高速铁路光缆敷设毕业论文

铁路电力工程施工问题分析论文

摘要： 电力电缆是铁路电力工程建设过程的重要部分，为了达到设计建设标准，就应该将铁路电力工程建设中的各个环节做好，保证铁路电力工程施工的质量。文章对高速铁路的电力系统的供电线路以及施工进行了介绍，对铁路电力工程施工中存在的问题进行了分析，并提出了相应的解决办法，希望能对铁路电力工程施工起到一定的指导作用。

关键词： 铁路电力工程；电力电缆；工程施工；施工质量；铁路建设

近年来，我国在铁路建设方面的投入急速增加，这在很大程度上推动了铁路电力工程施工技术的发展和工程质量的提高。然而在实际的铁路电力工程的施工过程中却有些不尽如人意的地方，尤其是一些比较突出的技术问题和管理问题，这对铁路电力工程的施工质量和供电系统的安全供电造成了十分不利的影响。在这种情况下，就需要详细地了解铁路电力系统的供电原理和铁路电力工程的施工情况，找出其中的根本性问题，提出合理的解决办法，彻底解决在铁路电力工程施工中存在的问题，进而提高铁路电力工程的施工质量，保证供电系统的安全、正常供电。由于当前电缆线路的使用所占比重正逐渐增加，下文将着重介绍电力电缆的施工情况及相关问题。

1铁路供电线路系统简介

铁路系统获取的电能是从发电厂通过升压将电力传输到铁道供电系统的变电所，变电所将电压或者电流降低至适合于铁道列车使用的范围，然后再由架空线或者电力电缆输送到列车。所以说架空线路和电缆线路是铁路供电线路系统中最为核心的部分，下面对这两种供电线路的特点进行简单介绍：

架空线路

架空线路是利用绝缘子将导线固定于直立的电杆上以传送电力的输电线路，架空线路主要由输电导线、绝缘子、电杆以及接地装置等组成。同电缆线路相比较，其优点在于架空线路的成本低，架设的时间短，并且便于维护和检修；然而架空线路也有着明显的缺点，由于其暴露在外界环境中，会受到各种气象条件的影响，例如气温变化、暴雨袭击、冰雹、闪电等这都会对架空线路的保护层造成严重损伤，严重时还会出现停电事故。

电缆线路

电缆线路通常由导线、绝缘层以及保护层构成。电缆线路一般用于架空线路难以架设的地区，例如城市、隧道等特殊地段。同架空线路相比较，电缆线路的优点在于其供电可靠性高，不用占用地面上的空间，不需要架设电杆，节约了木材、水泥等，此外，由于电缆线路的可靠性很高，所以其运行维护以及检修非常简单。不过电缆线路也有着比较明显的缺点，首先电缆价格昂贵，另外电缆接头的施工工艺较为复杂，容易出现故障，并且在敷设完成后，对电缆进行检修非常困难。

2铁路电力工程施工技术简介

在电力传输中，电力电缆的使用的比重逐渐增加，并且随着国内经济持续快速的发展，电力电缆行业得到迅速发展，尤其是铁路供电系统。因此在铁路电力工程施工中，电力电缆的使用率逐年增加，故下文主要介绍铁路电力工程施工中电力电缆的施工技术。

铁路电力电缆的施工敷设方式

路基区段。在普通的路基区段，电力电缆应该沿着轨道两侧预留的槽进行敷设，在穿过轨道时，电缆外应套上钢管进行保护。此外在路基段与桥梁段、隧道段的过渡区应该设置过渡段，并且还需要满足电缆弯曲半径的要求。

桥梁区段。在桥梁区段，电力电缆应该沿着桥梁轨道两侧预留的槽进行敷设，并且在桥梁上还需要考虑预留电力电缆用于引上或者引下的锯齿形槽口；在将电缆线引出电缆槽或引下桥梁时，应将引出的电缆敷设在桥墩上的电缆桥架上。

隧道区段。在隧道区段，电力电缆需要敷设在沿着隧道轨道两侧预留的槽中，并且在隧道的照明洞室内应当设置满足电缆完全半径要求的余长腔，此外在隧道的进出口以及隧道内各腔室的附近应该设置一组过轨钢管，以保证电缆不受损坏。

站场区段。在站场区段，高压低压的线路全部采用电力电缆，通常应该敷设在沿途的沟槽中，部分地段可以采用加钢管保护的直埋敷设。

铁路电力电缆敷设施工工艺

直埋敷设施工工艺。直埋敷设施工可分为三部分，分别是开挖沟槽、直埋电缆敷设以及填回土。开挖沟槽。主要有以下要求：第一，沟槽距离地面的深度至少为，在沟槽穿越道路时，应该加深至1m，穿越农地时深度至少为，在电缆供电电压超过35kV时，深度至少为1m；第二，穿越城市轨道交通时，电缆应安装规范采取相应的保护措施；第三，沟槽的转弯半径应该满足电缆敷设的弯曲半径要求；第四，在山坡地段挖槽时，应挖成摆线形式的曲线，以便于电缆的敷设，且能减小电缆被洪水冲断的可能性。直埋电缆敷设。在直埋电缆敷设前，应该对施工现场，电缆线等进行检查，避免出现电缆损坏。敷设时，电缆应该摆放整齐，不出现交叉，并在电缆外加盖电缆保护板，在电缆引出地段应该采取相应的保护措施，在电缆的接头处注上标记等。在敷设完毕之后需要对电缆端部做密封处理，防止电缆线受潮。填回土。用于回填的'土质应对电缆外层无腐蚀且土质中不能含有小石子等硬质杂物；填完土之后，应该进行夯实，并且在直埋电缆的土层上方设置相应的提醒标识牌。

