應用于高速列車大容量超導變壓器研發立項

應用于高速列車大容量超導變壓器研發立項

高效、高性能高溫超導車載牽引變壓器的完成，將把我國超導變壓器技術提升到世界領先水平，并為我國和世界軌道交通領域帶來重大技術變革。

我國高速列車用車載變壓器技術將迎來重大突破，在國家重點研發計劃：“戰略性國際科技創新合作”重點專項支持下，“應用于高速列車大容量超導變壓器的研發”項目（編號2016YFE0201200）已通過國家科技部評審，正式立項。2017年10月30日，參與各方及相關領導在北京交通大學召開了項目啟動會。

“應用于高速列車的大容量超導變壓器研發”項目啟動會與會代表合影

“應用于高速列車的大容量超導變壓器研發”項目計劃完成的高溫超導牽引主變壓器原型樣機額定容量為6.6MVA，一次側輸入采用目前標準的軌道交通供電額定電壓25kV，二次側輸出與目前“復興號”中國標準動車組兼容，單路額定電流可達870A，共4路。樣機全部采用高溫超導材料制作，總效率預計高達99%，同時總質量僅約3噸。與常規變壓器相比，具有效率高、質量輕、體積小等特點，以及使用壽命長、無火災隱患、無污染等優勢。

這些優異性能與高溫超導材料的高電磁密度和極低損耗密切相關。超導體是新材料領域最重要的分支之一，1911年第一種超導體被發現，迄今發現的超導體已有數千種，其中能夠工作在液氮溫度（約-196℃）以上的稱為“高溫超導體”。我國科學家在1986年開始的國際高溫超導研究中發揮了十分重要的作用，并取得了大量重要成果，其中之一是實現了高溫超導材料的產業化。目前，在液氮溫度下，每一平方毫米截面積的高溫超導線材在無外加磁場條件下可通過140A以上的電流，此時造成的電壓降僅為1μV／cm。因此，超導材料的工程載流密度是傳統銅、鋁等材料的數十倍。另一方面，載流低于臨界值時，超導材料可完全無阻抗傳輸直流電，傳輸交流電的損耗也遠低于常規導體。這些特點為開發高電磁密度的大容量電氣設備，如電機、變壓器、磁儲能等，以及大容量、高密度電能傳輸等創造了良好條件。

超導和常規車載牽引變壓器的性能對比

典型高溫超導材料的電壓-電流（V-A）特性曲線，載流臨界值標記為Ic（臨界電流）

高效、高性能高溫超導車載牽引變壓器的完成，將把我國超導變壓器技術提升到世界領先水平，并為我國和世界軌道交通領域帶來重大技術變革。配合先進的變流器、牽引電機等設備，可使泛歐亞大陸軌道交通最高運行時速超過600公里，同時具備節能、高適應性和易維護等優勢，進一步鞏固我國在高速鐵路領域的國際領先地位和影響力。新型、高速、高效、環保列車的運行，可使人們出行更加便捷和安全，并為運行該列車的交通企業帶來可觀的經營利潤。

在本項目中，北京英納超導技術有限公司將承擔“高性能、低損耗超導導線研制及批量制造技術”與“高強度超導繞組設計和制造技術”兩項重要的核心任務，并協助完成高溫超導牽引主變壓器的其他研究、制造和測試工作。

“應用于高速列車大容量超導變壓器的研發”項目

解決超導變壓器從關鍵原材料到設計、制造、組裝和測試等各環節的關鍵科學技術問題，以實現高性能超導變壓器的產業化。

牽頭方：北京交通大學

中方研發團隊：北京英納超導技術有限公司、株洲聯誠集團有限責任公司、中車集團株洲時代新材料科技股份有限公司、北京航空航天大學

外方研發團隊：新西蘭惠靈頓維多利亞大學

項目預算：總投入6060萬元，其中國家資助2380萬元，北京英納超導技術有限公司提供1619.2萬元（約占44%），聯誠集團提供1140.8萬元（約占31%），時代新材提供920萬元（約占25%）。

八大任務：高性能、低損耗超導導線及批量制造技術

軌道交通用超導變壓器設計技術

高強度繞組制造技術和繞組制造

搭建綜合測試平臺

低溫工程和冷卻系統研究

低溫絕緣技術

超導變壓器運行控制技術

超導變壓器樣機組裝及測試