文章目录

• 背景
• 注
• • 川藏铁路信号运维系统技术条件及方案研究
  • 川藏线货物列车牵引质量主要影响因素分析
  • 川藏铁路昌都至林芝段最大坡度研究
  • 川藏铁路电气化工程面临的挑战和对策思考
  • 川藏铁路货运列车牵引质量研究
  • 川藏铁路廊道风特性及其对轨道交通的影响
  • 川藏铁路时速200km最小平面曲线半径研究
  • 川藏线缓坡设置研究
  • 川藏线雅安至新都桥段凉闸站设置研究
  • 川藏铁路长大坡道电分相缓坡设置方案研究
  • 现行条件下避难线设置检算方法研究
  • 高寒山区30‰长大坡道列车下坡限速研究
  • 川藏铁路特殊气象环境对动车组隧道气动阻力的影响

背景

在2008年3月召开的十一届全国人大一次会议上，四川代表团提出《关于尽快建设川藏铁路的建议》的重头提案。提案指出，成都就是进出藏最主要的门户，两省区经济联系密切、人员往来频繁。2005年的统计数据显示，仅两地航空客流就高达74万人次，目前还隔日开行有成都至拉萨的客车1对。人大代表童若春表示：“四川经济总量占西部四分之一，是西部物流、人流、资金流的枢纽，川藏铁路的建设，将有效加大四川对西藏发展的辐射带动。”修建川藏铁路一方面开发沿线旅游资源，改善投资环境，另一方面可以促进川藏地区对外开放，构建中国-南亚陆路经贸通道的需要。建成后从成都到拉萨的列车缩短至13个小时。它是天路即进藏路线里五条铁路之一，也属西藏铁路网。

注

川藏铁路尚未建成，本文参考了一些文献做了关于川藏铁路的研究现状汇总。

川藏铁路信号运维系统技术条件及方案研究

川藏铁路信号运维系统技术条件

1. 识别高原地区各信号设备工作规律、监测数据特性，满足高原信号设备监测功能要求。
2. 利用智能维护系统替代维护人员诊断、分析工作，以减轻高原地区维护人员的劳动强度、提升维护质量。
3. 信号运维系统应具备高原地区信号设备全生命周期健康管理功能。
4. 为减轻高原地区信号集中监测系统的安装实施劳动强度、提升安装实施质量，信号运维系统宜采用工厂定型化安装模式。
5. 信号运维系统满足高可靠、高可用和少维护的需求。
6. 信号运维系统应采用新技术手段，满足远程维护的需求。
7. 信号运维系统具备接入川藏铁路综合维护平台的条件。

川藏铁路信号运维系统功能需求
{ 智 能 化 功 能 { 状 态 监 测 （ 可 视 化 运 维 管 理 ） 安 全 监 督 综 合 分 析 智 能 诊 断 与 维 护 指 导 特 殊 功 能 需 求 { 远 程 操 控 智 能 巡 检 基 于 B I M 的 数 字 化 运 维 \left\{ \begin{array}{l} 智能化功能 \left\{ \begin{array}{l} 状态监测（可视化运维管理） \\安全监督 \\综合分析 \\智能诊断与维护指导 \end{array} \right. \\ 特殊功能需求\left\{ \begin{array}{l} 远程操控 \\智能巡检 \\基于 BIM 的数字化运维 \end{array} \right. \\ \end{array} \right. ⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧​智能化功能⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧​状态监测（可视化运维管理）安全监督综合分析智能诊断与维护指导​特殊功能需求⎩⎨⎧​远程操控智能巡检基于BIM的数字化运维​​
BIM 技术在运维系统的应用将提高养护管理的精细化水平，加速实现铁路运维养护管理的数字化、信息化与自动化。

川藏铁路信号运维系统功能架构


川藏铁路信号运维系统工程设计方案
信号运维系统设计方案
信号运维系统设备配置方式：车站运维设备、工区运维设备、路局中心设备

川藏线货物列车牵引质量主要影响因素分析

川藏线全线大坡道极多，自然环境复杂，并需考虑高原、高寒等不利因素。 从机车性能角度，本线机车选型应选择功率大、牵引力大、制动力大且黏着特性好的机车。 同时参考相邻线网情况，为减少机车换挂作业，提高效率，川藏线成雅段及拉林段拟采用 HXD2 机车。

