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地铁至全面覆盖轨道交通中国机车步入稀土永磁时代

发布时间:2017/03/31 资讯 标签:中国传动技术日本高速高铁浏览次数:312

       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(株洲所)攻克了第三代轨道交通牵引技术,即同步电机牵引系统,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。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。2016年3月,地铁列车正式投入正线试运行。截至2016年7月7日,列车累计无故障运行12500公里,成功完成试运行考核。

  2016年9月7日,中车青岛四方机车车辆股份有限公司自主研制的国内首台轨道车辆永磁直驱转向架装车试验成功,填补了国内在直驱转向架技术领域的空白。这里的永磁是指,其于电机应用有着节能环保、高效、减重、降容和抑噪的优点。
 节能环保
  2011年底,株洲所永磁牵引系统在沈阳地铁2号线第20列车上成功装车,实现了国内轨道交通领域的首次应用。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。
  研究人员在对5100公里的AW0空载试验和1100公里的AW3加载试验及3万公里的载客运行的数据分析后得出结论,永磁同步牵引电机虽然采用全封闭结构,但是电机温升比异步牵引电机低,其发热小、热损小、效率高;载客运营表明,一台永磁电机可承载2台异步电机的运力并满足运行要求;能耗监测和测量结果表明,永磁同步牵引电机能耗为497.198MVA.s,异步牵引电机能耗为550.068MVA.s,对比说明永磁同步牵引电机比异步牵引电机节能9.61%。
  株洲所下属的时代电气公司副总经理兼总工程师刘可安说:“高效节能是永磁牵引系统最突出的优势。”数据显示,株洲所研发的690kW永磁同步电机,比目前主流的异步电机功率提高60%,电机损耗降低70%。
  而对于新型永磁直驱转向架,中车四方股份公司技术中心副主任蒋欣介绍,新型永磁直驱转向架采用全封闭水冷永磁直驱电机直接驱动轮对,效率高,且直驱过程无齿轮传动损耗,跟目前主流的异步电机带齿轮传动的转向架相比,能耗降低了15%,节能优势显著。”它还避免了齿轮传动产生的噪声,运行噪音降低了10分贝。
 降低成本
  根据沈阳地铁2号线的实际运行数据,时代电气公司副总经理兼总工程师刘可安算了一笔账:一条地铁每年可节能折合400万元。
  而对于长沙地铁1号线16台全部永磁电机的整列地铁,时代电气公司工作人员算了一笔账:目前,1500V、B型车地铁列车每列车的能耗为12kW/公里,每列车每年行驶里程约12万公里,假设长沙地铁的电费为1元/度,按照节能10%计算,一列永磁牵引系统列车每年就能节约电费约144000元。此外,相对现有的异步电机来说,永磁电机的噪音可降低约3分贝,乘客在搭乘永磁地铁时将感觉更加安静和舒适。在2016年6月28日正式运营的当天,长沙轨道交通集团董事长披露,永磁地铁每千米相比异步电机列车能耗减少3度,1号线全长是23.55千米,永磁地铁跑一个来回能节省140度电左右。
  中国工程院院士刘友梅点评,中国中车株洲电力机车研究所的永磁同步牵引系统的电机额定效率达到了98%以上,将电机损耗降低至原来的三分之一,显著降低了高速列车的牵引能耗。
  与传统转向架需要大量维护相比,新型永磁直驱转向架免除了齿轮传动装置的维护,且永磁直驱电机为全封闭式结构,基本免维护,提高了运行可靠性,降低了运用维护成本。
  科普资料指出,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;第三代就是永磁同步电机牵引系统,就是公认的下一代机车牵引系统。目前,国外阿尔斯通、庞巴迪、东芝等车辆厂生产的轨道交通永磁同步牵引列车已在法国、日本等国成功运用,并进入商业化的推广应用阶段。
  目前,中国已经成为掌握永磁牵引系统技术并在地铁、城轨、动车和高铁等领域实现应用的国家,中国的永磁牵引系统,应用铁硼作为其驱动电机的核心材料。
  根据《中长期铁路网规划》2016版,“十三五”期间,中国计划完善高速铁路网络,形成八纵八横主通道,并在此基础上规划建设高速铁路区域连接线,进一步完善路网、扩大覆盖。到2020年,中国将实现高速铁路运营里程3万公里;到2025年,高速铁路3.8万公里左右,这意味着中国高铁里程在未来十年将翻倍。在地铁和有轨电车方面,2015年中国已开通城市地铁运营线路2658公里,“十三五”期间规划地铁线路总规模4248公里,在建线路总规模3790公里。同时,中国对申报地铁建设的城市人口要求或将从300万人以上下调至150万,这样会使得符合地铁建设条件的城市从约30个增加至约90个。保守估计到2020年,中国将至少有50个城市拥有地铁,潜在规划里程空间巨大。此外,自2013年有轨电车建设审批权下放给省级政府后,各地就进入了一个轨道交通批复和规划建设的爆发期。据大略统计,全国已有超过100个城市规划建设有轨电车,总规划里程已超过6000公里。保守估计至2020年,全国有轨电车线路总里程将从2015年的174公里攀升至2500公里,对应年复合增长率为70.4%。所有的路线,都需要配套相应数量的轨道机车。
  中国已经迈入了轨道交通永磁牵引技术新时代,在这个阶段,铁硼永磁直驱牵引电机机车将逐步成为轨道机车的绝对主力,未来需求已经开始对高性能铁硼的供应能力、产品性能提出了挑战。

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