬挂方式,30,二、接触网,2导线高度及结构高度,在满足建筑限界的情况下，接触线的悬挂高度应尽量低，以减小空气动力对弓网受流质量的影响。国外高速铁路接触线高度如下： 日本：5000mm 法国：5080mm 德国：5300mm我国客运专线车辆建筑限界高度为4800mm，综合考虑绝缘距离、导线弛度、施工误差等因素，客运专线接触线悬挂点高度定为5300mm，最低点高度为5150mm。,31,二、接触网,是沿铁路线路纵向安装，随
15、着不同的线路情况（区间、站场、桥梁、隧道），支持接触悬挂的结构也有不同的类型。 在区间主要是以腕臂支持结构； 站场大于3个股道时，一般采用软横跨、硬横跨结构方式，其中硬横跨也是以腕臂结构安装的一种。 隧道和桥梁等大型建筑物处则据其内部结构而有不同的设计形式，必要时采用特殊结构（如大限界框架、多线路腕臂等方式）。,二） 支持装置（腕臂系统等）,二、接触网,是安装在支柱上（由平腕臂、斜腕臂、支持等组成），用以支持接触悬挂，并起传递负荷的作用腕臂管一般采用圆钢管制成。目前常速铁路一般采用无缝型热镀锌钢管，客专和高铁一般采用铝合金管。盘营客专平、斜腕臂采用70型铝合金管，定位管采用55型铝合金管，支撑
16、采用45型铝合金管。,腕臂结构,a) 反定位结构,b) 正定位结构,平腕臂,斜腕臂,腕臂支撑,定位管支撑,腕臂底座,棒式绝缘子,吊线,定位管,定位器,是使电力机车受电弓滑板在运行中与接触线始终良好地接触取流，将接触线按受电弓运行要求进行定位的装置。,三） 定位装置,作用： 使接触线始终在受电弓滑板的工作范围内，保证电车机车良好的取流，避免脱弓，造成成事故。 将接触线在直线区段的“之”字力、曲线区段的水平力及风力传递给腕臂,定位装置,西班牙马德里巴塞罗那线（限位定位器）,35,第三节 高速弓网受流,在高速运行条件下，接触网-受电弓系统的工作对受电产生的影响，表现在以下几个方面：,高速弓-网关系主
17、要表现形式,压力变小会造成受电弓离线，出现电弧，使弓、线烧伤； 压力变大会使接触导线过分升高，同时使受电弓滑板和接触导线的磨接加剧；总之，接触网受电弓系统的动态特性是高速受电的主要研究课题之一。,压力变化的后果,高速列车投入运用后，即暴露出由于接触导线波动而产生严重的电弧放电以及强烈的噪声问题。多弓的情况更为严重。 如日本100系列高速列车，有6个相距很近的受电弓同时工作(0系列高速列车升弓更多)。,(2)接触导线的震动和噪声,高速运行时，接触导线会产生复杂的多层横波，其后果是：受电弓无法追随处于波动中的接触导线以保持紧密、连续接触，导致受电弓频繁离线。此外，6个受电弓同时升起与接触导线接触，
18、犹如6把高速拉动的“琴弓”在一根“琴弦”上同时“奏乐”，产生极大的噪声。,因此，如何解决接触导线的波动对接触网-受电弓系统工作的影响，以及解决多弓受电而引起的强烈噪声也是一个重要的研究课题。,当接触网的连接系统不能适应列车运行速度的要求时，受电弓的滑板就会与接触导线脱离。高速运行时，受电弓的向上推力指使接触导线的位置急速变化，这一变化以横波的形式沿接触导线前后传播，使导线产生波动；如果其传播速度赶不上高速列车的运行速度就会产生离线现象。,(3)离线问题,1）造成供电时断时续，引起列车严重冲动； 2）会使弓、线间出现电弧放电、引起电蚀； 3）使两者的工作表面严重粗糙，进一步使弓、线磨损加速，工作
19、寿命缩短； 4）会造成牵引电流的急剧变化，有损于牵引电机的技术状态； 5）会对通信线路产全干扰。因此，对离线的研究也是高速受电的一个主要研究方向。,离线的危害,四、综合SCADA系统,高速铁路综合监控系统简介,随着高速铁路的发展，为了保证高速铁路供电设备安全可靠运行、故障及时快速处理，需要发展高速铁路监控系统。,44,SCADA系统的基本概念,SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)系统：即数据采集与监视控制系统。 远动系统：用通信手段通过一个或多个相互连接（或非连接）的通道，对远方处于分散状态的生产过程的集中监测，控制和集中管理。 牵引
