世界最先進高鐵牽引技術 研發歷時11年耗資1億元

　　裝載株洲所核心部件的CRH380A動車組示意圖

「誰擁有永磁牽引系統，誰就擁有高鐵的話語權」

【發現中國原創技術】中國高鐵用上了世界最先進的牽引技術

《中國經濟周刊》 記者 曹昌見習記者 李永華｜湖南株洲報導

歷時11年，累計1000萬次試驗，積累150G數據，耗資1億元，中國中車旗下株洲電力機車研究所有限公司(下稱「株洲所」)攻克了第三代軌道交通牽引技術，即永磁同步電機牽引系統(下稱「永磁牽引系統」)，掌握完全自主智慧財產權，成為中國高鐵製勝市場的一大戰略利器。

2015年5月16日，長沙地鐵1號線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輛投入裝車應用。

中國工程院院士、株洲所總經理丁榮軍透露，目前，株洲所已研發出可用於時速500公裡的高鐵動車的690kW永磁牽引系統，即將小批量生產。這標誌著我國成為繼德、日、法等國之後，世界上少數幾個掌握高鐵永磁牽引系統技術的國家之一。

「中國具有完全自主智慧財產權的永磁牽引系統已經邁開產業化步伐，中國軌道交通的『永磁牽引時代』終於來臨了。」丁榮軍表示。

從「地鐵用」到「高鐵用」：「爬完衡山又去登珠峰」

牽引傳動系統在業內被稱為「列車之心」，其性能在某種程度上決定了列車的動力品質、能耗和控制特性，也影響著列車的經濟性、舒適性與可靠性，是節能升級的關鍵。

世界軌道交通車輛牽引系統的第一代是直流電機牽引系統，第二代是起步於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。

株洲所副總經理馮江華介紹，「對軌道交通牽引技術來說，永磁牽引系統是一場革命，誰擁有永磁牽引系統，誰就擁有高鐵的話語權。」

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

目前，西門子、龐巴迪等國際設備製造商均將永磁牽引系統作為其研發方向。在這個新興領域，中國並沒有輸在起點。

2003年，有關永磁牽引系統的闡述第一次傳入馮江華的耳朵。當時，該項技術尚處於理論研究階段。然而，馮江華察覺到，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。當年，株洲所率先組建了國內第一支永磁牽引系統研發團隊，「從零起步」。

株洲所基礎與平臺研發中心副主任許峻峰稱，在交流異步電機牽引系統研發階段，我國比國外落後了20來年；在更先進的永磁同步領域，「我們就像是沒有車燈的汽車，在黑燈瞎火的山路上摸索，方向稍有把握不準，後果不僅僅是跑偏」。

「電機控溫是項目進展最大的瓶頸。」許峻峰介紹，為避免水、灰塵、鐵屑等腐蝕電機內部永磁體，電機採用全封閉結構，但由於電機功率太大，發熱過高，永磁材料在高溫、振動和反向強磁場等條件下，可能發生不可恢復性失磁的嚴重風險。「如果列車在高速運行時失磁，後果不可想像。」

馮江華回憶，「沒有任何可以借鑑的資料，也缺少研發測試用的相關設備」，株洲所只能「摸著石頭過河」，不少數據仍要依靠比較原始的笨辦法。「比如說，電機升溫試驗一做就是五六個小時，電機溫控數據就人工全程蹲守來記錄，這樣來慢慢積累。」馮江華稱。

研發團隊成立8年後，也就是2011年底，株洲所永磁牽引系統在瀋陽地鐵2號線成功裝車，實現了國內軌道交通領域的首次應用，結束了中國鐵路沒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的企業。截至2015年5月底，瀋陽地鐵2號線已無故障載客運營7萬公裡。

「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「高速鐵路重大關鍵技術及裝備研製重點項目」，承擔高速動車組用永磁牽引系統的研發工作。

從「小功率」轉向「大功率」，從「地鐵用」轉向「高鐵用」，株洲所面臨著新的難關。

株洲所首席設計專家李益豐對《中國經濟周刊》稱，瀋陽地鐵用的永磁同步電機功率是190kW，而用於時速500公裡高速動車組的電機功率高達690kW，且始終是高速運行狀態，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」。

儘管如此，株洲所卻提前完成任務。2013年12月，株洲所成功開發出可用於時速500公裡高鐵動車的電機，2014年10月在青島四方股份公司成功裝車考核。

「順利的話，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。