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奋斗谱华章 智慧创未来 | 我所历时六年研制成功国际首套电分相系统 助力铁路牵引供电发展

发布时间:2018-06-19 19:45  来源:  浏览人数:


      2017年12月26日,伟大领袖毛主席124周年诞辰,湖南省长株潭城际铁路在这一天正式全线贯通运营。由我所研制的世界首套基于大功率电力电子变流技术的“铁路接触网电分相连续供电系统”正式投运长株潭城际铁路,为毛主席124周年诞辰送上了一份厚礼。
      世界铁路痛点的“呐喊”:断电背后的安全隐患
      铁路是一个国家重要的交通基础设施,是国民经济发展的大动脉,也是资源型和环境友好型的运输方式之一,加快铁路发展早已成为世界各国的共识。《铁路“十三五”发展规划》中提出:到2020年,全国铁路营业里程达到15万公里,其中高速铁路3万公里。铁路高速发展的背后是资金、科技、人才的大力支持,国家高度重视具有完全自主知识产权的铁路电气化装备。
      据估算,在京沪高铁仅由于电力机车通过电分相而造成的全程运行时间损失超过半小时以上;重载列车速度低,过分相时列车速度进一步降低,如果电分相处于大坡道上,则易造成坡停,后果严重。另一方面,过分相增加了司机疲劳强度,列车带电闯分相的情况时有发生,由此会给列车带来高达几十千伏的过电压和电弧,影响供电设备寿命,甚至造成接触网相间短路以及塌网的重大事故,严重影响铁路的安全运输。
      为减小铁路牵引供电系统列车过分相的负面影响,需分析原理、解决电分相的关键问题,全面提升铁路装备现代化水平,适合我国铁路的发展需求。 
      
中国工匠使命的驱动:思想交流碰撞出的智慧火花

      2012年6月,现任副所长、时任系统控制与永磁推进事业部主任李明勇研究员参加一次学术会议,在机场遇见中铁第四勘察设计院集团有限公司戚广枫副总工程师,两人利用候机时间对铁路电分相问题进行了较为深入的交流。李副所长将交流传动中变频调速扩展到变频移相,创新提出了基于电力电子控制技术实现接触网电分相中性区为列车连续供电的解决方案,思想交流碰撞出了智慧火花,两人立即达成了合作意向。没有这一次跨行业的深入学术交流,就没有后续的成果,其重大意义不言而喻。说干就干,但万事开头难:“如何让列车连续可靠供电过分相?”“带列车时有无过电压?”“过分相关节时有无电弧?”……一系列有关设备的技术壁垒、安全可靠的质疑和追问,让人顿觉压力山大,很多铁路设备供应商认为这个项目是难度太大、无从下手。“需求就是动力,战胜困难才能出成绩。”技术专家、项目负责人方华松主动请缨,有着共同志向的项目组成员很快达成共识。

      但是,想要原始创新谈何容易?看似常见的交直交电压变换器,需要满足我国铁路牵引供电的需求,设计起来是一项庞大的系统工程,仅控制过程,从提出方案到最终敲定,都要经历反复的研究论证,进行无数次的仿真分析和无数次的试验验证。

      凭着深厚的大功率电力电子设备研发经验,方华松带领项目组成员加班加点,刻苦钻研,经过大量的设计、仿真、计算和论证之后遴选出多种可行方案。通过综合对比各方案的成熟度、系统冗余可靠性以及成本三个方面,最终确定最佳方案,并经受住了铁路技术管理部门的层层审查考验。

      铸就世界领先的传奇:夜以继日战胜一切艰难困苦
      方案既已确定,项目组立即展开了一系列密集的试验工作。由于装置容量大、占地面积宽,武汉南湖本部的试验场地难以满足要求,全组人马只得转移到青岛分部进行调试,并在短短6个月内完成装置的生产、调试和出厂实验。这是巨大的挑战,大家每天加班到凌晨,常常是连续出差好几个月才能回一趟家。
      没有谁人能随随便便成功:当我们的设备首次上高压电测试时,电网电压竟然没有采集信号,“你们的装置到底行不行?”协作单位的负责人言语中带着质疑。“没事,我看看!”关键时刻张新民、陈兴华进入高压开关箱体检查开关柜工作装置,在狭小的工作空间中连续查线超过5个小时,最终准确找到了原因。

