3807高速列车及牵引供电

7高速列车及牵引供电1537高速列车及牵引供电7.1高速列车的分类与发展概况目前世界上拥有自主开发并已成功运用高速列车的国家有日本、法国、德国、意大利等，它们的共同之处是在高速列车各部件都大力应用高新技术，但又各具特色，即根据本国的运用条件和传统经验，特别是在转向架结构、列车动力配置及构成形式、电传动及控制技术等方面都有各自的特点。7.1.1高速列车的分类高速列车的分类是根据国外已成功运用的高速列车的几种不同特点进行的，这些特点主要表现在列车动力驱动轴的分布和动力设备的配置以及列车车辆之间的联接方式和组成结构，一般可将它们划分为图7-1所示的不同类型。图7-1高速列车分类示意图高速列车按列车动力轮对的分布和驱动设备的设置分为动力分散型和动力集中型；按列车车辆转向架布置和车辆之间的联接方式分为独立（转向架）式和铰接（转向架）式。较为典型的如日本各系高速列车和德国的ICE3高速列车，属动力分散型、独立转向架；法国的TGV高速列车，属动力集中型、铰接转向架；德国的ICE1、ICE2高速列车，属动力集中型、独立转向架；法国的AGV高速列车，属动力分散型、铰接转向架。动力分散型列车是将由电机驱动的动力轮对，分散布置在全部列车或列车的多组7高速列车及牵引供电154轮对上，同时将主要电器及机械设备吊挂在车辆下部，列车的全部车辆都可载客，如图7-1(c)、(d)；动力集中型列车是将电器和动力设备集中安装在位于列车两端的动力车上，仅有动力车的轮对是受电机驱动的动力轮对，动力车不载客，只有中间拖车（无动力轮对）可载客，如图7-1(a)、(b)。独立式列车的每节车辆的车体都置于两台转向架上，车辆与车辆之间用密接式车钩相联接，每节车辆从列车上解挂后，可以独立行走；铰接式列车是将车辆的车体间以弹性铰相联接，在相邻车体的连接处放置一个共用转向架，因此每节车辆不能从列车中解开成为一个独立可行的车辆。由列车动力轮对两种分布类型和车辆联接与转向架布置的两种方式相互组合就出现了如图7-1所示的4种型式不同的高速列车。动力集中型高速列车具有以下优点：（l）它与传统的列车相似，便于按习惯进行运行管理和维修管理。（2）故障相对较高的电器、机械设备集中在头车，运用中便于监测和进行技术保养，这些设备的工作环境也较清洁。（3）机械、电气设备与载客车厢相隔离，车厢内噪声、振动较小。（4）牵引头车可以摘挂（虽然不是传统列车的自动车钩那样的方便摘挂）使列车进入既有线，甚至可更换内燃机车使列车直接进入非电气化铁路运行。动力集中型高速列车的缺点在于：（l）动力头车不能载客，相对减少了载客量。（2）动力头车集中了全部动力设备，减轻设备重量比较困难，而高速列车要求列车的轴重尽量轻。（3）高速度的列车需要头车产生足够的大粘着牵引力，因而动力车轮的轴重不能太轻，这与（2）条提到的要求形成难以克服的矛盾。（4）速度越高，列车的功率越大，大功率动力设备的重量也相应增大，这与减轻重量的要求又是矛盾。（5）动力头车的制动能力受到粘着的限制，需要拖车分担部分制动功率，因此列车的制动性能欠佳。动力分散型高速列车的优点是：（l）可较充分利用车辆载客，增加列车载客量。（2）将牵引动力设备和牵引电机的功率和重量分散由列车的各个车辆负担，较易实现高速列车减轻轴重的要求。（3）列车的牵引力分散在各个动力车轮上，可解决高速列车大牵引力与轴重限制之间的矛盾。7高速列车及牵引供电155（4）列车制动力由全列车各车辆分担，可充分利用动力制动功率，因而列车具有较好的制动性能。动力分散型高速列车也存在一定的缺点：（l）车辆下部吊装动力设备，其产生的振动和噪声会影响车厢内的舒适度，为隔振降噪增加技术难度。（2）动力设备安装在车下，要求体积小，工作环境差，分散的动力设备故障率相对较高。（3）列车只能单元编组，不能驶入非电气化铁路运行。（4）与传统运营、维修管理体制和习惯不适应，必须建立一套新的维修保养体系。（5）动力设备分装在各车辆，给车辆本身的减重又增加了一定困难。