來(lái)源：人民網(wǎng)

    “誰(shuí)擁有永磁牽引系統，誰(shuí)就擁有高鐵的話(huà)語(yǔ)權”

    【發(fā)現中國原創(chuàng )技術(shù)】中國高鐵用上了世界最先進(jìn)的牽引技術(shù)

    歷時(shí)11年，累計1000萬(wàn)次試驗，積累150G數據，耗資1億元，中國中車(chē)旗下株洲電力機車(chē)研究所有限公司（下稱(chēng)“株洲所”）攻克了第三代軌道交通牽引技術(shù)，即永磁同步電機牽引系統（下稱(chēng)“永磁牽引系統”），掌握完全自主知識產(chǎn)權，成為中國高鐵制勝市場(chǎng)的一大戰略利器。

    2015年5月16日，長(cháng)沙地鐵1號線(xiàn)使用的永磁同步電機成功交付。這是國內首次將永磁同步電機裝載在整列地鐵車(chē)輛投入裝車(chē)應用。

    中國工程院院士、株洲所總經(jīng)理丁榮軍透露，目前，株洲所已研發(fā)出可用于時(shí)速500公里的高鐵動(dòng)車(chē)的690kW永磁牽引系統，即將小批量生產(chǎn)。這標志著(zhù)我國成為繼德、日、法等國之后，世界上少數幾個(gè)掌握高鐵永磁牽引系統技術(shù)的國家之一。

    “中國具有完全自主知識產(chǎn)權的永磁牽引系統已經(jīng)邁開(kāi)產(chǎn)業(yè)化步伐，中國軌道交通的‘永磁牽引時(shí)代’終于來(lái)臨了。”丁榮軍表示。

    從“地鐵用”到“高鐵用”：“爬完衡山又去登珠峰”

    牽引傳動(dòng)系統在業(yè)內被稱(chēng)為“列車(chē)之心”，其性能在某種程度上決定了列車(chē)的動(dòng)力品質(zhì)、能耗和控制特性，也影響著(zhù)列車(chē)的經(jīng)濟性、舒適性與可靠性，是節能升級的關(guān)鍵。

    世界軌道交通車(chē)輛牽引系統的第一代是直流電機牽引系統，第二代是起步于20世紀70年代的交流異步電機牽引系統，為當前的主流技術(shù)。

    株洲所副總經(jīng)理馮江華介紹，“對軌道交通牽引技術(shù)來(lái)說(shuō)，永磁牽引系統是一場(chǎng)革命，誰(shuí)擁有永磁牽引系統，誰(shuí)就擁有高鐵的話(huà)語(yǔ)權。”

    永磁牽引系統是列車(chē)的動(dòng)力系統，由變流器和電機兩大部分組成，其中變流器相當于列車(chē)的心臟，電機好比是列車(chē)的肌肉，電機主要負責傳達動(dòng)力，完成電能到機械能轉變，帶動(dòng)列車(chē)平穩行駛。

    目前，西門(mén)子、龐巴迪等國際設備制造商均將永磁牽引系統作為其研發(fā)方向。在這個(gè)新興領(lǐng)域，中國并沒(méi)有輸在起點(diǎn)。

    2003年，有關(guān)永磁牽引系統的闡述第一次傳入馮江華的耳朵。當時(shí)，該項技術(shù)尚處于理論研究階段。然而，馮江華察覺(jué)到，永磁牽引系統必將取代交流異步電機牽引系統，必須迅速研發(fā)。當年，株洲所率先組建了國內第一支永磁牽引系統研發(fā)團隊，“從零起步”。

    株洲所基礎與平臺研發(fā)中心副主任許峻峰稱(chēng)，在交流異步電機牽引系統研發(fā)階段，我國比國外落后了20來(lái)年；在更先進(jìn)的永磁同步領(lǐng)域，“我們就像是沒(méi)有車(chē)燈的汽車(chē)，在黑燈瞎火的山路上摸索，方向稍有把握不準，后果不僅僅是跑偏”。

    “電機控溫是項目進(jìn)展最大的瓶頸。”許峻峰介紹，為避免水、灰塵、鐵屑等腐蝕電機內部永磁體，電機采用全封閉結構，但由于電機功率太大，發(fā)熱過(guò)高，永磁材料在高溫、振動(dòng)和反向強磁場(chǎng)等條件下，可能發(fā)生不可恢復性失磁的嚴重風(fēng)險。“如果列車(chē)在高速運行時(shí)失磁，后果不可想象。”

