京雄城際采用永磁高鐵方案的可行性

日前，中車四方公司副總工程師孟冬華在2018中國永磁驅動技術研討會上表示，我國永磁高鐵列車已經完成30萬公里性能測試，目前正探討在京雄城際采用永磁高鐵方案的可行性。

記者了解到，我國是世界上少數(shù)幾個掌握高鐵永磁牽引系統(tǒng)技術的國家。永磁牽引技術的地鐵列車已經在多個城市地鐵線路運行，但是基于永磁牽引技術的高鐵尚未商用。作為雄安新區(qū)首個重大項目的京雄城際今年2月開工，北京段明年9月開通，新機場至雄安段預計將于2020年底投入使用。

釋疑1

何為永磁電機驅動列車?

可行性研究報告

轉速和定子的頻率時刻同步，比異步電機要節(jié)能

中車株洲電力機車研究所總工程師馮江華介紹，之所以叫永磁高鐵，因為用的是永磁電機，此前的高鐵列車用的都是異步電機。

簡單來說，電機是要靠電磁力驅動，所以需要有磁場。異步電機是通過吸收無功電流來建立磁場，但是轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，所以稱異步電機。

馮江華說，永磁電機轉子的轉速和定子的頻率是時刻同步的。而用來建立磁場的電流也會有損耗，所以永磁電機比異步電機要節(jié)能。

那么，為什么以前不大量使用永磁電機?

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因為找不到合適的永磁體。大家日常生活中都會接觸磁鐵，但是磁鐵的磁性(磁能積)用于大功率的電機是遠遠不夠的，直到發(fā)現(xiàn)了稀土永磁。

鋼鐵研究總院首席專家董生智介紹，現(xiàn)在大量使用的稀土永磁材料釹鐵硼是80年代出現(xiàn)，價格相對較低，但是磁性高?！拔覈⊥劣来挪牧弦褜崿F(xiàn)產業(yè)化，過去與日本、歐洲有比較大的距離，現(xiàn)在在任何一方面已經不落后于他們了。”董生智說。

釋疑2

永磁高鐵測試結果如何?

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完成了30萬公里運用考核，比既有高速動車組能耗減少10%

據(jù)孟冬華介紹，2015年2月，鐵路總公司下發(fā)了《時速350公里基于永磁電機牽引動車組技術條件》。永磁高鐵課題采用了產學研相結合的模式，中車四方公司作為課題承擔單位，合作單位包括浙江大學、中車株洲所旗下公司時代電氣等。

2014年-2015年，永磁高鐵通過了設計方案評審并在青島四方下線了我國第一臺永磁高鐵樣車。

此后，試驗合格完成驗收后，2016年12月起，永磁高鐵樣車開始了漫長的測試，截至今年6月，永磁高鐵樣車完成了30萬公里運用考核，并完成了分解檢查。

中車株洲電力機車研究所總工程師馮江華介紹，測試時實現(xiàn)和復興號相同的運行速度350公里每小時，測試顯示，永磁高鐵比復興號動車組效率高，永磁高鐵運行比既有的高速動車組能耗減少10%。

孟冬華具體介紹，永磁牽引高速動車組在大西線測試時，彎道、隧道等線路條件較差的情況下，仍比CRH380A(時速380公里級別高速動車組)在滬杭線的測試更節(jié)能。2017年6月，永磁牽引高速動車組和CRH380A動車組在成渝線進行了能耗對比測試，其中長距離、大站停的工況，整車節(jié)能約8.4%，停站次數(shù)比較多的工況整車節(jié)能約10%。

釋疑3

永磁與和諧號有何區(qū)別?

