我今天就电力系统新技术在电气化铁路中的创新应用，给大家做一个简单的交流。内容结合我们中铁二院电化院在十二五期间的一些重点和取得的成果，我汇报的内容分五个部分，第一是"十二五"科研重点，第二部分是目前取得的成绩，第三部分是纤维增加树脂基复合材料，第四部分是SF6自耦变压器的研发，第五部分是非晶合金所用变压器。

 

 

　　"十二五"作为经济发展和增长方式转型的重要时期，为了保证和促进企业又好又快的发展，本着梳理基础，明确方向的原则，我们制定了《十二五的发展规划》，对生产的能力，人才的引进和培养，科技发展，经营发展，业务拓展方面进行了规划。规划里面我们提出了16个方向的科研重点方向和课题内容。

 

　　我院"十二五"科研重点项目包括：

 

　　一， 高速重载铁路牵引供电系统的技术研究；

 

　　二， 结合长大隧道，高海拔特殊地制环境条件开展电气特性设计和研究。第二部分我们有几个科研项目，包括隧道类的自耦变压器，就是解决我们长大隧道特殊地制情况压的一些特性设计，我们还有一个科研项目就是结合我们的川藏，包括我们的成南地震高海拔地区的一些特性研究。

 

　　三， 第三部分是电气化铁路的智能变电技术上有所突破，我们有一个数字化变电所的科研项目在资阳所运行，是我们跟交大和川电三家一起合作做的。

 

　　四， 我们结合我们院承担的铁道部的重点科研项目，供电能力增强型带回流线的直供方式，在山区电气化铁路应用的系统研究，形成一种新型的适应山区大坡道、高速重载负荷供电的系统模式，技术创新力争有更大的突破，这个科研项目已经结题了，研制了四段的方式和单段方式的开关站，对我们整个系统的继电保护方式也做了深入的研究。

 

　　五， 第五部分就是对电池兼容，绝缘配合，RAMS分析等变电技术的基础性问题进行分析研究，适应铁路技术发展的需要，研究电磁辐射的防辐技术，电磁环境的保护技术和电能质量的监测和控制技术，我们有几个科研项目，包括了我们雷击过电压，包括了我们的回流系统，还有包括我们的电缆的接地方式，这块我们做相应的分析和研究。

 

　　六， 第六个是无人值班牵引变电所的施工运行系统的研究，第七部分是系统总结完善我国160公里，250公里，350公里每小时速度的牵引供电系统标准。重点研究客运专线的牵引供电系统技术标准，关键设备和器材，高速自动过分相技术和电气安全等。第八部分完善接触网系统的计算仿真，动态评估标准和检修模式。第九部分研究有自主特色的接触网装配系统，第十部分是研究技术含量高，道路交通安全性能好的智能交通系统。

 

　　七， 系统总结完善我国160km/h、250km/h、350km/h速度牵引供电系统标准；重点研究客运专线的牵引供电系统技术标准、关键设备及器材、高速自动过分相技术和电气安全等。

 

　　八， 完善接触网系统计算及仿真、动态评估标准及检修模式。

 

　　九， 研究有自主特色的接触网装配系统。

 

　　十， 研究技术含量高、道路交通安全性好的智能交通系统。

 

　　十一， 借鉴风能发电及直流输电行业的大功率电力电子逆变技术，结合城市轨道交通供电的系统构成特点，在圆满解决潮流分布分析、继电保护方案等关键问题的基础上，研制适合轨道交通的回馈型再生能量吸收装置。掌握直线电机技术、胶轮制式接触网系统、APM系统、多牵引供电制式共线技术、城际轨道交通供电系统、城市有轨电车技术方面新技术。

 

　　十二， 深入研究接触网刚性悬挂的弓网关系，提出包括刚性悬挂柔性化在内的切实解决方案，降低刚性悬挂在运营中的弓网磨耗；

 

　　十三， 杂散电流腐蚀防护的措施存在诸多争议，例如盾构区间的连通与否、辅助收集网与接地的关系等的课题一直困扰业界，需要建立在理论分析作先导、实测数据作支撑的深入研究，提出切实可靠的杂散电流腐蚀防护体系；

 

　　十四， 借助部科研项目，对系统性的集成技术进行攻关，开展长达干线系统集成研究，研究客运专线各系统兼容匹配和接口技术。

 

　　十五， 研究勘测设计一体化、数字化、智能化系统和技术标准；开发完成有自主知识产权的工程设计与仿真分析系统软件，加大各专业设计软件的开发力度，特别是3D设计软件的开发，以大幅度提高生产力。

 

　　十六， 通过株洲中低速磁浮交通方案的研究及推进，掌握磁浮交通勘察设计技术，并开展高速磁浮技术的储备研究。道交通供电系统、城市有轨电车技术方面新技术。

 