    馮江華回憶，“沒(méi)有任何可以借鑒的資料，也缺少研發(fā)測試用的相關(guān)設備”，株洲所只能“摸著(zhù)石頭過(guò)河”，不少數據仍要依靠比較原始的笨辦法。“比如說(shuō)，電機升溫試驗一做就是五六個(gè)小時(shí)，電機溫控數據就人工全程蹲守來(lái)記錄，這樣來(lái)慢慢積累。”馮江華稱(chēng)。

    研發(fā)團隊成立8年后，也就是2011年底，株洲所永磁牽引系統在沈陽(yáng)地鐵2號線(xiàn)成功裝車(chē)，實(shí)現了國內軌道交通領(lǐng)域的首次應用，結束了中國鐵路沒(méi)有永磁牽引系統的歷史。株洲所也成為我國唯一掌握自主永磁牽引系統全套技術(shù)的企業(yè)。截至2015年5月底，沈陽(yáng)地鐵2號線(xiàn)已無(wú)故障載客運營(yíng)7萬(wàn)公里。

    “這一次，我們搶坐了頭把交椅。”馮江華告訴記者，2011年，株洲所受命參與國家“863計劃”之“高速鐵路重大關(guān)鍵技術(shù)及裝備研制重點(diǎn)項目”，承擔高速動(dòng)車(chē)組用永磁牽引系統的研發(fā)工作。

    從“小功率”轉向“大功率”，從“地鐵用”轉向“高鐵用”，株洲所面臨著(zhù)新的難關(guān)。

    株洲所首席設計專(zhuān)家李益豐對《中國經(jīng)濟周刊》稱(chēng)，沈陽(yáng)地鐵用的永磁同步電機功率是190kW，而用于時(shí)速500公里高速動(dòng)車(chē)組的電機功率高達690kW，且始終是高速運行狀態(tài)，對牽引系統的穩定性、可靠性等各方面都提出了極大的挑戰，“對電機設計的挑戰就像是爬完衡山，又去攀登珠峰”。

    盡管如此， 株洲所卻提前完成任務(wù)。2013年12月，株洲所成功開(kāi)發(fā)出可用于時(shí)速500公里高鐵動(dòng)車(chē)的電機，2014年10月在青島四方股份公司成功裝車(chē)考核。

    “順利的話(huà)，中國高鐵很快就能全面用上永磁牽引系統，不僅更節能，也更穩定，更安全。”李益豐稱(chēng)。

    “節能神器”：讓高鐵電機功率提高60%

    丁榮軍對《中國經(jīng)濟周刊》介紹，2014年，株洲所的牽引系統在城市軌道列車(chē)市場(chǎng)占有率達57%，今后將逐步以永磁牽引系統取代異步電機系統。

    株洲所下屬的時(shí)代電氣公司副總經(jīng)理兼總工程師劉可安說(shuō)：“高效節能是永磁牽引系統最突出的優(yōu)勢。”

    數據顯示，株洲所研發(fā)的690kW永磁同步電機，比目前主流的異步電機功率提高60%，電機損耗降低70%。

    根據沈陽(yáng)地鐵2號線(xiàn)的實(shí)際運行數據，劉可安算了一筆賬：一條地鐵每年可節能折合400萬(wàn)元，“這就是利潤，哪家單位會(huì )不愿意用？”

    劉可安拿出的一份業(yè)內分析報告顯示：到2020年前后，全國將建設約100條城市軌道交通線(xiàn)路。如果新建線(xiàn)路60%采用永磁牽引系統，預期的產(chǎn)值將達到100億元，全國每年新線(xiàn)運營(yíng)能耗將節約2.4億元。

    永磁系統在中央空調領(lǐng)域也展現出極強的替代優(yōu)勢?；谟来抛冾l傳動(dòng)系統的中央空調可實(shí)現節能40%。一臺240kW的中央空調，若每年運行4個(gè)月，一年至少可節約用電11.52萬(wàn)度。按全國40000臺中央空調測算，則一年即可節約用電46億度，少排放46萬(wàn)噸二氧化碳。

    自2009年啟動(dòng)研發(fā)以來(lái)，株洲所成功研制了世界上第一套中央商用空調永磁高速直驅系統，成為國內外唯一一家中央空調永磁驅動(dòng)系統的供應商。截至2015年4月底，株洲所永磁系統在中央空調上已應用400多套。在今年4月的中國制冷展上，格力電器就將裝載永磁同步變頻熱泵離心機的中央空調作為其高端產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

