点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:国产“双高”导线让中国高铁“电力十足”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

国产“双高”导线让中国高铁“电力十足”

来源:科技日报2021-12-01 09:35

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  时速350公里,营业里程3.6万公里,通达除西藏外的30个省区市……中国高铁以惊人的速度和广度一再刷新我国的“高铁版图”和纪录。供电系统作为高铁列车的“心脏”,在为列车提供源源不断的动力的同时,也是确保列车安全、高速、可靠、稳定运行的关键。

  天津中铁电气化设计研究院有限公司总工程师王立天团队研发的“高速铁路用高强高导接触网导线关键技术及应用”,实现了我国高铁接触网导线的完全国产化。该成果经过10年在京沪、京津、京张、成渝等1.3万公里的高铁线路上的“挂网”运行,证实其性能领跑“世界高铁”。该项目也获得2020年度国家科技进步奖二等奖,同时项目获授权发明专利32件,SCI论文31篇,主编国标6项、行业标准2项。

  铜镁导线已达安全极限

  俗话说,火车跑得快,全靠车头带。那么“车头”的牵引动力来自于哪呢?

  “人们在高铁站等车时,经常会看到铁路沿线上空架设的输电线路,这些输电线路就是高速铁路接触网,高铁列车运行所需的电就是通过机车上端的接触网来输送。”王立天介绍,接触网一旦停电或列车受电弓与接触网接触不良,就会对列车的供电产生影响。

  同时,制约高速列车速度提升的三大核心技术瓶颈之一也是弓网的受流能力。为了保证高速行驶下的列车稳定受流,接触网导线就必须具有大张力和大载流能力,这就要求导线同时具有高强度和高电导率,还要保证接触网轻量化,不能给工程方面增加投入。

  王立天解释:“当列车行驶速度为300公里/小时以上时,它所受的阻力90%以上都来自风阻,而风阻与速度的平方成正比,列车所需的功率就与速度的三次方成正比。功率变大后,在电压不变的情况下,电流也相应增大。因此需要接触网导线具有高导电率。”

  “在保证高电导率的同时,接触网导线还需要保证高强度。”王立天说,列车在高速运行中,受电弓和导线之间不能脱离,必须时刻紧密接触。只有导线的波动传播速度大于列车速度的1.4倍,才能保证受电弓和接触网导线不脱离。而提升导线的波动传播速度就必须提高导线的张力,在导线重量不变的情况下,就需要增加导线强度,使导线强度达到国家标准安全系数2.0以上。也就是说,导线所能承受的最大拉断力需要达到应用所需拉力的2倍以上强度才能保证安全。

  要想同时提高强度和导电率是个巨大的挑战。众所周知,在铜合金材料中,导电率和强度成反比,同时提高导电率和强度非常困难,因此高铁接触网导线研发难度极大,在王立天团队项目实施前,我国高铁接触网导线全部依赖进口。

  “当时国际最先进的铜镁导线强度在列车350公里时速下已达安全极限,想要进一步提速必须研发下一代更高强度和更高导电率的铜铬锆接触网导线。”王立天说,要想实现“中国速度”,这道坎必须要跨过去。

  研发、产业化一切从零开始

  早在2006年,我国开始进行高铁建设的时候,王立天作为专家团队的一员,就开始接触到这一领域。

  “由于铬锆合金元素高活性、高挥发的特性,导致能够满足工程需要的零缺陷超长铜铬锆导线制备成为公认的世界难题,被誉为高铁牵引供电技术‘皇冠上的明珠’。”王立天说,当时虽然日、法、德等国投入巨资进行研发,但均未实现工程应用,且技术严密封锁。

  国外的技术封锁让王立天清楚地看到,为实现我国高铁技术的突破,就必须自立自强,进行自主创新,把铜铬锆接触网导线国产化,做出中国自己的高强高导导线。

  当时我国连铜镁导线都是依赖进口,要研制技术难度高出一大截的铜铬锆导线,困难可想而知。“真的是一切从零开始,检索文献资料,可以借鉴的内容少得可怜。”王立天回忆,幸运的是,团队找到了浙江大学研究高导高强度材料的孟亮教授。在孟亮教授团队的帮助下,用了半年时间,团队在实验室就研制出了铜铬锆材料导线的样件,而且样件的各项参数指标非常优异,导电率达到80%以上,强度达到620兆帕。