由于川藏线条件极其复杂， 为减少工程投资， 选择限制坡度 30‰的方案。计算可得起动牵引质量能满足 3700 t。（上坡）
在30‰限制坡度下，紧急制动距离放宽至1400m，列车限速75km/h（下坡）
车钩选择E型

综合考虑长大上下坡条件，对比分析客货列车持续速度及普通货物列车牵引质量对持续速度的影响。建议普通货物列车牵引质量采用1500~1800 t，以提高货车均衡速度，减少客货列车速差

川藏铁路昌都至林芝段最大坡度研究

连续长大坡道方案可缩短隧道长度、减小施工难度、降低工程风险、节省工程投资，但也增加了运营安全风险和运输组织难度，对列车牵引制动性能要求更高。 (取30‰)

结合列车开行方案，与本线相关的高速铁路包括成雅铁路、成渝高铁、西成高铁、成贵高铁等，普速铁路包括成昆铁路和拉林铁路。成雅铁路成都至朝阳湖段最大坡度 20‰；朝阳湖至雅安段最大坡度为 12‰。成贵铁路最大坡度为 20‰，困难地段 25‰，个别地段 30‰。西成高铁最大坡度为 20‰，困难 25‰[5]。成昆铁路成都南至峨眉段限制坡度为 6‰。拉萨至林芝铁路限制坡度为 12‰[6]。青藏铁路格尔木至拉萨段限制坡度为20‰[7]。拉萨至日喀则铁路限制坡度为 12.5‰

川藏铁路昌都至林芝段地形条件复杂、海拔高、高差大，线路需要大坡度才能较好的适应地形条件。大坡度铁路风险系数高、管理难度大、操纵方式难、行车难度大。现行铁路规范应作为设计时的指导原则，在地形极其复杂的地区，如需突破规范的约束界限，就需要有充分的技术经济依据，进行系统性、综合性、全过程的论证。

国内已运营大坡度铁路青藏线、宝成线和内昆线等均有多年的实际运营经验。

川藏铁路电气化工程面临的挑战和对策思考

限制坡度达到30‰，客车速度目标值达到200km/h

牵引供电系统面临的挑战：

1. 极端复杂系统性难点叠加对牵引供电系统可靠性提出的挑战。
2. 牵引供电负荷特征对牵引供电系统适应性提出的挑战。
3. 外部电源系统状况对牵引供电系统特殊需求提出的挑战。
4. 长大坡道电分相问题对现有牵引供电系统技术提出的挑战。

新型牵引供电系统的拓扑结构思考
需要改变目前牵引供电系统线性化的拓扑结构，采用网格化拓扑结构，打通供电孤岛间的绝缘分割，实现牵引负荷的多源供电，同时利用先进的保护、测控技术，实现网格单元故障情况下的准确判断和定位，切除故障网格单元，保留并维持非故障单元的正常供电。
基于新型拓扑结构的牵引供电系统总体方案思考

1. 宜采用结构简单的带回流线直接供电方式，供电臂采用全并联方式运行，实现单侧供电臂上下行互联互通的同时，可最大限度地综合利用本线大坡道自然形成的上下行负荷差异，采用轻负荷方向牵引网分流承担重负荷方向牵引负荷的供电方式，经济有效解决本线牵引负荷供电难题。
2. 在重负荷方向供电臂首端设置了加强线，保证在最不利的单边、分开供电方式下能够基本满足运输组织对供电能力的要求。
3. 为了最大限度地减少双边供电方式下相邻牵引变电所在电力系统高压侧产生的环流，考虑相邻牵引变电所接入同一地方高压变电站，同时考虑系统承受负序的能力，按照相邻 2、3 个牵引变电所为一组接入同一地方高压变电站，形成了全线牵引变电所由数个地方高压变电站为单元的组群供电格局。
4. 为进一步提高供电可靠性，相邻组群间的相邻牵引变电所通过高压线路进行高压侧连接，形成组群间备用电源，以保证一旦一个组群地方高压变电站出现故障、完全退出运行时，由该地方高压变电站承担供电的牵引变电所还可通过组群间备用电源实现供电。

