創(chuàng)新領(lǐng)跑！解碼“中國速度”的動力密碼
文章來源：國資小新 發(fā)布時間：2025-04-25
這里是復(fù)興號“動力之芯”的誕生地，也是時速400公里動車組CR450“心臟”與“大腦”的研發(fā)地。這里在軌道交通領(lǐng)域有著深厚積淀，也正在新能源裝備、汽車與工業(yè)領(lǐng)域“跨界”極速生長。這里，就是中車株洲電力機車研究所有限公司（以下簡稱“中車株洲所”），改革是它的基因，創(chuàng)新是它的秘訣，它正以更快的速度、更高質(zhì)量的發(fā)展，為我國高端制造業(yè)發(fā)展注入強勁動力。
復(fù)興號高原雙源動力集中動車組
近日，“走進新國企·科技創(chuàng)新主力軍”融媒體采訪第十三站走進中車株洲所，來自新華社、經(jīng)濟日報、科技日報、工人日報、中國新聞社、經(jīng)濟參考報、中國證券報、第一財經(jīng)日報、經(jīng)濟觀察報、證券日報、國資報告、人民網(wǎng)、新華網(wǎng)、央廣網(wǎng)、中國網(wǎng)、環(huán)球網(wǎng)、澎湃新聞的專家記者，走進位于株洲的多個生產(chǎn)制造基地，一同探尋“中國速度”背后的創(chuàng)新基因。
主動求變，根植核心技術(shù)打造多元產(chǎn)業(yè)集群
走進中車株洲所時代電氣制造中心智能生產(chǎn)車間，AGV機器人（Automated Guided Vehicle，自動導(dǎo)向車）在車間高效穿梭，運輸著高鐵列車所需的零部件。
中車株洲所時代電氣制造中心
這里主要從事被譽為列車“心臟”和“大腦”的牽引傳動和控制系統(tǒng)的生產(chǎn)制造，承擔(dān)著全球30%、全國70%的軌道交通牽引電傳動部件的生產(chǎn)制造，每年可滿足200列復(fù)興號動車組、1000列標(biāo)準(zhǔn)地鐵、840臺“重載”機車所需“心臟”和“大腦”的裝車需求。目前，中車株洲所時代電氣制造中心擁有20多條先進生產(chǎn)線，年產(chǎn)值超100億。
中車株洲所時代電氣制造中心
中車株洲所始創(chuàng)于1959年，前身是鐵道部株洲電力機車研究所，歷經(jīng)66年創(chuàng)新發(fā)展，在軌道交通領(lǐng)域形成了深厚積淀，形成了“算法、器件、材料”三大內(nèi)核技術(shù)。
在新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的時代浪潮之下，近年來，中車株洲所立足軌道交通主業(yè)，居安思危、主動求變，將軌道交通領(lǐng)域積累的優(yōu)勢技術(shù)與產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗，向清潔能源裝備領(lǐng)域進行跨界延伸，打造了多元產(chǎn)業(yè)集群。
新能源乘用車電驅(qū)產(chǎn)業(yè)，是中車株洲所軌道交通核心技術(shù)平移的成功典范。依托交通裝備的深厚技術(shù)，中車株洲所持續(xù)完善技術(shù)創(chuàng)新體系，具備“關(guān)鍵器件—核心部件—系統(tǒng)集成”的完整產(chǎn)業(yè)鏈配套能力，成為我國自主電驅(qū)系統(tǒng)頭部企業(yè)。
電機驅(qū)動系統(tǒng)是新能源汽車核心零部件之一。在中車零碳產(chǎn)業(yè)園新能源乘用車電驅(qū)制造基地生產(chǎn)車間，一排排機械臂正在生產(chǎn)線上繁忙揮舞，成為智能制造的一個縮影。
中車零碳產(chǎn)業(yè)園新能源乘用車電驅(qū)制造基地生產(chǎn)車間