20、供电远动系统是SCADA系统的一个典型应用。,45,四、综合SCADA系统,SCADA系统的基本概念,牵引供电系统中使用的SCADA系统主要监控牵引供电系统沿线各变电所，分区所，开闭所的设备运行状态，完成遥控、遥测、遥信、遥调、遥视、保护及调度管理，辅助完成事故分析及处理等功能。 遥控：遥控是从调度所发出命令以实现远方操作和切换。这种命令只取有限个离线值，通常只取两种状态指令，例如命令开关的“合”，“分.，指令。遥控分为单控、程控。 遥调：遥调是指调度所直接对被控站某些设备的工作状态和参数的调整，如调整变电所的某些量值(如变压器等可进行分级调整)。 遥测：遥测是将被控站的某些运行参数传送给调度
21、所。 遥信：遥信是将被控站的设备状态信号远距离传给调度所。 遥视：遥视是将被控站设备的视频信号传送给调度所，进行远方图像监视.,46,四、综合SCADA系统,SCADA系统的组成,SCADA系统由调度端、被控站及信道等组成。 调度端：设在电力调度所内完成远方对象的监控、数据统计及管理功能等； 被控站：被控端完成SCA DA系统的数据采集、预处理，发送、接收及输出执行功能，常规远动系统被控端为远方终端设备（Remote Terminal Unit，即RTU）； 信道：远动信息传输的介质（通路）称为信道，可分为有线信道及无线信道。,47,四、综合SCADA系统,牵引供电SCADA系统的基本功能,牵
22、引供电系统中使用的SCADA系统主要监控牵引供电系统沿线各变电所，分区所，开闭所的设备运行状态，完成遥控，遥测，遥信，遥调，遥视，保护及调度管理； 故障定位，辅助完成设备维修，设备事故处理等功能； 向其它系统提供共享数据，相关系统联动。,48,四、综合SCADA系统,SCADA系统的工作流程,49,四、综合SCADA系统,50,列车牵引传动系统组成及工作原理,受电弓将接触网的AC25KV单相工频交流电输送给牵引变压器 经变压器降压后的单相交流电供给脉冲整流器 脉冲整流器将单相输出交流电变换成直流电 经中间直流电路将直流电输出给牵引逆变器 牵引逆变器输出电压电流频率可控的三相交流电供给三相异步电
23、机 牵引电机轴端输出的转矩与转速通过齿轮传动给轮对，转换成轮缘牵引力和线速度,五、车辆动力装置,51,牵引传动系统,牵引,高压设备,牵引变流,牵引驱动,网侧变流控制器,电机侧变流控制器,车辆控制,接触网,受电弓,主变压器,变流器,牵引电机,钢 轨,牵引系统关系链,再生,52,受电弓：从接触网获得电能。,用于高速受电的受电弓应满足以下基本要求：,对高速受电弓的要求,受电弓的滑板与接触导线之间要保持恒定的接触压力，以实现比常规受电弓更为可靠的连续电接触。受电弓的滑板与接触导线之间的接触压力不能过大或过小。因此，受电弓的结构应保证滑板与接触导线在规定的受电弓工作高度范围内保持恒定不变的、大小合适的接
24、触压力。,要求一：接触压力,接触压力除与接触网的结构、性能有关外，还与受电弓的静态特性(静止状态下接触压力与受电弓高度的关系)和动态特性(运行状态下受电弓上下运动的惯性力)有关。,与常规受电弓相比要尽可能减轻受电弓运动部分的重量，运行中，受电弓将随着接触导线高度变化而上下运动，在高速条件下，这种运动更为频繁，从而直接影响滑板与接触导线之间接触压力的恒定。,要求二：减小受电弓的重量降低运动惯性力,对于高速受电弓，除必须保证的机械强度和刚度外，应尽可能降低受电弓运动部分的重量，从而减小运动惯性力。这样才能使受电弓滑板迅速跟上接触导线高度的变化，保证良好的电接触。,由于高速运行时空气阻力很大，因此高
