世界高速鐵路的牽引供電和信號(hào)系統(tǒng)

世界高速鐵路的牽引供電和信號(hào)系統(tǒng)海外〔注：本文指除日本之外的國(guó)家〕高速鐵路進(jìn)展快速，以300km/h運(yùn)行的國(guó)家包括日本在內(nèi)，有法國(guó)〔地中海線(xiàn)的局部區(qū)間運(yùn)行速度為320km/、比利時(shí)、德國(guó)、西班牙〔300km/h〕52個(gè)國(guó)家。以250km/h以上的高速運(yùn)行的國(guó)家還有意大利。本文將250km/h以上高速運(yùn)行的海外高速鐵路的電氣設(shè)備和日本的電氣設(shè)備做了比照。前言高速電氣鐵路和日本的電氣鐵路進(jìn)展了比較。變電設(shè)備變電設(shè)備是把從電力公司接收的電在鐵路公司的變電所變換成符合鐵道電壓的溝通或直流1Direttissima15kV162/3Hz25kV的商用頻率。意大利的直流供電意大利Direttissima線(xiàn)是目前高速線(xiàn)上唯一一條承受直流供電方式的線(xiàn)路，最高速度為250km/h，供電電壓中，標(biāo)準(zhǔn)電壓為DC3000V，但變動(dòng)范圍最高電壓達(dá)3800V，最低電壓為2800V3600V。標(biāo)準(zhǔn)變電所的構(gòu)成：138000kW的預(yù)備〔應(yīng)急〕整流器，變電所的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置間隔為12km。在該線(xiàn)路上運(yùn)行的ETR450等列車(chē)，14000A12000A，因此，滑板的磨耗格外多，現(xiàn)在建設(shè)中的線(xiàn)全部按AC25kV50Hz的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。德國(guó)的溝通供電15kV162/3Hz1904年得以有用化的供電方式。這種低頻供電是為了在牽引電機(jī)上使用溝通整流子電動(dòng)機(jī)而引進(jìn)的方式50Hz1/3162/3Hz。溝通整流子電動(dòng)機(jī)和直流串激電動(dòng)機(jī)一樣，通過(guò)掌握電壓到達(dá)掌握速度，低頻供電將供電電壓提高到15kV，和的電力網(wǎng)。通過(guò)使用專(zhuān)用電網(wǎng)，可以備齊溝通的相位，使用110kV162/3Hz的送電網(wǎng)送電。變得格外簡(jiǎn)潔。商用頻率的溝通供電325kV變形伍德布里奇接線(xiàn)變壓器將3相變?yōu)?2相供電的異相供電。25kV50Hz的商用頻率的法國(guó)等國(guó)家，從電力公司的變電所接收單相電，在50Hz60Hz，各條干線(xiàn)利用使用了各地區(qū)頻率的25kV的溝通供電方式。但是，只有在兩個(gè)地區(qū)運(yùn)行的60Hz50Hz60Hz，通過(guò)地面的電力設(shè)備進(jìn)展變換后再使用。除日本之外，歐洲是50Hz，美國(guó)為60Hz，最近開(kāi)通運(yùn)行的韓國(guó)和正在建設(shè)中的臺(tái)灣高速鐵路為美國(guó)系的60Hz25kV25kV為標(biāo)準(zhǔn)電壓，日本的最高電壓和最大電壓與外國(guó)是不同的。TGV東南線(xiàn)開(kāi)業(yè)初期使用的是直接供電和AT22表示世界上2應(yīng)，所以在日本的干線(xiàn)中沒(méi)有使用。東海道干線(xiàn)當(dāng)時(shí)按BT供電方式做到了電氣化，但是，由于吸流區(qū)域修理治理困難，和AT供電方式相比通信感應(yīng)障礙大，因此現(xiàn)在的干線(xiàn)全部承受AT供電方式。不過(guò)，在一局部短區(qū)間使用同軸電纜供電方式。由于地中海線(xiàn)的建成，列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)增加，所以TGV東南線(xiàn)現(xiàn)在也已經(jīng)全部改造成AT供電方式。但是，只有日本稱(chēng)作AT2×25kV2中有NF的直接供電方式。即便是AT供電方式，日本和法國(guó)仍有不同，法國(guó)的AT1AT〔AutoTransformer：自耦變壓器，變壓器2次繞組的中性點(diǎn)與鋼軌接地，所以變電所內(nèi)單相變壓器的2次繞組履行了這一任務(wù)。