完成單位：中鐵電氣化勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司

　　獲獎情況：股份公司科技進(jìn)步特等獎

　　成果水平：國際先進(jìn)

　　簡要技術(shù)說明：

　　1.高速電氣化鐵路用高強(qiáng)高導(dǎo)接觸網(wǎng)導(dǎo)線及其配套零部的研制

　　以銅基合金為基礎(chǔ)的二元合金導(dǎo)線如鎂銅(抗拉強(qiáng)度一般不超過500MPa，導(dǎo)電率不超過62%IACS)、錫銅(抗拉強(qiáng)度一般不超過480MPa，導(dǎo)電率不超過80%IACS)等導(dǎo)體合金的導(dǎo)電性能和強(qiáng)度互為反函數(shù)關(guān)系，即當(dāng)導(dǎo)線強(qiáng)度提高時(shí)，其導(dǎo)電率將迅速下降，當(dāng)導(dǎo)電率較高時(shí)，其導(dǎo)線強(qiáng)度很難增加。因此，在提高強(qiáng)度的條件下往往要犧牲導(dǎo)電性能，如何在提高強(qiáng)度(560Mpa以上)的條件下，仍然保持高電導(dǎo)率(75%IACS)是研制高強(qiáng)高導(dǎo)接觸網(wǎng)導(dǎo)線需要解決的主要難點(diǎn)。

　　本課題主要包括了以下關(guān)鍵技術(shù)的研究：1)合金成分的設(shè)計(jì)與優(yōu)化;2)合金熔煉技術(shù)及工藝參數(shù)的研究;3)壓力加工技術(shù)及工藝參數(shù)的研究;4)熱處理技術(shù)及工藝參數(shù)的研究;5)批量生產(chǎn)成分、性能及質(zhì)量穩(wěn)定性研究;6)批量生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究;7)加工設(shè)備與工藝參數(shù)匹配研究;8)批量生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)研究;9)批量生產(chǎn)設(shè)備改造、購置、調(diào)試及安裝;10)高強(qiáng)高導(dǎo)導(dǎo)線型式試驗(yàn)及導(dǎo)線性能參數(shù)指標(biāo)優(yōu)化研究;11)高強(qiáng)高導(dǎo)導(dǎo)線接觸網(wǎng)系統(tǒng)適配性研究;12)高強(qiáng)高導(dǎo)導(dǎo)線弓網(wǎng)特性研究;13)高強(qiáng)高導(dǎo)導(dǎo)線敷設(shè)工藝及放線特殊工具研究;14)高強(qiáng)高導(dǎo)導(dǎo)線試驗(yàn)掛網(wǎng)及弓網(wǎng)性能試驗(yàn)研究;15)高速鐵路接觸網(wǎng)零件各種性能指標(biāo)的研究;16)高速鐵路接觸網(wǎng)零件先進(jìn)加工工藝的研究;17)高速鐵路接觸網(wǎng)零件經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究。

　　通過以上關(guān)鍵技術(shù)的研究，解決了合金成分設(shè)計(jì)、熱處理工藝等關(guān)鍵技術(shù)難題，研制的三元合金(鉻鎬銅)高強(qiáng)高導(dǎo)導(dǎo)線抗拉強(qiáng)度達(dá)560MPa以上，導(dǎo)電率達(dá)75%IACS以上，實(shí)現(xiàn)了銅合金導(dǎo)線高抗拉強(qiáng)度、高導(dǎo)電率的技術(shù)突破，引領(lǐng)了銅合金導(dǎo)線制造領(lǐng)域的世界先進(jìn)水平，極大地提升了高速鐵路關(guān)鍵裝備的自主創(chuàng)新能力，并成功應(yīng)用于京滬高速先導(dǎo)段接觸網(wǎng)工程，最大使用張力達(dá)40kN。該課題共取得發(fā)明專利5項(xiàng)、實(shí)用新型專利10項(xiàng)。

　　2.電氣化鐵道用27.5kV氣體絕緣開關(guān)柜(GIS)的研制

　　27.5kV氣體絕緣開關(guān)柜(GIS)具備小型化、智能化、免維護(hù)、全工況、高可靠性等特點(diǎn)，隨著高速鐵路客運(yùn)專線的大規(guī)模建設(shè)，市場需求越來越多。長期以來27.5kV GIS開關(guān)柜一直被國外公司壟斷，國內(nèi)尚無同類產(chǎn)品，且國外產(chǎn)品滿足不了京滬高速牽引負(fù)荷的需要，急需進(jìn)行國產(chǎn)化開發(fā)。

　　本課題主要包括了以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究：1) 系統(tǒng)特性研究及產(chǎn)品參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定;2) 絕緣技術(shù)的研究;3) 電場仿真技術(shù)的研究;4) 載流與散熱技術(shù)的研究;5) 氣體封裝和檢測技術(shù)的研究;6) 集成技術(shù)的研究;7) 大電流頻繁開斷專用斷路器技術(shù)的研究。