 

　　前面提到了十二五规划有16个研究方向。按照刚才的方向我们做了很多的努力，取得了一些成绩，主要有这些方面。12年获得了各种奖项29项，包括了优秀设计，包括了我们的技术进步奖等等有29项，包括了部里，省级的也是非常多的。12年我们全年完成了三大部类有41项，科研15项，标准图11项，业务监测有4项工法有2项，软件开发有9项。45位同志发表论文46篇，电化院生产一线的人员100多人，这是非常不容易，46篇有刊号的。我们的科研项目前面也提到了，供电能力增强型的来回流线直供方式在山区电气化铁路应用的系统研究，这个已经通过了四川省科技厅的鉴定，隧道内自耦变压器通过了四川省和股份公司，就是中国中铁科鉴定，然后我们研制27。5千伏非晶合金所用变压器，通过了四川省科技厅的鉴定。我们的纤维增强树脂基复合材料，在轨道交通电气化工程中应用科研项目通过了四川省科技厅的鉴定。此外，我们获得了16项的实用新型专利，7项的实用新型专利和3项发明专利，已经获得了受理。

 

 

　　高性能树脂基复合材料是利用高性能纤维通过一定编织方式作为主要承力的增强体，高性能树脂作为材料基体的结构材料，具有重量轻、比强度和比刚度高、阻尼性能好、耐疲劳、耐蠕变性能、耐化学腐蚀、耐磨性能好、热膨胀系数低、尺寸稳定性好等特点，大量应用于航空航天、建筑、汽车、轨道交通、舰船、电力输送、风力发电等工业领域。通过对这些特点的研究，我们找到了一些我们结合电气化铁路的需求，我们采用了这种材料，可以做什么样的事情。为了将纤维增强树脂基复合材料的可设计性的优势在电气化工程中得到显现，根据工程中结构件的具体使用环境和性能要求，结合复合材料的基本性能参数，有针对性的对结构件进行结构设计和优化。我们认为现在主要研究的几个方面，第一个方面就是接触网的网臂、支柱，附加导线的肩架，复合材料树脂基的枕木，还有我们的地铁逃生平台，还有我们的电缆沟盖板和电缆支架，还有复合材料的，我们课题从这些方面做的。

 

　　树脂基复合材料盖板、电缆支架、逃生平台非常适合地铁隧道等潮湿环境工况使用，不但解决了隧道内金属构件容易腐蚀的问题、减少故障隐患，而且极大降低运营维护费用。

 

　　树脂基复合材料接触网支柱、腕臂、肩架等构件的电绝缘性非常好，可以增强接触网系统绝缘可靠性，或可替代绝缘子达到高压绝缘效果，节省建设投资。

 

　　随着森林资源的减少和人类环保意识的增强，高性能树脂基复合材料以其高强度、轻质量、易加工、无污染、环保型的特点，顺应社会发展对材料的要求，它在我国铁路和城市轨道交通建设中的应用，必将带来良好的社会经济效益。

 

 

　　SF6自耦变压器作为中国中铁科研项目，主要工作内容为：选择适用于隧道内牵引供电系统自耦变压器的内绝缘材料、研制采用SF6气体绝缘的电气化铁路用自耦变压器、隧道内分区所及AT所设置方案研究。项目由中铁二院电化院和天威云变共同承担，目前已经完成方案研究、样机研制、型式试验、科学技术查新、评审及鉴定等一系列完整的科研程序，同时获得了实用新型专利（ZL2008 2 0302452。5 ）。

 

　　课题的提出结合了我们现在做的长达干线，包括了云贵、长昆、贵广、西城等等，这些长达的干线速度是250级以上采用AT供电方式。第二个特点就是桥隧比例非常高，桥隧比例占到了70%-80%，所以说我们的选址很困难，按照常规的我们这个AT所，分区所，很难选择在露天的厂平，所以说很多的设施设置在隧道里面，为了把隧道里面设置AT所分属所，我们研制了一个自耦变压器。这个项目通过了四川省和我们中国中铁总公司的科研鉴定，而且获得了一个新型使用专利。

 