25、速受电弓在结构设计上要作充分考虑，力求使作用在滑板上的空气阻力由别的零件承担，从而使受电弓滑板在其垂直工作范围内始终保持水平位置，以减小甚至消除空气阻力对滑板与接触导线间接触压力的影响。,要求三：良好的结构设计,滑板的材料、形状、尺寸应适应高速的要求，以保证良好的接触状态及更高的耐磨性能。,要求四：对滑板的要求,要求受电弓在其工作高度范围内升降时，初始动作迅速，终了动作较为缓慢，以确保在降弓时快速断弧，并防止升降受电弓对接触网和底架过大的冲击载荷。,要求五：受电弓的升降,高性能受电弓图,高速受电弓外形,受电弓及附属装置,64,（2）牵引变压器,牵引变压器也叫主变压器，位于拖车的底架上。,Tp1
26、车的牵引变压器的位置,65,作用： 将列车供电系统与接触网相隔离 将电网电压转换成适当的电压供列车电气系统 提供滤波、保护等，为列车提供安全、可靠、高质量的电力,66,（3）牵引变流器,牵引变流器结构原理图,逆变器,整流器,中间直流电路,68,（4）牵引电动机,CRH1的牵引电机采用三相异步电动机，型号为MJA 220-8，动车的每个转向架安装两台这样的电机，采用电气并联的方式由一个电机变流器供电。,牵引模式下电能转换成机械能,制动模式下机械能转换成电能,牵引电机,牵引电机可根据牵引变流器输出三相交流电的幅值和频率的变化，来改变动车组的牵引力和速度。,列车制动时牵引电机可在发电状态下运行，将动
27、能转化为电能，达到减速的目的。,第二章 高速铁路车辆,主要内容,2.1 高速铁路车辆概述 2.2 高速列车结构及其技术特点 2.3 高速列车关键技术 2.4 摆式列车 2.5 我国高速列车简介,70,2.1 高速铁路车辆概述,铁道车辆是指必须沿着专设轨道运行的车辆。 高速列车的分类:按列车动力配置不同，分为动力分散性和动力集中型； 按列车各车辆之间的连接方式的不同可以分为独立转向架式和铰接转向架式。,71,高速列车的牵引可以采用电传统的机车牵引型式，也可采用动车组牵引型式。由于动车组的轴重低，可以减小对线路的破坏作用，因此目前世界上大部分高速列车采用动车组牵引型式。,动车组牵引型式是高速列车主
28、要的牵引方式,日本 E2-1000,国外典型的高速动车组,日本 700系,法国 AGV,德国 ICE,西门子,高速列车的牵引动力配置有以下几种方式：(1)牵引动力集中配置于端方式(2)牵引动力集中配置于两端方式(3)牵引动力分散配置方式,2）牵引动力的配置,这是一种传统的牵引方式，即机车牵引客车方式。高速列车由一台或几台机车集中于一端来牵引。,(1)牵引动力集中配置于端方式,法国 TGV,这种传统的机车牵引方式既有内燃机车牵引，也有电力机车牵引。一般应用于既有线改造为客货混用的高速铁路上，其最高运行速度为第一速度级(一般在200公里小时左右)。它在高速化的初期为不少国家所采用，特别是内燃机车牵
29、引用与尚未电气化的区段，是种投资少、见效快的牵引方式。,绝大多数国家采用的还是电力机车牵引，如英国采用91型电力机车(最高速度为225公里小时)；美国采用AEM7型电力机车(最高速度为202公里/小时)；俄罗斯采用SP200型电力机(最高速度为200公里小时)作为牵引动力。,这种牵引方式由于机车总功率较小，难以满足进一步提高速度的要求，因而仅局限于满足最高运行速度为200公里小时的高速客运的需要以及低于该速度的货运需要。,高速列车两端为动力车，中间全部为无动力的拖车，牵引采用前挽后推方式。两端设动力车有利于往返运行时不必转向，并有利于前后端流线型处理。,(2)牵引动力集中配置于两端方式,1）机
