陳文英

8月14日，全球首艘采用永磁同步發(fā)電機的油電混合大型濱海觀光船“大灣區(qū)一號”成功交付，毋庸諱言，永磁牽引技術(shù)已經(jīng)滲透到船舶領(lǐng)域。

而在一個多月前的6月28日，我國首條全線搭載永磁牽引系統(tǒng)的地鐵線路長沙地鐵5號線正式開通運營，宣布地鐵“永磁時代”已經(jīng)到來。據(jù)第三方測評，永磁牽引系統(tǒng)平均節(jié)能率超過30%。

發(fā)明這一技術(shù)的正是第二屆全國創(chuàng)新爭先獎獎章獲得者、中車株洲電力機車研究所有限公司（以下簡稱“中車株洲所”）總工程師馮江華。

馮江華是我國大功率電力牽引與控制領(lǐng)域的專家，長期致力于高動力、高效率、高實時控制技術(shù)的研究，在應用基礎理論和關(guān)鍵技術(shù)研究、核心裝備研制方面取得系列原創(chuàng)性成果。更值得一提的是，這些成果的取得幾乎都是馮江華靈光一閃“閃”出來的。

篳路襤褸，心系電力

牽引系統(tǒng)是軌道交通車輛的“心臟”和“大腦”，是車輛動力的關(guān)鍵來源，更是其高速、綠色、安全運行的關(guān)鍵，主要有直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)和永磁系統(tǒng)三種。其性能在某種程度上決定了車輛的動力、能耗和控制特性，是車輛節(jié)能升級的關(guān)鍵部件。

1989年，馮江華從浙江大學電機系研究生畢業(yè)。作為當時稀有的高端人才，本可以留在大城市謀求一份待遇更好的職業(yè)，他卻選擇留在一個叫作“田心”的株洲偏遠小鎮(zhèn)。這是一片在地圖上無跡可尋、卻有著“中國電力機車搖籃”稱號的熱土。

產(chǎn)生于第二次工業(yè)革命，大規(guī)模發(fā)展于第三次工業(yè)革命之后的電力機車，主要從供電網(wǎng)或供電軌中獲取電能，再通過電動機驅(qū)動車輛行駛，其綜合性能明顯優(yōu)于蒸汽機車和內(nèi)燃機車。

然而，直到上世紀八十年代，我國電力機車還有很多研究領(lǐng)域處于鴻蒙階段，遠遠落后于世界先進水平，甚至嚴重制約經(jīng)濟社會的發(fā)展。在機車大功率電力牽引控制方面，幾乎毫無技術(shù)儲備，尤其是長期被西門子等少數(shù)公司控制、且一直對中國進行技術(shù)封鎖的大功率交流異步牽引技術(shù)。

為填補技術(shù)空白，上世紀九十年代初，馮江華在國內(nèi)率先開展對高性能異步牽引及控制技術(shù)的研究。

彼時，他剛進中車株洲所兩年，即被委以重任，牽頭組織對大功率異步牽引控制技術(shù)進行攻關(guān)，并受命主持原鐵道部“交直交電傳動微機控制系統(tǒng)及其模塊化研究”課題。

隨即，馮江華組建了國內(nèi)最早的電力牽引高性能交流傳動控制技術(shù)研究與工程實踐團隊，以他為首的中車株洲所三代鐵路科技人開始在中國軌道交通領(lǐng)域的“無人區(qū)”開疆拓土。

然而，由于沒有技術(shù)儲備作為支撐，在很多領(lǐng)域還是不得不被動地與國外領(lǐng)先企業(yè)合作。

1997年，馮江華擔綱負責把國外成熟的產(chǎn)品應用到“藍箭”動車組上。經(jīng)過 3年的反復摸索、調(diào)試，到商業(yè)運營時還是出了問題。

“產(chǎn)品是外方提供的，中方?jīng)]掌握核心技術(shù)，但出事了我們就要‘背鍋?！边@件事讓馮江華更深刻地意識到，“不能再被動跟跑了”，一定要通過自主研發(fā)和創(chuàng)新打破技術(shù)壟斷，爭取在軌道交通領(lǐng)域的話語權(quán)。

裝備現(xiàn)代化成為歷史賦予馮江華的責任和使命，“我們經(jīng)歷的失敗不計其數(shù)，當看到炸損的器件用車拉走的時候，看到試驗結(jié)果的準確性都無法判斷的時候……我們沒有沮喪放棄，而是在挫折中一步一步堅毅前行?！?/p>

