像“火车迷”一样钻研火车,是一件饶有趣味的事情。不仅如此,它对寻找高铁产业中的投资机会,亦有不少帮助。所以,现在我们不妨做回“火车迷",来拆解下高铁的整个产业链。
从大的模块来看,高铁由基础设施、动车组、列控系统、运营管理系统组成。这4个系统之间既自成体系,又相互关联,既有硬件接口,又有软件连接,形成一个完整的构架。
拆解1:基础设施模块
首先,我们来看看基础设施模块,它主要由无砟轨道和牵引供电系统构成。闭上眼镜让我们想想印象中的铁路一两根钢轨,一排枕木,一片小碎石铺成的路砟。没错,这是传统的有砟轨道。有砟轨道铺设简便、造价低廉,但不适合高速行驶。所以,高铁要使用无砟轨道。
无砟轨道的铁轨和轨道板直接铺在混凝上路上,稳定性好、耐久性强、维修少且容易,非常适合列车高速行驶。但无砟轨道由于缺乏路砟的“柔性",在高速列车的冲击下,振动和噪音会变得很大,所以,无渣轨道上必须使用减振且耐用的材料。为了减少振动,通常要在扣件系统中采用新材料做成的弹性垫板。高质量的弹性垫板能抗耐数百万次疲劳,有效减缓轮轨冲击和振动,是无砟轨道的关键部件。
可见,在工务工程领域,最核心的是铺设轨道中使用的高性能材料和配件,包括紧固件(扣件)、减震垫板、防水材料等。这些材料决定着整条无砟轨道的性能,技术含量较高,毛利也较为丰厚。而像中国中铁、中国铁建等“超级包工头”所从事的基建业务,利润率非常低下,投资价值不大。
A股中相关上市公司有:时代新材,晋亿实业、中鼎股份、回天胶业、奥克股份、建研集团、东方雨虹。
牵引变供电系统是电气化铁路的另一项重大的基础设施,它的作用是为列车供电。它主要由牵引变电所和接触网两大部分组成,另有许多辅助的模块(自耦变电所、自动过分相系统、电力自动监控系统等)。
牵引变电所是整个系统的心脏。它是沿铁路建设的,把外部系统送来的电能,根据电力牵引对电流和电压的不同要求,进行电能转换,然后将电能送到沿铁路线上空架设的接触网,为列车供电。与人只有一个心脏不同,一条电气化铁路沿线设有多个牵引变电所,相邻之间距离约为40~50公里。牵引供电所中最重要的设备是牵引变压器,可谓心脏中的心脏。不过,它也没有那么神秘,与我们熟悉的常规变压器并没多大不同,只是参數不同而已。
接触网是输送能量的血管。它悬挂在电气化铁道线路上方,并和铁路钢轨保持一定距离。列车车顶上设置有可以升降的受电弓,在列车运行过程中受电弓会升起来并始终与接触网接触,实现列车从接触网中的取电。若要停车或减速,受电弓就会降下来离开接触网(术语称为“降弓”)。
由于时速高达300公里,高铁的安全问题令人忧虑,一旦由于电力系统出错造成系统瘫瑛或列车追尾问题,后果会不堪设想,所以高铁所用的电气设备对质量要求很高,准入门槛高。但这种行业属性的好处是:铁路部]对价格不是太敏感,所以毛利率会很高。另外,由于风险规避,铁路部门不敢轻易更换供应商。所以,只要成功获得订单,通常有很长久的生意可做。
在牵引供电系统中,技术门槛较高的产品是牵引变压器、高质量接触导线、特种电缆等。相关上市公司有:卧龙电气、特瑞德、鑫龙电器、森源电气、许继电气、国电南瑞、鼎汉技术。
拆解2:动车组模块
动车组主要由车体(含头车).牵引传动系统、制动系统、转向架等组成。牵引电机就好比汽车的发动机,是动车组最为核心的部件,它的性能决定了动车的动力性能。目前,最先进的牵引电机是永磁同步直驱电机,它动力更强、更加节能,德、日两国正在试验和试运行,但尚未商用。我国高铁的牵引电机采用的是交流异步电机,不仅要依赖进口,且技术上还滞后了一代。
制动系统是高铁中性命攸关的装置。最常用的制动方式是电制动。通过控制电机电流的大小和方向,使电机产生一个阻止列车运行的力。电制动可以产生电能反馈电网,因而是最节能的制动方式。另- 种必备的制动方式是空气制动。它也是一种“盘刹",只不过力量来源是压缩空气的压力。由于空气制动会造成制动闸片磨损增加成本,这种方式并不常用。但由于它在列车无法使用电时仍能发挥作用,因此也是必需的。除此外,还有多种制动方式,如涡流制动、磁轨制动、风阻制动等,未来有望得到应用。
转向架是动车组行走的“双腿”。它的作用是支撑车体,搭载电机、齿轮箱和制动装置,使列车能自如地行驶和停止。它也是列车顺利地通过曲线轨道的关键所在。我们知道,列车是没有方向盘的,它能通过曲线轨道就是由于转向架的弹性设计。
A股相关的上市公司:中国南车、中国北车、大冶特钢、博深工具、晋西车轴、太原重工。
拆解3:列控系统模块
列控系统是列车的保护神,它要解决的是列车相撞问题。在高达300公里的时速下,紧急制动需要的安全距离超过6公里,靠司机目视来识别危险是不可能的,只能依靠列控系统。
了解列控系统,首先要理解闭塞原理。闭塞保证是把一段路线分成多个一定长度的区间,每个区间同-时间只允许-趟列车通行。通过这一方式,无论列车行驶多快,间隔多短,都可以保证行车安全。
闭塞保证的原理虽然简单,但是实现起来还是需要一定的技术手段。早年,路签、电话确认等方式都曾作为过列车占用的凭证,但效率低,安全性也受人为因素影响。后来,人们发现钢轨具有良好的导电性,利用轨道电路确认列车占用的方法应运而生。当有列车驶入闭塞区间时,信号机会显示红灯,这个比赛区间就成了“红光区",禁止后续列车进入。
目前中国高铁所用的列控系统是CTCS2. CTCS3 系统。其中,CTCS-2级是基于“轨道电路+应答器"的地对车单向信息传递系统,适用于时速200公里左右的动车: CTCS-3级是基于“无限数据传输平台(GSM-R) +轨道电路+应答器”的车地双向信息传递系统,适用于时速300公里左右的高铁。
列控系统由车载子系统和地面子系统组成。
车载子系统即车载ATP系统,由测速定位单元、GSM-R车载终端、轨道电路信息接收模块、应答器天线、车载安全计算机、人机交互界面等模块组成。它的主要任务是:完成对地面设备所发送信息的接收和处理,生成目标距离模式曲线,指导并监督司机的驾驶。
地面子系统由铺设于轨道沿线的设备(轨道电路、应答器、GSM-R基站)和部署于车站调度中心的计算机系统(无线闭塞中心、计算机联锁、调度中心、列控中心等)组成。其中,轨道电路的作用是检测闭塞分区是否被占用,并把检测结果发送给车载的轨道电路信息接收模块:应答器的作用是向列车提供运行方向及定位基准信息,其工作原理是当列车经过地面应答器_上方时,应答器将接收到的车载应答器天线发送的电磁能量,转换为工作电源,然后把应答器收集的信息发送给列车: GSM-R的含义是“为铁路通信专门]定制的移动通信系统",它的作用是无线通信。由于高铁线路处于复杂的地理环境中,山多、隧道多,信号易被屏藏和干扰,这对GSM-R网络的可靠性提出了很高的要求。