30、车模式 2）动车组模式,集中于两端的动力车可以有几种模式,两端的动力车实际上就是一般的机车，而中间的无动力拖车即为般的客车。如德国的ICE高速列车，这种模式在列车长度方面机动性较大，可随意加大或缩小编组。,机车模式,机车牵引模式图,两端的动力车与无动力拖车具有共用转向架和铰接机构，构成动车组，如法国的TGV高速列车。这种模式可保持整列车的载荷均匀，运行相对平稳，但由于编组固定，因而在列车长度方面的机动性较差。,动车组模式,法国 TGV-A高速列车,具有铰接机构的动车组车端连接图,动车集中动车组结构简图,这是一种动车组牵引方式，也有二种模式： 1）完全分散模式 2）相对分散模式,(3)牵引动力分
31、散配置方式,高速列车编组中的车辆全部为动力车，如日本的0系列高速列车，16辆编组中全部是动力车。,完全分散模式,高速列车编组小大部分是动力车，小部分为无动力的拖车。如日本的100系列高速列车，16辆编组中有12辆是动力车，4辆是拖车；300系列的高速列车，16辆编组中有10辆是动力车，6辆是拖车。,相对分散模式,动力分散动车组结构简图,它将高度集中的牵引动力配置改为分散(或相对分散)配置，即将牵引动力分散到各个动力车上，克服了传统机车牵引方式总功率受限制的缺点，可以提高高速牵引的总功率，从而使运行速度进一步提高到第二速度级和第三速度级。这种牵引方式主要应用于新建的高速客运专线和新建的客货混用高
32、速线上，如日本、法国、德国、瑞典、意大利等国的高速铁路就采用这种牵引方式。,动车组牵引是当前高速牵引的主要方式,高速列车最高运行速度的三个等级恰好反映了高速牵引动力发展的三个阶段。,高速列车最高运行速度与牵引动力 发展的三个阶段,第一代牵引动力有传统的动力集中配置的机车牵引和动力分散配置的动车牵引两种形式。,第一代牵引动力,传统的机车牵引以英国IC225(inter city 225)高速列车的牵引为例，该列车由class 91型电力机车作牵引动力，共牵引8辆客车，电力机车为交直流传动，采用直流牵引电机，总牵引功率为4700千瓦，最高运行速度为225公里小时。,传统的机车牵引,动力分散配置的动
33、车牵引如日本的0系列动车组，其编组为16辆，全部是动力车，采用交直流传动、直流牵引电动机，每辆动力车的牵引功率为4185千瓦。总牵引功率为11840千瓦，最高运行速度为210公里小时。,动力分散配置的动车牵引,继0系列之后又发展为200系列功车组，其编组为12辆，也全部是动力车，仍采用交直流传动，直流牵引电动机。只是每辆动力车的牵引功率增至4230千瓦，总牵引功率达11040千瓦，与0系列相近，但由于编组减少4辆，最高运行速度就提高到240公里小时。,第二代牵引动力则以相对集中配置为特点，即由动力高度集中和动力全部分散转向动力相对集中。,第二代牵引动力,如法国的TGVPSE动车组，其编组为10
34、辆，两端为动力车每端有3台动力转向架，动力车采用交直流传动、直流牵引电动机驱动，每台动力转向架的牵引功率为2525千瓦，总牵引功率为6300千瓦，最高运行速度为270公里小时；,法国以后又发展为TGVA动车组，其编组仍为10辆，两端为动力车，动力车改用三相交流传动同步牵引电动机驱动，每辆动力车的牵引功率为4400千瓦，总牵引功率达8800千瓦，比TGVPSE动车组的总功率大1.4倍，因而其最高运行速度可达300公里小时。,第三代牵引动力是目前广泛使用的新一代牵引动力，主要采用动力分散配置，并在传动技术上有新的突破，即采用三相交流异步牵引电动机驱动。,第三代牵引动力,这就可以使动力车的牵引功率大