最近開(kāi)業(yè)的英國(guó)海峽隧道鐵路連線(xiàn)CTRL和韓國(guó)的線(xiàn)也是承受法國(guó)的方式，1AT的可能性較高。保護(hù)方式在歐洲，一般是鋼軌接地，鋼軌電位在規(guī)定值內(nèi)。而在日本，鋼軌為非接地，沒(méi)有鋼軌電位的規(guī)定值，只在干線(xiàn)車(chē)站內(nèi)，為了安全起見(jiàn)，設(shè)置有鋼軌電位掌握裝置。在歐洲，電桿及要供電電路的閃絡(luò)保護(hù)設(shè)備〔放電裝置，而在日本，由于鋼軌為非接地，所以需要安裝閃絡(luò)保護(hù)設(shè)備。接觸線(xiàn)設(shè)備電氣鐵路隨著高速化的進(jìn)展要求受電弓的跟蹤特性?xún)?yōu)良，不發(fā)生離線(xiàn)；減小接觸導(dǎo)線(xiàn)的提升量；提高電壓，降低集電電流密度，減小離線(xiàn)時(shí)的電弧，同時(shí)也削減電壓下降；構(gòu)造簡(jiǎn)潔，降低建設(shè)本錢(qián)和修理本錢(qián)等等。接觸線(xiàn)構(gòu)造和表1日本最近建設(shè)的北陸干線(xiàn)、東北干線(xiàn)〔盛岡?八戶(hù)〕以及今后將建設(shè)的干線(xiàn)的運(yùn)輸量AVE200310月完成的馬德里?萊里達(dá)之間架設(shè)的EAC-350在內(nèi)的德國(guó)系列架線(xiàn)是變Y簡(jiǎn)潔鏈懸掛，除此之外的全部國(guó)家都是簡(jiǎn)潔鏈懸掛。法國(guó)的TGV東南線(xiàn)當(dāng)時(shí)是依據(jù)變Y煩，因此在高速化建設(shè)的同時(shí)，正在逐步改造為T(mén)GV北線(xiàn)的簡(jiǎn)潔鏈懸掛方式。這樣一來(lái)，只有德國(guó)系列的架線(xiàn)仍是變Y簡(jiǎn)潔鏈懸掛。50m以下，而其他國(guó)家卻比日本長(zhǎng)，凈跨60-65mTGV〔地中海北岸一種干冷的西北風(fēng)或北風(fēng)〕的影響，一般凈跨在45-50m。除變Y簡(jiǎn)潔鏈懸掛的德國(guó)和西班牙之外，為補(bǔ)1/1000，最近1/2000即0.5/1000的比較多，凈跨60m撓度量取30mm。與受電弓的滑板接觸的接觸導(dǎo)線(xiàn)，德國(guó)和法國(guó)使用表3所示的線(xiàn)種類(lèi)。德國(guó)的銀〔0.1%〕銅為350MPa，鎂〔0.5%〕銅為490MPa，日本的硬銅接觸導(dǎo)線(xiàn)的最小牽引強(qiáng)度為347MPa，所以從中可知銀銅和硬銅的差不多。法國(guó)的錫〔0.3%-0.4%〕以及鎂〔0.3%-0.4%〕413MPaSN-W〔含錫〕接觸導(dǎo)線(xiàn)為436MPaCS〔銅包鋼〕PHC〔析出硬化銅合金〕接觸導(dǎo)線(xiàn)的最小牽引強(qiáng)度分別為592MPa582MPa，可知比德國(guó)的鎂〔同西班牙的鎂一樣〕最小牽引強(qiáng)度高100MPa。這些接觸導(dǎo)線(xiàn)的波動(dòng)傳送速度也如表1所示。其中，德國(guó)的科龍?法蘭克福之間的RE330架線(xiàn)的波動(dòng)傳播速度最高。3接觸導(dǎo)線(xiàn)的特性國(guó)名接觸導(dǎo)線(xiàn)的材質(zhì)〔%〕導(dǎo)電率〔%LACS〕最小抗拉強(qiáng)度〔MPa〕日本Cu 98 347Cu-Sn(0.3) 70 365Cu-Sn-W(0.35) 70 436CS 60 592PHC 81 582德國(guó)Cu-Ag(0.1) 98 350Cu-Mg(0.5) 64 490法國(guó)Cu-Sn(0.3-0.4) 80 413Cu-Mg(0.3-0.4) 80 413接觸線(xiàn)的構(gòu)成和材質(zhì)渡線(xiàn)〔道岔上的接觸線(xiàn)20-25km1處上下渡線(xiàn)，中間有同相分段，但法國(guó)是AIRsection。德國(guó)和意大利使1PTFE〔4氟化乙烯樹(shù)脂〕產(chǎn)的同相分段，似乎是同一個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家的。