“原來(lái)一列8節(jié)車廂的列車，需要6節(jié)車廂裝備動(dòng)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(dòng)力即可，從而節(jié)省2節(jié)車廂的牽引系統(tǒng)成本”，負(fù)責(zé)高鐵永磁牽引系統(tǒng)研究的中國(guó)南車基礎(chǔ)與平臺(tái)研發(fā)中心副主任許峻峰介紹說(shuō)，利用永磁電機(jī)高效率特點(diǎn)，可以提高列車牽引效率，節(jié)省大量電能，同時(shí)提高我國(guó)高鐵在節(jié)能、減排、安全、舒適等方面的綜合競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　許峻峰說(shuō)，由于牽引系統(tǒng)是機(jī)車的核心技術(shù)，雖然法、德、日等國(guó)家都在進(jìn)行永磁牽引系統(tǒng)的研制，但一直對(duì)華實(shí)現(xiàn)技術(shù)封鎖，中國(guó)永磁在軌道交通上的研發(fā)雖然起步較晚，但目前已經(jīng)逐漸追趕上國(guó)外先進(jìn)水平。株洲所此次永磁高鐵的下線，標(biāo)志著我國(guó)成為世界上少數(shù)幾個(gè)掌握高鐵永磁牽引系統(tǒng)技術(shù)的國(guó)家。

　　■ 揭秘

　　1 牽引車減少 至少省電10%

　　“株洲所自2003年起進(jìn)行永磁牽引系統(tǒng)的研發(fā)，至今已經(jīng)追趕上世界領(lǐng)先步伐，并且完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。”許峻峰說(shuō)：“2011年開(kāi)始進(jìn)行永磁高鐵的研發(fā)，當(dāng)時(shí)任務(wù)是600千瓦，但實(shí)際上我們做到了690千瓦”。

　　許峻峰舉例稱，雖然目前單個(gè)的高鐵用永磁電機(jī)成本比現(xiàn)在普遍服役的交流異步電機(jī)成本增加約10%，不過(guò)由于永磁電機(jī)具有高功率密度的特點(diǎn)，通過(guò)節(jié)省動(dòng)拖比(即指一列固定編組的列車中，動(dòng)力車與無(wú)動(dòng)力車的比例)，比如一輛原來(lái)需要6動(dòng)2拖的列車，在裝備了永磁電機(jī)后，只需要采用4動(dòng)4拖就可以，其節(jié)省的2輛動(dòng)車的牽引系統(tǒng)成本會(huì)使得安裝永磁電機(jī)的整列車牽引系統(tǒng)成本反而降低20%，另一方面可以利用永磁電機(jī)高效率特點(diǎn)，提高列車牽引效率，節(jié)省大量電能，降低列車的全壽命周期成本。

　　“由于永磁發(fā)電機(jī)的功率可以比異步電機(jī)更大，所以在整個(gè)車跑起來(lái)的時(shí)候，電機(jī)要求的數(shù)量更少了，”許峻峰說(shuō)：“如果保持同樣的動(dòng)拖比，將提升整車的牽引能力。”

　　據(jù)許峻峰介紹，一般來(lái)說(shuō)，牽引系統(tǒng)能耗約占軌道交通系統(tǒng)總能耗的40%至50%。根據(jù)南車方面提供的數(shù)據(jù)稱，在沈陽(yáng)地鐵測(cè)量中，永磁同步牽引系統(tǒng)相比于異步牽引系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)節(jié)能9.61%。

　　經(jīng)測(cè)算，目前地鐵運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)是一列車平均每公里耗能為13度，按一列車每天平均跑250公里，一條線按20列車進(jìn)行計(jì)算，則一條線一天耗能為65000度，如果電費(fèi)按照0.85元/度電進(jìn)行計(jì)算，如果2015年全國(guó)規(guī)劃建設(shè)的96條軌道交通線路全部采用永磁同步牽引系統(tǒng)，那么每年新線運(yùn)營(yíng)能耗將節(jié)約1.92億元。

　　2 電機(jī)全封閉 噪音低維護(hù)少

　　永磁電機(jī)與異步電機(jī)的最大區(qū)別在于它的勵(lì)磁磁場(chǎng)是由永磁體產(chǎn)生的。許峻峰介紹說(shuō)，異步電機(jī)，需要從定子側(cè)吸收無(wú)功電流來(lái)建立磁場(chǎng)，用于勵(lì)磁的無(wú)功電流導(dǎo)致了損耗的增加，降低了電機(jī)效率和功率因數(shù)，所以永磁電機(jī)比異步電機(jī)要節(jié)能。