      拆卸过程中,陈伟不小心划破了手臂,轻伤不下火线,简单包扎后继续接线调试。设备吊装落位时,高晓峰被枕木砸中后脑勺,忍痛完成了电路板测试工作。试验期间,项目软件负责人邱长青博士的爱人分娩,这位对软件设计追求完美的博士只回去陪伴了三天又毅然回到试验现场,孩子满月也没能赶回去。考虑到时间紧、任务重,项目组成员时刻坚守现场,严格贯彻执行项目计划,按时完成了各项科学试验。
      2016年5月,中车青岛四方机车厂环线试验,是过分相装置第一次完全模拟现场试验环境,即带动车组过分相。现场调试时,发现设备在运输过程中设备底部水管发生错位。变频器的水冷系统至关重要,在试验过程中,任何疏忽都可能造成严重后果。根据协议约定,我们只有5天安装和试验时间,且白天不能作业,只能选择在夜间进行现场维修。项目组将6人分为两组轮换两班倒,马不停蹄拆卸模块,在36小时内完成了3000多公斤的功率模块的拆卸安装任务。

      2016年5月12号,当清晨第一缕阳光折射,在中车青岛四方环线上对CRH6F城际动车组顺利完成了带电过分相——牵引、制动、惰行以及各工况动态切换、正反向往返通过绝缘锚段关节等科学试验,试验现场沸腾了。经过连续一周日夜不停高负荷运转,虽然项目组已经疲惫不堪,但他们仍难掩内心的喜悦高兴地跳起来。 

      真金不怕火炼的自信:工程应用缔造“国际领先”
      因长株潭城际铁路湘江隧道等铁路工程面临30‰的纵坡电分相问题(长沙—德雅村段隧道内分相,存在列车可能无法惰行通过的风险),亟待应用接触网电分相连续供电系统解决工程实际难题,以杜绝运营过程中列车大坡道惰行闯分相不成功而临时停车或带电闯分相拉弧带来的不安全隐患。

      2017年7月,七一二所作为全国唯一一家成套电分相系统厂家成功中标长株潭城际铁路电分相连续供电系统采购项目,并与长株潭城际铁路有限公司签订该系统供货合同。

      2017年8月中旬,设备运抵现场。项目组成员邱长青、方华松、张新民、高晓峰、陈方亮、殷浩、袁双林和彭有利等同事开始了连续75天的攻坚:他们一起克服了铁路现场环境恶劣、酷暑40度高温户外作业、长达数月出差调试等不利条件,严格贯彻执行项目计划。大家放弃国庆和中秋假日,按时保质完成了设备安装与接线工作。
      2017年10月底,接触网电分相连续供电系统通过工程交接试验和静态验收。

      2017年11月初,完成系统静态调试及上电试验。随后又分别开展了为期1个月的联调联试和为期1个月的试运行工作。由于不能影响城际铁路的日常运行,每天试验时间只能在高铁天窗点凌晨0点到凌晨4点进行。时间紧、任务重,项目组制定了严格的操作规程——白天准备试验条件,晚上进行通车试验。同时,每一次试验都要24小时保持与广铁集团、长沙供电段等多家单位的沟通协作。任何一个环节出问题,试验就无法顺畅进行,难度与压力可想而知。 