2024年12月，占地245畝、建設(shè)投資11.08億元的中車零碳產(chǎn)業(yè)園在湖南株洲正式落成，將形成每年超200萬臺套電驅(qū)系統(tǒng)及部件產(chǎn)品交付能力。通過余熱回收、光—儲—充等多維融合的少碳技術(shù)，園區(qū)可實現(xiàn)單品生產(chǎn)能耗下降12%，清潔能源占比超50%以上，成為全國領(lǐng)先的綠色工廠。這座集十萬級潔凈車間、智能機械臂矩陣與數(shù)字孿生系統(tǒng)于一體的“超級智造中樞”，將中國新能源裝備制造推入“秒級精度時代”。
新型電力裝備與軌道交通裝備應(yīng)用場景相似、技術(shù)同源。近年來，中車株洲所成功將軌道交通的系統(tǒng)集成、變流及控制等關(guān)鍵核心技術(shù)平移應(yīng)用于風(fēng)電、光伏及綜合能源業(yè)務(wù)，為“零碳”新時代持續(xù)貢獻智慧。
作為國內(nèi)最早挺進光伏行業(yè)的企業(yè)之一，憑借深厚的變流技術(shù)及產(chǎn)業(yè)協(xié)同優(yōu)勢，中車株洲所已構(gòu)建起覆蓋“芯片—器件—模塊—裝置—系統(tǒng)”的光伏全生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，成為全球極少數(shù)實現(xiàn)光伏逆變器產(chǎn)品型譜全覆蓋的企業(yè)，已在國內(nèi)300余座大型光伏電站裝配應(yīng)用10萬臺/套光伏逆變器產(chǎn)品，并批量應(yīng)用于中東、東南亞等國家和地區(qū)。
初涉風(fēng)電整機領(lǐng)域時，中車株洲所曾引進首套風(fēng)電整機技術(shù)，成功研制首臺WT1.65型風(fēng)電機組，打響風(fēng)電產(chǎn)業(yè)“頭炮”。2020年，中車株洲所風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，年產(chǎn)值一舉突破百億規(guī)模，成為繼軌道交通、新材料之后的第三個百億產(chǎn)業(yè)。截至2024年，中車株洲所已為風(fēng)力發(fā)電企業(yè)提供了13000余臺風(fēng)電整機。
全球最大漂浮式海上風(fēng)電機組——“啟航號”
氫能領(lǐng)域，中車株洲所可提供柔性、安全、高效、智慧制氫解決方案，擁有離網(wǎng)型綠電制氫示范線、4000標(biāo)方電解槽實驗室、電化學(xué)實驗室等為一體的綜合性柔性綠電制氫研發(fā)基地。目前，該企業(yè)在國內(nèi)IGBT制氫電源市占率排名第一，2024年國內(nèi)制氫電解槽市場占有率位居前列。
作為儲能系統(tǒng)集成領(lǐng)域發(fā)展最快、勢頭最猛的企業(yè)之一，中車株洲所持續(xù)深耕儲能技術(shù)，在構(gòu)網(wǎng)型儲能領(lǐng)域取得了顯著成果。截至目前，中車株洲所在構(gòu)網(wǎng)型儲能的核心部件上，已實現(xiàn)核心部件（IGBT功率器件、儲能PCS、升壓變流一體機等）全自主化，安全、自主、可控。
2024年12月16日，株洲機電研制的箱變在目前全球海拔最高的光伏項目——華電西藏才朋光儲二期箱變設(shè)備成功并網(wǎng)發(fā)電
在國家“雙碳”戰(zhàn)略風(fēng)口下，中車株洲所正以“風(fēng)—光—水—儲—氫—碳”六維生態(tài)鏈為經(jīng)緯，將中國高鐵征服軌道的硬核基因，轉(zhuǎn)化為賦能地球脈動的綠色密碼，開啟全新的綠色篇章。
以創(chuàng)新為根本動力，抓住歷次改革機遇，中車株洲所發(fā)展活力、動力不斷增強，闖出了一條科技產(chǎn)業(yè)化道路。2010年、2019年、2024年，該企業(yè)產(chǎn)值分別實現(xiàn)百億、三百億到六百億的跨越發(fā)展。