35、大增加(在不增加重量条件下)，且牵引粘着特性更为理想，从而使列车最高运行速度突破300公里小时，进入第三速度级。,德国的ICE型、瑞典的X2000型、意大利的ETR500型动车组以及日本的300-700系列动车组、法国研制的TGV-N动车组，其设计最高运行速度达350公里小时。,技术发展：从动力集中到动力分散,动力分散牵引方式的特点, 多动力单元组成，冗余性高，运行可靠性高； 牵引力分散，降低车身强度要求，实现轻量化； 全部车辆为乘客车厢，定员多，运量大，效率高；, 牵引设备分散在地板下，轴重轻且轴重分布均匀，对线路影响小； 动轴数量多，粘着要求低，受气候等环境条件影响小； 使用电气制动多，减
36、小机械制动部件磨耗，节能； 电气和机械制动联合使用，性能稳定，安全性高,牵引功率大 轴重小 启动加速性能好 可靠性高 列车利用率高 编组灵活,动力分散动车组是当今世界高速动车组技术发展的方向。,动力分散动车组优点:,2.2 高速列车的机构及其技术特点,高速列车就是包括材料、机械、电子、计算机和控制等现代技术的一个集中体现。 由车体、转向架、车辆连接装置、制动装置、车辆内部设备、牵引传动系统和辅助供电系个部分组成。 高速列车的设计与开发实际就是这些组成部分以及组成部分之间接口的设计与开发，在这个过程中需要解决一系列关键技术。,112,2.2 高速列车的机构及其技术特点,1.车体高速列车车体分为带
37、司机室头车车体和中间车体两种。 车体是容纳乘客和司机驾驶的地方，同时，又是安装与连接其他设备和部件的基础。 其涉及的关键技术主要包括：优良的空气动力学外形设计、车体结构轻量化设计和倾摆式车体技术。,113,2.2 高速列车的机构及其技术特点,2.转向架 转向架置于车体和轨道之间，用来牵引和引导车辆沿轨道行驶、承受和传递来自车体及线路的各种载荷，并缓和其动作用力。 转向架是保证列车运行品质和安全的关键部件。 转向架一般由轮对轴箱装置、构架、弹簧悬挂装置、车体支承装置和制动装置所组成。 高速列车转向转向架分为动力转向架和非动力转向架，对于动力转向架包括牵引电动机及传动装置。 转向架是高速列车走行装
38、置，是高速列车的核心部件，具有承载、导向、缓冲减振、牵引和制动等功能。,114,2.2 高速列车的机构及其技术特点,3.车辆连接装置 车辆编组成列车运行必须借助于连接装置，其机械连接包括车钩及缓冲装置和风挡等，同时还有车辆之间的电气和空气管路的连接、高压电器连接、辅助系统和列车供电连接以及控制系统连接等。 车辆间的牵引缓冲装置是关系到缓和列车冲击，提高旅客舒适性和列车安全的重要部件，高速列车对牵引缓冲装置提出了更高的要求。 目前世界各国高速列车普遍采用密接式车钩连接装置，该装置两车钩连接面的纵向间隙一般都小于2mm，上下、左右偏移也很小，对提高列车的运行平稳性和电气线路、风管的自动对接提供了保
39、证。,115,2.2 高速列车的机构及其技术特点,4.制动装置制止列车运动，使其减速或至其停车，称为制动。反之，对已实施制动的列车，解除或减弱其制动作用，称为缓解。为使列车能实施制动和缓解而安装在列车上的一整套设备，总称为制动装置。制动装置是保证列车安全运行所必需的装置，高速列车常采用动力制动与摩擦制动的复合制动模式，制动控制系统包括动力制动控制系统(再生制动)和空气制动控制系统。此外还有电子防滑器及基础制动装置等。由于列车的动能与速度的平方成正比，而且在一定的制动距离条件下，列车的制动功率是速度的三次函数，因此，高速列车对制动技术提出了更为严峻的挑战。目前最常用的是：盘形制动+电气动力制动(
40、再生制动)的复合制动方式，要求按速度来控制制动力的大小以充分利用黏着，同时采用微机控制的电子防滑装置。,116,2.2 高速列车的机构及其技术特点,5.车辆内部设备车辆内部设备是指服务于乘客的车内固定附属装置，如车内装饰电气、供水、通风、取暖、空调、坐席、车窗、车门、行李架、旅客信息服务系统等。,117,2.2 高速列车的机构及其技术特点,6.牵引传动系统 高速列车牵引传动系统的功能就是将电能转换成机械能牵引列车运行，同时在列车制动时将机械能转变成电能回馈电网。 牵引传动系统主要包括：受电弓、主断路器、主变压器、牵引变流器、牵引电机及电传动系统的保护等。 接触网一受电弓受流系统的受流过程是受电
