法国高速电气化铁路最高试验速度.ppt
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法国高速列车(T G V)法国高速列车(TGV)概述1971年,法国政府批准修建东南线TGV(巴黎至里昂,全长417公里,其中新建高速铁路线389公里),1976年10月正式开工,1983年9月全线建成通车。
TGV高速列车最高运行时速270公里,巴黎至里昂间旅行时间由原来的3小时50分缩短到2小时,客运量迅速增长,预期的经济效益良好。
TGV东南线的成功运营,证明高速铁路是一种具有竞争力的现代交通工具。
1989年和1990,法国又建成巴黎至勒芒、巴黎至图尔的大西洋线,列车最高时速达到300公里。
1993年,法国第三条高速铁路TGV北线开通运营。
北线也称北欧线,由巴黎经里尔,穿过英吉利海峡隧道通往伦敦,并与欧洲北部比利时的布鲁塞尔、德国的科隆、荷兰的阿姆斯特丹相连,是一条重要的国际通道。
由于在修建高速铁路之初,就确定TGV高速列车可在高速铁路与普通铁路上运行的技术政策和组织模式,所以目前法国高速铁路虽然只有1282公里,但TGV高速列车的通行范围已达5921公里,覆盖大半个法国国土。
根据规划,法国将在21世纪的头10年内,把东南线延伸至马赛,还要修建通向意大利和西班牙的南部欧洲线以及巴黎至德国的东部欧洲线。
路网介绍按照建造时间顺序,法国TGV高速铁路网主要包括东南线、大西洋线、北方线、东南延伸线(或称罗纳河一阿尔卑斯线)、巴黎地区联络线、地中海线和东部线等7个组成部分。
下面分别对其发展过程作一简单描述。
1、东南线巴黎和里昂是法国两个最大的城市,人口分别为1000万和l50万,自20世纪60年代起,联结巴黎-第戎-里昂的铁路运量就已达到饱和状态,当时曾考虑过加修复线等多种方案,经详细的技术经济分析后,最终选择了新建一条高速客运专线的方案。
该线包括联络线在内全长417 公里,南段275 公里于1981年9月投入运营,北段115公里于1983年9月投入运营并全线开通。
东南线上运行的TGV-PSE型动车组允许最高速度为270 公里/小时,超过了当时日本东海道新干线最高速度220 公里/小时,旅行速度为213 公里/小时。
高速铁路的主要技术特征与高速动车组铁道部高速铁路办公室范钦海2003年4月16日一、高速铁路的技术经济优势世界交通运输的发展史,从根本上讲就是以提高速度为主要目标的技术开发史。
由于火车速度高于轮船和马车,上世纪后半叶和本世纪初,铁路得到了大发展,井促进了整个社会经济的进步。
第二次世界大战后,汽车和石油工业蓬勃发展,发达的资本主义国家中高速公路异军突起,航空运输日新月异,机型不断更新;铁路为之受到挑战,一度被视为“夕阳产业”。
在这种形势下,迫使铁路部门加快了提高行车速度的步伐,高速铁路应运而生。
经过半个多世纪的探索与试验,高速行车技术首先在日本取得了重大突破。
1964年10月1日最高时速210公里的东海道新于线的开通,标志着高速铁路技术已进入实用阶段,揭开了发展高速铁路的序幕。
十九年后法国又建成了最高时速270公里的东南新干线,它以低造价,旅行速度超过200公里/小时的世界纪录,将高速铁路技术推向了—个新的发展阶段。
这两条新干线不但是高速铁路不同发展阶段的标志,还以其明显的社会经济效益,先进的技术装备及优良的客运服务,享誉于全世界。
高速铁路为繁重的旅客运输开辟了新途径,已成为世界旅客运输发展的共同趋势,铁路亦为之受到了各国政府的重新重视。
图1为欧洲高速铁路的定义。
图 2与图3为欧洲对旅行时间、速度、运距的研究。
图1 欧洲高速铁路的定义图 2 欧洲关于旅行时间与速度、优势运距的研究图3 不同速度列车的优势运距高速铁路是当代世界铁路的一项重大技术成就,它使铁路固有的技术经济优势得以有效的发挥。
与其他交通运输方式相比,具有以下明显的十大优势:—、全天候。
高速铁路不受恶劣气候条件限制,列车按规定时刻到发与运行,规律性很强。
这是飞机、汽车及其他交通运输工具所不及的。
二、运能大。
输送能力大是高速铁路的主要技术优势之一。
目前各国高速铁路几乎都能满足最小行车间隔4分钟及其以下的要求。