      人手少,任务重,也绝不能有半点疏忽。4个月以来,项目组成员睡眠严重不足。现场项目负责人邱长青眼睛里布满了血丝,他既要从项目总体上把握协调,又要斟酌每一行程序代码。但他没有丝毫的倦容,双眼时刻紧盯电脑屏幕。由于连续通宵试验,项目组成员高晓峰、张新民、殷浩先后感冒生病,高烧不退,白天打点滴,晚上做试验。“轻伤不下火线”、“撸起袖子加油干”,大家牢记使命,勇于担当,克服重重困难,确保了试验的进度和质量。
      试验期间,通过了韶山型电力机车及多种车型的联合检验。检验过程中,列车在过分相期间无需断电,进行了恒速、加速、惰行以及再生等各种组合工况的试验。试验表明,在各种工况下,该系统向接触网中性段供电质量好、接触网无过电压和电弧产生,与各型动车组和电力机车均能完全兼容匹配。功夫不负有心人,整个试验过程稳定、可靠,系统设备及车网各项主要功能、性能参数正常,与车网的匹配性能良好。

      2017年12月中旬,接触网电分相连续供电系统完成广铁集团和湖南省城际铁路公司组织铁科院等单位进行的实车上道的联调联试和试运行,通过工程动态验收。

      截至2018年5月底,长株潭城际铁路动车组已经安全通过湘江隧道电分相超过7000次。该系统的正式投运,成功将我所积累的舰船大功率电力电子变流及其控制技术应用到我国电气化铁路牵引供电领域,是我国铁路接触网牵引供电技术的一次革新,提升了我国铁路接触网领域的自主创新能力,使我国在铁路接触网地面自动过分相关键成套装备从国内领先走向国际领先。

      2018年4月18日,长株潭城际铁路接触网电分相连续供电系统通过湖北省科技厅科技成果鉴定,程时杰院士等行业内专家组一致认定,该科技成果填补了国际空白,达到了国际先进水平,具有广泛的应用前景。

      潮平两岸阔,风正一帆悬。回望取得的成绩,项目组所有成员都感到无比自豪。习总书记说“幸福都是奋斗出来的”,展望新时代,大家信心满怀。虽然前进的道路充满艰辛和挑战,但所有七一二所人都坚信,七一二所的未来光明而灿烂。我们将不忘初心,牢记使命,担当责任,不懈奋斗,在推进新时代中国特色社会主义伟大事业中描绘更加壮美辉煌的画卷。

 
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奋斗谱华章 智慧创未来 | 我所历时六年研制成功国际首套电分相系统 助力铁路牵引供电发展

发布时间:2018-06-19 19:45  来源:  浏览人数:


      2017年12月26日,伟大领袖毛主席124周年诞辰,湖南省长株潭城际铁路在这一天正式全线贯通运营。由我所研制的世界首套基于大功率电力电子变流技术的“铁路接触网电分相连续供电系统”正式投运长株潭城际铁路,为毛主席124周年诞辰送上了一份厚礼。
      世界铁路痛点的“呐喊”:断电背后的安全隐患
      铁路是一个国家重要的交通基础设施,是国民经济发展的大动脉,也是资源型和环境友好型的运输方式之一,加快铁路发展早已成为世界各国的共识。《铁路“十三五”发展规划》中提出:到2020年,全国铁路营业里程达到15万公里,其中高速铁路3万公里。铁路高速发展的背后是资金、科技、人才的大力支持,国家高度重视具有完全自主知识产权的铁路电气化装备。
      据估算,在京沪高铁仅由于电力机车通过电分相而造成的全程运行时间损失超过半小时以上;重载列车速度低,过分相时列车速度进一步降低,如果电分相处于大坡道上,则易造成坡停,后果严重。另一方面,过分相增加了司机疲劳强度,列车带电闯分相的情况时有发生,由此会给列车带来高达几十千伏的过电压和电弧,影响供电设备寿命,甚至造成接触网相间短路以及塌网的重大事故,严重影响铁路的安全运输。
      为减小铁路牵引供电系统列车过分相的负面影响,需分析原理、解决电分相的关键问题,全面提升铁路装备现代化水平,适合我国铁路的发展需求。 
      
