法国高速铁路技术5tie25c.docx
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法国高速铁路技术5tie25c
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—59TGV—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—60TGV—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。
图2—5—61为拖车控制计算机外围设备示意图。
〖TPTIET2561,+49mm。
63mm,BP#〗图2—5—61TGV—A型动车组拖车控制计算机外围设备Tornad网络是环路形布置,共有两条线路互为备用,只有一条线路执行工作,环路上任何一个设备与传输线联系被切断时,这一线路能提供设备间信息的再次传递,仍然能保证数据的正常传输。
Tornad网络的各种运行情况见图2—5—62所示。
〖TPTIET2562,+79mm。
72mm(1,242),DY#〗图2—5—62Torand网络各种运行情况5.4.6TGV—A型动车组高速试验
(1)概况
1981年2月TGV—PSE型动车组已达到试验速度380km/h。
其编组为1L+7T+1L。
1986年TGV—PSE安装了空气弹簧悬挂装置及新型Y231拖车转向架,为检验转向架稳定性,并选择抗蛇行减振器参数,进行300~350km/h速度运行试验。
1988年12月12日,TGV88号动车组装有自换向同步牵引电机及逆变器进行运行试验,最高速度达到408.4km/h。
从上述试验发现,一列车只用一架受电弓,能顺利地在所试验的速度范围内控制受流,转向架的稳定性界限明显高于以前用经验估算的值。
1989年9月更高标准的TGV大西洋新线部分通车,最高运营速度已达300km/h。
为此,法铁于1989年12月开始,采用TGV—A型动车组在TGV大西洋新线上进行一系列高速试验,称为TGV117运行试验项目,试验分两阶段进行。
采用的试验列车为TGV—A325号编组,1989年12月5日,2M4T编组最高试验速度达到482.4km/h,1990年5月18日2M3T编组最高试验速度达到515.3km/h,创造了当今世界铁路最高速度的记录。
表2—5—11所示为试验列车的特性。
(2)试验区段
1989年以前试验区段在TGV东南线的里程标K148~K177区间,最小曲线半径达10 000m,可以试验345km/h及更高速度。
其两端延展曲线的半径6 000m,限速345km/h,最大坡度35‰。
整个区段有5组道岔。
表2—5—11TGV—A型高速试验列车的特性
〖BHDFG4,WK13,K13,K26W〗TGV—A系列编组列车TGV—A325号列车1989年12月5日1990年5月18日〖BHDG2,WK13,K13。
3W〗编组1L+10T+1L1L+4T+1L1L+3T+1L重量/t485280250长度/m237.59125.30106轮周功率/kW8 80013 00013 000转向架数目1598齿轮传动比1.161.0651.065动轮直径/mm9201 0501 050线路电压/kV2529.529.51989年以后试验区段在TGV大西洋线的里程标K130~K148区间,最小曲线半径为6 000m,K148~K178区间最小曲线半径15 000m,K178~K196区间最小曲线半径10 000m,最大限制坡度25‰。
列车最高速度应在K166~K167间达到。
接触网导线张力提高到27~28kN(1989年12月)及32~33kN(1990年5月)。
TGV大西洋线与东南线线路结构相同,UIC60型钢轨,Nabla弹性扣件,9mm厚带槽的橡胶垫板,混凝土轨枕,间距为60cm,硬石碴厚为30~35cm,这是法国高速线路标准形式。
(3)试验测量设备及参数
在R1拖车上设置了车上测试室,利用多路传输、光导纤维等技术可以测量150个以上测点或控制点,实时计算主要参数。
主要测点有:
测量一台动力转向架及一台非动力转向架所有的轮轨作用力及安全参数;在拖车及司机室测量车体的垂向、横向加速度等动态性能;控制所有转向架横向加速度等有关的稳定性能;测量受电弓的位移、加速度等动态特性;用摄像系统记录受电弓受流及离线情况;测量牵引设备的电气参数及热工参数;自动测量轴箱温度;传动系统中重要部件机械状态。
