高速鐵路“四電”集成技術(shù)與管理措施

董宇杰

（中鐵三局集團(tuán)，山西 太原 030000）

0 引 言

在國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，交通運(yùn)輸行業(yè)面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了提升高速鐵路的建設(shè)效果，有必要將“四電”集成技術(shù)應(yīng)用于其中，并開展科學(xué)合理的管理工作，進(jìn)而為我國經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)提升提供動(dòng)力。

1 高速鐵路“四電”集成一體化

“四電”指高鐵的通信、信號、電力和電氣化，對高鐵的運(yùn)營、開通均具有重要影響，通過應(yīng)用“四電”集成技術(shù)，高鐵接觸網(wǎng)和可靠性顯著提升。該項(xiàng)技術(shù)著重應(yīng)用高速鐵路超細(xì)晶強(qiáng)化型銅鎂合金接觸線、中低速磁浮導(dǎo)電軌、高速鐵路接觸網(wǎng)計(jì)算及安裝系統(tǒng)，更有利于提升高鐵運(yùn)行的安全性，同時(shí)增強(qiáng)通信效果。信號技術(shù)的發(fā)展需要以其他技術(shù)為基礎(chǔ)，一般包括通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，可以為實(shí)現(xiàn)通信信號一體化提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

實(shí)際工作中，若使用移動(dòng)通信控制移動(dòng)主體，應(yīng)先構(gòu)建起專門針對鐵路的傳輸體系，且其中應(yīng)使用鐵路專用數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)（Global System for Mobile Communications-Railway，GSM-R）作為支持，并以光纖數(shù)字系統(tǒng)為基礎(chǔ)，同時(shí)注意保持相關(guān)的各項(xiàng)信息傳輸方式完整，并協(xié)調(diào)、有序地統(tǒng)一納入該傳輸體系，以實(shí)現(xiàn)車站、區(qū)間以及列車3者的控制一體化[1]。

GSM-R可以同時(shí)覆蓋車載設(shè)備和地面設(shè)備，并為雙方提供雙向、連續(xù)的信息傳輸通道，全程監(jiān)控列車的運(yùn)行過程，以提升監(jiān)控效果。GSM-R還可以在調(diào)度指揮工作中發(fā)揮作用，使固定設(shè)備與移動(dòng)體間海量的信息交換得以實(shí)現(xiàn)。高速鐵路列車運(yùn)行過程中的GSM-R控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 GSM-R控制系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際使用情況，同時(shí)借鑒國際上的各項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，國家相關(guān)部門制定了統(tǒng)一的中國列車運(yùn)行控制系統(tǒng)（Chinese Train Control System，CTCS）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前實(shí)際工作中主要應(yīng)用CTCS-2列控系統(tǒng)，其能在列車超速時(shí)及時(shí)發(fā)出減速指令，有利于保障客運(yùn)專線的安全性。CTCS無線列控通信體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 CTCS無線列控通信體系結(jié)構(gòu)

在應(yīng)用CTCS無線列控通信體系的過程中，為了提升供電設(shè)備的應(yīng)用水平，需要合理應(yīng)用微機(jī)技術(shù)，以完善牽引供電模式，同時(shí)充分發(fā)揮綜合監(jiān)控自動(dòng)化子系統(tǒng)的作用，從而實(shí)時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀況。牽引供電系統(tǒng)的構(gòu)成如圖3所示。

圖3 牽引供電系統(tǒng)構(gòu)成

2 高速鐵路“四電”集成技術(shù)需要解決的問題

相對于普速鐵路來說，高速鐵路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更高，相關(guān)要求更加嚴(yán)格，需要嚴(yán)格控制修建流程，保證遵循各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)?！八碾姟奔杉夹g(shù)在設(shè)計(jì)方面涉及的問題主要包括：接觸網(wǎng)傳輸能力、相關(guān)材質(zhì)和截面的合理選擇；接觸網(wǎng)抗風(fēng)效果、相關(guān)零配件的選型；接觸網(wǎng)的桿型、橋隧、道床之間的合理配合；牽引變壓器的容量及相應(yīng)的運(yùn)行方式選擇；牽引供電回流與接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)；牽引系統(tǒng)的使用壽命、運(yùn)營維護(hù)可靠性；防干擾措施和補(bǔ)償；負(fù)序問題和諧波問題的解決；無人牽引變電所的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；綜合接地系統(tǒng)和防雷措施的合理應(yīng)用；高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中各項(xiàng)設(shè)備的使用條件和技術(shù)條件，配置合理性以及保護(hù)原則；GSM-R頻段電磁環(huán)境問題；高速鐵路沿線電磁環(huán)境對CTCS-2所產(chǎn)生的影響[2]。

3 高速鐵路相關(guān)管理措施

以高速鐵路的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，針對接觸網(wǎng)基礎(chǔ)施工進(jìn)行分析。接觸網(wǎng)是向高鐵傳輸電能的重要裝置，施工過程中必須保障其質(zhì)量。首先應(yīng)該定位接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)中心，再鉆孔、澆筑混凝土以及保護(hù)外露的螺栓，應(yīng)用恒張力架線，調(diào)整線岔、錨段關(guān)節(jié)等位置，檢測和調(diào)試供電系統(tǒng)，并合理應(yīng)用運(yùn)維技術(shù)，以保障牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)用與相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相符合。