中国工匠使命的驱动:思想交流碰撞出的智慧火花

      2012年6月,现任副所长、时任系统控制与永磁推进事业部主任李明勇研究员参加一次学术会议,在机场遇见中铁第四勘察设计院集团有限公司戚广枫副总工程师,两人利用候机时间对铁路电分相问题进行了较为深入的交流。李副所长将交流传动中变频调速扩展到变频移相,创新提出了基于电力电子控制技术实现接触网电分相中性区为列车连续供电的解决方案,思想交流碰撞出了智慧火花,两人立即达成了合作意向。没有这一次跨行业的深入学术交流,就没有后续的成果,其重大意义不言而喻。说干就干,但万事开头难:“如何让列车连续可靠供电过分相?”“带列车时有无过电压?”“过分相关节时有无电弧?”……一系列有关设备的技术壁垒、安全可靠的质疑和追问,让人顿觉压力山大,很多铁路设备供应商认为这个项目是难度太大、无从下手。“需求就是动力,战胜困难才能出成绩。”技术专家、项目负责人方华松主动请缨,有着共同志向的项目组成员很快达成共识。

      但是,想要原始创新谈何容易?看似常见的交直交电压变换器,需要满足我国铁路牵引供电的需求,设计起来是一项庞大的系统工程,仅控制过程,从提出方案到最终敲定,都要经历反复的研究论证,进行无数次的仿真分析和无数次的试验验证。

      凭着深厚的大功率电力电子设备研发经验,方华松带领项目组成员加班加点,刻苦钻研,经过大量的设计、仿真、计算和论证之后遴选出多种可行方案。通过综合对比各方案的成熟度、系统冗余可靠性以及成本三个方面,最终确定最佳方案,并经受住了铁路技术管理部门的层层审查考验。

      铸就世界领先的传奇:夜以继日战胜一切艰难困苦
      方案既已确定,项目组立即展开了一系列密集的试验工作。由于装置容量大、占地面积宽,武汉南湖本部的试验场地难以满足要求,全组人马只得转移到青岛分部进行调试,并在短短6个月内完成装置的生产、调试和出厂实验。这是巨大的挑战,大家每天加班到凌晨,常常是连续出差好几个月才能回一趟家。
      没有谁人能随随便便成功:当我们的设备首次上高压电测试时,电网电压竟然没有采集信号,“你们的装置到底行不行?”协作单位的负责人言语中带着质疑。“没事,我看看!”关键时刻张新民、陈兴华进入高压开关箱体检查开关柜工作装置,在狭小的工作空间中连续查线超过5个小时,最终准确找到了原因。

      拆卸过程中,陈伟不小心划破了手臂,轻伤不下火线,简单包扎后继续接线调试。设备吊装落位时,高晓峰被枕木砸中后脑勺,忍痛完成了电路板测试工作。试验期间,项目软件负责人邱长青博士的爱人分娩,这位对软件设计追求完美的博士只回去陪伴了三天又毅然回到试验现场,孩子满月也没能赶回去。考虑到时间紧、任务重,项目组成员时刻坚守现场,严格贯彻执行项目计划,按时完成了各项科学试验。
      2016年5月,中车青岛四方机车厂环线试验,是过分相装置第一次完全模拟现场试验环境,即带动车组过分相。现场调试时,发现设备在运输过程中设备底部水管发生错位。变频器的水冷系统至关重要,在试验过程中,任何疏忽都可能造成严重后果。根据协议约定,我们只有5天安装和试验时间,且白天不能作业,只能选择在夜间进行现场维修。项目组将6人分为两组轮换两班倒,马不停蹄拆卸模块,在36小时内完成了3000多公斤的功率模块的拆卸安装任务。

      2016年5月12号,当清晨第一缕阳光折射,在中车青岛四方环线上对CRH6F城际动车组顺利完成了带电过分相——牵引、制动、惰行以及各工况动态切换、正反向往返通过绝缘锚段关节等科学试验,试验现场沸腾了。经过连续一周日夜不停高负荷运转,虽然项目组已经疲惫不堪,但他们仍难掩内心的喜悦高兴地跳起来。 