在地面沿线各处布置测点共测量200个左右参数。
主要测试的参数有:
测量线路上的轮轨垂向力Y及横向力Q,钢轨/轨枕垂向、横向位移及道床下沉量;测量高速区段线路结构的加速度;测量道岔可动部位的位移及其加速度;测量钢轨伸缩接头处的位移及应力;接触网导线的抬升量及动态特性;测量高速区段内一些桥梁的动态特性;各种环境参数测量,包括噪声和振动,列车行驶对距线路中心线不同距离的风力影响。
(4)高速试验结果
〖TPTIET2563,+86mm。
70mm,X,BP#〗图2—5—63TGV高速试验累积的行驶里程从1985年至1990年,法铁对TGV进行大规模试验的不同试验速度及其所累积的行驶里程如图2—5—63所示。
图中表明,高于400km/h的试验里程达1 991km,高于500km/h的试验里程为30km。
其中速度高于450km/h的试验共44次,高于500km/h的试验9次。
试验线路的几何平顺度为,纵向水平面NL=21mm,横向水平面NL=21mm,平直度D=28mm。
高速试验的主要结果如下:
①最大轮轨横向力:
450km/h时,动轴导向轮对48kN(极限值的85%),第二轮对46kN(极限值的81%);非动轴导向轮对32kN(极限的58%),第二轮对35kN(极限的63%)。
500km/h时,动轴及非动轴轮对均小于60kN。
以上所有数据也均小于线路轨排横移力的限值120kN。
②最大轮轨垂向力:
动轴最大载荷每轮150kN,非动轴最大载荷每轮104kN,均小于170kN极限值。
③车体横向加速度:
500km/h运行时为2.0m/s2,不超过2.5m/s2。
转向架横向加速度:
500km/h通过道岔时6.9m/s2,所有转向架在任何速度下均很稳定。
轴箱温升不超过30℃,各电气设备温升均达到绝缘层允许限度。
④欠超高值:
在车体横向加速度保持2.5m/s2以下条件下,在半径6 500m曲线上以392km/h通过,欠超高为170mm,半径6 250m曲线上以398km/h通过,欠超高为157mm。
在欠超高值为165mm曲线上所测得车体横向加速度为1.4m/s2。
⑤舒适性:
速度420km/h以上旅客舒适度良好。
以旅客自我感觉良好的时间长短来衡量,横向舒适度可保持8~12h,垂向舒适度可保持15~16h。
400km/h时的平稳性与普通快速客车(Corail)200km/h时的数值相近。
⑥受电弓接触网动态特性:
导线张力32kN工况下,速度515.3km/h时,接触网导线抬升值25cm,小于极限值40cm,受流情况良好。
⑦线路结构动力响应:
轨枕加速度峰值30~40m/s2,道碴加速度峰值10m/s2,只有极少数峰值15m/s2,与普通快速客车200km/h时的动力响应相近。
⑧噪声控制:
在客车中部测量值为:
400km/h时73dB(A);500km/h时80dB(A)。
距线路中心线25m处所测噪声:
400km/h时90dB(A),500km/h时97dB(A)。
当列车速度在350~400km/h之间,距线路18~25m处所测振动水平均小于ISO2631标准中关于居民区夜间的极限值。
⑨牵引性能:
13 200kW最大功率时,速度为460km/h,牵引力为100kN。
450km/h以上速度时,列车空气阻力产生相当于8km/h·s-1的减速度。
5.5其他类型的第二代TGV高速动车组
5.5.1AVE型(西班牙TGV)
AVE型动车组是西班牙国铁和法国阿尔斯通公司签订协议,向法国订购并实施技术转让的项目,运行于西班牙马德里—塞维利亚高速铁路新线上。
总共生产24列,其中20列在西班牙制造。
第一列于1991年供货。
1992年全面投入运营。
和法国TGV—A型动车组一样,AVE也为双电流制,单相25kV、50Hz和直流3kV。
整个西班牙既有铁路网上,除新建高速线路外,都采用直流3kV供电,而法国的既有线供电制式为DC1.5kV。
AVE型动车组的基本技术与TGV—A型动车组完全一样,只是编组为1L+8T+1L。
为了适应西班牙的气候条件及国情,AVE在列车外形设计及内部装修上作了修改,使其更具有特色。
根据西班牙客户的要求在车内布置上也作了调整,例如车厢顶棚上安装了多个电视屏幕,为旅客播放录像,声音由座席上的耳机播放。
