應(yīng)用于高速列車大容量超導(dǎo)變壓器研發(fā)立項(xiàng)

應(yīng)用于高速列車大容量超導(dǎo)變壓器研發(fā)立項(xiàng)

高效、高性能高溫超導(dǎo)車載牽引變壓器的完成，將把我國(guó)超導(dǎo)變壓器技術(shù)提升到世界領(lǐng)先水平，并為我國(guó)和世界軌道交通領(lǐng)域帶來(lái)重大技術(shù)變革。

我國(guó)高速列車用車載變壓器技術(shù)將迎來(lái)重大突破，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃：“戰(zhàn)略性國(guó)際科技創(chuàng)新合作”重點(diǎn)專項(xiàng)支持下，“應(yīng)用于高速列車大容量超導(dǎo)變壓器的研發(fā)”項(xiàng)目（編號(hào)2016YFE0201200）已通過(guò)國(guó)家科技部評(píng)審，正式立項(xiàng)。2017年10月30日，參與各方及相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)在北京交通大學(xué)召開了項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)。

“應(yīng)用于高速列車的大容量超導(dǎo)變壓器研發(fā)”項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)與會(huì)代表合影

“應(yīng)用于高速列車的大容量超導(dǎo)變壓器研發(fā)”項(xiàng)目計(jì)劃完成的高溫超導(dǎo)牽引主變壓器原型樣機(jī)額定容量為6.6MVA，一次側(cè)輸入采用目前標(biāo)準(zhǔn)的軌道交通供電額定電壓25kV，二次側(cè)輸出與目前“復(fù)興號(hào)”中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組兼容，單路額定電流可達(dá)870A，共4路。樣機(jī)全部采用高溫超導(dǎo)材料制作，總效率預(yù)計(jì)高達(dá)99%，同時(shí)總質(zhì)量?jī)H約3噸。與常規(guī)變壓器相比，具有效率高、質(zhì)量輕、體積小等特點(diǎn)，以及使用壽命長(zhǎng)、無(wú)火災(zāi)隱患、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)。

這些優(yōu)異性能與高溫超導(dǎo)材料的高電磁密度和極低損耗密切相關(guān)。超導(dǎo)體是新材料領(lǐng)域最重要的分支之一，1911年第一種超導(dǎo)體被發(fā)現(xiàn)，迄今發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)體已有數(shù)千種，其中能夠工作在液氮溫度（約-196℃）以上的稱為“高溫超導(dǎo)體”。我國(guó)科學(xué)家在1986年開始的國(guó)際高溫超導(dǎo)研究中發(fā)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(shí)現(xiàn)了高溫超導(dǎo)材料的產(chǎn)業(yè)化。目前，在液氮溫度下，每一平方毫米截面積的高溫超導(dǎo)線材在無(wú)外加磁場(chǎng)條件下可通過(guò)140A以上的電流，此時(shí)造成的電壓降僅為1μV／cm。因此，超導(dǎo)材料的工程載流密度是傳統(tǒng)銅、鋁等材料的數(shù)十倍。另一方面，載流低于臨界值時(shí)，超導(dǎo)材料可完全無(wú)阻抗傳輸直流電，傳輸交流電的損耗也遠(yuǎn)低于常規(guī)導(dǎo)體。這些特點(diǎn)為開發(fā)高電磁密度的大容量電氣設(shè)備，如電機(jī)、變壓器、磁儲(chǔ)能等，以及大容量、高密度電能傳輸?shù)葎?chuàng)造了良好條件。

超導(dǎo)和常規(guī)車載牽引變壓器的性能對(duì)比

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

高效、高性能高溫超導(dǎo)車載牽引變壓器的完成，將把我國(guó)超導(dǎo)變壓器技術(shù)提升到世界領(lǐng)先水平，并為我國(guó)和世界軌道交通領(lǐng)域帶來(lái)重大技術(shù)變革。配合先進(jìn)的變流器、牽引電機(jī)等設(shè)備，可使泛歐亞大陸軌道交通最高運(yùn)行時(shí)速超過(guò)600公里，同時(shí)具備節(jié)能、高適應(yīng)性和易維護(hù)等優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步鞏固我國(guó)在高速鐵路領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位和影響力。新型、高速、高效、環(huán)保列車的運(yùn)行，可使人們出行更加便捷和安全，并為運(yùn)行該列車的交通企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)。

在本項(xiàng)目中，北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司將承擔(dān)“高性能、低損耗超導(dǎo)導(dǎo)線研制及批量制造技術(shù)”與“高強(qiáng)度超導(dǎo)繞組設(shè)計(jì)和制造技術(shù)”兩項(xiàng)重要的核心任務(wù)，并協(xié)助完成高溫超導(dǎo)牽引主變壓器的其他研究、制造和測(cè)試工作。

“應(yīng)用于高速列車大容量超導(dǎo)變壓器的研發(fā)”項(xiàng)目

解決超導(dǎo)變壓器從關(guān)鍵原材料到設(shè)計(jì)、制造、組裝和測(cè)試等各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)高性能超導(dǎo)變壓器的產(chǎn)業(yè)化。

牽頭方：北京交通大學(xué)

中方研發(fā)團(tuán)隊(duì)：北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司、株洲聯(lián)誠(chéng)集團(tuán)有限責(zé)任公司、中車集團(tuán)株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司、北京航空航天大學(xué)

外方研發(fā)團(tuán)隊(duì)：新西蘭惠靈頓維多利亞大學(xué)

項(xiàng)目預(yù)算：總投入6060萬(wàn)元，其中國(guó)家資助2380萬(wàn)元，北京英納超導(dǎo)技術(shù)有限公司提供1619.2萬(wàn)元（約占44%），聯(lián)誠(chéng)集團(tuán)提供1140.8萬(wàn)元（約占31%），時(shí)代新材提供920萬(wàn)元（約占25%）。

八大任務(wù)：高性能、低損耗超導(dǎo)導(dǎo)線及批量制造技術(shù)

軌道交通用超導(dǎo)變壓器設(shè)計(jì)技術(shù)

高強(qiáng)度繞組制造技術(shù)和繞組制造

搭建綜合測(cè)試平臺(tái)

低溫工程和冷卻系統(tǒng)研究

低溫絕緣技術(shù)

超導(dǎo)變壓器運(yùn)行控制技術(shù)

超導(dǎo)變壓器樣機(jī)組裝及測(cè)試