  可兴奋劲儿还没过,王立天就发现,学校实验室的材料样件研究和实现大长度导线产业化之间相差了十万八千里,实验室里的研究工作量和难度只占整个产业化项目全部工作量和难度的5%—10%,后面实现产业化的技术难度远远超乎团队的想象。

  王立天介绍,金属冶炼加工行业的所有流程基本上分为四部分,第一部分是冶炼技术,第二部分是铸造技术,第三部分是硬变强化金属加工技术,第四部分是热处理技术。

  “其中第一和第二部分是最为关键也是最难实现的。当时我们走遍全国,也找不到能进行铜铬锆导线冶炼和铸造的设备,所有的工装设备必须自己研制。”王立天说,“可以说,导线产业化的研发过程就是研发生产制造导线所需各种设备、流程工艺的过程。”

  王立天举例说,比如冶炼炉,为了避免铬锆合金挥发,团队就尝试了多种工艺路径,关于炉壁材料的选择,团队也选择了十几种进行试验。

  “最难的是冶炼炉结晶器的研发,当时合金坯杆铸造出来后,表面非常粗糙且有裂纹,内有气孔,而且内部合金组分不合格,怎么调整数据都没有用。”王立天回忆,天天守在1000多摄氏度的冶炼炉边,一次次实验失败,让很多参研人员开始动摇。有人说,日本都研究近20年了,产品还没投入应用,咱们怎么可能研究出来。

  但王立天没有动摇,依旧每天守在冶炼炉旁,终于功夫不负有心人,一次试验中“险些造成事故的意外”,让冒着生命危险留守在冶炼现场的王立天,终于“捅破这层窗户纸”,解决了整个研发过程中难度最大的技术问题。

  产品性能全世界领先

  2010年12月,京沪高铁先导段进行了联调联试和综合试验,最高运行时速达到486.1公里的世界最高营运试验速度,其中,高强高导的铜铬锆导线功不可没。

  “经测试,我们自主研发生产的铜铬锆导线导电率达到75%,强度也达到了560兆帕,性能可以与日本同一时期上线的同类产品‘打成平手’,而欧美此时还没有同类产品研制出来。”王立天自豪地说,而且由于我们的产品生产环节更简化,因此成本要低很多。

  目前我国生产铜铬锆导线的工艺水平实现了可连续挤压、连续拉拔生产两吨铜铬锆导线,并且导线大长度连续中间没有任何缺陷。为了保证导线的安全性,导线还具有很高的耐腐蚀性、耐烧蚀性以及良好的高温特性。王立天进一步解释,由于我国的高速铁路遍布祖国各地,有些铁路地处污秽、海边等环境,因此对导线的耐腐蚀性要求非常高。同时摩擦生热,当列车高速行驶的时候,就会与接触网导线摩擦生热。一般来说,当温度到达100摄氏度时,导线强度会下降。而我们的铜铬锆导线因为材质和工艺,100摄氏度的温度反而会使导线在一定范围内强度增加。此外,高温冷却后,其他合金导线强度一般也会下降20%左右,而我们的铬锆铜导线强度只会下降5%左右,具有优异的高温特性。

  随着技术的不断改进提高,如今我国的铜铬锆导线最高可以实现83%的导电率,同时强度达到620兆帕。“目前准备开始建设的重庆到成都的高铁时速可达400公里,这比现有的350公里/小时高铁对各项技术的要求提升一个级别。”王立天对此充满信心,他表示,这次我国具有自主知识产权的高强高导接触网导线完全可以为新高铁的建设提供强有力的技术支撑。(陈 曦