德國(guó)的重疊區(qū)段與意大利和法國(guó)的老式重疊區(qū)段，是在3大利和法國(guó)的型架線(xiàn)的重疊區(qū)段為4置〔張力調(diào)整裝置〕與日本不同，承力索和渡線(xiàn)分開(kāi)。德國(guó)為混凝土電桿，意大利、法國(guó)、線(xiàn)高度保持肯定。其渡線(xiàn)的高度德國(guó)和意大利為5300mm5080mm。受電弓和分段TGV1臺(tái)直流、溝通用的受電弓。1個(gè)編組為10-12輛，將2個(gè)編組連起來(lái)運(yùn)行的狀況也比較多。在溝通區(qū)間運(yùn)行時(shí)，只把后邊機(jī)車(chē)上1個(gè)受電弓升起來(lái)運(yùn)行。前后機(jī)車(chē)之間用車(chē)頂上的高壓母線(xiàn)〔bus，匯流條〕連接，2個(gè)編組連接時(shí)為224個(gè)受電弓，2TGV2AMDETGVGPU受電弓。從TGV-DuplexTGV-PBKACx受電弓。整個(gè)重量為AMDE以及GPU電弓。2個(gè)系列，擺式電動(dòng)車(chē)組ETR450、ETR460、ETR470Pendolino系列和機(jī)車(chē)方ETR500DC3000VETR480之外的車(chē)輛均是直流專(zhuān)用電動(dòng)車(chē)組。現(xiàn)在建設(shè)的羅馬?那不勒斯之間的高速線(xiàn)，是溝通50Hz25kV的電氣化鐵路，因ETR480ETR500屬于交直流車(chē)輛。意大利的高速車(chē)輛全部是連通母線(xiàn)，頭車(chē)和最尾部1臺(tái)〔直流專(zhuān)用〕3ETR500ATR90受電弓。意Direttissima線(xiàn)的運(yùn)行，200km/h以2200km/h1個(gè)受電弓。德國(guó)最初開(kāi)頭運(yùn)行的ICE1，是機(jī)車(chē)方式，214輛拖車(chē)。ICE1的車(chē)輛上沒(méi)有ICE2push-pull推挽列車(chē)，一側(cè)有1輛機(jī)車(chē)，編組的對(duì)面是帶司機(jī)室的拖車(chē)，中間是6輛拖車(chē)。1臺(tái)受電弓。ICE38輛編組，在溝通區(qū)間運(yùn)行過(guò)程中，將搭載的溝通受電弓升起1ICE3有向荷蘭接軌的交直流編組DC1500V，除溝通受電弓之外，還搭載了2臺(tái)直流受電弓。在直流區(qū)間走行時(shí)，82臺(tái)受電弓連通母線(xiàn)。2個(gè)編組連起來(lái)運(yùn)行時(shí)，和TGV4個(gè)受電弓，各有2個(gè)受電弓與母線(xiàn)連通。ICE1上搭載的是DSA350S受電弓，將DSA350S改造成了DSA350SEK受電弓。圖4顯示的是ICE3上搭載的溝通用DSA380D受電弓。20044KTX300km/h的速度開(kāi)頭商業(yè)運(yùn)營(yíng)。它根本上承受法國(guó)TGV系統(tǒng)，2018TGVTGV一樣，在1GPU受電弓運(yùn)行。除英國(guó)、韓國(guó)、臺(tái)灣之外，存在著交直分段，將受電弓升起后通過(guò)。因此，和日本不同，分270km/h。德國(guó)〔只限于國(guó)境〕有4處絕緣電分段，意大利和法國(guó)按3處絕緣電分段。各種絕緣的中性電分段區(qū)間的地線(xiàn)接地方法以及絕緣構(gòu)成〔空氣絕緣電分段或者是FRP電分段2個(gè)空氣絕緣電分段構(gòu)成，其間的間隔為150m〔關(guān)心設(shè)備也斷路在升起受電弓的狀態(tài)下通過(guò)。4信號(hào)設(shè)備海外的信號(hào)設(shè)備不管在思想上還是技術(shù)上都與日本的信號(hào)設(shè)備有很大差異因此在將海外高速線(xiàn)所使用的信號(hào)設(shè)備和日本進(jìn)展比較的同時(shí)，還對(duì)為統(tǒng)一歐洲鐵路系統(tǒng)而進(jìn)展的ERTMS(EuropeanRailTrafficManagementSystem)/ETCS(EuropeanTrainControlSystem) 歐洲鐵路治理系統(tǒng)與掌握系統(tǒng)做一簡(jiǎn)要介紹。高速鐵路信號(hào)設(shè)備的不同干線(xiàn)則是在車(chē)站的定點(diǎn)位置停車(chē)的動(dòng)作是通過(guò)司機(jī)的操作來(lái)完成，除此之外均通過(guò)ATC系統(tǒng)120-25km160km/h左右時(shí)上下線(xiàn)可以相互過(guò)軌。