由于西班牙高速新线有17座75m2截面的隧道,为了在通过隧道时,避免压力波对旅客耳朵产生不适感觉,AVE型动车组采取了加强气密性的技术措施。
TGV—A型动车组与TGV—PSE型动车组一样尚无此考虑。
AVE型动车组在两车厢之间铰接通道部分加强了气密性。
另外在车厢的进、排气口处也设置了进、排气阀,以便在隧道内关闭阀门,避免压力波冲击。
气密性要求按欧洲一般规定,气压波动不超过1 000Pa,气压变化率不大于200Pa/s。
车内气密性要求为车内气压从4 000Pa降至1 000Pa的时间不超过40s。
TGV高速列车系统对车辆静止时车体传热系数没有严格要求,一般按照UIC标准567—1规范不大于1.8W/m2·K-1。
AVE动车组详细技术参数参见第四篇“西班牙高速铁路技术”。
5.5.2TGV—R型
TGV—R型动车组称为网路用TGV,主要用于巴黎周围联结各省的高速铁路运输。
1992年第一列TGV—R投入巴黎—里尔北方线运用,自1994年起,法国三条高速铁路线:
巴黎—里尔北方线,巴黎—里昂东南线,巴黎—波尔多大西洋线已经联成网络,成为一体。
TGV—R型动车组可以在三条高速线中的任两条上运行。
巴黎—里尔—布鲁塞尔(比利时)一线也可以乘坐TGV—R型动车组。
TGV—R型动车组与TGV—A型动车组基本相同,只是编组为1L+8T+1L,比TGV—A编组少了两节拖车,动力转向架仍为4台。
其原因在于保持总牵引功率8 800kW不变条件下,即使有一台动车转向架出故障而切除,也能保证其在35‰坡道上启动或爬坡。
因为TGV—R型动车组也要在具有35‰坡度的巴黎—东南线高速铁路上运营。
TGV—R型动车组共有110列投入运营,其中80列为二流制供电(25kV、50Hz及DC1.5kV),主要运营在法国本土,另有30列为三流制供电(25kV、50Hz,DC1.5kV,DC3kV),因为需要适应比利时的3kV直流供电制式。
另外车载信号系统也同时适应法国及比利时的信号制式。
TGV—R型动车组与AVE一样采取了加强气密性的技术措施。
同时在拖车强度设计时也要考虑气密强度,其载荷标准一般取±4 000Pa。
图2—5—64为TGV—R型动车组的平面布置图。
TGV—R型动车组主要技术参数参见表2—5—1。
TGV—R型动车组采用的同步牵引电机型号为SM47型,与TGV—A的STS—44—39—4型同步电机在参数上有微小差别,其主要技术参数见表2—5—12所示。
表2—5—12TGV—R同步牵引电机主要技术参数
〖BHDFG2,WK12,K122W〗型号SM47持续功率/kW1 130(4 000r/min)最高转速/r·min-14 000重量/kg1 525通风量/m3·min-1强制通风1.25绝缘200级(温升200℃)5.5.3TGV—TMST型(Eurostar)
(1)概述
TGV—TMST型动车组又称为欧洲之星(Eurostar),该型动车组专门负责巴黎—英吉利海峡隧道—伦敦及伦敦—英吉利海峡隧道—布鲁塞尔的高速旅客运输。
这种形式的高速动车组将英国、法国和比利时三国的首都联结在一起。
TGV—TMST型动车组于1987年由TMST集团负责开始研制。
TMST集团由英国、法国、比利时的多家大工业企业组成。
内部分工为机械部分由法国铁路负责,电气部分由英国铁路负责。
1993年第一列TGV—TMST型动车组投入运营,1995年运营路线又从伦敦延伸至曼彻斯特和爱丁堡。
TGV—TMST共订购38列,其中用于巴黎—伦敦、布鲁塞尔—伦敦的31列,其编组为1L+9T+9T+1L,而用于伦敦北部延长线上的有7列,其编组为1L+7T+7T+1L。
列车编组缩短的原因是英国北部既有线车站站台较短,TGV—R的标准编组总长为393.72m容纳不下,只能缩短为318.82m的较短编组。
订购的所有列车,英国购置40%,法国购置40%,比利时购置20%。
TGV—TMST的主要技术参数参见表2—5—1。
(2)TGV—TMST型动车组的特点
尽管TGV—TMST是从TGV—A发展派生而来,同属于第二代TGV高速动车组,但由于运营条件不同,以及某些部件研制开发的主体不同,TGV—TMST相对于TGV—A有不少改进之处,主要的不同点如下所述。
①在TGV系列中第一次采用了GTO晶闸管和三相交流异步牵引电机传动系统。