为解决山区大坡道供电难题，中铁二院率先提出采用设置加强线的带回流线直接供电方式及全分段、全并联网格化结构，并应用于广昆线等项目中，至今已安全可靠运行多年。

供变电及接触网系统面临的挑战

1. 极端恶劣环境条件对供变电和接触网系统适应性提出的挑战
2. 极端困难工程条件对供变电和接触网系统可靠性提出的挑战

供变电系统需要研究的相关课题

1. 故障导向安全的牵引供电系统故障隔离与自愈重构原理。
2. 川藏铁路特殊工程条件下的牵引供变电系统关键技术。
3. 川藏铁路特殊工程条件下的绝缘配合、防雷接地与电气设备适应性。
4. 应用于安装空间受限的模块化预装式智能牵引变电所。
   接触网系统需要研究的相关课题
5. 川藏铁路时速 200 km 架空刚性接触网系统。
6. 复杂艰险环境下接触网系统防灾防护技术。
7. 复杂艰险环境下高可靠性接触网装备研制。

川藏铁路货运列车牵引质量研究

为更好地适应地形条件，推荐在2.4%限坡上正常天气情况下采用 H X D 2 HXD_2 HXD2​双机牵引3000 t、雨雪天气牵引质量2800 t；在3.0%限坡上正常天气情况下采用 H X D 2 HXD_2 HXD2​双机牵引2700t、雨雪天气牵引质量2200t。

川藏铁路位于我国四川省和西藏自治区境内 。线路起于四川省成都市，向西经蒲江 、雅安 、康 定 、昌 都 、邦达 、林 芝 、乃东至拉萨，全线运营长度约1850km ， 建筑长度约1744km ，紧坡地段长度占全线长度约 40% 。其中，成都至雅安段已于2014年11月底开工建设 ；拉萨至林芝段已于2015年 6月底开工建设。

川藏铁路廊道风特性及其对轨道交通的影响

已有的现场观测表明，沿线某些山口峡谷区瞬时风速达到了 40m/s，并且线路通过的绝大部分地区没有历史气象资料，缺乏沿线风特性相关的研究资料。
山区较大的风荷载对车辆的安全威胁巨大。国内有兰新铁路的“百里风区”，实测到的最高风速已经超过了64m/s，每年超过八级以上的大风天均达到了100天。自兰新铁路通车以来（统计至2002年），兰新铁路由于大风导致的列车脱轨、侧倾事故达到了30起，吹翻货车达到110辆。仅仅在2003 年，因大风导致铁路封闭的时间长达50ｈ，直接造成经济损失超过了 2800万元。在2007 年，我国新疆发生了13级大风，导致列车脱轨侧倾，该次事故造成了４人亡，30多人受伤的严重事故。在国外，日本自1872 年开始铁路运输至 1996 年期间，共发生了28起由风荷载引起的列车事故。2005 年，东日本铁道公司的 “稻穗14号” 新干线列车６节车厢全部脱轨，该次事故造成４人死亡，33 人受伤。

川藏山区风特性

1. 风速大，加速度也大
2. 主导风向明显
3. 风攻角大
4. 日常大风出现频率高
5. 风荷载沿主梁纵向不均匀

川藏线穿越横断山脉地区，具有地形复杂、高海拔、高温差等特殊性。同时已有的资料表明，大部分峡谷区域风速较大，大风出现的频率高，因此，在相应的设计、施工和运营期间对大风应给予足够的重视。
目前针对风特性常用的数值模拟，风洞试验和现场实测几种研究手段各有利弊，川藏线复杂地形地貌河谷区风特性的研究应采用多种手段相结合的方式。
风荷载已经成为某些山区峡谷桥梁的控制性因素，同时对后期交通设施的正常运营也有较大影响，因此，川藏铁路相关的抗风研究宜提前开展。

川藏铁路时速200km最小平面曲线半径研究

3种减小最小平面曲线半径的方案：减少客货列车速度差；客车采用可调节超高式列车；采用可变超高式轨道
采取相关措施后在最小平面曲线半径为1600，2000m线路条件下运行200km/h的客运列车能够满足安全性和舒适性要求。

最小平面曲线半径的选择应考虑2方面因素：①客运列车的最高运行速度、货运列车的正常运行速度、欠超高与过超高之和的允许值等；②客运列车设计最高速度、设计超高与欠超高之和的允许值等