　　这个项目的研究过程中我们对比几种变压器绝缘介质的特点，包括常规的变压器油，高燃点油，硅油，还有就是环氧树脂、SF6这几种绝缘介质，我分析它们各自的一些特点和技术参数。认为常规变压器没有办法满足隧道的要求，因为它的燃点比较低，就是在170度左右，如果说一旦发生了火灾，这个变压器就燃烧起来了，人员很难逃生的。高燃点油的燃点非常高，基本上300度以上，但是高燃点的油是油脂，有一定的流动性，如果说隧道里面的温度我们当时判断过，有可能会达到超过300摄氏度，如果说超过了它燃烧起来，它的流动性可能也会带来很大的危险。环氧树脂浇注目前容量应该说做的不是很大，现在目前我们了解大概就是20兆，三相分配到单相只有8兆，所以说现在目前的工艺做那么大容量的，我们自耦变压器是25兆的，确实难度比较大。当然了我们后来接触了一些新型材料，除了高燃点油，还有植物性油，主要应用于我们现在的海洋发电，特点就是燃点高，第二个泄露了以后自然挥发，这是它的一个最大的特点，这对环境没有什么污染，但是它的燃点非常高的，但是价格就是太贵了，目前来说大部分的也是在应用我们的海洋发电，只有我们的海洋钻井平台里面用的变压器，这个采用了植物性油。最后我们采用的是什么呢，就是采用了SF6气体绝缘的变压器，因为SF6气体绝缘变压器在国内应该说地铁我们的住所，都是采用了这样的方式。甚至在有一些发达的地区，包括了北京也有采用这样方式的，它的特点就是安全可靠，然后它的绝缘等级比较高，不会产生燃烧的问题。我们研制的这个SF6自耦变压器的特点几个参数，一个户内型SF6气体绝缘。型号和规格是采用了25000的容量，冷却方式是SF6气体绝缘自然风冷，温升的极限是70K，SF6气体压力我们控制在0。15兆帕，噪声小于62分贝，大概是这样的几个参数。

 

　　结合这个SF6气体绝缘变压器呢，我们又对这个隧道AT所，分区所布置方案进行了一个深入的研究。对这个变压器的布置，高压设备的布置，包括了它的风机，因为SF6绝缘性能好，散热有问题，所以说现在加一些风机，风机的设置，包括了电气设备隧道内的运行，对渗水的处理等等一系列问题我们做了深入的研究，形成了一些设计图纸，在设计方案里面有所体现。

 

 

　　27.5KV非晶合金的变压器采用了非晶合金的铁芯，非晶合金铁芯它的损耗可以比常规的铁芯降低非常多，比常规的变压器实际运行的空载损耗降低了70%，原来变压器的30%的损耗，所以说效果是非常非常显著的。这个项目我们已经完成了全套的这个科研流程，包括方案研究，样机的研制，型式实验，阶段的评审，挂网运行，这个挂网在成都局，挂网有一年半了，运行情况非常好，节能效果也是非常显著。然后我们科技查新、成果鉴定完成了，获得了一个实用型专利。

 

　　"非晶合金"主要是以铁（ Fe） 、钴（Co） 、硅（Si） 、硼（B）、碳（C）等元素依一定的配比合成，在制造的过程中，采取急速冷却的工艺，冷却的速度最多可以达到百万摄氏度每秒，使得金属没有明显的晶格界面，形成无规则的非晶态结构。非晶合金的带材厚度非常薄，薄的涡流损耗也可以降低，硬度比较大。刚才高院长前面提了，它的硬度非常大，是硅钢片的5倍，加工切割的难度比较大，所以说做大容量有一定的工艺的难度。磁致伸缩它的噪声比常规的变压器高一点，这需要工艺上的处理。非晶合金的磁饱和的密度比较低，一般在1。3-1。4，而我们一般的常规铁芯可以到1。6。

 

　　非晶合金的材料是60年由美国加州大学发现的材料，逐步推广在变压器的应用，比我们常规的这个S9系空载损耗可以节约80%以上，可以减少我们的有害集体，包括了一氧化碳、氧化硫这些气体的排放，降低对大气的污染。所以说有这么多的特点，因此这个电力系统现在目前应用还是非常广泛的，作为节能减排，绿色环保的一个重点设备，电力系统现在在大力的推广。非晶合金采用了新材料和新技术工艺复杂，价格就是比原来传统变压器贵30%左右，这个也是我们长期在国内推广比较难的地方，就是它的价格比较贵。我们以500千伏的非晶合金的变压器与常用的S9型的变压器比较。非晶合金变压器每年可以节省电能大概是6000多度电，电费是五千多元，前期投入成本大约3-5年可以全部的收回，按照变压器30年的运行寿命这个效益非常的客观。这是非晶合金的一些技术特点，我们研制的非晶合金的变压器，采用了铁芯目前还采用的就是日立的铁芯。线圈采用的NOMEX做层间和局部的绝缘，引线铜排，铜箔是专用的设备，采用氩弧焊接，整体经过真空压力浸渍后来成型的，采用了环氧树脂浇注的方式一次成型。线圈的结构，我们现在采用分段圆孔式，器身采用了悬挂式的结构，这是我们现场运行的照片。