科技日?qǐng)?bào)記者 矯陽

中國鐵路動(dòng)力，靠電氣化牽引。

受空氣阻力影響，列車速度越高，阻力越大。為保證列車持續(xù)安全高速運(yùn)行，連接電力接觸網(wǎng)與列車的導(dǎo)線，必須具備高強(qiáng)高導(dǎo)特性。

強(qiáng)度不夠，導(dǎo)線會(huì)斷；導(dǎo)電率不高，列車速度上不去。矛盾的是，銅合金材料導(dǎo)電率與強(qiáng)度負(fù)相關(guān)，是制約列車速度提升的核心技術(shù)瓶頸。

11月初，由中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司（簡稱“中鐵六院”）副總工程師、中鐵電化院首席專家王立天主持完成的《高速鐵路用高強(qiáng)高導(dǎo)接觸網(wǎng)導(dǎo)線關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。這項(xiàng)成果誕生的世界性能最優(yōu)良導(dǎo)線，強(qiáng)度580兆帕/導(dǎo)電率80%IACS的鉻鋯銅合金導(dǎo)線及鎂銅導(dǎo)線，支撐起中國高鐵八縱八橫網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。

“鉻鋯銅導(dǎo)線可支撐運(yùn)行時(shí)速400公里以上接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行。”王立天說。

1986年，王立天開啟了鐵路電氣牽引設(shè)計(jì)的人生。35年來，參與、組織并領(lǐng)導(dǎo)了多個(gè)具有世界先進(jìn)水平的鐵路電力牽引項(xiàng)目設(shè)計(jì)，涵蓋最高時(shí)速高鐵、第一條與國際接軌的地鐵及國外工程鐵路電力牽引設(shè)計(jì)等多個(gè)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)出諸多鐵路領(lǐng)域最強(qiáng)的牽引動(dòng)力。

創(chuàng)電氣鐵路牽引諸多“第一”

王立天的手機(jī)和電腦里，存著許多英文原版書籍、專業(yè)期刊和各種英語App。每天聽說讀英文已堅(jiān)持了三十余年。

1986年7月，從西南交通大學(xué)畢業(yè)后，王立天進(jìn)入原鐵道部電氣化工程局電化設(shè)計(jì)院（簡稱“電化院”）工作，相繼參與了大秦線、京滬線以及京鄭線的相關(guān)設(shè)計(jì)。

在同事的眼里，王立天對(duì)知識(shí)的追求，總有一股不達(dá)目的不罷休的韌勁。

工作期間，王立天堅(jiān)持英語學(xué)習(xí)，為后來參與引進(jìn)及海外項(xiàng)目談判，奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

上世紀(jì)九十年代始，中國城市地鐵建設(shè)高潮。作為地鐵牽引供電設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人，王立天先后完成了廣州和上海兩個(gè)地鐵項(xiàng)目，在業(yè)內(nèi)最早掌握了國內(nèi)外牽引供電設(shè)備的性能。

隨后，王立天又參與了“香港西部鐵路牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)咨詢及施工設(shè)計(jì)”及“香港將軍澳延長線牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)咨詢及施工設(shè)計(jì)”，最早學(xué)會(huì)了與國際接軌的現(xiàn)代鐵路電氣化牽引技術(shù)及項(xiàng)目管理理念。

2001年，王立天被任命為電化院總工程師，年僅36歲，并陸續(xù)再創(chuàng)諸多“第一”：廣州地鐵2號(hào)線、3號(hào)線和北京新機(jī)場線，分別為首條架空剛性懸掛時(shí)速為80、120、160公里線；首條獨(dú)軌受流的重慶較新線；首條專用回流軌的寧波四號(hào)線等。

“幾十年來，工程幾乎一個(gè)接一個(gè)，國內(nèi)鐵路牽引供電設(shè)備，漸漸也從引進(jìn)消化發(fā)展到自主創(chuàng)新。”在諸多項(xiàng)目實(shí)踐中，王產(chǎn)天主持完成了我國95%以上牽引供電設(shè)備的國產(chǎn)化研制，實(shí)現(xiàn)了柔性、剛性、鋼鋁復(fù)合軌、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)、獨(dú)軌受流系統(tǒng)國產(chǎn)化。