創(chuàng)新領(lǐng)跑，加強研發(fā)投入推動高質(zhì)量發(fā)展
改革創(chuàng)新，是中車株洲所融入血脈的奮斗基因，也是其高質(zhì)量發(fā)展的進階密碼。
作為國務(wù)院國資委“雙百企業(yè)”標(biāo)桿企業(yè)，中車株洲所將人才與創(chuàng)新擺在核心位置，大力打造原創(chuàng)技術(shù)策源地，培育戰(zhàn)略科技力量，年均研發(fā)投入占全年總營收的8%。
當(dāng)前，中車株洲所擁有十一個國家級科研創(chuàng)新平臺、三個企業(yè)博士后科研工作站、五個海外技術(shù)研發(fā)中心、13家國家級專精特新“小巨人”企業(yè)，匯聚了近10000名研發(fā)人員，其中300余名博士、5000余名碩士，構(gòu)筑起創(chuàng)新人才集聚高地；取得了28項國家級科技獎勵、4項中國專利金獎、442個國際/國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、7100余個授權(quán)專利，打造起行業(yè)一流的創(chuàng)新平臺。
全球最快的高鐵列車CR450動車組樣車下線
2024年12月，時速400公里CR450動車組樣車的發(fā)布，標(biāo)志著中國高鐵科技實現(xiàn)了又一次里程碑式的跨越。近日，CR450動車組樣車性能驗證工作正在加快進行，目前已經(jīng)完成低速試驗工作，即將開展高速試驗。
更快的速度，意味著更強勁的牽引動力，和更新的技術(shù)突破。時速400公里牽引動力背后，正是新一代永磁同步牽引技術(shù)的支撐。
與傳統(tǒng)的牽引技術(shù)相比，采用永磁牽引技術(shù)，能有效提升電機功率，降低牽引能耗。
CR450動車組首次實現(xiàn)了大功率永磁牽引等技術(shù)在時速400公里高鐵上的創(chuàng)新應(yīng)用。相比于時速350公里的復(fù)興號列車，這套牽引系統(tǒng)各項性能指標(biāo)更加優(yōu)秀，牽引功率提升了20%，系統(tǒng)損耗反而降低了3%。
圍繞CR450重大創(chuàng)新工程，中國中車首席科學(xué)家馮江華帶領(lǐng)團隊進一步針對永磁牽引系統(tǒng)開發(fā)了在線診斷與主動安全控制技術(shù)，保障極端故障工況下長時間容錯運行；創(chuàng)新研制自主定義新型器件的智能化集成功率模塊（PCU），牽引變流器功率密度相比CR400提升近50%；突破基于時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，通信抖動縮小到微秒級，極大提升列車協(xié)同控制精度。
通過這一系列的技術(shù)探索和積累，永磁牽引、PCU模塊、TSN網(wǎng)絡(luò)等核心技術(shù)如今順利裝備于CR450動車組，使我國高速列車牽引控制技術(shù)在國際上持續(xù)引領(lǐng)，持續(xù)鞏固高鐵技術(shù)世界領(lǐng)跑優(yōu)勢。
前瞻布局，白手起家攀登科技創(chuàng)新新高峰
CR450動車組的問世，是中國高鐵科技自立自強、不斷攀登高峰的生動注腳，更是科研團隊對技術(shù)創(chuàng)新無限追求的真實寫照。
時速革命背后，中國中車首席科學(xué)家馮江華領(lǐng)銜的研發(fā)創(chuàng)新團隊發(fā)揮了重要作用。他們以數(shù)十年砥礪的堅韌與執(zhí)著，深耕研究列車的“心臟”和“大腦”，從為CR450動車組鑄就“強勁心臟”，到構(gòu)建自主進化的“智慧大腦”，將實驗室里的每個假設(shè)、圖紙上的每條曲線，熔鑄成挺立世界的科技脊梁。
