应用、创新与发展
李学斌
(北京中铁建电气化设计研究院有限公司 北京 100043)
摘 要 我国新建高速铁路在设计及施工中大量采用先进技术,其中“四电”技术是保证电气化高速铁路安全运营的关键问题之一。以国内外铁路建设新技术发展为基础,探讨了集成技术的内涵意义,并阐述了“四电”集成技术的应用和创新,展望了其发展方向。
关键词 客运专线 高速铁路 “四电”集成 集成创新
中图分类号 U225.2 文献标识码 B 文章编号 100924539(2009)0320138204
The Appli ca ti on,I nnova ti on and D evelopm en t of42Electr i c ity
I n tegra ti on Technology i n Ch i n ese H i gh Speed Ra ilway
L i Xue b in
(China Rail w ay Constructi on Electrificati on Design&Research I nstitute Co.L td.,Beijing100043,China)
Abstract Advanced technol ogies have been massively app lied in the design and constructi on of ne w high s peed rail w ays in China.Based on these advanced technol ogies,42electricity technol ogy,which is one of the key technol ogies that ensure high2s peed train against accidents,the paper discusses the meaning of integrati on,app licati on,innovati on and devel opment directi on of the42electricity integrati on technol ogy.
Key words passenger delicated line;high s peed rail w ay;42electricity integrati on;integrated innovati on
1 引言
我国《铁路中长期规划》要求铁路在“十一五”期间重点加强快速客运网络建设。到2020年,我国将建成1.2万公里的高速铁路,初步建成以客运专线为骨干、联结全国主要城市的快速客运网,即通常说的“四纵”、“四横”和“三个地区”。这种国际上前所未有的大规模铁路建设具有以下几点基础:第一、中国经济飞速发展给交通运输业提出了刚性需求,因此批准高速铁路网开工建设;第二、铁路装备技术水平已经达到了一定的高度,解决了高速铁路车体结构、路基、供电、通信、行车安全等技术问题。
根据国际上的定义,时速超过250k m,采用专用列车及控制系统的铁路,才能称为高速铁路。铁路“四电”,即通信、信号、电力、电气化四个专业,保证了高速铁路具有强大动力以及安全高效的调度运行。因此,列车速度的提高带来的不仅是舒适快捷的旅行享受,还促使了传统“四电”技术向着智能化、集成化的方向发展,并由此产生了相应的集成技术。我国高速铁路“四电”集成模式按照国内成熟的技术标准、规范和安全标准,借鉴欧洲先进的技术标准和安全认证体系,通过系统集成创新,形成自主的集成能力,为实现铁路中长期规划奠定了坚实的基础。
铁路建设集成技术的特点在于:集成设备、集成管理、集成施工、集成创新。把握好这几个方面
收稿日期:2009202220有助于理解和掌握和发展高速铁路的建设体系。
2 “四电”集成技术的发展
铁路建设的系统集成包括集成设计、设备的优化匹配以及施工调试试验等内容。“集成”有两方面的含义,一是装备本身的集成化,因为现代化集成设备具有更强大的硬件性能以及更广泛的应用场合;二是管理的集成化,这是人力资源统一调配管理的方式。
无论是技术还是管理层面,“集成”技术的操作对象均为模块化的子系统。作为一种新的建设管理理念,高速铁路建设将传统意义上的通信、信号、电力、电气化四个分散专业整合成一体,统一进行设计、管理和执行,符合当前技术发展的趋势,也说明了现代铁路建设技术中多学科的交叉融合。另外,对于建设企业而言,集成化的技术构造有利于总体把握项目的进展情况,并简化了传统的分散、复杂的专业细节和相互间接口问题。因此,相对于分散、和复杂的传统技术及管理运作模式而言,集成技术是一种更加宏观、更加简洁有效的现代化经营管理方式。