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軸距由2500mm增至2600mm，需裝備動力系統(tǒng)的車廂變少了

孟冬華介紹，永磁高鐵設計的樣貌跟CRH380A類似，斷面、主結構和車頭都跟和諧號類似，“主要是考慮乘客對現(xiàn)有高鐵相貌已經接受。”

不過，永磁高鐵列車還是有變化的，比如軸距由2500mm增加到了2600mm。更大的變化是，使用永磁電機后，需要裝備動力系統(tǒng)的車廂變少了。

“一組8車廂的動車組，原來是需要6節(jié)車廂裝備動力，采用永磁同步牽引系統(tǒng)后，則只需要4節(jié)車廂裝備動力即可，這樣減少了動拖比(即指一列固定編組的列車中，動力車與無動力車的比例)，即以前是6動2拖，永磁高鐵只需要4動4拖，節(jié)省2輛動車的牽引系統(tǒng)成本。”孟冬華說。

在孟冬華看來，永磁牽引系統(tǒng)在功率密度、節(jié)能等方面優(yōu)勢明顯，國外軌道交通領域也正在進行推廣應用。我國擁有世界最大的鐵路網，因而高速列車節(jié)能降耗尤為重要。永磁高鐵具有損耗底、效率高的優(yōu)點，未來必將得到產業(yè)化推廣。

釋疑4

永磁技術應用前景如何?

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將應用到電動汽車、磁浮交通領域

據(jù)介紹，目前，永磁驅動技術在軌道交通、風力發(fā)電、中央空調等工業(yè)領域都有運用。中國工程院院士劉友梅認為，永磁驅動將推進我國儲能式交通，中低速磁浮交通、高速磁浮交通，以及虛擬智軌列車的發(fā)展。

此外，永磁驅動還有一個重要的應用領域，那就是正在發(fā)展的新能源汽車業(yè)。

新能源汽車專家、中國工程院院士孫逢春認為，新能源汽車將來要求輕量化，必須做永磁驅動?！坝来烹姍C體積小、效率高、重量輕，已經是大家的共識”。

“去年我國新能源汽車銷量是77.7萬輛，連續(xù)三年排名世界第一，占世界產銷量50%以上。這么多的新能源汽車，配制電機驅動系統(tǒng)主要是國產的，電機以永磁電機為主，異步電機已經占很小的部分?！敝熊囍曛匏紫瘜＜夜缬⒔榻B，除了集中驅動之外，現(xiàn)在永磁輪轂電機也成為研發(fā)熱點，因為采用輪轂電機以后，車輛可以騰出很大空間。

所謂永磁輪轂電機，就是將電機裝在輪子上?！安贿^，現(xiàn)在因為成本問題，永磁輪轂電機還沒法在公交車或者民用車上使用，但是在特定使用場合有一定的應用市場，比如機場擺渡車、軍用車輛等?！惫缬⒄f。

背景

長沙投入運營首列永磁地鐵

雖然永磁高鐵還未真正投入運營，但是永磁地鐵卻進入人們生活已有2年之久。

記者了解到，2003年，中車株洲所在國內率先開展軌道交通領域的永磁同步牽引系統(tǒng)研究。2016年，全國首列永磁地鐵在長沙地鐵1號線正式投入載客運營。

據(jù)長沙軌道交通總經理周曉明介紹，目前這列永磁地鐵列車已經安全運營23萬公里，總體安全可靠、噪音低、節(jié)能，經過測試，運行期間節(jié)能率超過30%。

據(jù)長沙軌道交通集團副總工程師肖利君介紹，“永磁牽引列車載客運營一年后，運行里程約10萬公里的時候進行了返廠解體檢查。解體后的電機，經檢驗一些指標均無變化，據(jù)我們觀察的現(xiàn)象，電機永磁材料沒有失磁現(xiàn)象?！?

除了長沙地鐵1號線，馮江華介紹，他們已經同十幾個城市的地鐵線路簽訂了永磁牽引技術合同，正在逐步交付階段。目前，北京地鐵八號線、天津地鐵六號線的“永磁地鐵”已具備載客運營資質。

此外，廈門、深圳、寧波、佛山等城市也即將開展“永磁地鐵”的應用。9月8日，中車時代電氣下線了第10000輛城軌牽引系統(tǒng)，這臺牽引系統(tǒng)采用了永磁牽引，將應用到寧波地鐵四號線上。