最先进高铁牵引技术耗资1亿 盘点中国举世瞩目科技成果
装载株洲所核心部件的CRH380A动车组示意图
【发现中国原创技术】中国高铁用上了世界最先进的牵引技术
《中国经济周刊》 记者 曹昌 见习记者 李永华｜湖南株洲报道
历时11年，累计1000万次试验，积累150G数据，耗资1亿元，中国中车旗下株洲电力机车研究所有限公司(下称“株洲所”)攻克了第三代轨道交通牵引技术，即永磁同步电机牵引系统(下称“永磁牵引系统”)，掌握完全自主知识产权，成为中国高铁制胜市场的一大战略利器。
2015年5月16日，长沙地铁1号线使用的永磁同步电机成功交付。这是国内首次将永磁同步电机装载在整列地铁车辆投入装车应用。
中国工程院院士、株洲所总经理丁荣军透露，目前，株洲所已研发出可用于时速500公里的高铁动车的690kW永磁牵引系统，即将小批量生产。这标志着我国成为继德、日、法等国之后，世界上少数几个掌握高铁永磁牵引系统技术的国家之一。
“中国具有完全自主知识产权的永磁牵引系统已经迈开产业化步伐，中国轨道交通的‘永磁牵引时代’终于来临了。”丁荣军表示。
牵引传动系统在业内被称为“列车之心”，其性能在某种程度上决定了列车的动力品质、能耗和控制特性，也影响着列车的经济性、舒适性与可靠性，是节能升级的关键。
世界轨道交通车辆牵引系统的第一代是直流电机牵引系统，第二代是起步于20世纪70年代的交流异步电机牵引系统，为当前的主流技术。
株洲所副总经理冯江华介绍，“对轨道交通牵引技术来说，永磁牵引系统是一场革命，谁拥有永磁牵引系统，谁就拥有高铁的话语权。”
永磁牵引系统是列车的动力系统，由变流器和电机两大部分组成，其中变流器相当于列车的心脏，电机好比是列车的肌肉，电机主要负责传达动力，完成电能到机械能转变，带动列车平稳行驶。
目前，西门子、庞巴迪等国际设备制造商均将永磁牵引系统作为其研发方向。在这个新兴领域，中国并没有输在起点。
2003年，有关永磁牵引系统的阐述第一次传入冯江华的耳朵。当时，该项技术尚处于理论研究阶段。然而，冯江华察觉到，永磁牵引系统必将取代交流异步电机牵引系统，必须迅速研发。当年，株洲所率先组建了国内第一支永磁牵引系统研发团队，“从零起步”。
株洲所基础与平台研发中心副主任许峻峰称，在交流异步电机牵引系统研发阶段，我国比国外落后了20来年；在更先进的永磁同步领域，“我们就像是没有车灯的汽车，在黑灯瞎火的山路上摸索，方向稍有把握不准，后果不仅仅是跑偏”。
“电机控温是项目进展最大的瓶颈。”许峻峰介绍，为避免水、灰尘、铁屑等腐蚀电机内部永磁体，电机采用全封闭结构，但由于电机功率太大，发热过高，永磁材料在高温、振动和反向强磁场等条件下，可能发生不可恢复性失磁的严重风险。“如果列车在高速运行时失磁，后果不可想象。”
冯江华回忆，“没有任何可以借鉴的资料，也缺少研发测试用的相关设备”，株洲所只能“摸着石头过河”，不少数据仍要依靠比较原始的笨办法。“比如说，电机升温试验一做就是五六个小时，电机温控数据就人工全程蹲守来记录，这样来慢慢积累。”冯江华称。
研发团队成立8年后，也就是2011年底，株洲所永磁牵引系统在沈阳地铁2号线成功装车，实现了国内轨道交通领域的首次应用，结束了中国铁路没有永磁牵引系统的历史。株洲所也成为我国唯一掌握自主永磁牵引系统全套技术的企业。截至2015年5月底，沈阳地铁2号线已无故障载客运营7万公里。
“这一次，我们抢坐了头把交椅。”冯江华告诉记者，2011年，株洲所受命参与国家“863计划”之“高速铁路重大关键技术及装备研制重点项目”，承担高速动车组用永磁牵引系统的研发工作。
从“小功率”转向“大功率”，从“地铁用”转向“高铁用”，株洲所面临着新的难关。
株洲所首席设计专家李益丰对《中国经济周刊》称，沈阳地铁用的永磁同步电机功率是190kW，而用于时速500公里高速动车组的电机功率高达690kW，且始终是高速运行状态，对牵引系统的稳定性、可靠性等各方面都提出了极大的挑战，“对电机设计的挑战就像是爬完衡山，又去攀登珠峰”。
尽管如此，株洲所却提前完成任务。2013年12月，株洲所成功开发出可用于时速500公里高铁动车的电机，2014年10月在青岛四方股份公司成功装车考核。
“顺利的话，中国高铁很快就能全面用上永磁牵引系统，不仅更节能，也更稳定，更安全。”李益丰称。
编辑：王静喆