|国产“双高”导线让中国高铁“电力十足”

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【|国产“双高”导线让中国高铁“电力十足”】随着技术的不断改进提高，如今我国的铜铬锆导线最高可以实现83%的导电率，同时强度达到620兆帕。我国具有自主知识产权的高强高导接触网导线完全可以为新高铁的建设提供强有力的技术支撑。
◎采访人员陈曦
时速350公里，营业里程3.6万公里，通达除西藏外的30个省区市……中国高铁以惊人的速度和广度一再刷新我国的“高铁版图”和纪录。供电系统作为高铁列车的“心脏” ，在为列车提供源源不断的动力的同时，也是确保列车安全、高速、可靠、稳定运行的关键。
天津中铁电气化设计研究院有限公司总工程师王立天团队研发的“高速铁路用高强高导接触网导线关键技术及应用” ，实现了我国高铁接触网导线的完全国产化。该成果经过10年在京沪、京津、京张、成渝等1.3万公里的高铁线路上的“挂网”运行，证实其性能领跑“世界高铁” 。该项目也获得2020年度国家科技进步奖二等奖，同时项目获授权发明专利32件， SCI论文31篇，主编国标6项、行业标准2项。
铜镁导线已达安全极限
俗话说，火车跑得快，全靠车头带。那么“车头”的牵引动力来自于哪呢？
“人们在高铁站等车时，经常会看到铁路沿线上空架设的输电线路，这些输电线路就是高速铁路接触网，高铁列车运行所需的电就是通过机车上端的接触网来输送。 ”王立天介绍，接触网一旦停电或列车受电弓与接触网接触不良，就会对列车的供电产生影响。
同时，制约高速列车速度提升的三大核心技术瓶颈之一也是弓网的受流能力。为了保证高速行驶下的列车稳定受流，接触网导线就必须具有大张力和大载流能力，这就要求导线同时具有高强度和高电导率，还要保证接触网轻量化，不能给工程方面增加投入。
王立天解释：“当列车行驶速度为300公里/小时以上时，它所受的阻力90%以上都来自风阻，而风阻与速度的平方成正比，列车所需的功率就与速度的三次方成正比。功率变大后，在电压不变的情况下，电流也相应增大。因此需要接触网导线具有高导电率。 ”
“在保证高电导率的同时，接触网导线还需要保证高强度。 ”王立天说，列车在高速运行中，受电弓和导线之间不能脱离，必须时刻紧密接触。只有导线的波动传播速度大于列车速度的1.4倍，才能保证受电弓和接触网导线不脱离。而提升导线的波动传播速度就必须提高导线的张力，在导线重量不变的情况下，就需要增加导线强度，使导线强度达到国家标准安全系数2.0以上。也就是说，导线所能承受的最大拉断力需要达到应用所需拉力的2倍以上强度才能保证安全。
要想同时提高强度和导电率是个巨大的挑战。众所周知，在铜合金材料中，导电率和强度成反比，同时提高导电率和强度非常困难，因此高铁接触网导线研发难度极大，在王立天团队项目实施前，我国高铁接触网导线全部依赖进口。
“当时国际最先进的铜镁导线强度在列车350公里时速下已达安全极限，想要进一步提速必须研发下一代更高强度和更高导电率的铜铬锆接触网导线。 ”王立天说，要想实现“中国速度” ，这道坎必须要跨过去。
研发、产业化一切从零开始
早在2006年，我国开始进行高铁建设的时候，王立天作为专家团队的一员，就开始接触到这一领域。