电缆管道敷设施工工艺。电缆敷设前，应检查电缆的线芯应该满足非磁性材料的要求，用于敷设的管道内部必须无杂物，电缆穿过管道时，不能造成电缆损伤。敷设电缆时，电缆所受的牵引力、侧压力应该满足不同电缆质量要求，敷设弯曲半径满足电缆弯曲半径的要求，并在电缆的接头处、拐弯处等易造成电缆损伤的地方采取相应的保护措施，且电缆电压超过110kV时，拐弯处的侧压力不能超过3kN/m（电缆制造厂有特殊规定除外）。在电缆敷设后，应该按照规定将电缆固定于电缆支架上，并做好管道中电缆的密封，在电缆接头处注上标记。

3铁路电力工程施工中存在的问题

管路电缆敷设问题

管路电缆敷设主要包括配管原材料选择不合格、管路保护层不合格、电缆弯折以及线路布置等问题。其中配管原材料选择不合格的问题是在需要镀锌的地方未镀锌，在选用金属管的地方却没有选择金属管；管理保护层不合格的问题是在掩埋的过程中由于监督不到位，会导致保护层不足而引起管路裂缝，严重时甚至会堵塞管路；电缆弯折的问题是在设计沟槽的时候没有考虑电缆的最小弯曲半径，进而致使电缆由于通过电流大进而诱发电感现象，可能损坏电路系统。线路布置问题是在掩埋的过程中对落入管道内的杂物没能清除，这样可能导致在电缆通入管道时造成堵塞或者划坏电缆外层。

铁路电缆架设问题

铁路电缆的架设问题主要是部分施工单位为了牟取私利，在架设电缆时采用劣质产品，并且相关电缆未能进行系统的划分而随意使用，此外在进行电缆连接时相应电缆未能注上标识，而随意将两端电缆进行连接，这样就会使电缆难以满足使用的需要以及造成电力系统的混乱，甚至会由于电缆的质量问题最终导致整个电力系统的瘫痪，造成严重的后果。其他方面的问题在铁路电力工程施工中，由于部分施工人员的专业素质不强，安全意识薄弱，在进行铁路电力工程施工的过程中，就容易出现一些施工问题，例如：施工人员没有按照图纸正确的坐标设置配电箱体以及接线盒；灯位和吊扇钩盒的放置出现较大的偏差；柱子内部的箱盒未能安放整齐，箱盒没有牢固地安放好，出现震动时，其位置就容易发生偏移。

4铁路电力工程施工中问题的建议

管路电缆敷设施工方面的建议

在进行施工之前一定要严格地审核施工图纸，仔细检查其中可能存在的错误和纰漏，对于不合理的地方要进行及时的修正，尤其是电缆的弯曲半径问题，要格外重视。此外在设计理念上要充分结合相关学科，对于因专业问题而造成的施工困难应该及时向有关部门汇报。在施工的过程中要对重点的施工环节进行监督指导，防止施工人员偷工减料，另外要重视管路以及电缆的选择，确保所选用的材料能够满足整个施工的要求，对于购买的材料要详细的清点，防止劣质材料进入施工现场。

铁路电缆架设施工方面的建议

在敷设电缆时，应该做到电缆摆放整齐，不出现交叉，另外在电缆引出地段应该采取相应的保护措施，并在电缆的接头处注上标记等。最后在敷设完毕之后需要对电缆端部做密封处理，防止电缆线受潮。在阶段性的施工完成后要安排专门的质量检测小组对施工质量进行检测评估，对电缆线的接通与否进行检测，防止施工过程中出现差错，尤其是电缆接头接错以及电缆断路。其他施工方面的建议为了避免出现由于施工人员专业技能不强而引起的问题，企业应该重视对施工的管理工作，施工企业要对施工人员进行系统培训，提高现场施工人员的素质，要求施工人员按照相关规则制度进行施工作业，建立由老员工带领新员工进行施工作业的合理制度，理论联系实际，让所有施工人员养成良好的施工习惯。此外还要制定相应的惩罚制度，对于违反施工规范的员工进行相应的惩罚，对于技术管理人员的任命一定要严格谨慎，技术管理人员必须要有足够的施工管理经验。最后在工程交付时，一定要做好质量安全检查，以确保施工中的监测以及工程完成后的把关。

5结语

总而言之，铁路电力工程的建设是整个铁路建设的重要组成部分，对于施工工程中可能存在的问题一定要引起高度重视，预防和解决这些问题对于整个铁路电力工程的建设具有非常重要的现实意义。