41、弓在接触网下，以列车的速度，在运动中完成的，是一个动态过程。这一过程包括了多种机械运动形式及电气状态的变化。,118,2.2 高速列车的机构及其技术特点,7.辅助供电系统 辅助供电系统主要由辅助变流器、辅助整流器以及相关的组件构成。 辅助变流器用AC400V的电源，辅助整流器用来提供直流电源，由整流装置来实现。 为保证列车正常运行，列车上设有三相交流辅助电路和辅助机械装置。,119,2.3 高速列车关键技术,高速列车系统集成技术,高速列车是当今世界高新技术的集成，应用了高速轮轨技术、大功率牵引、制动控制技术、列车运行控制、空气动力学工程、可靠性与安全性技术等铁路技术专业领域的最新重大成果，是高
42、速铁路的核心装备。 高速列车主要由动车、拖车、控制车按一定技术要求编挂在一起，对高速列车车体、转向架以及牵引变流、制动、网络控制、辅助供电、车辆连接等元素按照有关参数进行合理选择设计，进而生产、组装、测试、试验等，完成高速列车整体集成。通过集成使高速列车达到牵引、制动、车辆动力学、列车动力学、舒适性、安全性等性能要求。,120,2.3 高速列车关键技术,高速列车车体技术,高速列车车体是一个运动的承载结构，在高速运行下，承受着各种复杂的载荷。 对高速列车车体进行轻量化设计。 为了提高乘客乘坐舒适度，对高速列车车体必须进行气密设计和隔声降噪设计等。,121,动力车车体,1、结构轻量化,2、外形流线
43、化,一、动力车车体,1、结构轻量化 结构轻量化是要求高速动力车车体的承载结构在确保其动力强度的前提下，尽可能降低其重量。 高速客车轻量化，除可以节约能源消耗外，更主要的目的是减轻对线路的磨耗和损伤。根据日本新干线的运用经验，在钢轨下沉量不变的情况下，如果轴重和簧下重量分别下降20%，则列车速度可由210km/h提高到250km/h。,1、结构轻量化为了实现结构轻量化，日本300系列高速动车组的车体采用铝合金材料制造，比100系列高速动车组的耐候钢车体的重量减轻20%；德国ICE高速列车的车体用铝板材制造，同样也降低了轴重。,2、外形流线化外形流线化是要求高速动力车车体外形应呈流线型，以尽可能减
44、小空气阻力，使动力车具有良好的空气动力性能。 细长、无棱角的流线型外形，前后两端动力车的头部应呈尖凸状、并装有低位整体流线挡板； 顶部平整光滑，除受电弓外尽可能不安装其他部件； 车体外表面应完全平滑光整，车窗、车门与车体齐平，手把、扶杆应凹装在车体表层内。,一、动力车车体,3、高速列车车体的密封技术 4、高速列车降噪技术 车体降噪 内装降噪 设备安装降噪 门窗降噪 其他降噪措施,一、动力车车体,2.1 高速转向架应具备的性能,高速运行的稳定性 高速运行的平稳性 高速通过曲线的性能,126,二. 动车组转向架技术,高速动力车的走行部均采用转向架式，对其总体要求是： 1、在零到最大速度的范围内能保
45、证平稳安全的运行； 2、在直线或曲线上以最高速度运行时，能保证垂直方向和水平方向的动力作用最小； 3、能保证由于线路不平及通过曲线时传给牵引装置及车体的动力作用和冲击最小； 4、能保证充分利用粘着重量； 5、具有良好的适检性和适修性，零件有良好的耐蚀性。,128,高速转向架应具备的性能,在设计制造高速转向架时，必须解决其高速运行时的稳定性、平稳性和良好的曲线通过性能等关键技术问题，以保证高速列车安全行驶、乘坐舒适、减少维修。,二. 动车组转向架技术,129,二、高速运行的平稳性 平稳性是列车在规定的线路条件下、在设计最高速度范围内运行时，设备能平稳工作、乘客感到舒适的基本性能。 乘客舒适度是反