②必须适应法国、英国、比利时三国的供电制式〖TPT,+221mm。
147mm,BP,DY#〗〖TPT,+221mm。
147mm,BP,DY#〗及信号制式。
③为了防止海峡隧道内发生火灾,在列车编组形式及车体结构方面必须采取特殊措施。
④为了满足三国不同的机车车辆限界及站台高度、供电方式的要求,车体结构具有新的特点。
(3)TGV—TMST编组及平面布置
TGV—TMST的编组中,两端为两台动力车,与动力车相邻的拖车有一台动力转向架。
对于2动18拖列车的半列动车组而言,R1拖车有一台动力转向架,车上配有动力控制柜,另有4辆二等拖车(R2~R5),一辆酒吧车(R6),3辆头等拖车(R7—R9)。
半列TGV—TMST型动车组的编组及平面布置见图2—5—65所示。
由于2个半列车背靠背编组成一列,而每半列的最后一辆拖车相互是用自动车钩相连(即R9与R10之间),这种编组主要为了防止隧道内发生火灾而设计,当有一台动力车起火时,可迅速丢弃损坏的动力车,用另一台动力车牵引列车出隧道。
当有拖车因火灾损坏时,可将受损的半列拖车上的旅客转移到另半列上,在全列动车组的中间分解开,然后未损伤的半列车撤出隧道。
整列动车组可在每辆动力车与相邻拖车之间分解或拖车R9与R10之间分解。
分解时只需分离一个自动车钩,一根电缆联结线及分开通过台的机械结构,分解工作可待列车停车时在车内进行。
(4)采用电压型变流器的异步牵引电机传动系统
TGV—TMST的动力车牵引传动系统必须能在3种供电电压制式下正常工作,因此其主电路设计采取了较特殊的方式,如图2—5—66所示。
主变压器有4个二次绕组,每个绕组与一个整流器相连,整流器是成对联结的,采用晶闸管混合桥加150Hz滤波器,主变压器和输入滤波器的电感线圈放在同一个硅油油箱内,油箱铝制,导热性好,重量轻,可装在动力车内。
当25kV供电时,运用变压器二次绕组端的滤波器,能在整个牵引力—速度范围内有较高的功率因数。
每对整流器中有一个是可控的,以调整直流中间回路1 900V额定电压。
〖TPTIET2566,+75mm。
145mm,BP#〗图2—5—66TGV—TMST型动车组的动力车主电路图由于变压器采用硅油冷却,其工作温度明显高于其他传统的矿物油冷却。
与TGV—A型动车组相比,变压器尺寸尽管相同,绕组也一样,但其功率提高了40%。
在直流3kV供电电压下,输入电压通过GTO晶闸管斩波器调节,斩波器由2个4.5kV、3kV的GTO串联而成,提供1 900V直流中间回路电压。
当供电电压为直流750V时,电压通过输入滤波器直接供给中间回路。
在总电器柜中,安装了整流器、斩波器、辅助斩波器及各种电子零部件。
其最大可调节的功率是:
25kV为6.7MW,6.1MW用于驱动,0.6MW用于辅助装置;DC3kV时为2.8MW,DC750V时为1.7MW。
总电器柜尺寸为4 250mm×2 200mm×1 500mm,重6.5t。
半导体器件全部采用强迫油冷方式。
异步牵引电机与电机控制柜组成基本的牵引单元。
每个电机控制柜重2 700kg,分别供电给一台转向架上的两台牵引电机的牵引和电阻制动及其辅助设备。
电机控制柜内包括为两台电机供电的两台逆变器、电子控制装置、制动电路斩波器及其辅助设备,电机控制柜单元的电路图示于图2—5—67。
电机侧逆变器采用4.5kV、3kA等级的GTO元件。
〖TPTIET2567,+75mm。
145mm,BP,DY#〗图2—5—67TGV—TMST电机控制柜单元电路图异步牵引电机型号为TRIM2151B型,具有尺寸小、重量轻、转矩—速度性能优良等特点,主要因其采用了通过转子和定子之间的气隙进行通风的结构。
此外,冷却风还通过迭片定子铁心的外部及电机外壳进行冷却。
TRIM2151B异步牵引电机外形结构见图2—5—68。
主要技术参数示于表2—5—13。
表2—5—13TGV—TMST异步牵引电机主要技术参数
〖BHDFG2,WK122,K12W〗型号TRIM2151B绝缘等级H级最高转速/r·min-14 000最大转矩/N·m4 093功率/kW1 020(不包括齿轮)重量/kg1 260线电压/V1 340额定电压/V550最高频率/Hz200每辆动力车的辅助斩波器可将直流中间电压降低到额定的直流500V,用以供给列车用电电路。
每一套电机控制柜单元内的斩波器分别向所联结的两台电机辅助设备提供500V直流电源,包括冷却系统电源。