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[论文关键词]铁路 电力 远动终端 干扰 [论文摘要]研究分析电磁干扰产生的原因、特点及干扰对电力远动系统的影响，从设计的角度对铁路电力远动监控系统进行抗干扰分析研究。 抗干扰设计是电力远动监控系统安全运行的一个重要组成部分，在研制综合自动化系统的过程中，如果不充分考虑可靠性问题，在强电场干扰下，很容易出现差错，使整个电力远动监控系统无法正常运行或出错误（误跳闸事故等），无法向站场和区间供电，影响铁路行车安全。 一、电磁干扰产生的原因及特点 （一）传导瞬变和高频干扰 1．由于雷击、断路器操作和短路故障等引起的浪涌和高频瞬变电压或电流通过变（配）电所二次侧进入远动终端设备，对设备正常运行产生干扰，严重还可损坏电路。2．由电磁继电器的通断引起的瞬变干扰，电压幅值高，时间短、重复率高，相当于一连串脉冲群。3．铁路电力供电中，特别是现代高速铁路对电力要求都比较高，一般都是几路电源供电，母线投切转换比较频繁，振荡波出现的次数较多。 （二）场的干扰 1．正常情况下的稳态磁场和短路事故时的暂态磁场两种，特别是短路事故时的磁场对显示器等影响比较大。2．由于断路器的操作或短路事故、雷击等引起的脉冲磁场。3．变电所中的隔离开关和高压柜手车在操作时产生的阻尼振荡瞬变过程，也产生一定的磁场。4．无线通信、对讲机等辐射电磁场对远动终端会产生一定的干扰，铁路中继站通常会和通信站在一处，通信发射塔对中继站电力远动终端设备的干扰比较大。 （三）对通信线路的干扰 1．铁路变电所远动终端的数据由串口通信经双绞线进入车站通信站，再经过转换成光信号沿铁通专用通信光缆送至电力远动调度中心，遥信和遥控数据在变电所到通信站的过程走的是电信号，由于变电所高低压进出线缆很多，远动终端受的干扰比较大。2．中继站一般距铁路都比较近，列车通过时的振动对远动终端设备有一定的干扰。 （四）继电器本身原因 继电器本身可能由于某种原因一次性未合到位而产生干扰的振动信号，或负荷开关、断路器、隔离开关等二次侧产生振动信号。 二、干扰对电力远动系统的影响 无论交流电源供电还是直流供电，电源与干扰源之间耦合通道都相对较多，很容易影响到远动终端设备，包括要害的CPU；模拟量输入受干扰，可能会造成采样数据的错误，影响精度和计量的准确性，还可能会引起微机保护误动、损坏远动终端设备和微机保护部分元器件；开关量输入、输出通道受干扰，可能会导致微机和远动终端判断错误，远动调试终端数据错误远动终端CPU受干扰会导致CPU工作不正常，无法正常工作，还可能会导致远动终端程序受到破坏。 三、抗干扰设计分析 （一）屏蔽措施 1．高压设备与远动终端输入、输出采用有铠装（屏蔽层）的电缆，电缆钢铠两端接地，这样可以在很大程度上减小耦合感应电压。2．在选择变电所和中继站电力设备时尽量选设有专门屏蔽层的互感器，也有利于防止高频干扰进入远动终端设备内部。3．在远动终端设备的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可以有效抑制外部高频干扰。 （二）系统接地设计 1．一次系统接地主要是为了防雷、中性点接地、保护设备，合适的接地系统可以有效的保障设备安全运行，对于断路器柜接地处要增加接地扁铁和接地极的数量，设备接地处增加增加接地网络互接线，降低接地网中瞬变电位差，提高对二次设备的电磁兼容，减少对远动终端的干扰。2. 二次系统接地分为安全接地和工作接地，安全接地主要是为了避免工作人员因设备绝缘损坏或绝缘降低时，遭受触电危险和保证设备安全，将设备外壳接地，接地线采用多股铜软线，导电性好、接地牢固可靠，安全接地网可以和一次设备的接地网相连；工作接地是为了给电子设备、微机控制系统和保护装置一个电位基准，保证其可靠运行，防止地环流干扰。3．由于高低压柜本身都是多都是采用镀锌薄钢板材料，本身也有屏蔽作用，将高低高柜都可靠接地。4．远动终端微机电源地和数字地不与机壳外壳相连，这样可以减小电源线同机壳之间的分布电容，提高抗共模干扰的能力，可明显提高电力远动监控系统的安全性、可靠性。 （三）采取良好的隔离措施 1．为避免远动终端自身电源干扰采取隔离变压器，电源高频噪声主要是通过变压器初、次级寄生电容耦合，隔离变压器初级和次级之间由屏蔽层隔离，分布电容小，可提高抗共模干扰的能力。2．电力远动监控系统开关量的输入主要断路器、隔离开关、负荷开关的辅助触点和电力调压器分接头位置等，开关量的输出主要是对断路器、负荷开关和电力调压器分接头的控制。3．信号电缆尽量避开电力电缆，在印刷远动终端的电路板布线时注意避免互感。4．采用光电耦合隔离，光电耦合器的输入阻抗很小，而干扰源内阻大，且输入/输出回路之间分布电容极小，绝缘电阻很大，因此回路一侧的干扰很难通过光耦送到另一侧去，能有效地防止干扰从过程通道进入主CPU。 （四）滤波器的设计 1．采用低通滤波去高次谐波。2．采用双端对称输入来抑制共模干扰，软件采用离散的采集方式，并选用相应的数字滤波技术。 （五）分散独立功能块供电，每个功能块均设单独的电压过载保护，不会因某块稳压电源故障而使整个系统破坏，也减少了公共阻抗的相互耦合及公共电源的耦合，大大提高供电的可靠性。 （六）数据采集抗干扰设计 1．在信息量采集时，取消专门的变送器屏柜，将变送器部分封装在RTU内，减少中间环节，这样可以减少变送器部分输出的弱电流电路的长度。2．遥信由于合闸一次不到位或由于二次侧振动而产生的误遥信干扰信号，并且还会产生尖脉冲信号，也可能对遥信回路产生干扰误遥信号。 （七）过程通道抗干扰设计 （八）印刷电路板设计。在印刷电路板设计中尽量将数字电路地和模拟地电路地分开；电源输入端跨接10～100μF的电解电容。 （九）控制状态位的干扰设计 （十）程序运行失常的抗干扰设计 （十一）单片机软件的抗干扰设计 （十二）对于终端至通信站的数字通信电缆加穿钢管，特别是穿越其他电力电缆时，避免和其他电力电缆等同沟敷设并保持一定的交叉距离。 （十三）对于特殊的变（配）电所或区间信号站的环境 （十四）提高远动信息传输的可靠性，在电力调度中心和远动终端之间建立出错重发技术直到住处确认信息为止。