2021年，國家啟動CR450科技創(chuàng)新工程，提出8個“更”的頂層要求：更高速、更安全、更環(huán)保、更節(jié)能、更智能、更自主、更可持續(xù)、系統(tǒng)更優(yōu)，并要求在時速400公里運行時，牽引能耗與CR400時速350公里持平。
這些硬指標(biāo)，決定了CR450動車組必須擁有一顆更強勁的“心臟”。馮江華及其團隊研制的永磁牽引技術(shù)，成為解決這一需求的不二之選。
中國中車首席科學(xué)家馮江華
永磁同步牽引系統(tǒng)作為軌道交通下一代牽引系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，與傳統(tǒng)異步電機牽引系統(tǒng)相比，具有更加小型化、輕量化和節(jié)能的突出優(yōu)勢。
具有前瞻性的是，這項前沿核心技術(shù)，中車株洲所早在2003年就已開始布局，并由馮江華牽頭組建國內(nèi)第一支永磁牽引系統(tǒng)研發(fā)團隊，率先探索永磁牽引技術(shù)的升級換代。
然而，理想要轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實，絕非咫尺之遙。
彼時，永磁牽引技術(shù)屬于前瞻性核心技術(shù)，當(dāng)時在全球尚處于起步階段，完全沒有標(biāo)桿可循。團隊成員不但沒有接觸過，就連研究的對象也僅是一個概念。
從零開始，挑戰(zhàn)未知。缺乏借鑒資料，團隊拿著為數(shù)不多的資料反復(fù)鉆研；沒有驗證平臺，團隊“白手起家”搭建起永磁試驗平臺。
“在異步時代，我們是追趕者；在永磁時代，我們要做競跑者，搶占制高點?！瘪T江華的話，激蕩起團隊自主創(chuàng)新的豪情和雄心。
在酷暑與寒冬的交替中，研發(fā)團隊埋頭苦干，一次實驗往往需要五六個小時，甚至更長時間。大家24小時輪番蹲守在實驗室，記錄每一個細微的數(shù)據(jù)變化。
“為了讓系統(tǒng)更平穩(wěn)可靠，我們甚至主動求敗?！瘪T江華告訴記者，團隊經(jīng)常在做試驗的時候，故意設(shè)計一些試驗場景去經(jīng)歷失敗，例如為了獲取永磁失效數(shù)據(jù)，主動開展一些破壞性試驗，通過長期高溫測試，驗證系統(tǒng)失磁狀態(tài)。
為了打造更寬速域、更高效率的系統(tǒng)方案，馮江華帶領(lǐng)團隊開展了高速主動弱磁控制技術(shù)攻關(guān)。關(guān)鍵的攻關(guān)期正值八九月份，此時的湖南潮濕、悶熱，整個試驗室就像一個大蒸籠，最高溫度達40多攝氏度。團隊日夜輪流蹲守，認真盯控每一個細節(jié)、數(shù)據(jù)，渾然不覺已是汗流浹背。經(jīng)過百余次技術(shù)對比、試驗驗證，最終兼具高效率、高動態(tài)響應(yīng)、寬速域的永磁電機弱磁技術(shù)，就在這樣的“桑拿房”誕生了。
針對強電磁環(huán)境下位置傳感信號毫伏級失真引發(fā)系統(tǒng)失控的風(fēng)險，團隊開發(fā)了永磁位置辨識技術(shù)，這就像給永磁電機的控制基準(zhǔn)（位置信號）裝上了“眼睛”。但是，該技術(shù)的開發(fā)并非一帆風(fēng)順。研究初期，永磁電機在零低速階段位置辨識誤差超過3°，系統(tǒng)難以實現(xiàn)穩(wěn)定運行，為此，馮江華創(chuàng)新提出了全速度段永磁位置多模融合辨識方法，確保位置辨識誤差在1°以內(nèi)，消除了對硬件傳感器的依賴。
“動力帶速重投”是永磁牽引應(yīng)用于高鐵必須實現(xiàn)的功能之一，其關(guān)鍵點在于重投時，變流器輸出電壓要與永磁電機固有反電勢快速精準(zhǔn)匹配，不然會造成電流沖擊過大，甚至變流器損壞。
在多次嘗試重投失敗后，團隊決定重新設(shè)計控制算法。為加快開發(fā)進度，團隊在辦公室支起行軍床，白天泡在試驗站，晚上繼續(xù)在辦公室復(fù)盤，困了就在行軍床上打盹，餓了就啃幾口面包方便面，兩個多月夜以繼日的奮戰(zhàn)，團隊成功摸索出“動力一拍重構(gòu)”算法，解決了永磁電機在任意轉(zhuǎn)速下平順無沖擊重投難題。
