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国产“双高”导线让中国高铁“电力十足” 性能shi界ling先

发布时间: 2021-12-01    作者:宁夏灌浆料厂家
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国产“双高”导线让中国高铁“充满动力”

83%

随着技术的不断提高,我国铜铬锆导体的.高电导率可达83%,强度可达620 MPa。我国具有自主知识产权的高强高导接触网导线,可为新建高速铁路建设提供强有力的技术支撑。

◎本报记者陈

时速350公里,营业里程3.6万公里,通达除西藏以外的30个省、自治区、直辖市...中国高铁曾多次刷新中国“高铁地图”,并以惊人的速度和广度刷新纪录。供电系统作为高速列车的“心脏”,在为列车提供持续动力的同时,也是保证列车安全、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团队研发的“高速铁路高强高导接触网导线关键技术及应用”,实现了我国高速接触网导线的完全国产化。在京沪、京津、京张、成渝等1.3万公里高铁线路上“挂网”运营10年,证明其业绩领跑“世界高铁”。该项目还获得了2020年国家科技进步奖二等奖。同时,该项目获得发明..授权32项,SCI论文31篇,国家标准6项,行业标准2项。

铜导线已达到安全极限。

俗话说,火车跑得快,靠的是前带。那么“锋”的牵引力从何而来?

“人们在高铁站等车时,经常会看到输电线路架设在铁路上方。这些输电线路是高速铁路接触网,高速列车运行所需的电力通过机车上端的接触网传输。”王介绍,一旦接触网停电或列车受电弓与接触网接触不良,就会影响列车供电。

同时,制约高速列车提速的三大核心技术瓶颈之一是弓网系统的受流能力。为了保证高速运行列车的稳定受流,接触网导线必须具有高张力和载流能力,这就要求导线同时具有高强度和高导电性,同时也要保证接触网的轻量化,不能增加工程投资。

王解释说:“当列车速度超过300公里/小时时,它所受到的阻力90%以上来自风阻,风阻与速度的平方成正比,列车所需的功率与速度的三次方成正比。当功率增加时,电压不变时,电流也会相应增加。因此,悬链线必须具有高导电性。”

"在保证高导电性的同时,悬链线也需要保证高强度."王说,列车高速运行时,受电弓和导线不能分离,必须时刻保持紧密接触。只有当导线的波传播速度大于列车速度的1.4倍时,受电弓和接触网导线才能不分离。为了提高导体的波传播速度,有必要增加导体的张力。在导体重量不变的情况下,需要增加导体的强度,使导体的强度达到国家标准安全系数2.0以上。也就是说,钢丝能承受的.大拉力需要比施加的拉力大一倍以上,才能保证安全。

同时提高强度和电导率是一个很大的挑战。众所周知,在铜合金材料中,电导率与强度成反比,同时提高电导率和强度是非常困难的,因此高铁接触网导线的研发难度极大。在王团队项目实施之前,国内所有的高铁接触网导线都是进口的。

“当时,世界上...的铜镁导线在350 km/h的列车速度下强度已经达到安全极限,要进一步提速,必须研制出下一代强度更高、导电率更高的铜铬锆接触网导线。”王说,要达到“中国速度”,这个坎必须跨过。

R&D和工业化是从零开始的。

早在2006年我国开始建设高铁时,王作为..团队的一员,就开始涉足这一领域。

“由于Cr-Zr合金元素的高活性和高挥发性,制备满足工程需要的零缺陷超长Cu-Cr-Zr线材成为公认的世界性难题,被誉为高铁牵引供电技术的‘皇冠上的明珠’。”王说,当时虽然日、法、德等国投入巨资进行研发,但未能实现工程应用,技术被严密封锁。

国外的技术封锁让王看清楚了,要实现中国高铁技术的突破,必须自立门户,自主创新,实现铜铬锆接触网导线国产化,做出中国自己的高强度、高导电性导线。

当时国内连铜镁导体都是进口的,技术难度高得多的铜铬锆导体很难开发。“真的是从零开始,搜索文件资料,学习的东西很少。”王回忆说,幸运的是,研究小组找到了在浙江大学研究高导电性和高强度材料的教授。在孟良教授团队的帮助下,团队用了半年时间,在实验室研制出了铜铬锆材料线材样品,样品各项参数优良,电导率达到80%以上,强度达到620 MPa。

但在兴奋结束之前,王发现,在学校实验室的材料样品研究和长导体的产业化之间,存在着10.8万英里的差距。实验室的研究工作量和难度只占整个产业化项目总工作量和难度的5%-10%,后面产业化的技术难度远远超出团队的想象。

王介绍,金属冶炼加工行业的所有工艺基本分为四个部分,..部分是冶炼技术,第二部分是铸造技术,第三部分是硬化强化金属加工技术,第四部分是热处理技术。

“..和第二部分是.关键也是.难实现的。当时我们跑遍了全国,找不到任何能够冶炼铸造铜铬锆线的设备。所有工装设备必须由我们自己研发。”王说:“可以说,线材产业化的研发过程,就是研发制造线材所需要的各种设备和工艺的过程。”

比如王说,比如在熔炼炉中,为了避免铬锆合金挥发,团队尝试了多种工艺路径,而关于炉壁材料的选择,团队也选择了十几种试验。

“.难的是熔炼炉结晶器的研发。当时合金坯铸出来后,表面很粗糙,有裂纹,内部有气孔,内部合金成分不合格,调整数据也没用。”王回忆说,他每天都待在1000多摄氏度的冶炼炉旁,一次又一次的实验失败,让很多科研人员动摇。有人说日本研究了近20年,产品还没有投入使用。我们怎么可能研究它们?

然而,王并没有动摇,仍然每天待在冶炼炉旁。.后,一切都交给有回报的人。在一次实验中,冒着生命危险留在冶炼现场的王,.终“打破了这张窗户纸”,解决了整个研发过程中.棘手的技术难题。

产品性能..全球。

2010年12月,京沪高速铁路试验段进行联调试验和综合试验,.高运行试验速度达全球486.1公里/小时,其中高强高导铜铬锆导线贡献较大。

“经过测试,我们自主研发生产的铜铬锆线导电率达到了75%,强度也达到了560 MPa。它的性能可以和同时在日本推出的同类产品‘打成平手’,但此时欧美还没有研发出类似的产品。”王自豪地说,而且因为我们产品的生产工艺更加简化,成本也低了很多。

目前国内生产铜铬锆导体的技术水平已经实现了连续挤压、连续拉拔可生产两吨铜铬锆导体,导体长连续中间无缺陷。为了保证导线的安全性,导线还具有高耐腐蚀性、耐烧蚀性和良好的高温特性。王进一步解释说,由于我国高速铁路遍布祖国各地,有的铁路地处污染环境和海边环境,导线的耐腐蚀性很高。同时,摩擦产生热量。列车高速运行时,会与接触网导线摩擦发热。一般来说,当温度达到100摄氏度时,导线的强度会降低。但是由于我们铜铬锆线的材料和工艺,100摄氏度的温度会在一定范围内增加线的强度。此外,高温冷却后,其他合金线的强度一般会下降20%左右,而我们的Cr-Zr-Cu线的强度只会下降5%左右,具有优异的高温特性。

随着技术的不断提高,我国铜铬锆导体的.高电导率可达83%,强度可达620 MPa。“目前,准备开工建设的重庆至成都高铁时速可达400公里,比现有时速350公里的高铁对各项技术的要求高出一个等级。”王对此充满了信心。他表示,我国具有自主知识产权的高强高导接触网导线,可为新建高速铁路建设提供强有力的技术支撑。

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