創(chuàng)新一直是中車株洲所的自發(fā)行為，更是馮江華本人的自覺行為。

“幾乎沒有任何可借鑒的資料，很多原理性試驗只能‘摸著石頭過河?！?/p>

盡管如此，他還是做了“第一個吃螃蟹的人”。經(jīng)過兩年的艱難攻關(guān)，馮江華團隊硬是啃下了電力牽引這塊硬骨頭。

此后十余年間，馮江華和他的團隊，攻克了車輛級動力實時控制、分布式系統(tǒng)協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù)，搭建了自主軌道交通交流傳動技術(shù)平臺和產(chǎn)業(yè)化平臺，先后研制出2800kVA、驅(qū)動兩臺1200千瓦電機的自主牽引系統(tǒng)，并成功應用在“中華之星”“奧星”和哈薩克斯坦機車等先鋒車型上。大功率交流傳動控制技術(shù)從無到有，我國成為少數(shù)幾個掌握該技術(shù)的國家之一。

2002年，中國第一代高速動車組“中華之星”，在秦沈客運專線上創(chuàng)造了每小時321.5公里的速度，中國高鐵正式登上歷史舞臺。

“中華之星”動車組設計研發(fā)過程中，在用樣機做試驗時，馮江華發(fā)現(xiàn)樣機采用的油冷技術(shù)實用性并不好，便“靈光一閃”推薦使用水冷技術(shù)。

“和諧號”閃亮登場，“復興號”橫空出世，中國逐漸形成世界最大的高鐵運營網(wǎng)絡。復雜的高鐵運營環(huán)境以及諸多尚存瓶頸的關(guān)鍵核心技術(shù)問題給中國高鐵提出了新的難題。

“滬昆高鐵”、蘭新線高寒動車組項目……一個個耳熟能詳?shù)闹匾哞F項目，都有馮江華團隊的身影，在每個項目的關(guān)鍵“卡脖子”節(jié)點，迅速力挽狂瀾。

2014年，“滬昆高鐵”開通之際，馮江華團隊日夜奮戰(zhàn)，無數(shù)次往返南昌、分宜兩地，攻克了車—網(wǎng)穩(wěn)定、裝備安全等難題，有效保障了“滬昆高鐵”的順利開通。

蘭新線高寒動車組項目開展期間，由于原進口牽引技術(shù)無法滿足長大坡道持續(xù)高速運行的需求，而系統(tǒng)配置已固化，無法變更牽引變流器和牽引電機。馮江華和團隊大膽提出新的控制策略，在自主控制器完成驗證并替代原進口控制器的基礎上，實現(xiàn)了在功率提升20%的同時溫升降低25K，一舉解決了全局高能效牽引行業(yè)難題。

革故鼎新，夢牽永磁

偉大的想法往往誕生于不經(jīng)意間的靈光一閃。

妻子柯思勤介紹，馮江華經(jīng)常前一秒還在話家常，后一秒就揮手喊停：“別出聲，我在想一個問題。”就這樣，馮江華抓住了出現(xiàn)在腦海里的無數(shù)個“靈光一閃”，并迅速付諸實踐，通過深入的研究，將這“靈光”變成利國利民的科技成果。

永磁牽引系統(tǒng)是軌道交通下一代牽引系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，平均節(jié)能率超過30%。相比交流異步牽引系統(tǒng)，其具有高功率密度、高效率、高功率因數(shù)和低噪音、輕量化等優(yōu)勢，可有效減少空間占比和能耗比。

將該系統(tǒng)應用于軌道交通車輛牽引，不僅可以提高牽引功率，還能減少能耗和維護量，降低全壽命周期成本，使列車在低速段明顯降低噪音。

就前文提到的長沙地鐵5號線來說，馮江華介紹：“全線采用永磁牽引系統(tǒng)，將大大降低長沙地鐵5號線的運營成本，為中國城市軌道交通牽引系統(tǒng)升級換代起到示范引領(lǐng)作用。”

他還舉例說明，1500V供電、最高速度每小時80千米的B型列車，每列車年運營里程數(shù)約為12萬公里，每公里能耗為11度，每列車每年用電量約為132萬度，若采用永磁牽引系統(tǒng)，按節(jié)電率30%進行核算，每列車每年可節(jié)約電量約40萬度。