2.1 “四电”技术的一体化
铁路信号技术发展所依托的新技术,如网络技术,与通信技术的技术标准是一致的,为通信信号一体化提供了理论和技术基础。采用移动通信实现对移动体的控制,建设以光纤数字系统和铁路专用数字移动通讯技术(GS M2R)为主体,并与其他信息传输方式协调统一的完整有序的传输体系。车站、区间和列车控制系统一体化,以及行车调度指挥自动化等技术,打破了功能单一、控制分散并且相对的传统模式,大大推动了铁路通信信号技术向数字化、智能化、网络化的方向发展。
GS M2R是基于成熟的公共网络GS M的技术、为铁路专用的通信网络。GS M2R可以覆盖地面设备和车载设备,为它们提供连续的、双向的信息(包括数据和语音)传输通道。通过GS M2R移动通信网络实现地面控制中心与移动列车的列控车载设备间大容量双向信息传输,实现对列车运行的高精度监控。除用于列车运行控制外,GS M2R用于调度指挥,满足铁路信息化对固定设备与移动体间大容量信息交换的需要。基于GS M2R的高速铁路列车运行控制系统框图如图1所示
。
图1 基于GSM2R的高速铁路列车运行控制系统
应用方面,目前,国际上有欧洲统一的行车控制系统ERT MS/ETCS(欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统),采用GS M2R作为传输系统。日本新干线在1995年采用COS MOS系统,包含运输计划、运行管理、维护工作管理、设备管理、集中信息管理、电力系统控制、车辆管理、站内工作管理等8个子系统,以通信信号一体化技术,实现中心到车站各子系统的信息共享,系统拥有较高的自动化水平。另外,成功地应用了安全光纤局域网作为联锁系统、列车运行控制系统的安全传输通道,达到通信技术与信号安全技术的深度结合,实现了通信信号一体化。
在借鉴世界各国经验的基础上,结合中国国情、路情,我国已制定了统一的CTCS技术标准。我国京津城际高速铁路以及合宁铁路等采用的CTCS-2列控系统是以ETCS-1系统为基础,基于轨道传输信息的列车运行控制系统。作为基于无线传输的ETCS2的冗余系统,CTCS2即超速防护系统在300km/h列控上成功应用,可以在列车出现超速情况时发出减速指令,使我国客运专线的运行安全保障系统更加安全可靠。图2为CTCS/无线列控通信体系结构,可以看出其与GS M2R技术已经融合。
图2 C TC S /无线列控通信体系结构
高速铁路信号系统中的车站计算机联锁系统也采用先进的计算机和网络技术,计算机网络将车站信号控制、车站行车业务管理、现场设备检测系统、列车无线通信系统、旅客向导等子系统有机地结合在一起,构成以联锁、列控系统为中心的车站综合控制系统,系统结构简单,有利于提高系统的可靠性和性价比。
在电力电气化方面,努力提高牵引供电装备质量和可靠性,发展牵引供电系统综合整治技术,实现清洁无污染的绿色供电体系。牵引变电所采用微机监控综合自动化装置,做到无人值守,实现安全监控及综合自动化、远动化和运行管理智能化,实现牵引供电技术和装备的国产化。该系统构成如图3所示
。
图3 牵引供电系统框架构成
2.2 管理的一体化
“四电集成”能够以最快的速度,通过引进的方式获得兴建高速铁路客运专线的经验和能力。通过高速铁路建设项目工程的实际操作,消化吸收先进的管理技术和工程技术,完全形成我国高速铁路客运专线设计施工能力。铁路施工企业需要根据自身情况,在实际工作中把一些管理环节优化组织成一个适应现代化管理趋势、并能够促进企业技术进步和发展的管理模式。
高速铁路建设具有规模大、接口多、技术新、工期紧等特点,按照传统的施工组织方法,“四电”工程至少要相应地设置4个运作的项目部。集成建设管理不同于分散模式,需要将各方面资源进行整合管理,形成统一有序的管理体系。管理体系的一体化目的在于减少各子系统间协调和匹配问题,提高管理效率,做到专业协同,突显集成优势。我国目前采用四电集成技术进行建设的有合宁铁路、京津城际铁路以及武广客专等。
京津城际铁路共有7个子系统,分别是线路工程、牵引供电、动车组、运行控制、调度指挥、客运服务和检修维护,采用“四电集成”的方式进行设计和施工。电气、信号、通信、牵引4个关键环节由铁道部主导,通过中铁电气化局集团、中国铁路通信信号集团及西门子组成的联合体进行总承包设计、施工和建设。目前已经成功通车运营,达到了预期的技术指标。