　　許峻峰介紹說(shuō)，由于為了通風(fēng)冷卻，地鐵用異步發(fā)電機(jī)是將線圈暴露在外的，需要定期將每臺(tái)電機(jī)的濾網(wǎng)進(jìn)行一次清潔，如果不清潔，濾網(wǎng)堵塞會(huì)影響電機(jī)的散熱。而永磁發(fā)電機(jī)則使用全封閉式設(shè)計(jì)，更加安全可靠，此次株洲所研發(fā)的永磁發(fā)電機(jī)其絕緣技術(shù)結(jié)合了大功率機(jī)車和高鐵牽引電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有更高的絕緣可靠性，而全新的封閉式通風(fēng)設(shè)計(jì)，則有效確保電機(jī)內(nèi)部冷卻系統(tǒng)清潔干凈，相對(duì)異步牽引電機(jī)維護(hù)更少，噪音低。

　　許峻峰介紹說(shuō)：“由于永磁牽引電機(jī)結(jié)構(gòu)和電磁方面的特點(diǎn)，其在地鐵現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中在低速時(shí)系統(tǒng)噪音明顯比異步電機(jī)低。整個(gè)系統(tǒng)噪音大概降低了3分貝左右。沒(méi)有濾網(wǎng)清潔這樣繁瑣的工作，系統(tǒng)的壽命周期成本也大大地降低了。”

　　■ 展望

　　永磁可助高鐵更多走出“國(guó)門(mén)”

　　株洲所副總經(jīng)理、總工程師，高鐵永磁牽引系統(tǒng)項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師馮江華向記者介紹，牽引系統(tǒng)技術(shù)是高鐵的核心技術(shù)，永磁技術(shù)在國(guó)內(nèi)高鐵動(dòng)力應(yīng)用上的突破，將使中國(guó)高鐵在世界舞臺(tái)上更具核心競(jìng)爭(zhēng)力。

　　永磁牽引成為下一代列車主流研究方向

　　據(jù)了解，世界軌道交通車輛牽引系統(tǒng)技術(shù)，經(jīng)歷了直流系統(tǒng)、異步系統(tǒng)、永磁系統(tǒng)三大階段。永磁同步牽引系統(tǒng)因其高效率、高功率等顯著優(yōu)勢(shì)，正逐步取代傳統(tǒng)牽引系統(tǒng)，成為下一代列車牽引系統(tǒng)主流研制方向。

　　馮江華說(shuō)，此次南車株洲所推出的高速列車永磁同步牽引系統(tǒng)，包含牽引變流器、網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)等，其中最具亮點(diǎn)的就屬該公司自主研發(fā)的JD188型大功率永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)。該電機(jī)額定功率達(dá)到了690千瓦，是目前國(guó)內(nèi)軌道交通領(lǐng)域最大功率的永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)。

　　與傳統(tǒng)的異步電動(dòng)機(jī)相比，該電機(jī)具有轉(zhuǎn)速穩(wěn)、效率高、體積小、重量輕、噪聲低、可靠性高等諸多特點(diǎn)，采用永磁驅(qū)動(dòng)的同步牽引電機(jī)與傳統(tǒng)的異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，節(jié)能可達(dá)10%以上。

　　永磁高鐵最快3年內(nèi)商用

　　永磁高鐵的市場(chǎng)規(guī)模將非常可觀，參照永磁地鐵的商業(yè)化進(jìn)程，永磁高鐵的商業(yè)化預(yù)計(jì)最快3年內(nèi)能達(dá)成。

　　許峻峰介紹說(shuō)，近幾年隨著國(guó)內(nèi)稀土材料價(jià)格下降，讓永磁體價(jià)格也隨之下降，大大降低永磁牽引系統(tǒng)成本，而目前國(guó)外幾個(gè)大廠家一直希望到中國(guó)國(guó)內(nèi)尋找永磁材料供應(yīng)商，以降低成本。

　　就海外市場(chǎng)而言，直到2013年7月，日本東芝才宣布首次獲得海外地鐵市場(chǎng)永磁同步牽引系統(tǒng)大單：新加坡66列396輛改造車永磁同步牽引系統(tǒng)訂單。

　　馮江華介紹說(shuō)，未來(lái)的某些軌道交通將會(huì)去掉齒輪箱，采用直接驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而給軌道交通牽引系統(tǒng)帶來(lái)革命性的變化。

　　“由于軌道交通對(duì)體積、重量和空間限制很高，從目前技術(shù)狀態(tài)來(lái)說(shuō)，異步電機(jī)無(wú)法做到直接驅(qū)動(dòng)，目前只有永磁電機(jī)可以做到這一點(diǎn)。”馮江華說(shuō)。(本版采寫(xiě)/新京報(bào)記者 韓旭陽(yáng))

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