46、映乘客在旅途中疲劳程度的综合性生理指标。影响舒适度的因素很多，如车内设备、通风、照明、温度、湿度、噪声、瞭望和振动等等。不过，其中振动是车辆整个运行中始终存在的、一直起作用的主要因素。,二. 动车组转向架技术,130,三、高速通过曲线的性能 高速客车通过曲线时，将产生过大的侧压力,会造成轮、轨的剧烈磨损，还易引起脱轨、倾覆等安全事故。 要合理地兼顾车辆的曲线通过性能与抗蛇行运动稳定性要求。 此外，还需要控制噪声，减少自重，尤其是减轻簧下质量等。,二. 动车组转向架技术,131,2.2 动车组转向架,一、动车组转向架的分类 二、动力转向架与非动力转向架的结构特点,二. 动车组转向架技术,132,
47、一、动车组转向架的分类 动力转向架 单动力轴转向架 双动力轴转向架 非动力转向架,二. 动车组转向架技术,133,二、动力转向架与非动力转向架的结构特点 动力转向架和非动力转向架，其主要部分采用基本一致的结构型式：（1）绝大多数均为无摇枕转向架；（2）轮对为空心车轴，整体轧制车轮、磨耗型车轮踏面；（3）一系悬挂采用钢弹簧+液压式减振器+轴箱定位装置；（4）二系悬挂主要采用空气弹簧；,二. 动车组转向架技术,134,（5）牵引装置主要采用拉杆方式。 动力转向架还要有： （1）牵引电机，安装方式采用架悬或体悬或半架半体。其中体悬式可降低簧下质量。（2）驱动装置（齿轮减速装置和联轴节），齿轮减速装置
48、通过轴承安装在车轴上，牵引电机与齿轮减速装置通过联轴节传递驱动力。,二. 动车组转向架技术,135,此外，动力车和拖车均采用复合制动方式。其中，动力车采用电阻制动（或再生制动）+盘形制动，而拖车采用涡流盘制动（或磁轨制动）+盘形制动。,二. 动车组转向架技术,136,ICE1，ICE2 动力转向架,137,ICE3 SGP500动力转向架,138,ICE1 MD530拖车转向架,139,ICE2 SGP400拖车转向架,140,ICE3 SGP500拖车转向架,三、高速列车制动,列车制动的一般概念是指对行进中的列车施行减速或使在规定的距离内停车。制动的重要性不仅在于它直接关系到运输安全，还在于
49、它是进一步提高列车运行速度的决定因素。列车的速度越高，对制动的要求也就越高。因此，高速列车的制动技术就成为高速运行的关键技术之一。高速列车由于速度快，用常速列车的单一闸瓦制动方式无法将动能在规定的时间和距离内消耗或吸收，高速列车的制动必须采用综合方式，即多种制动协调使用。,制动方式,摩擦制动,闸瓦制动,盘形制动,电磁轨道制动,动力制动,电阻制动,再生制动,电磁涡流制动,通过机械摩擦来消耗列车动能的制动方式。 优点：制动力与列车速度无关，无论在高速和低速时都有制动力，特别在低速时能对列车施行制动直至停车。 缺点：制动力有限，这是受热能散发的限制而直接影响制动功率增大的缘故。 （1）闸瓦制动制动力
50、的大小通过改变闸瓦压力来调节。在高速时闸瓦与 车轮踏面之间的摩擦系数较小，制动力不够。若增加闸瓦压 力，则会造成速度降至某一值时车轮被抱死，产生滑行，制 动力反而下降，且车轮踏面、钢轨都会被擦伤。所以它只能配合其他制动起到低速制动和停车制动的作 用。,1.摩擦制动,（2）盘形制动以合成材料或粉末冶金材料制成的制动块（又称闸衬）夹紧装在车轴上的铸铁或钢制动圆盘，通过制动块与制动圆盘之间的机械摩擦来消耗列车的动能。和闸瓦制动相比，它散热性能较好，并具有较好的高速制动性能。不足之处是高速制动时制动块磨损速度明显加快，热载荷大时制动圆盘易产生裂纹。不能确保制动安全，因而其制动功率仍然要受温升的限制。此外，制动力要通过车轮来传递，因而受轮轨粘着的限制。总之，盘形制动在高速列车的动力车上也只能起辅助制动作用。,