引言高速铁路既是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。高速铁路除了在列车在营运达到速度一定标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升。国内外高铁现状以及高铁特点简介1964年，日本建成世界上第一条高速铁路——东海道新干线，并以时速210km/h投入商业运营。由于修建高速铁路可以带来巨大的社会经济效益，高速铁路的辉煌业绩深受世人瞩目，法国也及时发展了独具特色的可能是目前唯一没有任何盈利色彩而享誉世界的法国产品TGA高速技术，并在1981年率先建成西欧第一条高速铁路。从此TGV一直牢牢占据高速轮轨的速度桂冠，目前的纪录是2007年创下的 公里/小时。欧洲有关部门做出的长远规划是到2015年，全欧高铁铁路总长达到3万公里，其中新建段9100公里，约占30%。 紧接日法之后，德国、意大利、西班牙等都相继修建了高速铁路。并且德国研制独自的ICE（Intercity-Express）机车，美国研制了具有美国特色的Acela。从1972年以后，又相继出现了磁悬浮和摆式列车，而其中的摆式列车由于其性价比较高，有可能是一种在大规模成熟铁路网基础上完成提速的高速铁路技术。 我国的高速铁路研发及建设均起步较晚，但是我国高速铁路建设近几年的发展速度有目共睹，从2008年8月1日我国第一条具有完全自主知识产权的高速铁路——京津城际铁路开通运营，到之后的武广高速铁路、郑西铁路等高速铁路的开工建设及投入运营，我国高铁建设一直得到国家大力的政策支持与资金投入。特别是在过去两年，我国多项高铁建设项目开工并建成投产，宁波～台州～温州、温州～福州、福州～厦门等客运专线相继建成通车，特别是世界上里程最长、时速350公里、全长公里的武广高速铁路开通运营，成为中国高速铁路的又一里程碑。 高速铁路在不长的时期内之所以能取得如此的发展势头，根本原因是基于轮轨系的高速技术充分发挥了既先进又实用的特点，特别是在中长距离的交通中的独特优势。实践表明，高速铁路已是当代科学技术进步与经济发展的象征。高速铁路虽然源于传统铁路，但借助于多项高新技术已全面突破常规铁路的概念，已形成一种能与既有路网兼容的新型交通系统。同时高铁还具有一些其他列车无法比拟的优点：（1）输送能力大：目前各国的高速铁路几乎都能满足最小行车间隔4分钟及其以下（日本可达3分钟）的要求。（2）速度快：法国、日本、德国、西班牙和意大利高速列车的最高运行时速分别达到了300公里、300公里、280公里、270公里和250公里。如果作进一步改善，运行时速可以达到350～400公里。（3）安全性好：高速铁路由于在全封闭环境中自动化运行，又有一系列完善的安全保障系统，所以其安全程度是任何交通工具无法比拟的。（4）受气候变化影响小，正确率高：高速铁路全部采用自动化控制，可以全天候运营，除非发生地震。由于高速铁路系统设备的可靠性和较高的运输组织水平，可以做到旅客列车极高的正点率。（5）方便快捷：高速铁路一般每4分钟发出一列车，日本在旅客高峰时每3分半钟发出一列客车，旅客基本上可以做到随到随走，不需要候车。（6）能源消耗低：如果以“人/公里”单位能耗来进行比较的话。高速铁路为1，则小轿车为5，大客车为2，飞机为7。（7）环境影响好（8）经济效益好：高速铁路投入运行以来，倍受旅客青睐，其经济效益也十分可观。日本东海道新干线开通后仅7年就收回了全部建设资金，自1985年以后，每年纯利润达2000亿日元。德国ICE城市间高速列车每年纯利润达亿马克。法国TGV年纯利润达亿法郎。实例分析 沪杭高速铁路布局及运营现状简介 沪杭城际高速铁路，连接上海与杭州，是中国“四纵四横”客运专线网络中沪昆客运专线的一个组成部分。该工程连接上海、杭州两大城市，由上海虹桥站引出，经松江南-----金山北-----嘉善南-----嘉兴南-----桐乡-----海宁西-----余杭南引入杭州东站，并通过联络线与上海站、杭州站相接，正线全长160公里，其中87％为桥梁工程，全线设车站9座。采用国产“和谐号”CRH380A新一代高速动车组列车，全程持续运营速度为350公里，最高运营时速为380公里。工程自2009年2月26日动工，2010年10月26日正式通车营运。 由于沪杭高铁采用的日本新干线道版运用一种新的轨道施工技术，轨枕本身是混凝土浇灌而成，路基不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上。采用这种施工技术，列车在行驶中即使遇到弯道也不用减速。致使沪杭高铁运行最高时速达到公里，继续刷新世界铁路运营试验的最高时速。

高速铁路信号是高速列车安全、高密度运行的基本保障。下面是我整理的高速铁路信号技术论文，希望你能从中得到感悟!