2000年，在一次國際學術(shù)會議上，馮江華偶然聽到有關(guān)“永磁同步牽引技術(shù)”的演講。他敏銳地察覺到，永磁牽引系統(tǒng)必將是新一代電機牽引系統(tǒng)的發(fā)展方向，靈光一閃后，隨即陷入沉思。

那時，永磁牽引技術(shù)仍屬于前瞻性核心技術(shù)，在全球尚處起步階段，國外在這方面的研究也不多。

“在‘異步交流傳動時代，我們是追趕者;在‘永磁時代，我們要做競跑者，抓住機遇，搶占制高點?！瘪T江華的話語激起了團隊成員自主創(chuàng)新的激情。

目標一確定，他們迅速行動起來。2003年初秋，馮江華從零起步，在中車株洲所組建了國內(nèi)首個永磁牽引系統(tǒng)研發(fā)團隊，我國第一次與國外公司站在同一起跑線上進行技術(shù)較量。

每一次重大核心技術(shù)的更新迭代，都會經(jīng)歷分娩新生命般的陣痛。

從交流異步牽引系統(tǒng)到永磁牽引系統(tǒng)，馮江華將創(chuàng)新深深鐫刻進生命。

放眼國內(nèi)外，完全沒有標桿可尋。團隊成員不但沒接觸過，甚至連即將開展研究的永磁牽引系統(tǒng)也只是一個概念而已。

“這是一個孤獨的、漫長的求索、求證過程?！?/p>

終于，第一臺功率5千瓦的永磁電機開發(fā)成功，100千瓦的永磁驅(qū)動系統(tǒng)也隨之在實驗室誕生。

循序漸進，馮江華團隊又將目光對準技術(shù)難度更大、更復雜的地鐵領(lǐng)域。永磁牽引系統(tǒng)開始應用于我國軌道交通系統(tǒng)，并取得一系列可喜的成績。

歷時8年，永磁牽引系統(tǒng)在沈陽地鐵2號線成功裝車，實現(xiàn)了永磁牽引系統(tǒng)在國內(nèi)軌道交通領(lǐng)域的首次應用，結(jié)束了中國鐵路沒有永磁牽引系統(tǒng)的歷史。

5年后，長沙地鐵1號線開通試運營，這是國內(nèi)首次一整列裝載永磁牽引系統(tǒng)的城軌列車。該線路完成永磁地鐵15萬公里載客運營考核后，中車株洲所又陸續(xù)在廈門、深圳、寧波、佛山和北京等地的部分地鐵車輛中布局永磁牽引系統(tǒng)。

然而，“永磁高鐵”才是馮江華心中魂牽夢縈的“制高點”。但要實現(xiàn)這個目標，必須先解決電機控溫問題。在試驗中，當電機溫度過高，永磁體會發(fā)生失磁，系統(tǒng)將罷工。

在剛開始的高鐵線路試驗上，由于軌道坡度大，只能實行滿手柄牽引和制動的“野蠻操作”，導致永磁電機溫度升高更快，跑了幾個回合，系統(tǒng)就扛不住了。

正值夏季，試驗場宛如“桑拿房”，最高溫度達40多攝氏度。馮江華帶領(lǐng)團隊日夜輪流蹲守，記錄每一個數(shù)據(jù)、細節(jié)，進行無數(shù)次技術(shù)討論。熬了三個月后，他們以自主研發(fā)出的冷卻風道設計、軸承冷卻設計、熱管理技術(shù)等，解決了電機控溫這一關(guān)鍵難題，并設計出最優(yōu)方案重新裝機。

2014年11月，基于永磁電機控制的高速動車組成功下線，實現(xiàn)了我國首套高速動車組永磁牽引系統(tǒng)的研制、試驗和裝車。

2015年6月24日，永磁高鐵在北京環(huán)鐵試驗基地進行首件鑒定，單臺電機功率“690千瓦”。當數(shù)據(jù)被報送出來時，全場沸騰了！這標志著，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。中國工程院院士劉友梅稱之為“花錢也買不到的核心技術(shù)”，兩院院士將其評為當年“中國十大科技進展新聞”之一。

此后，一列空無一人、卻載滿貨物的高速列車在成渝線上來回奔跑。這是國內(nèi)首列采用永磁牽引系統(tǒng)的高鐵，它要在成渝線上跑滿30萬公里，才能完成試驗任務。