3种供电方式的牵引特性曲线见图2—5—69所示。
(5)拖车供电系统
每半列动车组具有下列供电线(见图2—5—70):
①2条直流500V列车总线,给取暖设备、2台250kV·A逆变器、2个蓄电池充电器供电。
②2台逆变器供电的380V三相交流电路,向拖车空调机组提供380V、50Hz交流电。
③2台蓄电池充电器供电的直流72V电路,向拖车旅客包间提供照明,向拖车电气柜监控装置提供电源。
TGV—TMST型动力车的总重量为67 769kg,其中车体54 230kg、转向架13 539kg。
动力车质量的详细分配见表2—5—14所示。
18辆拖车在严塞冬季取暖需要1 230kW功率,在夏季当空调调节到最大时需要830kW,拖车采用2条500V直流总线,选择该电压一方面是由于英国铁路第三轨供电电压为750V,另一方面为保证向空调器输出380V、50Hz三相交流电源。
4台降压斩波器功率各为425kW。
〖TPTIET2568,+70mm。
87mm,ZS,DY#〗图2—5—68TGV—TMST异步牵引电机剖面结构1—定子;2—定子线圈;3、4、5—接线端子箱;6、7—端盖;8、9—密封轴承;10、11—转子;12—平衡设备;13、14—防雪设备;15、16—鼠笼。
〖TPTIET2569,+68mm。
60mm,YS,DY#〗图2—5—69TGV—TMST在3种不同供电方式下的牵引特性曲线〖DZ(110mm,34mmK3mm〗〖TPTIET2570,+79mm。
110mm,BP#〗①—72V负载(电子控制装置);②—动力车辅助斩波器;③—500V负载(取暖);④—动力车辅助设备供电;⑤—380V负载(空调);⑥—动力车1;⑦—拖车R1~R9;⑧—拖车R10~R18;⑨—动力车2。
图2—5—70TGV—TMST拖车供电线路
(6)车体断面及结构特点
TGV—TMST的动力车和拖车的断面都必须同时符合UIC505—2规范及英国铁路限界规定。
由于英国铁路限界较小,因而TGV—TMST的拖车车体宽度由TGV—A的2 904mm减小90mm,成为2 814mm。
图2—5—71所示为TGV—TMST与TGV—A及欧洲隧道穿梭列车的车体断面比较。
三国路网上的车站站台和隧道中的应急站台,其几何形状及高度各不相同。
为此,为了方便不同站台的上下车,而且还不妨碍英国境内用第三轨受流的功能,TGV—TMST的拖车设计一种有2个活动踏板的步梯。
车体下部的断面也与一般TGV列车不一样,向里收紧一块,图2—5—72所示为TGV—TMST的两个可翻出及缩回的活动踏板,与各国站台位置的匹配情况,并且有TGV—R拖车的一个车厢侧面轮廓线作比较。
表2—5—14欧洲之星动力车质量分配(kg)
〖BHDFG2,WK142,K10W〗名称质量〖BHDG12,WK142ZQ2,K10W〗车体骨架的组装8 929主要管路1 001机械安装995布线3 096司机室1 856司机室鼻部设备1 569主要部件主变压器9 275气阀柜262电机柜1+25 810通用柜6 700电阻柜1 135通号安全系统82整套司机台1 111工具柜86车下部分1室4242室3573室1 1544室3905室2986室292车顶部分1部分1292部分4263部分5664部分1 088机械设备7 190合计54 230转向架安装13 539总计67 769〖TPTIET2571,+65mm。
61mm,BP#〗图2—5—71TGV—TMST与TGV—A及欧洲隧道穿梭列车断面比较(单位:
mm)〖TPTIET2572,+73mm。
70mm,BP#〗图2—5—72TGV—TMST型拖车的踏板与各国站台位置的匹配(单位:
mm)TGV—TMST的动力车上装有一个标准的TGV受电弓,另装有一个特别适合比利时接触网的受电弓,还装有适合英国铁路第三轨供电的受电靴。
受电靴是活动的,在英国境内翻下进行受流,离开英国后又可以缩进,以便不超出UIC机车车辆限界。
车体结构还具有如下几方面的特点:
①鉴于第一代TGV设计的经验,改善了司机室对烟、气的密封性能,同时采用了火灾自动探测及灭火系统;一旦探测到火灾灾情,空调
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- 法国 高速铁路 技术 tie25c