基于无线通信技术的高速铁路信号系统应用

摘 要

高速铁路信号系统是高速列车安全、高密度运行的基本保障。无线通信技术在铁路信号系统的应用，不但减少了高速铁路的信号系统成本，还较好的确保了高速铁路的安全。随着科学技术的进步，高速铁路不断的向着智能信息化转变，这就给无线通信技术领域提出了更加严格的要求，为了适应高速铁路的快速发展，各国都在潜心研究基于无线通信技术的新一代的铁路信号系统。本文介绍了国外无线通信系统在高速铁路信号系统中的发展情况，分析了运用无线通信技术的高速铁路信号系统的特点和问题，并探讨了无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用。

【关键词】无线通信 高速铁路 信号系统

在整个高速铁路工程中，虽然信号系统的投资总额所占比率较小，但其起到的作用十分关键。由于轨道电路传输环境较差、传输信息的速率较低、设备更新维护费用高，所以基于轨道电路的列车控制系统已经不能满足高速铁路的快速发展要求。在80年代，国外开始研究基于无线通信的铁路信号系统TBS(Transmission Based Signalling)，希望通过无线通信技术的应用来提高铁路的管理职能、缩短列车间隔时间、节约能源、降低系统的成本。1995年在关于TBS的国际会议中，会议代表分析了无线通信技术在铁路信号系统应用的的可行性，并指出了无线通信技术可能给铁路信号系统带来的积极影响，表明了TBS将会成为未来铁路信号系统的发展方向。

1 国外TBS的发展情况

北美TBS的发展情况

1983年，美国铁道协会和加拿大铁道协会共同最早提出了基于无线通信的先进列车控制系统ATCS。ATCS主要是通过数字数据通信手段和先进的微处理器获取列车的精确位置和速度等信息，并对列车进行安全控制。ATCS的运用不仅避免了很多地面信号设备的安装，节省了系统成本，还消除信号盲区，增强了列车的安全系数。ATCS是由中央控制系统、无线数据通信网络、车载设备、路旁设备和线路维护人员移动终端五个子控制系统构成的。它的系统结构设计和功能模块的划分为以后基于无线通信的铁路信号系统奠定了基础。随着无线通信技术的发展，在ATCS之后北美又出现了很多基于无线通信的铁路信号系统，其中ARES可以提供非常可靠的检查和平衡手段，在很大程度上降低了人为操作失误造成的错误，使列车行驶更加安全。另外，PTS、PTC、AATC、ITCS等系统也是比较著名的。

欧洲TBS的发展情况

1992年国际铁盟下属的欧洲铁路研究机构提出了一套欧洲的铁路运输管理系统，包括车票发售、各国铁路互操作性等多个方面，ETCS就是其中非常重要的一部分。在欧共体委员会设立标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS之前，欧洲各国铁路标准和模式不尽相同，轨距、信号设备、供电设备也不一样，因此各国只能使用自己的ATP、ATC系统。各国铁路制式上的差异使得欧洲铁路很难形成连续运输。在设立了标准化欧洲铁路控制系统项目ETCS后，各国的铁路开始逐渐按照统一标准进行规范，并逐渐取代各国不同的列车自动控制系统和防护系统。ETCS的目标就是要实现欧洲铁路的统一，提高各国铁路的互操作性，使铁路控制系统的功能和设备更加规范。

日本TBS的发展情况

在日本铁路信号系统的发展历程中，先后出现了ATS、现行ATC、数字式ATC、计算机和无线通信辅助信息控制系统等。其中现行ATC作为一种列车超速防护系统，以良好的自动制动功能保护了列车的安全。但在系统工作时，采用的最强的自动制动，影响了乘客的舒适程度。在1987年，日本开始基于无线通信的铁路信号系统的研究，为CARAT的出现奠定了坚实的基础。CARAT的使用能够使列车连续测定自身位置和行驶速度，使地面系统能够很好的了解列车运行情况，保证列车的运输安全。

2 TBS的特点和问题

在速度比较高的高速铁路上，距离比较近时，可以采用红外、蓝牙等无线通信技术实现对列车的控制;在距离比较远时，则可以通过全球定位控制系统、信标、计轴装置等来测定列车的速度和位置。车载计算机可以通过无线收发装置将列车的速度、位置信息发送给调度控制计算机，通过调度控制计算机的处理，再将列车允许的最大速度等信息通过无线通信发回给列车计算机。列车司机可以根据车载计算机的提醒进行相应的操作，如果列车司机没有及时作出反应，信息控制系统还可以自行将车速降低到允许范围以内。