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 南京大屠杀又添新证

  • 云南普洱:博览会上的茶咖相遇

独家策划

推荐阅读
这次经历让我开了窍:一个顶尖的技术工人,不能只满足于执行标准,更要具备在标准之外创造解决方案的能力。我带徒弟,始终坚持“手把手教技能,实打实查问题,面对面讲后果”。
2025-12-05 10:15
由此,研究团队模仿亚洲玉米螟幼虫头壳的结构特点,在实验室中成功“复刻”出具有类似仿生层状结构的水凝胶。为验证实际效果,研究团队将这种水凝胶安装在农业害虫侦查无人机的防撞支架上,并在模拟果园环境的复杂通道中进行测试。
2025-12-05 10:16
“十四五”时期,我国批准上市创新药达210个。为保证药品安全有效,药监部门对新药研发、生产、上市作出一系列严格规定,强化研发生产各环节质量管理。
2025-12-05 10:22
据中国载人航天工程办公室消息,根据计划安排,神舟二十一号航天员乘组将于近日择机实施第一次出舱活动。目前,空间站组合体运行稳定,神舟二十一号航天员乘组状态良好,已做好出舱活动各项准备工作。
2025-12-05 10:17
大国工匠的成长是一个长期、连续、贯通的过程,职业教育要为学生构建可持续发展的成长通道。在新时代的征程中,职业教育应不断探索符合技术技能人才成长规律的教学模式,为培养更多大国工匠、能工巧匠作出更多贡献。
2025-12-05 10:15
12月1日至4日,第十三届世界科学记者大会在南非比勒陀利亚举行。
2025-12-05 10:48
为何CCER可以抵消碳排放?这里不得不提到中国的碳市场。在这样一个市场里,碳减排量可以像日常商品一样被交易。
2025-12-04 10:13
近日,中国科学院院士、中国科学院分子植物科学卓越创新中心(以下简称分子植物卓越中心)研究员林鸿宣团队与上海交通大学研究员林尤舜团队、广州国家实验室研究员李亦学团队合作,种出了“不怕热”的水稻。
2025-12-04 10:03
科学家发现了一种可以在63摄氏度下存活的单细胞变形虫,创造了真核生物的耐热纪录。拉森火山国家公园以冒泡的酸性湖泊和炽热的地热池而闻名,但该变形虫却来自一条pH中性的“热溪流”。
2025-12-04 10:04
根据我国风电光伏基地规划布局方案,至2030年,这些新能源基地总装机规模将达4.55亿千瓦,大约相当于20个三峡水电站的总装机容量——“沙戈荒”生态环境脆弱,一旦遭到破坏,恢复难度大,大规模建设光伏风电发电基地可能会影响当地的植被、土壤和水资源等。
2025-12-04 10:01
光明日报北京12月3日电 记者张胜日前从生态环境部获悉,该部与国家能源局近日联合发布3项针对海陆油气田的温室气体自愿减排项目方法学。这是全国温室气体自愿减排交易市场首次将支持范围扩充到油气开采领域,通过市场机制破解油气甲烷回收利用难题。
2025-12-04 09:58
布局“未来产业”,“十五五”规划建议为什么“点名”量子科技、生物制造等6项产业?如何挖掘中国未来产业的应用价值?
2025-12-03 09:52
记者从工业和信息化部获悉:截至10月末,我国5G基站总数达475.8万个,比上年末净增50.7万个,占移动基站总数的37%。
2025-12-03 09:44
利用美国宇航局“毅力”号火星车捕捉到的声音和电信号,法国科学家提出了火星存在闪电的证据。
2025-12-03 09:41
11月30日,内蒙古自治区乌海市,我国装机规模最大的半固态锂电池电网侧独立新型储能项目成功并网。
2025-12-03 09:34
近日,由中国科学院院士、中国科学院青藏高原研究所研究员丁林领衔的大陆碰撞与高原隆升团队,系统梳理了青藏高原隆升的历史细节。
2025-12-03 09:28
建设教育强国,基点在基础教育。 特别值得一提的是,我校教师创新性地构建了以跨学科项目学习为核心、贯通小初高认知发展,融合科学家精神、工程师思维与设计师视角的科学教育“PRIDE项目式课堂”模式。 此外,科学教育联合培养共同体,也是学校科技教育的有力支撑。
2025-12-02 10:09
今年12月2日是第十四个全国交通安全日,相关部门将围绕“文明交通 礼行天下”主题开展一系列活动。”  公安交管部门提醒:重载车辆、新手驾驶人等慢速群体尽量使用右侧车道通行,减少因较大速度差导致交通拥堵或事故。
2025-12-02 10:08
作为国内单机容量最大、效率最高燃气机组,与传统燃煤机组相比,应急调峰能力大幅提升,能源利用更高效。其碳排放强度仅为百万千瓦燃煤机组的40%,且几乎不产生颗粒物和二氧化硫,从源头减少污染。
2025-12-02 10:08
近日,法国空中客车公司与欧盟航空安全局相继发布声明,要求全球约6000架空客A320系列飞机紧急停飞维修。“此次事件的核心原因是受到单粒子翻转的影响,同时也暴露出航空电子设备对高空飞行环境中太阳辐射影响应对不足。
2025-12-02 10:07
加载更多