小半径曲线在川藏铁路局部限速地段的应用：
以位于澜沧江河谷的昌都站为例，受地形控制，车站呈南北向，列车出站偏角大。如采用 1 600 m 小半径曲线，可减少线路长度约500 m，降低工程投资近8 000万元。

结论：
1）减少客货列车速度差方案最具可行性。结合川藏铁路货运量少且轻便货运为主的情况，可尝试开行160 km/h货运列车。
2）客车采用可调节超高式列车方案效果好，但造价高、维修难度大，难以广泛应用。
3）采用可变超高式轨道目前尚在理论阶段，有待进一步完善。

川藏线缓坡设置研究

设置缓坡是长大坡道线路解决列车起动加速等问题的重要技术手段。
为解决川藏线雅安至新都桥段长大坡道所产生的出站端为上坡，不利于列车起动加速的问题，以及避免坡停、逆溜等影响行车安全的情况出现，需要考虑和研究对部分区间设置缓坡的问题。

结论：

1. 限坡12‰ （ 加 力 坡 24‰ ） 设计方案，无论采用 H X D 2 HXD_2 HXD2​ 或 H X D 2 b HXD_{2b} HXD2b​双机牵引，均无须设置缓坡。
2. 限坡16‰ （ 加 力 坡 30‰ ） 设计方案，使用 H D X 2 b HDX_{2b} HDX2b​双机牵引时，须 在大仁烟一新沟、泸定一 咱里、咱里一日地、菜园子一康定、折多塘一毛家沟、毛家沟一光明，６个区间设置缓坡，但此６个区间的纵断面设计，均不满足缓坡设置条件。
3. 限坡16‰ （ 加力坡30‰ ） 设计方案，使用 H D X 2 HDX_2 HDX2​ 双机牵引时，须在大仁烟一新沟、泸定一咱里、咱里一日地、菜园子一康定、折多塘一毛家沟、 毛家沟一光明，６个区间设置缓坡，且均满足设置条件。
4. 限坡16‰ （ 加力坡30‰ ） 设计方案，使用 H D X 2 HDX_2 HDX2​ 双机牵引，设置缓坡会导致区间上坡运行时分缩短，下坡运行时分增加，总运行时分减小；而且缓坡坡度越小 ，区间运行时分的缩短量越大。

川藏线雅安至新都桥段凉闸站设置研究

列车在长大下坡道上运行时，需进行调速制动，将速度控制在一定范围内。由于不断地施行制动和缓解，多次循环后，车轮踏面和闸瓦温度会不断升高，将导致闸瓦摩擦系数下降，制动能力下降，严重时将危及行车安全。因此，在长大下坡道区段，必须合理分析闸瓦温升情况，如果危及行车安全，就必须设置凉闸站，进行列车凉闸作业，以确保列车的制动性能。但是，如果在限制区间两端车站进行凉闸，将增加列车在站技术作业停站时间，使运行图周期延长，降低线路通过能力。

经检算，在不大于 30‰的下坡道上，HXD2型机车在机车功率折减系数不低于 0.54 时，不存在车辆闸瓦温升超过限制温度的问题。而为了保证行车安全，在长大下坡道调速制动分析计算闸瓦温升时，需考虑机车动力制动完全失效，即机车功率折减系数为 0，列车只能靠空气制动进行调速制动的最不利情况。此时，将会出现闸瓦温升超过中磷闸瓦的温度限制，就需要考虑凉闸站的设置问题。

美国 AAR 规定，对于中磷铸铁闸瓦，车轮踏面温度应低于 343℃，否则无法正常工作。

在 30‰的长大下坡道，车轮踏面最高温度随调速制动次数的增加而增加；限速65 km/h 时，连续调速制动不能超过 8 次，否则须在运行途中考虑凉闸问题；限速 75 km/h 时，连续调速制动次数不能超过 4 次，否则须在运行途中考虑凉闸问题。