TBS的特点

(1)在TBS中，主控中心可以根据列车的运行状态和操作状态通过车载计算机来调整列车的运行，加大了高速铁路信号系统的管理职能，保证了列车的安全，提高了铁路线路的通行能力。

(2)在无线通信信号系统控制下，列车和地面的可靠信息量增大，列车运行变得更加稳定，且避免了不必要的加速和制动，节约了能源，也让旅客乘车变得更加舒适。

(3)无线通信技术的运用，省掉了大量的地面信号装备，大大减少了设备的安装、维护、修整费用。

(4)无线通信信号系统的适应能力极强，通过软件上的调整就可以使列车的运行速度提高，且能够自动调整运行图，大大的提高了铁路运输管理能力。

(5)无线通信信号系统还可以通过车地间的双向信息通道实现列车的闭锁控。

TBS的问题

(1)高铁信号系统使用轨道电路只能使用较低的信息发送频率，传输环境恶劣，很难让电码的传送速率满足高速铁路的运行速度要求。

(2)TBS通过环线设备和应答器件接受数据信息，列车进行操作可能会有时间上的延迟，可能会给列车的运行造成不良的影响。

(3)轨道间的电缆电线作为车地之间的双向信息通道，虽然传输信息量大，抗干扰能力强，但设备费用较高，且防盗能力很差，一旦丢失，后果严重。

3 无线通信技术在高速铁路信号系统中的应用 微机联锁

无线通信技术在微机联锁方面运用的可行性还需进一步研究，但ATCS中提出，可以将检测到的道岔、信号机闭锁状态发送给主控中心，并利用道旁接口单元来接收主控中心的控制命令，以实现控制一组道岔、信号机动作的目的。另外道旁接口单元可以利用无线信道联系控制中心，通过电缆连接现场设备，从而检测并控制一些辅助的子系统。目前看来，无线通信技术用于微机联锁的现场设备可能会增加一些投资，且大型站场道岔众多，干扰较大，但还是具有较好的发展前景。

集中调度

在调度集中系统中，调度中心职要根据车站到发线占用情况和区段内闭塞分区大概了解列车运行的状况，并根据得到的信息排列进路。但利用TBS，控制系统就能够准确的了解列车运行的位置、速度，并根据沿线的信号系统情况发送列车控制命令，保证列车在最短的实践间隔内高速、安全、稳定的运行。无线通信技术赋予列车与控制中心的双线数据通信，给列车的运行带来了很大的方便，且实现了行车指挥自动化。

中继器

在高速铁路的实际运行中，我不可能在所有的高速铁路中都设这无线通信基站，这样不但增加了设备投资，还使无线通信铁路信号系统失去了存在的真正意义。有了中继器，基站就可以通过中继器接受和发送一些射频信号，从而使基站不仅可以管理基站区域范围内的站区，还能够将管理中继器管理的一些车辆和线路。

提高平交道口的通过效率

为了提高平交道口的防护能力和和通过效率，防止由于无线设备故障造成不必要的损失，主控中心按照时间间隔不断的查询道口的运行状态，并将查询信息及时反馈给接近道口的列车。另外主控中心通过接收的列车位置、速度信息，可以计算列车通过道口的时间，并根据实际情况设定列车的最大允许速度和列车运行线路参考。这样，列车通过平交道口就有了安全保障，而且还大大提高了道口的通过效率。

加强维修处防护

在高速铁路某路段需要进行维修时，维修部门可以通过移动终端将维修点输入到系统中，通过主控中心的传送，列车就可以很好的了解路段情况。在实际的运行中，列车可以根据了解到的维修点信息对列车进行操作，另外在列车接近维修点事，移动终端接受到地面系统的警报信号，以保证列车能够及时在维修段之前停车。

4 总结

随着高速铁路的不断发展，要确保列车的安全，先进的信号系统成了高速铁路运行的重中之重。在高速铁路信息系统中，无线通信的运用仍处于初期阶段，在具体的TBS规划时应充分考虑其与全路运输管理系统的接口，使无线通信技术更充分的运用在高速铁路的发展当中。

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[4]杨绚，陈德旺，陈荣高.速铁路列控系统主动安全控制的分析与思考[J].铁路计算机应用，2012(08).

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孙屹枫(1982-)，男，天津市人。中国民用航空大学大学本科毕业。研究方向：铁路信号。