在針對通信及信號系統(tǒng)開展施工作業(yè)的過程中，須充分了解各子系統(tǒng)之間的聯(lián)合應(yīng)用情況，通過調(diào)試明確其中的技術(shù)應(yīng)用需求，并將通信信號系統(tǒng)集成技術(shù)應(yīng)用于其中，以有效改善系統(tǒng)中的不足之處。應(yīng)用接口的主要目的是實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的協(xié)同運(yùn)作，通過保障接口使用的安全性，可以推動(dòng)系統(tǒng)整體的有效運(yùn)作。并從接口本身的角度來看，設(shè)定科學(xué)的接口應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建協(xié)調(diào)的接口關(guān)系，在各子系統(tǒng)之間起到分隔作用，避免不同子系統(tǒng)間產(chǎn)生干擾。

系統(tǒng)正式投入到實(shí)際應(yīng)用前，應(yīng)該開展聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作，針對接觸網(wǎng)、線路、動(dòng)車組以及信號各方面的運(yùn)行情況進(jìn)行了解，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行、磨合過程中存在的各項(xiàng)不足，并及時(shí)進(jìn)行有效處理，以保障技術(shù)應(yīng)用效果符合工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而減少危險(xiǎn)事件的發(fā)生，提升線路的應(yīng)用效果。以此為基礎(chǔ)，聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作可以被劃分為4個(gè)不同的階段。一是試驗(yàn)區(qū)段內(nèi)部全部安裝工程完成，滿足高鐵運(yùn)行時(shí)速要求；二是開展集成試驗(yàn)工作；三是針對系統(tǒng)整體開展聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作；四是進(jìn)入試運(yùn)行階段[3]。

以試驗(yàn)和施工各自對應(yīng)的時(shí)間為基礎(chǔ)，對聯(lián)調(diào)聯(lián)試間隙適當(dāng)進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不足并處理。需要注意的是，在此過程中，保障各項(xiàng)設(shè)備的系統(tǒng)匹配功能穩(wěn)定，可以提升系統(tǒng)整體的應(yīng)用效果。同時(shí)，將一次開通運(yùn)營成功作為工作目標(biāo)，針對線路全程的各個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試，可以提升“四電”集成技術(shù)的穩(wěn)定性，使各個(gè)設(shè)備均處于可靠運(yùn)行的狀態(tài)。

與此同時(shí)，應(yīng)該注重落實(shí)接觸網(wǎng)設(shè)備調(diào)試工作，以線路整改工作的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，根據(jù)具體變動(dòng)需求進(jìn)行調(diào)整，保障各項(xiàng)相關(guān)指標(biāo)均與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)符合，同時(shí)注意落實(shí)動(dòng)態(tài)檢測工作。此外，應(yīng)針對高速客專鐵路接觸網(wǎng)狀態(tài)、軌道狀態(tài)以及弓網(wǎng)受流性能等進(jìn)行全面檢測，了解列控系統(tǒng)中的各項(xiàng)基本功能、故障安全功能以及接口關(guān)系，根據(jù)實(shí)際情況開展接觸網(wǎng)性能、綜合接地、供變電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)等多項(xiàng)測試。

為了加速企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和完善，盡早實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，提升產(chǎn)品制造能力，企業(yè)需要重視裝備制造技術(shù)的持續(xù)升級，同時(shí)要針對具有良好市場前景的項(xiàng)目進(jìn)行深度開發(fā)，完善國內(nèi)高速鐵路相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)制造產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)企業(yè)優(yōu)勢充分發(fā)揮[4]。對于鐵路運(yùn)營維護(hù)管理工作而言，可以嘗試使用“管維分離”模式，以便提高管理效率[5]。我國鐵路建設(shè)過程中主要應(yīng)用“誰施工、誰維護(hù)”的模式，而既有的數(shù)個(gè)鐵路干線主要應(yīng)用路企合作模式，由專門的運(yùn)營維護(hù)管理企業(yè)對鐵路干線開展合理的管理工作，保障鐵路運(yùn)營過程的有序性、可靠性以及安全性。需要注意的是，在電氣化管理工作方面選擇由施工單位進(jìn)行管理維護(hù)相對于外包維護(hù)工作的效果更好，其中的成功經(jīng)驗(yàn)值得借鑒[6]。

當(dāng)代鐵路行業(yè)發(fā)展迅速，提升相應(yīng)的科技水平和管理工作水平越來越重要，同時(shí)需要為相關(guān)行業(yè)輸送更多的專業(yè)人才[7]。堅(jiān)持貫徹系統(tǒng)集成創(chuàng)新的思想理念，推動(dòng)集成系統(tǒng)與專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，保障各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用完全符合相關(guān)要求。此外，應(yīng)注重完善基礎(chǔ)管理工作，以持續(xù)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用效果，并提升企業(yè)的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展[8]。嚴(yán)格規(guī)范企業(yè)科研體制，同時(shí)為施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定提供基礎(chǔ)，不斷提升關(guān)于高速鐵路的技術(shù)裝備研發(fā)工作和設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)工作水平，進(jìn)而提升鐵路“四電”集成技術(shù)的應(yīng)用效果[9]。將科技創(chuàng)新作為基礎(chǔ)，注重優(yōu)化完善前期策劃工作，持續(xù)提升技術(shù)預(yù)見能力，合理組織管理工作，積極處理各項(xiàng)問題，在各個(gè)難點(diǎn)項(xiàng)目中針對性制定技術(shù)方案，確保方案切實(shí)可行[10]。

4 結(jié) 論

綜上所述，當(dāng)代高速鐵路相關(guān)的建設(shè)工作越來越重要，“四電”集成技術(shù)對于高速鐵路的建設(shè)可以起到重要推動(dòng)作用，同時(shí)優(yōu)化相關(guān)管理工作，進(jìn)而提升經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)高速鐵路領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。