      真金不怕火炼的自信:工程应用缔造“国际领先”
      因长株潭城际铁路湘江隧道等铁路工程面临30‰的纵坡电分相问题(长沙—德雅村段隧道内分相,存在列车可能无法惰行通过的风险),亟待应用接触网电分相连续供电系统解决工程实际难题,以杜绝运营过程中列车大坡道惰行闯分相不成功而临时停车或带电闯分相拉弧带来的不安全隐患。

      2017年7月,七一二所作为全国唯一一家成套电分相系统厂家成功中标长株潭城际铁路电分相连续供电系统采购项目,并与长株潭城际铁路有限公司签订该系统供货合同。

      2017年8月中旬,设备运抵现场。项目组成员邱长青、方华松、张新民、高晓峰、陈方亮、殷浩、袁双林和彭有利等同事开始了连续75天的攻坚:他们一起克服了铁路现场环境恶劣、酷暑40度高温户外作业、长达数月出差调试等不利条件,严格贯彻执行项目计划。大家放弃国庆和中秋假日,按时保质完成了设备安装与接线工作。
      2017年10月底,接触网电分相连续供电系统通过工程交接试验和静态验收。

      2017年11月初,完成系统静态调试及上电试验。随后又分别开展了为期1个月的联调联试和为期1个月的试运行工作。由于不能影响城际铁路的日常运行,每天试验时间只能在高铁天窗点凌晨0点到凌晨4点进行。时间紧、任务重,项目组制定了严格的操作规程——白天准备试验条件,晚上进行通车试验。同时,每一次试验都要24小时保持与广铁集团、长沙供电段等多家单位的沟通协作。任何一个环节出问题,试验就无法顺畅进行,难度与压力可想而知。 

      人手少,任务重,也绝不能有半点疏忽。4个月以来,项目组成员睡眠严重不足。现场项目负责人邱长青眼睛里布满了血丝,他既要从项目总体上把握协调,又要斟酌每一行程序代码。但他没有丝毫的倦容,双眼时刻紧盯电脑屏幕。由于连续通宵试验,项目组成员高晓峰、张新民、殷浩先后感冒生病,高烧不退,白天打点滴,晚上做试验。“轻伤不下火线”、“撸起袖子加油干”,大家牢记使命,勇于担当,克服重重困难,确保了试验的进度和质量。
      试验期间,通过了韶山型电力机车及多种车型的联合检验。检验过程中,列车在过分相期间无需断电,进行了恒速、加速、惰行以及再生等各种组合工况的试验。试验表明,在各种工况下,该系统向接触网中性段供电质量好、接触网无过电压和电弧产生,与各型动车组和电力机车均能完全兼容匹配。功夫不负有心人,整个试验过程稳定、可靠,系统设备及车网各项主要功能、性能参数正常,与车网的匹配性能良好。

      2017年12月中旬,接触网电分相连续供电系统完成广铁集团和湖南省城际铁路公司组织铁科院等单位进行的实车上道的联调联试和试运行,通过工程动态验收。

      截至2018年5月底,长株潭城际铁路动车组已经安全通过湘江隧道电分相超过7000次。该系统的正式投运,成功将我所积累的舰船大功率电力电子变流及其控制技术应用到我国电气化铁路牵引供电领域,是我国铁路接触网牵引供电技术的一次革新,提升了我国铁路接触网领域的自主创新能力,使我国在铁路接触网地面自动过分相关键成套装备从国内领先走向国际领先。

      2018年4月18日,长株潭城际铁路接触网电分相连续供电系统通过湖北省科技厅科技成果鉴定,程时杰院士等行业内专家组一致认定,该科技成果填补了国际空白,达到了国际先进水平,具有广泛的应用前景。

      潮平两岸阔,风正一帆悬。回望取得的成绩,项目组所有成员都感到无比自豪。习总书记说“幸福都是奋斗出来的”,展望新时代,大家信心满怀。虽然前进的道路充满艰辛和挑战,但所有七一二所人都坚信,七一二所的未来光明而灿烂。我们将不忘初心,牢记使命,担当责任,不懈奋斗,在推进新时代中国特色社会主义伟大事业中描绘更加壮美辉煌的画卷。

 
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