作者单位

铁道第三勘察设计院集团有限公司电化电信处 天津市 300251

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铁道机车车辆轮轨的摩擦磨损与节能降耗摘要:阐述了铁道机车车辆轮轨摩擦磨损的现状;研究了内燃机车车轮、闸瓦和钢轨的消耗数量及相应的维修费用;指出了采用适当的新技术之后,在节能降耗方面会产生显著的经济效益。关键词:车轮;轮缘;钢轨;摩擦磨损;铁道机车车辆;节能;降耗众所周知,铁路运输是基于轮轨相互作用产生的黏着牵引力和黏着制动力以实现列车运行的,轮轨间因摩擦磨损在铁路运输中消耗的能量和能源很多,耗资也很大。随着铁路运输向高速、重载发展,因摩擦磨损所致的事故风险也在增加。轮轨接触面形成的各种损伤,不但缩短了轮轨的使用寿命,在严重磨损后还会导致轮对和钢轨失效,危及行车安全。在这方面,即使在高速铁路成功应用的国家,也曾付出过惨重代价。例如:1998年,由于轮轴的疲劳断裂而导致德国ICE高速列车脱轨,造成101人死亡,84人重伤,直接经济损失约2亿马克。与此同时,合理利用资源,实行节能降耗,是我国的一项基本战略决策。为了节约能源,降低铁路运输成本和机车车辆的制造与修理费用,对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况,需引起高度的重视。应当采取相应的技术措施,努力将这种磨损造成的损失降低到最小程度,以达到降耗增效的目的。1铁路钢轨的磨耗据铁路工务部门统计,我国铁路有20%~30%的路段钢轨磨损率大于国外严重磨损率指标,有60%的曲线段钢轨因波磨造成严重损伤。摩擦磨损带来的损失很大。钢轨损伤的形态铁路轮轨作用关系复杂,钢轨磨耗损伤的形态主要有钢轨的压溃、侧磨、波磨、剥离等,这些占钢轨总损伤量的80%以上。随着铁路机车车辆的重载与高速化,轮轨间的摩擦磨损也日趋严重,如钢轨的压溃与波磨迅速增长,且发生较为普遍(参见图1)。钢轨的年消耗量据资料记载:“十五”期间,我国铁路钢轨用材每年基本维持在110万t左右,除新线建设之外,其中用于既有线路大修和维修消耗的钢材约为70~80万t/年。据铁道部安检司调查,2003年因钢轨损伤而更换所需的材料及人工费用约为50亿元。其中,因钢轨压溃、侧磨、波磨等导致的损伤,占钢轨总损伤量的80%以上,即40亿元左右。2机车车辆车轮的磨损车轮是铁路机车车辆的重要走行部件。在列车运行中,车轮滚动会使车轮踏面和轮缘发生磨耗,而车轮在钢轨上滑动也会造成踏面损伤。车轮损伤的形态据失效分析统计,铁道机车车辆车轮损伤的主要类型有轮缘磨耗、轮辋疲劳裂纹、热损伤、车轮踏面剥离和崩裂等(参见表1和图2)。因磨耗造成车轮部件失效的主要原因是轮轨接触应力集中、制动热应力疲劳、累积塑性流动变形、夹杂物应力集中、内部缺陷应力集中等。车轮的消耗目前,我国铁路机车、客车和货车约有500万个车轮在运营中。这里所讲的车轮消耗,主要是指磨损后车轮的维修和更换以2006年为例,全路的机车、客车和货车就消耗新轮63·1万只,平均以0·5万元/只计算,所需费用约为31·55亿元。在为完成中国工程院下达的“摩擦磨损与工程应用咨询项目”时,笔者曾于2006年11月赴北京铁路局丰台机务段进行过“铁路机车车辆关键零部件摩擦磨损”的现场调研。从丰台机务段调查了解到:以DF4型机车为例,由于车轮维修或全部更换,该段平均每台机车每年所需人工费和材料费分别为3·3万元和42·4万元,这尚不包括因修理或更换时机车的停运损失。有关该段DF4型机车的旋轮与换轮费用参见表2和表3;若按2005年全路机车保有量17 500台推算,仅机车车轮的维修费用就近5·8亿元。制动闸瓦的消耗在机车车辆制动系统的摩擦制动中,主要有踏面闸瓦制动和盘形制动。我国目前除新造的提速客车和厂修改造的25型客车采用盘形制动外,其他的机车车辆都是采用踏面制动,这对车轮的磨耗是比较严重的。铸铁闸瓦相比合成闸瓦,可以获得较高的黏着系数且摩擦系数稳定,但是磨耗快,成本较高。以丰台机务段DF4、DF4D型机车为例,在1个大修期内,每台DF4型机车需更换闸瓦8次,DF4D型机车需更换闸瓦10次。因此,每台机车的换瓦费用分别为1·2万元和1·5万元。按该段现有DF4型机车35台和DF4D型机车23台计算,这些机车在1个大修期内换瓦的总费用为76·5万3降低轮轨磨耗的技术措施我国《铁路节能技术政策》第11·1条指出:“应注意抗磨减阻材料的推广使用。在全世界生产的能量中,约有30%~40%的能量是消耗在与摩擦有关的场合;我国与摩擦有关的能源消耗约占1/3 ~1/2。任何减轻摩擦、降低磨损的措施,都会直接或间接地节约能源。”针对目前机车车辆轮轨摩擦磨损严重、修理费用高的现象,如果进一步推广应用淬火钢轨、轨面打磨、磨耗型车轮、径向转向架和安装轮轨润滑装置等现有的成熟技术,不但可以明显改善轮轨摩擦磨损的现状,而且可以节约能源和原材料,大大降低消耗,取得显著的经济效益。