摘取高鐵牽引供電技術(shù)“皇冠上的明珠”

2004年，中國高速鐵路拉開“引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新”的序幕。設(shè)計(jì)時(shí)速350公里的京津城際，成為第一步“引進(jìn)”的代表工程。

2006年初，41歲的王立天，被任命為電氣化專業(yè)技術(shù)主談，率40多位國內(nèi)同行專家，就京津城際與外國專家展開談判。

如何為中國高鐵引進(jìn)經(jīng)濟(jì)安全、可支撐時(shí)速350公里的接觸網(wǎng)導(dǎo)線？

“團(tuán)隊(duì)面臨三種選擇。兩種國際成熟的銅合金材料，分別為鎂銅與銅包鋼導(dǎo)線；還有一種是國際在研的、最先進(jìn)的鉻鋯銅導(dǎo)線?！蓖趿⑻煺f。

鎂銅導(dǎo)線，導(dǎo)電率62%IACS/強(qiáng)度470兆帕；銅包鋼導(dǎo)線，導(dǎo)電率50%IACS/強(qiáng)度580兆帕。而鉻鋯銅導(dǎo)線，導(dǎo)電率76%IACS、強(qiáng)度531兆帕，被稱為高鐵牽引供電技術(shù)“皇冠上的明珠”，尚未實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用。

相比銅包鋼，鎂銅導(dǎo)線的速度及安全系數(shù)，已達(dá)極限，普遍應(yīng)用于時(shí)速300公里及以下速度?！爱?dāng)時(shí)世界上尚無以時(shí)速350公里運(yùn)營的高鐵。”王立天說，我國規(guī)劃建設(shè)的高鐵特點(diǎn)是速度高、密度大、列車編組大，若要運(yùn)營時(shí)速350公里以上速度高鐵，必須尋找到更高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率的下一代導(dǎo)線。

鉻鋯銅導(dǎo)線進(jìn)入了談判組的視野。經(jīng)過艱苦談判，擁有這一技術(shù)的外企，堅(jiān)決不轉(zhuǎn)讓相關(guān)技術(shù)。

“必須研制出自己的鉻鋯銅導(dǎo)線?！北镏还身g勁的王立天，于2007年，優(yōu)選國內(nèi)校企，組建起一個(gè)產(chǎn)學(xué)研合作“同盟”。

實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)展很順利。僅半年后，合作方浙江大學(xué)完成了實(shí)驗(yàn)室樣品研發(fā)，測試數(shù)據(jù)達(dá)到了導(dǎo)電率80%IACS、強(qiáng)度620兆帕。形勢喜人。

然而，王立天沒料到，從實(shí)驗(yàn)室樣品到產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)，卻是一路荊棘。

高鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線，要求單根1500米以上且無缺陷，斷線將造成重大事故。而這1500米，卻遲遲造不出來。兩年過去了，大量人力、資金、時(shí)間投入，仍看不到曙光。

為解決遇到的各類問題，王立天自學(xué)材料學(xué)，查閱大量化學(xué)、合金材料等方面的著作和論文，不斷設(shè)計(jì)完善工裝設(shè)備和生產(chǎn)流程。

試驗(yàn)仍屢試屢敗。部分技術(shù)人員退縮了，甚至研發(fā)團(tuán)隊(duì)企業(yè)總工程師也辭職了。更有人質(zhì)疑，國外研制了近20年時(shí)間都沒成功，我們真行么？

王立天選擇了背水一戰(zhàn)。

功夫不負(fù)有心人。2010年7月，冒著生命危險(xiǎn)留守在冶煉現(xiàn)場的王立天，終于成功試驗(yàn)出冶煉坯料桿，解決了整個(gè)研發(fā)過程中難度最大的技術(shù)問題，這顆高鐵牽引供電技術(shù)“皇冠上的明珠”終被摘下。