日本东海道新干线高峰期发车间隔为3分半,平均每小时发车达11列,在东京与新大阪间的两个半小时的运营路程中,开行“希望”号1列、只停大站的“光”号7列以及各站都停的“回声”号3列,每天通过的列车达283列,每列车可载客1300多人,年均输送旅客达1.3亿人次,待品川站建成后,东京站每小时可发车15列。
6牵引供电6.1概述法国于1900年开始发展电力牵引,1920年建立了直流1 500V电气化铁路系统。
在1950~1951年修建了单相工频电气化试验线。
1954年在法国东南部干线上采用了单相工频交流25kV、50Hz供电制式。
此后,这种供电制式在法国和其他国家逐步得到了广泛的应用。
目前,电力牵引已经成为法国国营铁路的主要牵引方式。
电气化铁道总长达15 000km以上,其中直流1 500V电气化铁路5 895km,交流单相25kV、50Hz电气化铁路7 625km,高速线1 575km。
电气化铁道长度占法铁总长度的40%以上。
承担的运量占88%。
1996年底有525个牵引变电所,其中377个是直流1 500V 牵引变电所。
6.2供电系统6.2.1概况TGV东南线的运行速度为270km/h,间隔时分5min,大西洋线运行速度达300km/h,间隔时分4min,以上采用TVM300型信号系统。
北方线运行速度300km/h,间隔时分3min。
英吉利海峡隧道客货混运,速度160km/h,间隔时分仅2.5min,以上采用TVM430型信号系统。
在列车紧密运行时,变电所必须有足够的供电能力。
AT供电制(2×25kV)第一次在法铁高速线上使用是在TGV巴黎—东南线,后来大西洋线高速铁路,北方线高速铁路及巴黎地区的高速铁路交会点均采用AT供电制式。
采用2×25kV的原则是只有当它能明显地降低高压联络部分的成本时才予以采用。
25kV单相变电所与高压线的联结:给接触网提供的单相电流是从国家电力公司(EDF)三相电网中的两相通过变压器降压成为25kV或2×25kV,用接触网和一根馈线传输50kV,接触网与钢轨之间的25kV由变压器中点接钢轨而获得(见图2—6—1)。
〖TPTIET261,+38mm。
120mm,BP#〗图2—6—125kV ハ啾涞缢擢?变电所的高压进线是双电源,两台变压器一台工作,另一台备用,每台变压器都能独立提供所需的总容量,为保证维修作业安全,两条供电线路间保持了足够的安全距离。
5.4 TGV—A型第二代高速电动车组5.4.1 TGV—A型动车组总体特性及主要技术参数TGV—A型动车组是在第一代TGV—PSE型动车组基础上,进行研究开发与改进,保留了第一代的一些基本技术特点,如铰接式联结方式,牵引电机体悬方式,三爪万向轴传动装置等。
同时,又积极采用了自换向同步牵引电动机交流传动,高性能的制动系统,空气弹簧悬挂系统及车载微机控制系统等新技术,将TGV高速动车组的性能推向新的高水平。
TGV—A型动车组仍为动力集中模式,编组形式为1L+10T+1L(见图2—5—31)。
全列车有15台转向架,其中动力转向架只有4台,非动力转向架11台。
其总定员为485人,10辆拖车中有3辆头等车,定员116人,6辆二等车,定员369人,1辆酒吧车。
每列车还设有37个折叠椅,供临时超员时使用。
〖TPT,+221mm。
147mm,BP,DY#〗TGV—A作为TGV第二代动车组的显著特点是采用了自换向同步牵引电机交流传动,这在高速列车技术发展方面是一个很大的突破。
其牵引特性曲线见图2—5—32所示。
TGV—A仅采用8台同步牵引电机,输出轮周持续功率可达8 800kW,启动牵引力为220kN,而且在300km/h时尚有牵引力105kN。
即使有两台牵引电机发生故障,则6台牵引电机的牵引力,在300km/h时尚有65kN,仍能维持动车组以300km/h高速运行。
在14辆编组时,启动加速度0.58m/s2,剩余加速度0.11m/s2。
18辆编组时为0.48m/s2,剩余加速度0.07m/s2。
TGV—A型动车组的造价为每列(2M+10T)7900万法郎,与TGV—PSE相比,造价降低了12%,维修费用减少了20%,平均每一座席的电力消耗节省了10%。