7.1.2高速列车的发展概况下面围绕日本、法国、德国、意大利等国高速列车介绍世界高速列车的发展概况，摆式列车另见本章第四节。1．日本新干线高速列车日本是建设高速铁路最早的国家。1964年，世界上第一条铁路高速运营线—东海道新干线建成，0系高速列车投入运营，最高试验速度256km/h，最高运行速度210km/h。1982年，东北、上越新干线开通，200系高速列车投入运营，最高运行速度240km/h。1989年又研制成功300系高速列车，最高运行速度270km/h，实现了东京—新大阪的旅行时间缩短到2.5h。1991年为了实现新干线与既有线路的直通客运，日本又研制出400系高速列车，最高试验速度345km/h，1992年正式投入运营。从1992年开始，日本先后研究制造出WlN350（试验列车）、STAR21（试验列车）、E1系、300X（试验列车）、E2系、E3系、E4系、500系及700系等高速列车，还设计了800系概念车。其中，日本WlN350型高速列车6辆编组，1992年8月创造了350.4km/h的当时日本最高速度记录，为500系前身；日本STAR21型高速列车9辆编组（有铰接式车辆5辆，独立式车辆4辆），1993年12月创造了425km/h的当时日本最高速度记录，为“面向21世纪促进铁路发展的高级列车；日本300X型高速列车6辆编组，1996年7月创造了443km/h的日本最高速度记录，为700系前身；E4系是日本另一类具有代表性的高速列车，是由E1系发展而来的全部由双层车辆构成的新型列车，1997年开始运营，速度为240km/h。700系客车车体结构的基本构件与300系相同，采用铝合金中空挤压型材，中空部分在挤压成型时填充了隔音隔热材7高速列车及牵引供电156料，从而降低了车内噪声，提高了旅客乘坐舒适度。列车监控系统进一步完善，实现了车辆监控智能化，除了具有车辆状态和故障显示功能外，还具有自动检查功能。图7-2～图7-15示出了日本新干线高速列车的外形。图7-2日本0系高速列车外形图7-3日本100系高速列车外形图7-4日本200系高速列车外形图7-5日本300系高速列车外形图7-6日本400系高速列车外形图7-7日本WIN350型高速列车外形7高速列车及牵引供电157图7-8日本STAR21型高速列车外形图7-9日本300X型高速列车外形图7-10日本E1系高速列车外形图7-11日本E2系高速列车外形图7-12日本E3系高速列车外形图7-13日本E4系高速列车外形7高速列车及牵引供电158图7-14日本500系高速列车外形图7-15日本700系高速列车外形我国台湾省将以日本新干线700系列高速列车为基础设计的51辆车组以300km/h运营于台北—高雄高速线上。2．法国TGV高速列车法国是继日本之后，在欧洲首先发展高速铁路的国家。1965年，法国提出了发展高速铁路的设想。1969年，法国国铁向Alstom公司订购了TGV001样车，这是对TGV乃至世界高速列车历史产生深远影响的样车，它是TGV的雏形。1972年4月样车出厂，TGV001型是由5辆车组成的燃汽轮动车组，其主要特点是采用铰接转向架，当年最高试验速度已达318km/h。由于受到世界石油危机的影响，法国放弃研制以燃汽轮为动力的高速列车，加速研制高速电动车组。1974年对研制的Z7001电动车组进行了高速试验，其中有48次列车以300km/h的速度运行，奠定了高速运行的基础。1981年，首列第一代TGV高速列车TGV-PSE（图7-16）以260km/h的速度在巴黎-里昂正式运营，1983年速度提高到270km/h，其最高试验速度380km/h；1989年，第二代TGV高速列车TGV-A（图7-17）投入运营，最高运行速度300km/h，1990年创下了试验速度515.3km/h的世界记录；网路TGV即TGV-R（图7-18）于1993年投入运用，环绕巴黎将几条高速线连成一体，最高速度300km/h；TGV-E即欧洲之星EUROSTAR（图7-19）于1994年运行在巴黎—伦敦—布鲁塞尔，是穿越英吉利海峡隧道的高速列车，最高速度300km/h，在英吉利海峡隧道内160km/h，在比利时200km/h；TGV-PBKA（图7-20），即TGV-Thalys运行于4个欧洲国家，联结巴黎（P）—布鲁塞尔（B）—科隆（K）—阿姆斯特丹（A）四国首都，是一种适应4种电流制的列车，最高速度300km/h，1996年投入运用。