　　通過以上關(guān)鍵技術(shù)的研究，解決了開關(guān)柜研制的各項(xiàng)難題，成功研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電氣化鐵道專用27.5kV GIS開關(guān)柜，打破了國外公司的技術(shù)壟斷，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。本研制成果在額定電流、絕緣水平等技術(shù)指標(biāo)方面處于國際領(lǐng)先水平，整體性能達(dá)到國際先進(jìn)水平，取得發(fā)明專利1項(xiàng)，該發(fā)明專利《單相雙極氣體絕緣開關(guān)柜》獲2016年天津市發(fā)明專利金獎。

　　3.時(shí)速380公里的接觸網(wǎng)技術(shù)平臺研究

　　京滬高速鐵路設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度達(dá)380公里/小時(shí)，且為雙弓運(yùn)行，而目前國外高速鐵路商業(yè)運(yùn)行最高速度僅為320公里/小時(shí)。如何確保動車組在速度380公里/小時(shí)雙弓運(yùn)行條件下弓網(wǎng)間持續(xù)、穩(wěn)定地受流，是接觸網(wǎng)需要攻克的技術(shù)難題。

　　接觸線的張力是實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行的關(guān)鍵所在。加大接觸線的張力，有助于提高接觸網(wǎng)的波動傳播速度，進(jìn)而提高列車運(yùn)行速度。但是，接觸線張力加大到多大合適，國內(nèi)外都沒有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。張力過小，接觸線的動態(tài)抬升量難以抑制，運(yùn)行的安全性以及接觸線的使用壽命難以保證;張力過大，對接觸導(dǎo)線以及配套零部件的強(qiáng)度將提出較高的要求，同時(shí)也存在一定的安全隱患。鑒于國內(nèi)外均無時(shí)速380公里的商業(yè)運(yùn)行實(shí)踐和現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，為了確定時(shí)速380公里接觸網(wǎng)張力體系，必須走理論研究和實(shí)車試驗(yàn)相結(jié)合之路。為此，依托“十一五”國家科技支撐項(xiàng)目子課題“高強(qiáng)高導(dǎo)及其配套零部件”的成功研制，通過弓網(wǎng)動態(tài)仿真模擬，擬定了(20千牛+36千牛)、(20千牛+33千牛)、(20千牛+31.5千牛)三種典型張力體系，在京滬高速棗莊至蚌埠先導(dǎo)段實(shí)施了弓網(wǎng)受流性能的對比試驗(yàn)。通過實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最終確定了京滬高速鐵路時(shí)速380公里接觸網(wǎng)張力體系(20千牛+33千牛)和技術(shù)平臺，同時(shí)也為未來更高速度接觸網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系的研究積累了有益經(jīng)驗(yàn)和奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　另一方面，受電弓的性能是否優(yōu)越也是實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行的重要措施。根據(jù)國外以及國內(nèi)高速鐵路的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)動車組雙弓運(yùn)行速度超過350km/h時(shí)，由于接觸網(wǎng)的振動較為劇烈，若不對受電弓采取措施，僅靠加大接觸網(wǎng)的張力手段來改善后弓的受流質(zhì)量，效果并不是很明顯。若同時(shí)對受電弓采取一定的技術(shù)措施，對改善后弓的受流質(zhì)量效果較為明顯。為此，京滬高速用新一代動車組全部裝備了帶主動控制單元的新型受電弓，也是國內(nèi)動車組首次裝備主動控制型受電弓。它可以根據(jù)運(yùn)行速度適時(shí)調(diào)整受電弓的靜態(tài)接觸壓力，進(jìn)而使得弓網(wǎng)間的動態(tài)接觸力在平均值上、下的波動范圍減小，燃弧率也大幅減小，最終達(dá)到改善弓網(wǎng)受流質(zhì)量的目的。試驗(yàn)結(jié)果表明，在接觸網(wǎng)參數(shù)一定的條件下，帶主動控制單元的新型受電弓對于改善弓網(wǎng)受流質(zhì)量效果非常顯著，這也形成了我國時(shí)速350公里以上動車組的標(biāo)準(zhǔn)配置。

　　推廣應(yīng)用情況：

　　北京塞爾克瑞特電工有限公司生產(chǎn)的高強(qiáng)高導(dǎo)接觸線目前已在京滬高速鐵路批量試用，并將在京沈等高速鐵路中使用。常州塞爾克瑞特電氣有限公司生產(chǎn)的額定開斷容量2500A的27.5kV GIS開關(guān)柜產(chǎn)品已在京滬高速鐵路、滬寧城際客運(yùn)專線、杭甬鐵路客運(yùn)專線、合蚌鐵路客運(yùn)專線等多項(xiàng)工程中成功投運(yùn)，產(chǎn)品運(yùn)行穩(wěn)定，獲得了用戶的一致好評。