經(jīng)過近十年的努力攻關(guān)，2011年底，永磁同步牽引系統(tǒng)在沈陽地鐵二號線列車成功裝車，實現(xiàn)了國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域的首次應(yīng)用，填補了國內(nèi)軌道交通業(yè)沒有永磁系統(tǒng)的空白，打破了國外技術(shù)壟斷，裝車應(yīng)用五個月，列車完成了7000公里系統(tǒng)零故障正線試驗運行，實測節(jié)能10%以上。2013年，團隊開發(fā)的230kW地鐵車輛永磁同步電機成功應(yīng)用于長沙地鐵，同等安裝空間下相比異步電機，功率提升20%。
然而，“永磁高鐵”才是馮江華心中的制高點。依托863重大專項高速列車永磁同步牽引系統(tǒng)子課題研究，團隊成功開發(fā)出690kW國內(nèi)最大功率高速動車組用永磁同步牽引電機牽引系統(tǒng)，電機功率密度超過1kW/kg，比主流異步電機功率提高60%，電機損耗降低50%。2014年，系統(tǒng)成功裝車考核。
2015年6月24日，團隊迎來了最為緊張的時刻——“永磁高鐵”在北京環(huán)鐵試驗基地進行首件鑒定。當(dāng)鑒定現(xiàn)場單臺電機的功率顯示達到690千瓦的時候，全場沸騰了！這意味著，我國成為全球少數(shù)幾個掌握高鐵永磁牽引技術(shù)的國家之一，中國高鐵動力技術(shù)的“永磁時代”來了。
2019年，在國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，馮江華主持完成的“軌道交通永磁牽引系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項目，榮獲國家技術(shù)發(fā)明獎。這一成果被視為開啟了中國3.0版高鐵時代，馮江華也被業(yè)內(nèi)譽為我國高鐵永磁牽引技術(shù)的開拓者。
CR450動車組樣車
時間來到2021年，盡管團隊前期積累了豐富的應(yīng)用經(jīng)驗，但得知要為CR450裝上永磁“心臟”，團隊成員興奮之余又有些擔(dān)憂。
永磁牽引傳動系統(tǒng)在更高速牽引領(lǐng)域還面臨永磁電機絕緣故障診斷與主動安全控制的挑戰(zhàn)。
如何破局？立項以來，馮江華親自帶領(lǐng)團隊持續(xù)開展CR450永磁牽引系統(tǒng)故障診斷研究與驗證，探索出永磁電機匝短、相短等極端故障精確診斷與主動安全保護策略，首次形成了完善的永磁牽引控制邏輯、保護措施、應(yīng)急處置分層分級管理辦法，確保CR450動車組永磁牽引系統(tǒng)的安全可靠。
2023年6月28日，福建湄洲灣跨海大橋上，兩列搭載永磁動力的綜合檢測試驗列車風(fēng)馳電掣般交會而過，創(chuàng)造了雙向正線交會試驗時速891公里世界紀錄，標(biāo)志著時速400公里永磁牽引技術(shù)完成線路驗證。
那一刻，歡呼聲四起，所有的汗水與付出都化作了勝利的喜悅。高鐵永磁技術(shù)再突破，持續(xù)鞏固高鐵技術(shù)在世界的領(lǐng)跑優(yōu)勢，樹立起高鐵速度新標(biāo)桿。
2025年，CR450動車組樣車將投入整車試驗驗證和試用“大考”，馮江華表示，如果說換裝試跑是最后一次“模擬考試”，今年的樣車試跑和試驗考核將是真正的“高考”，“團隊將全力以赴，做好各項保障備考，爭取拿到最優(yōu)成績。”馮江華說。
【責(zé)任編輯：韓夢圓】
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