TGV—A型动车组的主要技术特征及技术参数参见表2—5—1所列。
5.4.2 TGV—A型动车组的动力车(1)总体布置〖TPTIET2532,+97mm。
68mm,BP#〗图2—5—32 TGV—A型动车组的牵引及阻力特性曲线TGV—A型动力车的总体设备配置如图2—5—33所示。
TGV的发展TGV是法文“TrainaGrandeVitesse”的缩写,意思是高速列车。
1981年,连接巴黎至里昂的法国TGV东南线的开通运行,同1964年日本新干线的问世一样,它们都是交通史和铁路史上的里程碑式事件。
从第一辆“子弹头列车”起,在那些采用了高速铁路技术的国家,高速铁路不仅在技术上有了很大的进展,同时在商业上也取得了巨大的成功。
作为一种大众运输方式,高速铁路不仅速度快,其安全性、舒适性以及运输效率也都得到了证实。
总之,高速铁路技术使得铁路运输重新获得高速的发展,并已成为现代社会的一种标志。
高速铁路系统已经得到充分的验证,在交通史和铁路史都具有划时代的意义。
法国TGV东南线是欧洲的第一条高速铁路线,特别是TGV大西洋线西南段在1990年创下了时速515.3公里的轮轨速度世界记录之后,TGV法国高速铁路的郑天池成功经验图1法国高速铁路网处于欧洲高速铁路网中心位置图2TGV旅客年运载量技术的优越性得到大家的广泛承认。
从1981年到2001年的20年间,TGV技术快速发展,1990年TGV大西洋线开通,1993年北欧线(TGVNordEurope)开通,2001年TGV地中海线(TGVMediterranean)开通,这些线路的开通都充分地证明了TGV技术在实际运行中的可靠性。
1.技术路线选择法国国营铁路公司(SNCF)于1970年开始宣传高速铁路的概念,提议在巴黎和里昂之间修建一条新铁路。
这条新线路遵循如下三个原则:专门用于客运、可实现与现有的铁路网路的兼容、更频繁地运行于短途旅行路线。
这些选择在后来都被证明是正确的,成功地降低了建设新线路的成本,其正常的运行速度可达到每小时240 ̄270公里,优化了TGV新线路的运量,有效减少了新线路的运营和维持费用及机车成本,也解放了已有常规线路的货运能力。
这些因素都极大地推动了交通的发展,增强了高速铁路的盈利能力。
法国TGV的一个尤为独特的特点是其相对很低的建设成本。
法国高速铁路的维修制度法国自1978年制造出第一列高速列车以来,至今已发展到生产第三代高速列车。
运行在巴黎东南线的TGV-PSE型高速列车为第一代高速列车。
第二代为运行在大西洋线、西班牙高速铁路网络、欧洲之星等高速线上高速列车,型号分别为TGV-A、A VE、TGV-R和EUROSTAR等。
第三代为TGV-ZN 型双层列车。
动车段分别建在康夫莱斯(Conflans)、沙地翁(chatillon),兰地(Landy)和诺尔特-波特(North-Pole)等地。
段内负责列车日常运用、定期检修等工作法国国铁的高速路网主要包括巴黎东南线(TGV-PSE)、大西洋线(TGV -A)、北方线(TGV-N)三大干线。
在这3大干线上运行的高速列车分别为TGV-PSE、TGV-Atlantique和TGV-Nord。
法国的高速列车运行始于1981年,TGV-PSE为第一代高速列车,运行在巴黎-里昂之间,最高运行速度为270km/h,经改造后最高运行速度达300km/h。
第二代高速列车包括TGV-A(运行在巴黎-勒芒线和巴黎-库尔塔兰-图尔线上)、A VE(西班牙高速铁路网络)、TGV-R(连接北方线、东南线及大西洋线)、TGV-PBKA(巴黎-布鲁塞尔-科隆-阿姆斯特丹)和EUROSTAR等。
TGV-2N 双层列车属第三代高速列车,最高运行速度300km/h。
法国所有开行的高速列车均采用的是动力集中方式。
由于其种类和数量较多,为便于管理和简化设施,不同种类的高速列车的检修在不同的动车段内进行。
法国国营铁路高速列车的检查和修理组织结构是上述三大干线为基础分别为每条高速铁路设立检修段。
巴黎东南线设有孔夫朗(Conflans)和圣乔治新城(Villeneuve Saint Georges)两个检修段;大西洋线设有沙蒂永(Chatilon)检修段;北方线设有朗迪(Landy)检修段、里尔检修站和亥雷姆斯(Hellemmes)车辆检修厂。