2018年，這列永磁高鐵完成運營考核，各項技術(shù)指標完全滿足需求，成為永磁高鐵發(fā)展的一個里程碑。

由馮江華主持完成的“軌道交通永磁牽引系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應用”項目，榮獲當年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。這一成果被視為開啟了中國高鐵時代3.0版，馮江華也被業(yè)內(nèi)譽為我國研究高鐵永磁牽引技術(shù)的第一人。

“永磁時代來了！我們必將贏得世界的仰望！”比起獲獎，更讓馮江華開心的是永磁技術(shù)必將成為世界發(fā)達國家尋求新突破的技術(shù)熱點。

如今，永磁牽引技術(shù)已在高速列車、地鐵車輛等批量應用。坐上永磁高鐵，指日可待。

潮平岸闊，花開智軌

又是靈光一閃。

2009年，馮江華偶然聽一位同事提起法國有一種新型單軌交通電車，他突發(fā)奇想，能不能根據(jù)我國的道路情況也做一款全新的無軌電車，解決交通擁堵等“城市病”。這就是智軌列車在他心中的雛形。

2013年，馮江華再次闖進全新的“無人區(qū)”——智能軌道快運列車領(lǐng)域，并組建了專門的研發(fā)團隊。經(jīng)過試制、試驗、討論，再試制、再試驗、再討論……2014年11月，18米“敞篷”驗證車下線;2015年底，35米原理樣車研發(fā)成功;2016年底，32米智軌電車工程樣車研制成功。

2017年6月2日，一列“巨無霸”在株洲驚艷面世，迅速引發(fā)世界矚目，它就是全球首款智軌電車。這輛奔跑在虛擬軌道上的新型軌道交通工具就是全球首款智軌電車。同年10月，在中國國際（湖南）軌交峰會期間，智軌電車再次亮相，3000余人次參與試乘，智軌電車也由此成了“網(wǎng)紅車”。

智軌電車是一種全新的交通工具，最高設計時速為70公里，一般設三節(jié)車廂，長度在30米左右，寬度和高度都為3米，不需要依靠實際的軌道，只需在“畫”出來的虛擬軌道上行駛即可。

這種列車不僅節(jié)約了建設軌道的費用，載客量還比普通公交車多出2-3倍。此外，它還具有輕軌、地鐵等軌道列車零排放、無污染的優(yōu)點，并支持多種供電方式，由于采用高鐵柔性編組的模式，還可根據(jù)客流變化調(diào)節(jié)運力。這對于因城市體量、地質(zhì)、建筑等問題而無法建設地鐵的城市來說，無疑是解決市內(nèi)交通擁堵問題的最佳選擇。

2018年5月8日，全球首條智能軌道快運系統(tǒng)即智軌試驗示范線在株洲開通試運行。在同年的“慶祝改革開放40周年大型展覽”上，這一全新的中低運量軌道交通制式產(chǎn)品，成為最受觀眾歡迎的中國自主研發(fā)的“黑科技”之一。

2019年12月，全球首條智軌商業(yè)運行線在宜賓開通，宣告城市公共交通的“智軌時代”已經(jīng)到來。目前廣東韶關(guān)等多個城市也逐步引入了智軌這種交通形式。

永磁地鐵、永磁高鐵以及智軌列車等都是世界軌道交通裝備創(chuàng)新的杰作，它們的出現(xiàn)，開啟了交通裝備的新制式，也開啟了一個全新的交通時代。

31年孜孜以求，馮江華及其團隊澆灌出了一朵朵璀璨的“科技之花”，批量應用在以“復興號”為代表的高速動車組上，打造了完全自主知識產(chǎn)權(quán)、世界領(lǐng)先的牽引系統(tǒng)產(chǎn)品平臺，為“復興號”實現(xiàn)世界最高運營時速、最大單軸異步牽引動力等頂層指標發(fā)揮了核心作用，創(chuàng)造了與風競速、“陸地飛行”的中國奇跡。

在外人看來，馮江華取得巨大成就都是因為“腦子靈光”。然而，科研不光靠靈感，更靠專精?！耙稽c不能馬虎，一點走不得神?！痹诔錆M未知的自主創(chuàng)新道路上，他耐住了所有寂寞，屏蔽了所有干擾，將所有注意力都集中到科學研究這個核心上，這是“靈光一閃”的升華，更是獨辟蹊徑的代價。正是這代價換來了中國交通的新未來！