合宁铁路客运专线“四电集成”采用以GS M 2R 网为基础的先进通信系统,建成后将同时覆盖合宁、合武客运专线,提高了铁路设施的使用效率;采用最新的CT CS 22铁路信号系统,可确保列车在高速运动状态下安全运行;机车采用AT 供电方式,大幅度降低电磁干扰,提高供电能力。合宁客运专线在工期紧张、技术难题众多、竞争压力大的情况下,通过集成创新,克服困难,确保工程按期优质完成。
通过客运专线系统集成建设,可以推进我国具有自主知识产权350km 客运专线和高速铁路的技术装备体系,进一步提高国内企业的系统集成能力,培育世界水平的系统集成商,为后续高速铁路建设奠定坚实的基础。
3 提高集成创新能力
根据铁道部关于铁路建设规划目标,我国铁路建设要通过系统集成,实现原始创新、集成创新和消化吸收再创新,构建我国高速电气化铁路的设计平台、施工平台、装备制造技术平台,达到“先进、成熟、经济、适用、可靠”的目标,拥有自主知识产权的国际先进的牵引供电系统集成技术。这一目标符合国家中长期科学技术的发展规划,具有跨时代的积极意义。
没有创新就无法提高技术的适应能力和生命力,更无法形成自己的专有技术。创新是企业综合能力的一种体现,这种能力主要包括制度能力、技术搜索能力、学习能力、研究开发能力等,通过诸多能力的集成,能够较快提升企业的竞争优势。
企业创新除了自己建立研发平台、增加投入外,还要重视产学研结合,集成各方成果,组成工程系统或产品,大力协同,追求系统优化、总体性能先进。集成创新可以带动单项技术的原始创新,带动引进技术的消化吸收再创新。由于集成创新立足于工程实际,并最终直接产生经济效益,因此要鼓励生产一线具有丰富经验的技术人员和管理人员参与管理创新和技术创新。
铁路“四电”技术集成创新主要着重于以下几个方面:第一,依托设计院等技术密集型部门,提高高速铁路“四电集成”系统的设计能力;第二,掌握高速铁路“四电”施工安装技术,包括高速铁路牵引供电施工技术、高速铁路通信信号施工技术以及无砟轨道区段信号的相关问题;第三,研究系统间的接口技术以及系统联调联试技术;第四,消化吸收先进的装备制造技术;第五,探索运营维管技术等等。
为了解决以上几个方面的课题,企业要围绕技术创新和技术运用做好各项工作,通过规范科研,加强科技人才队伍建设,来提升科研层次和整体技术水平,从而提高集成创新的能力。
4 结论
“四电”集成技术作为一种多学科交叉并且集设计、施工、制造和管理于一体的现代化生产方式,在我国高速铁路建设领域占有非常重要的地位。电气化各专业间由于技术进步而带来的融合已经在铁路建设中体现出来,随之而来的管理上的革新也极大地促进了新技术的推广和应用,并取得了良好的社会和经济效应。建设企业通过集成创新不仅能够解决所面临的困难,还能够拥有自主知识产权的新工艺、新设备和新技术,打破技术垄断并为高速铁路建设奠定坚实的基础。
参考文献
1 何华武.创新的中国高速铁路技术(下)[J].北京:铁道建筑技术,2007(6)
2 何华武.建立中国高速铁路技术体系的研究[J].北京:铁道运输与经济,2006(12)
3 张曙光.动车组与客运专线系统集成[J].北京:铁道经济研究,2007(3)
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据《铁路电力牵引供电设计规范》(T B10009-2005)的相关要求和我国秦沈客专铁路的施工经验,接触线需设置0.3‰～0.7‰的预留弛度。因此,按外轨超高设计值计算出的吊弦长度满足开通速度下接触悬挂的运行要求。
4 结论
(1)在新建或增建二线工程中,当开通速度小于设计速度时,曲线区段腕臂预配应采用外轨超高的设计值来计算腕臂预配长度和吊弦长度。
(2)在悬挂调整时,应根据当时的线路条件(外轨超高值)来调整接触线的拉出值,当线路条件(外轨超高)发生变化后,必须及时修正接触线拉出值,保证拉出值满足受电弓的运行要求。
(3)在定位装置安装时,曲外区段的定位管应预留外轨超高引起拉出值的变化量,待外轨超高达到设计值后,再将超长部分截去;曲内区段应待超高调整到设计值后及时将拉出值调整到设计值,最后将定位管超长部分截去。
参考文献
1 吴耀庭.铁路曲线及其养护[M].北京:中国铁道出版社,2001
2 T B10421-2003 铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准[S]
3 铁建设函[2005]285号 新建时速200k m客货共线铁路设计暂行规定[S]
4 T B10009-2005 铁路电力牵引供电设计规范[S]
5 鲁海洋,张华.高速铁路竖曲线地段接触线驰度设置的探讨[J].电气化铁道,2003(4)下载本文