网路TGV-R、TGV-E、TGV-PBKA、西班牙AVE、韩国TGV-KTX，均属于同一代产品，车体结构与TGV-A大致相同，仅在外形、内部设备和一些技术装备有所差别。7高速列车及牵引供电1591995年，第三代TGV高速列车—TGV-2N型全双层高速列车（图7-21），在北方新干线投入运营，运行速度300km/h。TGV-2N高速列车采用了很多新技术、新工艺、新材料（铝质车体）。该列车的投入运营标志着法国铁路客车制造技术达到了新水平，位居世界高速列车制造业前列。2001年，开发出新一代TGV-AGV电动车组（图7-22），最高运行速度350km/h。AGV与以前的TGV列车主要区别是采用了动力分散式，只有拖车组铰接在标准的TGV车组上。AGV列车由9节不同的模块组成，包括混编的单层和双层车辆，预计2007年在巴黎—斯特拉斯堡东线运用。TGV高速列车的主要特点是采用了铰接技术，将相邻车体铰接，转向架置于铰接处，增强了列车的整体性，减少了转向架数量和列车运行阻力，提高了列车的运行平稳性和安全性。TGV使法国在传统轮轨高速领域处于技术领先地位。1996年，欧盟各国的国有铁路公司经联合协商后确定以法国技术作为全欧高速客车的技术标准，同时TGV技术被出口至韩国、西班牙和澳大利亚等国，是运用最广泛的高速轮轨技术。1992年4月，西班牙国营铁路开通了马德里～塞维利亚电气化高速铁路，并投入运营了从法国定购的AVE动力集中式高速列车（图7-23）。一部分AVE高速列车在西班牙境内组装，该列车10节编组，最高运行速度可达300km/h。AVE高速列车在TGV-A的基础上设计，由于要通过西班牙山区17处隧道，对列车密封作了改进。在韩国的高速列车招标中，法国Alstom于1993年中标。根据合同，法国提供46列（KTX型），韩国自行研究制造34列(KHST型)。2004年4月，在韩国高速铁路线投入运营。KTX型高速列车（图7-24）一列编组20辆，是TGV定员最多（1000人）、功率最大（13200kW）的高速列车，运营速度300km/h，采用法国TGV-R技术，比“欧洲之星”短，但座位较密，定员较多，可以满足大运量的要求。目前共计46列车（920辆车）投入运营。目前韩国依靠本国技术和外国技术（TGV）已自行研制出KHST样机（图7-25），正在进行轨道试验，最高速度达350km/h。图7-16法国TGV-PSE高速列车外形图7-17法国TGV-A高速列车外形7高速列车及牵引供电160图7-18法国TGV-R高速列车外形图7-19法国EUROSTAR高速列车外形图7-20法国TGV-PBKA高速列车外形图7-21法国TGV-2N高速列车外形图7-22法国TGV-AVG高速列车外形图7-23AVE高速列车外形7高速列车及牵引供电161图7-24KTX高速列车外形图7-25KHST高速列车外形3．德国ICE高速列车ICE型高速时代真正投入运营在上世纪90年代初，比TGV约晚10年，有ICEl、ICE2、ICE3等几种。1985年，德国试制成功ICE高速列车。ICE-V高速列车（试验型ICE，见图7-26)于1988年5月试验速度达406.9km/h。1991年7月ICEl高速列车（图7-27)正式投入运营，最高运行速度280km/h。1996年，德国成功地制造出ICE2型高速列车（图7-28)，其结构与ICE1基本相同，可两列联挂，1998年投入运营。1999年初，ICE3(图7-29)问世并投入试