地鐵至全面覆蓋軌道交通中國機車步入稀土永磁時代

 

　　2016年9月7日，中車青島四方機車車輛股份有限公司自主研制的國內首臺軌道車輛永磁直驅轉向架裝車試驗成功，填補了國內在直驅轉向架技術領域的空白。這里的永磁是指釹鐵硼，其于電機應用有著節(jié)能環(huán)保、高效、減重、降容和抑噪的優(yōu)點。

 

 

　　2011年底，株洲所永磁牽引系統(tǒng)在沈陽地鐵2號線第20列車上成功裝車，實現(xiàn)了國內軌道交通領域的首次應用。截至2015年5月底，沈陽地鐵2號線已無故障載客運營7萬公里。

 

　　研究人員在對5100公里的AW0空載試驗和1100公里的AW3加載試驗及3萬公里的載客運行的數(shù)據(jù)分析后得出結論，永磁同步牽引電機雖然采用全封閉結構，但是電機溫升比異步牽引電機低，其發(fā)熱小、熱損小、效率高；載客運營表明，一臺永磁電機可承載2臺異步電機的運力并滿足運行要求；能耗監(jiān)測和測量結果表明，永磁同步牽引電機能耗為497.198MVA.s，異步牽引電機能耗為550.068MVA.s，對比說明永磁同步牽引電機比異步牽引電機節(jié)能9.61%。

 

　　株洲所下屬的時代電氣公司副總經(jīng)理兼總工程師劉可安說：“高效節(jié)能是永磁牽引系統(tǒng)最突出的優(yōu)勢。”數(shù)據(jù)顯示，株洲所研發(fā)的690kW永磁同步電機，比目前主流的異步電機功率提高60%，電機損耗降低70%。

 

　　而對于新型永磁直驅轉向架，中車四方股份公司技術中心副主任蔣欣介紹，新型永磁直驅轉向架采用全封閉水冷永磁直驅電機直接驅動輪對，效率高，且直驅過程無齒輪傳動損耗，跟目前主流的異步電機帶齒輪傳動的轉向架相比，能耗降低了15%，節(jié)能優(yōu)勢顯著。”它還避免了齒輪傳動產(chǎn)生的噪聲，運行噪音降低了10分貝。

 

 

　　根據(jù)沈陽地鐵2號線的實際運行數(shù)據(jù)，時代電氣公司副總經(jīng)理兼總工程師劉可安算了一筆賬：一條地鐵每年可節(jié)能折合400萬元。

 

　　而對于長沙地鐵1號線16臺全部永磁電機的整列地鐵，時代電氣公司工作人員算了一筆賬：目前，1500V、B型車地鐵列車每列車的能耗為12kW/公里，每列車每年行駛里程約12萬公里，假設長沙地鐵的電費為1元/度,按照節(jié)能10%計算，一列永磁牽引系統(tǒng)列車每年就能節(jié)約電費約144000元。此外，相對現(xiàn)有的異步電機來說，永磁電機的噪音可降低約3分貝，乘客在搭乘永磁地鐵時將感覺更加安靜和舒適。在2016年6月28日正式運營的當天，長沙軌道交通集團董事長披露，永磁地鐵每千米相比異步電機列車能耗減少3度，1號線全長是23.55千米，永磁地鐵跑一個來回能節(jié)省140度電左右。

 

　　中國工程院院士劉友梅點評，中國中車株洲電力機車研究所的永磁同步牽引系統(tǒng)的電機額定效率達到了98%以上，將電機損耗降低至原來的三分之一，顯著降低了高速列車的牽引能耗。

 

　　與傳統(tǒng)轉向架需要大量維護相比，新型永磁直驅轉向架免除了齒輪傳動裝置的維護，且永磁直驅電機為全封閉式結構，基本免維護，提高了運行可靠性，降低了運用維護成本。

 

　　科普資料指出，世界軌道交通車輛牽引系統(tǒng)的第一代是直流電機牽引系統(tǒng)；第二代是起步于20世紀70年代的交流異步電機牽引系統(tǒng)，為當前的主流技術；第三代就是永磁同步電機牽引系統(tǒng)，就是公認的下一代機車牽引系統(tǒng)。目前，國外阿爾斯通、龐巴迪、東芝等車輛廠生產(chǎn)的軌道交通永磁同步牽引列車已在法國、日本等國成功運用，并進入商業(yè)化的推廣應用階段。

 

　　目前，中國已經(jīng)成為掌握永磁牽引系統(tǒng)技術并在地鐵、城軌、動車和高鐵等領域實現(xiàn)應用的國家，中國的永磁牽引系統(tǒng)，應用釹鐵硼作為其驅動電機的核心材料。

 

　　根據(jù)《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》2016版，“十三五”期間，中國計劃完善高速鐵路網(wǎng)絡，形成八縱八橫主通道，并在此基礎上規(guī)劃建設高速鐵路區(qū)域連接線，進一步完善路網(wǎng)、擴大覆蓋。到2020年，中國將實現(xiàn)高速鐵路運營里程3萬公里；到2025年，高速鐵路3.8萬公里左右，這意味著中國高鐵里程在未來十年將翻倍。在地鐵和有軌電車方面，2015年中國已開通城市地鐵運營線路2658公里，“十三五”期間規(guī)劃地鐵線路總規(guī)模4248公里，在建線路總規(guī)模3790公里。同時，中國對申報地鐵建設的城市人口要求或將從300萬人以上下調至150萬，這樣會使得符合地鐵建設條件的城市從約30個增加至約90個。保守估計到2020年，中國將至少有50個城市擁有地鐵，潛在規(guī)劃里程空間巨大。此外，自2013年有軌電車建設審批權下放給省級政府后，各地就進入了一個軌道交通批復和規(guī)劃建設的爆發(fā)期。據(jù)大略統(tǒng)計，全國已有超過100個城市規(guī)劃建設有軌電車，總規(guī)劃里程已超過6000公里。保守估計至2020年，全國有軌電車線路總里程將從2015年的174公里攀升至2500公里，對應年復合增長率為70.4%。所有的路線，都需要配套相應數(shù)量的軌道機車。

 

　　中國已經(jīng)邁入了軌道交通永磁牽引技術新時代，在這個階段，釹鐵硼永磁直驅牽引電機機車將逐步成為軌道機車的絕對主力，未來需求已經(jīng)開始對高性能釹鐵硼的供應能力、產(chǎn)品性能提出了挑戰(zhàn)。