2010年12月，京滬高鐵先導(dǎo)段聯(lián)調(diào)聯(lián)試時(shí)，速度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的486.1公里?！般t鋯銅導(dǎo)線功不可沒。”王立天自豪地說，如今我們已研發(fā)出第四代鉻鋯銅導(dǎo)線，成本更低、更加節(jié)能，技術(shù)指標(biāo)居世界接觸網(wǎng)導(dǎo)線領(lǐng)域之首。

讓雷電遠(yuǎn)離高鐵接觸網(wǎng)

找到牽引供電高強(qiáng)高導(dǎo)的鉻鋯銅導(dǎo)線后，王立天把目光又投向新領(lǐng)域——高鐵接觸網(wǎng)防雷。

“如果接觸網(wǎng)遇雷擊跳閘斷電，再強(qiáng)的牽引動(dòng)力也不起作用?！蓖趿⑻煺f。

“我國高鐵線路運(yùn)營里程長、地理跨度大、高架橋段占70%以上，地區(qū)雷擊活動(dòng)強(qiáng)，接觸網(wǎng)雷害事故顯著高于高鐵先發(fā)國家。”王立天說。

運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，高鐵正線百公里年發(fā)生雷擊跳閘平均超過8次，沿海強(qiáng)雷區(qū)超30次以上。雷擊導(dǎo)致的跳閘，迫使列車大面積晚點(diǎn)和停運(yùn)，擾亂高鐵正常運(yùn)輸秩序，進(jìn)而造成更大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)負(fù)面影響。

高鐵牽引供電系統(tǒng)由接觸網(wǎng)、支柱、箱梁橋墩組合而成，雷擊電磁耦合過程復(fù)雜，建模難度非常大。

如何探索建立適合我國高鐵接觸網(wǎng)的雷電防護(hù)技術(shù)體系？

在王立天的推動(dòng)下，“高速鐵路綜合雷電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究”被列入原鐵道部“中國高速列車關(guān)鍵技術(shù)研究及裝備研制”科技研發(fā)計(jì)劃，并納入了“十一五”國家科技支撐計(jì)劃。

“我們聯(lián)合國內(nèi)最頂尖團(tuán)隊(duì)，從基礎(chǔ)研究著手，進(jìn)行全過程仿真模擬，通過多次現(xiàn)場真型雷擊試驗(yàn)，積累了大量的寶貴數(shù)據(jù)。”王立天說。

2016年，經(jīng)院士領(lǐng)銜的專家組鑒定，認(rèn)為項(xiàng)目成果“全面形成了接觸網(wǎng)雷電防護(hù)技術(shù)的理論支撐”“顯著提升了防雷標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)水平”“達(dá)到國際領(lǐng)先水平”。

防雷研究成果隨后被中國國家鐵路集團(tuán)總公司采用，減少了80%的雷電跳閘率。2019年11月1日，國家鐵路局正式發(fā)布《高速鐵路牽引供電系統(tǒng)雷電防護(hù)技術(shù)導(dǎo)則》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)高鐵牽引動(dòng)力的創(chuàng)新仍在持續(xù)。對(duì)電氣牽引創(chuàng)新不停步王立天，已針對(duì)接觸網(wǎng)的施工、維修，展開系列智能機(jī)器人研發(fā)。

人物簡介

王立天，中鐵六院副總工程師、中鐵電化院首席專家。耕耘鐵路電氣化領(lǐng)域30余載，主持研發(fā)的牽引供電技術(shù)及裝備構(gòu)建了中國電氣化鐵路現(xiàn)代技術(shù)體系，推動(dòng)了中國城軌供電制式多元化發(fā)展。榮獲詹天佑成就獎(jiǎng)、火車頭獎(jiǎng)?wù)碌榷囗?xiàng)表彰獎(jiǎng)勵(lì)。2016年，被聘為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“先進(jìn)軌道交通”重點(diǎn)專項(xiàng)總體專家組成員，同時(shí)擔(dān)任“磁浮交通系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目的首席責(zé)任專家。

關(guān)鍵詞： 最強(qiáng) 高鐵 動(dòng)力