    永磁牽引系統的高效節能，讓株洲所在電動(dòng)汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電、100%低地板現代有軌電車(chē)等領(lǐng)域也占據了市場(chǎng)競爭的高點(diǎn)。

    馮江華稱(chēng)，永磁牽引系統的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應用還在起步階段，“今后，株洲所一方面是縱向上深化和細化技術(shù)研發(fā)， 另一方面是橫向上不斷擴展永磁牽引技術(shù)的應用領(lǐng)域，實(shí)現全面布局和持續領(lǐng)先。”

    專(zhuān)家點(diǎn)評

    永磁同步牽引系統是我國高鐵技術(shù)升級的典范
    中國工程院院士劉友梅

    世界軌道交通車(chē)輛的電力牽引系統技術(shù)在經(jīng)歷了“直流傳動(dòng)牽引系統”向“交流傳動(dòng)牽引系統”發(fā)展后，目前正在由“感應異步傳動(dòng)”朝“永磁同步傳動(dòng)”發(fā)展。永磁同步牽引系統因其高效率、高功率密度的顯著(zhù)優(yōu)勢，代表了當前提倡節能減排、綠色環(huán)保的技術(shù)發(fā)展趨勢，成為各大發(fā)達國家競相研究的技術(shù)熱點(diǎn)，是花錢(qián)也買(mǎi)不到的核心技術(shù)。

    中國中車(chē)株洲電力機車(chē)研究所成功自主開(kāi)發(fā)了高速列車(chē)永磁同步牽引系統，使我國成為世界上少數幾個(gè)掌握高鐵永磁牽引系統技術(shù)的國家之一。該永磁同步牽引系統的電機額定效率達到了98%以上，將電機損耗降低至原來(lái)的三分之一，顯著(zhù)降低了高速列車(chē)的牽引能耗。在我國能源日益緊張，社會(huì )迫切需求“綠色交通”的大背景下，永磁同步牽引系統成為了我國高速鐵路技術(shù)升級的一個(gè)典范。

    為了早日趕上發(fā)達國家技術(shù)水平，我們在研制時(shí)主動(dòng)提高了目標
株洲電力機車(chē)研究所有限公司副總經(jīng)理 馮江華

    技術(shù)創(chuàng )新是企業(yè)賴(lài)以生存的支柱和持久發(fā)展的動(dòng)力。2003年，我們即著(zhù)手開(kāi)展永磁同步牽引系統的基礎研究。當時(shí)永磁技術(shù)在國外尚處于起步階段，技術(shù)完全保密，對外嚴格封鎖技術(shù)轉讓。我們只能從零起步，摸著(zhù)石頭過(guò)河，開(kāi)展了大量理論分析、仿真研究和三維虛擬設計等，經(jīng)歷不下百萬(wàn)次的地面試驗，積累了數百G的硬盤(pán)數據，于2011年成功研制了我國首套軌道交通永磁同步牽引系統，并且在沈陽(yáng)地鐵2號線(xiàn)列車(chē)上成功實(shí)現裝車(chē)試驗，這也是永磁系統在國內軌道交通領(lǐng)域的首次應用。

    沈陽(yáng)試驗的同一年，我們接到了國家“863計劃項目”開(kāi)發(fā)高速動(dòng)車(chē)組用600kW永磁同步牽引系統的任務(wù)。為了早日趕上發(fā)達國家的技術(shù)水平，在接到任務(wù)后，我們內部將研制的目標提高到了690kW。三年的堅守與付出，最終換來(lái)成功的喜悅。

    牽引系統性能的優(yōu)劣決定了列車(chē)的技術(shù)水準。此次我們開(kāi)發(fā)的高速動(dòng)車(chē)組690kW永磁同步牽引系統使我國高速鐵路擁有了世界上最先進(jìn)的牽引技術(shù)，有力地提升了我國高速鐵路的技術(shù)水平，再次向世界表明我國高速鐵路完全具備自主創(chuàng )新的技術(shù)能力。

    更加關(guān)鍵的是,永磁驅動(dòng)技術(shù)不僅在軌道交通領(lǐng)域引發(fā)了技術(shù)革命，而且還是新能源汽車(chē)、超高速永磁驅動(dòng)離心商用空調、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域的核心技術(shù)，是我們高端裝備技術(shù)進(jìn)步的基石。