采用淬火钢轨与维护钢轨波磨问题是轮轨相互作用过程中极其复杂的系统问题,根据不同的线路或区段,合理地选择钢轨,有助于预防钢轨的波磨。例如:淬火钢轨就很少发生波磨,因为它有较高的强度和硬度。因此,建议在轨道波磨区段采用屈服强度较高的钢轨。此外,轨面打磨也是主要防护手段,轨面打磨可减小车体的振动和车轮对钢轨冲击力所造成的磨损。实践表明,它可延长波磨轨寿命50%以上。从调查得知,若采用淬火钢轨、侧面涂油和适时的钢轨打磨等技术,仅钢轨材料一项每年就可节约费用20亿元左右,因减磨而节约的能耗费用也是很大的。采用磨耗型车轮踏面车轮磨损失效的形式主要有踏面磨耗到限和轮缘磨耗到限。铁道部对机车车辆车轮踏面的使用与维修都有相应的标准,如《DF4型内燃机车段修规程》第3·11·6·8条中规定:踏面磨耗深度不大于7 mm;而采用轮缘高度为25 mm的磨耗型踏面时,踏面磨耗深度不大于10 mm。磨耗达到或超过这些标准,就会危及行车安全。早期的车轮踏面为锥型踏面。锥型踏面在使用初期磨损很快,当磨损到一定程度后,磨损速率开始减缓,踏面形状趋于稳定。通过长期观察和试验发现,如果在车轮踏面设计时就采用磨耗型的车轮踏面廓形,可有效地减轻轮轨接触应力,迅速降低轮轨磨耗,有效延长轮轨使用寿命。四方车辆研究所在对北京、广州、济南等铁路局的机车车轮外形轮廓实测的基础上,设计了小半径曲线区段使用的JM磨耗型车轮踏面。长期的运用结果表明,应用该外形设计后,与原锥型踏面车轮相比,轮缘减磨可达30%~70%.一些铁路局根据各自所管辖线路的特点,也分别研制了多种形式的车轮踏面。如上海铁路局研发的ST系列磨耗型踏面,就取得了很好的减磨效果(参见表5)。表5上海铁路局DF11型0072号机车车轮磨耗数据对比由表5可知,采用ST-2型踏面后,机车每万公里的轮缘磨耗率从0·304 mm降至0·190 mm,降低了38%,车轮踏面剥离的故障也明显减少。据有关资料分析:机车车辆若采用磨耗型车轮踏面,每台机车每年可节约费用1·5万元。采用径向转向架传统的机车转向架,因传递牵引力和保证直线上走行性能的需要,各轴基本上是被约束成相互平行的。在通过曲线时,这种刚性定位的轮对与钢轨之间会形成明显的冲角,从而使轮、轨都产生严重的磨耗。曲线半径越小,磨耗越严重。为降低轮、轨的磨耗,近年来国内外开展了机车径向转向架研究,并取得了很好的效果。两种不同转向架通过曲线时的运行示意图见图3。再举几个例子,以说明装用径向转向架后轮缘的磨耗情况。戚墅堰机车有限公司生产的首台装用径向转向架的DF8B型7001号机车,在上海铁路局进行的线路运用考核结果表明:与同轴重、装有传统转向架且带轮轨润滑装置的DF8B型机车相比,前者的轮缘磨耗仅为16%。【下转第8页】【上接第4页】资阳机车有限公司对径向转向架机车与传统转向架机车在曲线上的冲角也进行了对比测试。测试结果表明:仅就径向转向架冲角减少的程度而言,轮缘磨耗至少降低了45%。大连机车车辆有限公司生产的DF4D型径向转向架机车,在柳州至怀化区段的客、货运牵引数据表明,与装用传统转向架相比,机车车轮的轮缘磨耗下降了74%。据有关资料分析:若采用径向转向架技术,每台机车每年可节约费用5·8万元。安装轮轨润滑装置润滑对减磨起着十分重要的作用。我国《铁路节能技术政策》第3·6条强调指出:“内燃机车和电力机车要加装新型轮轨自动润滑装置,减少磨耗和阻力,降低机车能耗。”以丰台机务段为例,安装轮轨自动润滑装置取得了较好的效果。该段有118台机车在安装了铁道科学研究院研制的华宝2号轮轨润滑装置后,使每台机车的旋轮公里数由10万km延长至18万km,车轮寿命由30万km延长至80万km。除机车因车轮寿命延长产生的巨大社会效益和经济效益之外,每台机车每年可节省旋轮(或换轮)费用1万元。丰台机务段的118台机车,每年可直接节省旋轮(或换轮)费用118万元。按全路17 500台机车推算,每年可直接节省旋轮(或换轮)费用1·75亿元。其投入产出比为1∶20。事实说明:通过安装轮轨自动润滑装置,对轮轨进行润滑后,不但可以减缓轮缘的磨耗,而且经济效益十分可观。4结语综上所述,在铁路运输中,机车车辆轮轨的摩擦磨损已成为相当严重的问题。大量的钢轨与车轮磨损,不但增加了材料的消耗,提高了修理成本而且降低了运输的效率,增加了能源的消耗。为此提出以下建议。(1)从设计、制造到运输、修理,所有与此相关的人员,对机车车辆轮轨的摩擦磨损状况,都应当高度重视,并采取相应的对策。(2)对目前已被证实具有良好减磨效果的措施,应进一步加大推广应用力度。例如:对钢轨进行适当的热处理和打磨,开发新型闸瓦,扩大磨耗型踏面车轮、径向转向架和轮轨润滑装置的装车应用等。(3)在今后的技术引进或产品自主创新的研发中,应更加重视对产品的摩擦副及磨损件标准的研究。与此同时,应寻求和开发更适应轮轨摩擦副的新材料、新技术、新工艺,以延长关键摩擦磨损件的使用寿命,进而达到节能、降耗和增效的目的。