对于川藏线雅安至新都桥段，经试验确定，凉闸 10 min 即可满足闸瓦温升的要求

川藏线雅安至新都桥段按设计方案设站，在最不利条件下也无须增设凉闸站，但需要在已有车站上进行凉闸作业；

川藏线雅安至新都桥段，列车进行凉闸作业不会引起限制区间的变化，凉闸站的设置对通过能力不会产生影响。

川藏铁路长大坡道电分相缓坡设置方案研究

通过对比运输质量，从减少工程规模、节约工程投资角度考虑，推荐川藏铁路长大坡道电分相设置采用缓坡坡长不小于 2km、缓坡坡度不大于 10‰方案。

电分相装置是在两段不同相位或不同电压处，避免在受电弓通过时将两个不同区段接触网连通的装置，接触网专业通常根据供电方案，在变电所、分区所附近设置电分相。

现行条件下避难线设置检算方法研究

为防止陡长坡道上失去控制的列车发生冲突或颠覆，应根据线路情况，检算确定在区间或站内设置避难线。

案例分析：
结合川藏线计算报告以及本文中对列车牵引质量、限制速度的相关研究，检算系统中最终确定的列车编组方案为：HXD2（25t）（双机）+滚动轴承货车重车 35 辆，H 高摩合成闸瓦。限制速度为 65km/h，列车牵引质量为 3000t。

咱里—泸定区间，在雨雪环境下，失控列车在进站道岔处超速，考虑川藏铁路复杂的气候环境条件，建议在泸定车站进站端设置避难线。

高寒山区30‰长大坡道列车下坡限速研究

川藏铁路在30‰的坡道上， X H D 2 XHD_2 XHD2​双机牵引2700t货物列车,保证 800m 紧急制动距离,下坡限速宜为64 km/h，采用高磷闸瓦车辆时速度不应超过 71 km/h；保证1400m紧急制动距离，采用中磷闸瓦车辆时速度不应超过81 km/h，采用高磷闸瓦车辆时速度不应超过86 km/h。虽然和谐型货运电力机车设计速度可达120 km/h，但考虑到本线高寒山区铁路的运输安全性，以及目前使用的货车紧急制动距离一般按800m控制，本次建议采用在30‰ 下坡道 X H D 2 XHD_2 XHD2​双机牵引 2700t 货物列车，保证800m紧急制动距离下的限速，确定为 65 km/h。

在 30‰ 长大下坡道上， X H D 2 XHD_2 XHD2​双机牵引 2700t 货物列车，宜多采用电制动 力进行列车调速制动，以尽量避免或缓解闸瓦温升过高的问题；旅客列车的下坡限速只由列车紧急制动距离决定，不存在闸瓦温升问题。

川藏铁路特殊气象环境对动车组隧道气动阻力的影响

川藏铁路整体处于高海拔地区，沿线气压均低于标准大气压，海拔差异对气象环境的影响十分明显。雅安至林芝段沿线各站最高气压为 94.3kPa，最低气压为60.2kPa；最高温度为 37.9℃，最低温度为-30.6℃，考虑到隧道内地热的影响，个别区段最高温度可能达到 70℃以上。（？？？70°？？？烤乳猪？？？真的假的）

为研究川藏铁路雅安至林芝段沿线环境温度与气压变化对列车隧道运行阻力的影响，建立了动车组列车运行通过隧道的计算流体力学模型。分析了川藏铁路温度与气压随海拔变化对列车隧道气动阻力的影响规律，结果表明：

1. 隧道气动阻力受隧道截面面积与列车运行速度的影响较大。隧道长度相同时，隧道截面面积越小，气动阻力越大。动车组运行速度高于60km/h 时，其通过隧道时的气动阻力近似与速度的二次方成正比例关系。
2. 在相同温度条件下，隧道气动阻力随气压的降低而减小。当大气压由 1 个标准大气压降低到0.6 个标准大气压时，列车通过隧道时的基本运行阻力下降 30%左右。
3. 在相同气压条件下，列车通过隧道时的气动阻力随温度的降低而增加。当温度由 10℃降低到-30℃时，列车通过隧道的运行阻力增加 10%左右； 而当度由 10℃上升到 70℃时，隧道运行阻力降低 10%左右。
4. 川藏铁路沿线的温度、气压变化均会对列车隧道气动阻力产生显著的影响。对于具有复杂气象条件的艰险山区铁路线路，在列车牵引计算及线路设计中，需要考虑气压和温度变化的影响。

标签：列车,现状,运维,牵引,30,铁路,川藏
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