在意大利每隔40-50km還設(shè)有待避線(xiàn)。除日本、法國(guó)、英國(guó)、韓國(guó)、臺(tái)灣之外的高速鐵路，既有線(xiàn)列車(chē)可以過(guò)軌到高速鐵路線(xiàn)。高速鐵路的信號(hào)系統(tǒng)假設(shè)劃分的話(huà)，大體上可以分為法國(guó)系列、德國(guó)系列、意大利系列、日本系列，現(xiàn)分別予以介紹。法國(guó)系列TGV的列車(chē)掌握方式是依據(jù)固定閉塞式車(chē)內(nèi)信號(hào)進(jìn)展手動(dòng)運(yùn)行，作為備份附加了帶有速度照查功能的ATS定的速度信號(hào)傳送給列車(chē)。東南線(xiàn)和大西洋線(xiàn)通過(guò)列車(chē)掌握裝置TVM(TransmissionVoieMachine)300，發(fā)出階段性的速度信號(hào)，向車(chē)內(nèi)發(fā)送速度信號(hào)。北線(xiàn)、地中海線(xiàn)從軌道電路27Bit〔1段TVM430列車(chē)掌握裝置。英國(guó)以及韓國(guó)的線(xiàn)也是用TVM430。德國(guó)系列德國(guó)的高速線(xiàn)引進(jìn)的是列車(chē)掌握裝置LZB，通過(guò)在軌距上鋪設(shè)的穿插感應(yīng)線(xiàn)，向各個(gè)列車(chē)LZBLZB100m的制動(dòng)性能在車(chē)上產(chǎn)生停頓曲線(xiàn)〔1段，同時(shí)顯示出目標(biāo)速度〔有先行列車(chē)的狀況下為0km/、與先行列車(chē)占有的閉塞分界之間的距離、允許速度〔從停頓曲線(xiàn)計(jì)算出速度。除LZB之外，還單獨(dú)設(shè)置有無(wú)絕緣軌道電路，使LZB的閉塞區(qū)間和軌道電路的范圍全都，先行列車(chē)的位置檢測(cè)通過(guò)無(wú)絕緣軌道電路完成。LZB的最大特征在于可以使制動(dòng)性能不同的列車(chē)LZB的地上裝置的列車(chē)，也可以通過(guò)地上信號(hào)機(jī)在高速AVE也使用同樣的LZB?法蘭克福之間的高速線(xiàn)，不是無(wú)絕緣軌道電路，通過(guò)檢測(cè)通過(guò)車(chē)輪的ACCESS計(jì)數(shù)器，檢測(cè)閉塞分界的出入、通過(guò)、存取。意大利系列Direttissima線(xiàn)，引進(jìn)的是通過(guò)將主信號(hào)機(jī)和遠(yuǎn)程信號(hào)機(jī)〔位于主信號(hào)機(jī)續(xù)停頓曲線(xiàn)〔1段〕的信號(hào)系統(tǒng)。運(yùn)行上的閉塞實(shí)質(zhì)上是通過(guò)2顯示方式的地上主信號(hào)機(jī)打算。14個(gè)軌道電路構(gòu)成，軌道電路和日本一樣，是有絕緣軌道電路。作為車(chē)上信50Hz178Hz29個(gè)電碼的車(chē)上信號(hào)。既有線(xiàn)使用50Hz的載4個(gè)電碼通用，所以既有線(xiàn)列車(chē)可以過(guò)軌到高速線(xiàn)。日本系列于車(chē)內(nèi)信號(hào)顯示的速度時(shí)，引進(jìn)常用制動(dòng)動(dòng)作的ATC系統(tǒng)，沒(méi)有設(shè)置地上信號(hào)機(jī)。全部的干線(xiàn)，信號(hào)發(fā)送頻率均承受2個(gè)頻率組合的方式。在30-300km/h的范圍內(nèi)，產(chǎn)生10段以上的速度曲線(xiàn)。最近建設(shè)的東北干線(xiàn)〔盛岡?八戶(hù)〕1段停頓曲線(xiàn)的數(shù)字ATC系統(tǒng)，臺(tái)灣干線(xiàn)也打算使用同樣的方式。ERTMS/ETCS加順暢地運(yùn)行，正在推動(dòng)以通用性為目的的ERTMS/ETCS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)建設(shè)。為便于推廣這套系統(tǒng)，ERTMS/ETCS〔歐洲鐵路治理系統(tǒng)與掌握系統(tǒng)〕將分為3個(gè)階段。在第1階段，作為地面設(shè)備，照舊保存地面信