法国高速列车(T GV)概述19 71年,法国政府批准修建东南线TGV(巴黎至里昂,全长4 1 7公里,其中新建高速铁路线389公里).1976年10月正式开工,1 9 8 3年9月全线建成通车。
TGV高速列车最高运行时速27 0公里,巴黎至里昂间旅行时间由原来的3小时50分缩短到2小时,客运量迅速增长,预期的经济效益良好。
TGV东南线的成功运营,证明髙速铁路是一种具有竞争力的现代交通工具。
1989年和1990,法国又建成巴黎至勒芒、巴黎至图尔的大四洋线,列车最高时速达到3 00公里。
1 9 93年,法国第三条高速铁路TGV北线开通运营。
北线也称北欧线,由巴黎经里尔,穿过英吉利海峡隧道通往伦敦,并与欧洲北部比利时的布鲁塞尔、徳国的科隆、荷兰的阿姆斯特丹相连,是一条重要的国际通道。
由于在修建高速铁路之初,就确定TGV 高速列车可在高速铁路与普通铁路上运行的技术政策和组织模式,所以目前法国高速铁路虽然只有1282公里,但TGV高速列车的通行范用已达592 1公里,覆盖大半个法国国土。
根拯规划,法国将在2 1世纪的头10年内,把东南线延伸至马赛,还要修建通向意大利和四班牙的南部欧洲线以及巴黎至徳国的东部欧洲线。
路网介绍按照建造时间顺序,法国TGV髙速铁路网主要包括东南线、大西洋线、北方线、东南延伸线(或称罗纳河一阿尔卑斯线)、巴黎地区联络线、地中海线和东部线等7个组成部分。
下而分别对其发展过程作一简单描述。
1、东南线巴黎和里昂是法国两个最大的城市,人口分别为1000万和150万,自20世纪60年代起,联结巴黎-第戍一里昂的铁路运量就已达到饱和状态,当时曾考虑过加修复线等多种方案,经详细的技术经济分析后,最终选择了新建一条髙速客运专线的方案。
该线包括联络线在内全长4 17公里,南段275公里于198 1年9月投入运营,北段115公里于1983年9月投入运营并全线开通。
东南线上运行的TGV- P S E型动车组允许最髙速度为2 7 0公里/小时,超过了当时日本东海道新干线最高速度220公里/小时,旅行速度为213公里/小时。
5高速列车5.1 TGV高速动车组的发展自1967年起,法国国营铁路开始着手研究高速运输。
首先,尝试将航空用燃气涡轮发动机用于铁路动车组。
1969年11月,法国研制成功了第一代ETG 型燃气轮动车组,最高试验速度达到248km/h。
此后,为了进一步提高燃气轮动车组的质量,又研制出第二代RTG型燃气轮动车组,最高运行速度为260km/h。
为了配合在巴黎—里昂建设高速铁路,还研制了第三代TGV001型燃气轮动车组,5节编组,1972年最高试验速度达到318km/h,创造了内燃牵引的世界记录。
截止1996年末,法国国营铁路投入运营的燃气轮动车组还有22列,其中用于长途列车14列(70节动车和拖车),用于地方列车8列(32节动车和拖车)。
然而,1973年中东战争引起的第一次全球性石油危机促使法国国铁发展高速列车的技术政策产生决定性的转折,即由开始时的燃气轮牵引向电气化牵引转变。
自那时起,法国率先在欧洲实行将速度、环保意识、充分利用能源、高新技术以及经济可靠性综合考虑的技术方针,大力推进研制TGV电力牵引高速列车系统。
1973年制造了一列Z7001电动车组,1975年最高试验速度达到309km/h,1976年开始,法国决定着力研究TGV—PSE新型高速电动车组2列。
自1981年9月第一列高速电动车组TGV—PSE投入商业运营以来,已逐步发展成为一个庞大的高速列车系列,并打入国际市场,成为惟一出口高速列车的国家。
其发展演变过程如下。
东南线高速动车组TGV—PSE是法国第一代高速电动车组,1981年9月首次在巴黎—里昂东南高速线南段投入运营,1983年9月在巴黎—里昂全线投入运营,该列车最高试验速度达到380km/h,最高运营速度为270km/h,使巴黎—里昂间的运行时间从4h减为2h,比原先压缩了一半。
大西洋线高速动车组TGV—A是法国第二代高速电动车组,1989年9月TGV—A型动车组在巴黎—勒芒—布里塔尼亚线投入运行,一年之后,线路向南延长至图尔。
图2—5—59为司机室中央计算机的外围设备示意图。
〖TPTIET2559,+47mm。
70mm,BP#〗图2—5—59 TGV—A型动车组司机室中央计算机外围设备(2)牵引电动机控制用计算机每台牵引电动机控制柜配备一台计算机,用来对牵引和制动进行控制。
牵引电动机控制用计算机执行如下功能。
①使牵引功率适应于不同线路。
由于TGV—A不仅要在高速线路上运行,而且也要在既有电气化线路上运行,因而要求对功率特性进行限值。
计算机根据所获得的有关线路状况和列车编组的信息,提高或降低牵引功率。
②控制改善功率因数滤波器。
为了减少接触网的损耗,配置了一套滤波器系统,以减少电流相对电压的相位移和限制谐波,当列车功率和速度超过一定限量时,由计算机启动和断开滤波器。
③选择逆变器换相方式。
计算机通过连续的数据处理,确定逆变器采用强迫换相还是自然换相。
④控制电阻制动和空气制动。
计算机有效地分配整个列车的制动力,尽可能地使用电阻制动,以便减少盘型制动的磨损;只有在低速电阻制动不起作用的情况下才使用盘型制动。
计算机监控制动的功率耗散、列车速度,从而获得最佳制动力分配。
⑤控制防空转和防滑行系统。
计算机可监视列车速度及各动轴加速度差值,防止因车轮空转和滑行造成轮轨磨损。
当黏着不良时,使空转车轮的驱动扭矩值下降,直至恢复黏着力。
为防止车轮重新空转,牵引力须逐渐恢复。
⑥控制辅助电路。
计算机处理适合牵引或制动所需功率的速度给定值。
此值对控制牵引电机通风机的三相逆变器的电压和频率有影响。
⑦监视。
维修人员可根据计算机存储的定子电流、转子电流、网压、速度等有关信息查找故障并寻求合适的解决办法。
制动时计算机监视电源设备,进行必要的检查和处理。
图2—5—60为牵引电机控制计算机外围设备示意图。
〖TPTIET2560,+40mm。
64mm,BP#〗图2—5—60 TGV—A型动车组牵引电机控制计算机外围设备(3)拖车控制计算机拖车上的计算机用来保证旅客安全及舒适度,它执行下列功能:①控制空调设备;②控制车门开关;③防止车轮打滑;④控制旅客信息显示装置;⑤存储设备故障信息,将重要的故障信息传递到司机室计算机,并通知司机和列车乘务人员。
7通信信号7.1 法国高速铁路信号系统7.1.1 引言高速铁路信号系统是一套完整的行车安全制式,主要由调度集中系统、车站联锁系统、列控系统和代用闭塞设备、专用通信设备等组成。
法国高速铁路的运行速度为世界之冠,运行时间也有20多年,从未发生重大旅客伤亡事故,法国铁路为确保列车安全所取得的主要成就有:(1)信号制式方面以TVM430(TVM300)为核心的列控系统(ATC)的采用,使其完成了高速条件下的闭塞功能,在车载信号作为行车凭证,向司机提供了速度命令,信号直接控制列车制动,为增加列车运行密度、保证行车安全和提高运行速度,提供了可靠的保障。
(2)轨道电路方面轨道电路本身所具有的集判断区间占用、检查列车完整性和断轨保障于一体的独特优点,仍然是其它单项设施难以替代的。
法国铁路在轨道电路传递机车信号信息上获得了重大突破,解决了地面与机车之间的数据传输,为列车速度监督与控制,以及列车自动运行奠定了基础。
(3)联锁和列车间隔控制方面联锁是列车运行和安全保障的基础设施之一,也是关键设备;随着计算机技术的发展和价格的下降,传统的继电联锁必将被计算机联锁代替。
法国铁路正逐步向计算机联锁过渡。
随着列车运行速度的不断提高,以地面信号显示作为列车运行凭证的传统自动闭塞方法已不满足高速铁路的安全需要。
法国高速铁路采用了以司机制动为主的列控系统。
7.1.2法国高速铁路的列控系统(ATC)法国高速铁路TGV区段均采用带速度监督的TVM300型或TVM430型机车信号,地面信息传输采用UM71无绝缘轨道电路。
简称U/T系统。
机车信号为主体信号。
机车信号带有列车速度监督是法国U/T系统的一个特点,它是保证行车安全、防止列车超速运行的有效手段。
U/T系统对速度的控制是采用分段(每个轨道区段)制动的列控模式,司机按照每一个轨道电路地面信息给出的速度值运行时,速度监督设备将不干预司机正常操作,当司机违章操作或列车速度超过规定的允许速度时,速度监督设备就将自动实施制动。