——中国中铁电气化局集团建设高速铁路牵引供电系统纪实
王志坚 王健
2010年12月3日，在京沪高速铁路先导段枣庄至蚌埠间进行联调联试和综合试验，国产“和谐号”CRH380A新一代高速列车跑出16列大编组双弓运行486.1公里的时速，再次登上世界运营铁路速度之巅，演绎了“高铁奇迹”。
此前， 2008年6月24日，“和谐号”CRH3型动车组在京津城际铁路试运行中创出时速394.3公里的世界运营铁路速度之最，实现了中国人“陆地飞行”的梦想。
2009年12月9日，武广高铁试运行创造了动车组“重联双弓”条件下394.2公里时速的世界运营铁路最高速度。
2010年9月28日,沪杭高铁试运行，以416.6公里时速，再次刷新世界铁路运营最高速度。
在创造这一系列令世人瞩目“高铁速度”奇迹的队伍中，有一支素有中国电气化铁路建设国家队和主力军美誉的劲旅——中铁电气化局集团。他们用52年的辉煌历程和今天的不懈追求，书写了中国电气化铁路从宝成铁路“蜀道添翼”，到京津、武广、沪宁、沪杭“陆地飞行”，再到京沪先导段世界第一速度的壮丽诗篇。
世界级高铁系统集成商有了“中国队”
中国中铁电气化局承建的沪杭高铁松江南变电所场景
高速列车有赖于强大、持续、稳定的动力源。这个动力源就是电力牵引供电系统,它负责向高速列车提供电能，是高速铁路整个技术体系的关键构成部分，是保证高速列车安全可靠运行的核心系统之一。高速动车组向上方升起受电弓，与牵引供电系统中的接触网导线保持密贴顺滑接触，持续获取满足高速动车组轮周功率17000 kW 至19200kW的27.5KV高压大功率电流。
高铁的核心技术，就是处理好高速列车与钢轨线路之间的“轮轨关系”、与牵引供电接触网之间的“弓网关系”、与空气之间的“流固耦合关系”。架设在铁路上方的这条接触网导线，必须在复杂苛刻的的环境条件下，保持相对于受电弓的精确空间定位、平顺稳定的物理性能和良好的电气性能，满足动车组的大功率电流输送需求。因此，“弓网关系”状态，是高速铁路顺畅运行的关键性制约因素；而接触网导线，则被誉为镶嵌在高速铁路“皇冠上的明珠”。
高速铁路牵引供电系统的一切工作，都围绕着这根不同寻常的“接触导线”延展，为实现良好的“弓网关系”服务。
“弓网关系”并非高速铁路独有的核心技术，从130年前电气化铁路诞生以来，持续改善“弓网关系”的研究就没有停顿过；就像185年前有了铁路，“轮轨关系”的持续改进就如影相随一样。只是到了高铁时代，当风驰电掣的动车组托举着受电弓，以每秒100米的速度滑过上方的接触导线时，特别是大编组的动车同时升起双弓运行时，前弓向上抬升并快速摩擦接触导线，引起接触网扰动共振，这种振波沿接触导线传导到后弓，使后弓运行条件更加复杂。弓网之间的动态耦合关系，成为高速铁路诸多制约因素中最为关键的因素。
中铁电气化局对我国低速、常速、提速、高速铁路 “弓网关系”的研究，以及对铁路牵引供电系统的关键技术创新，从1958年承建中国第一条电气化铁路——宝成铁路宝凤段起，52年来从未间断。特别是受铁道部之命担当中国高铁牵引供电系统引进技术的受让方以来，在承建京津城际、武广、沪宁、沪杭高铁，以及在建京沪、哈大等高铁和客专牵引供电系统集成工程的过程中，对高速铁路“弓网关系”更有了独到的研究和创新。
早在上世纪90年代初，为了缩小我国高速铁路牵引供电系统技术与西方高铁发达国家之间存在的差距，在铁道部的统一部署下，中铁电气化局集团针对京沪高速铁路牵引供电系统技术方案，组织了曹东白、王立天等一大批牵引供电技术专家分别奔赴德国、法国和日本，学习考察国外高速铁路建设的经验。在认真分析研究国外不同流派、不同制式的电气化技术体系，对比各自的优劣特点的基础上，结合中国国情路情，提出了一系列中国高速铁路牵引供电系统技术发展路径和设计方案，提前20年为中国高铁建设作了大量的技术和人才储备。进入21世纪后，中铁电气化局成立了高速电气化铁路设计、施工、工业生产技术研发机构，并开始实施高速铁路和客运专线牵引供电技术系统集成。
2006年起，以京津城际时速350公里高速牵引供电和电力专业系统集成任务为背景，在铁道部运输局客专技术部的指导下，中铁电气化局担当起了受让和掌握以高速铁路接触网技术为主的全部牵引供电和电力系统技术的重任。由局副总工程师董安平率领的系统集成技术专家团队，与德、法、意、日等国的牵引供电系统外商进行了四轮艰苦的技术交流和合同谈判。在熟悉掌握各国牵引供电系统技术特点、装备制造平台和制造能力的前提下，优选系统集成技术合作方。同时，对高速铁路和客运专线牵引供电系统关键技术进行重点攻关，实现再创新。实现了铁道部提出的瞄准世界铁路装备技术制高点，遵循引进消化吸收再创新的方针,把国际上最先进、最成熟、最可靠的技术引进来运用到京津城际的目标。京津城际“四电”系统集成的成功实践，为我国高速铁路客运专线建设提供了成功示范，积累了宝贵经验。形成了具有前瞻性和指导意义的《高速客运专线牵引供电系统技术标准》、《350km/h高速接触网施工技术》等专项技术标准和施工工艺100余项。时速350公里的京津城际顺利建成运营后，国内外盛赞中国铁路跨入了高速铁路时代。但这仅仅是铁道部制定的中国高速铁路关键技术发展“三个阶段”的第一步。
武广高铁作为中国高速铁路牵引供电系统技术发展 “三个阶段”的第二步，承担着更加艰巨和重要的使命。这一阶段，是在继续引进消化吸收国外先进成熟可靠技术的基础上，完成中国高速铁路技术的成熟过程，全面掌握高速铁路技术并形成系统集成能力，实现中国特色高速铁路技术的再创新。中铁电气化局以“四电”系统集成总承包牵头方和牵引供电、电力系统技术主导方的身份参建武广高铁。2009年12月9日，武广高铁创造了动车组重联双弓试验时速394.2公里的世界纪录。世界高铁的版图上从此烙上了鲜明的“中国印”，这标志着在世界少数完全掌握高速铁路“四电”系统集成技术的队伍中有了“中国队”。
2010年1月19日，武广高铁接触网系统获得了世界著名中立认证公司——欧洲铁路联盟EBC公司的国际权威认证。该机构对武广高铁检测报告的所有参数进行了认真的检查，并出具结论：“武广高铁的技术性能完全符合设计要求，完全能满足350公里时速的正常运营。”
中国高速铁路牵引供电系统技术发展三个阶段的最后一步，即运用系统集成建设理念和技术实现中国高速铁路的完全自主创新和技术装备产品国产化，目前正在京沪高速铁路建设中有序推进。作为这一阶段的序曲，2010年7月1日和2010年10月26日，沪宁高速铁路和沪杭高速铁路相继建成开通，两条高铁的牵引供电系统联调联试和全面检测试验数据，以及正式开通以来的安全稳定运营表明，站后“四电”系统各项技术指标全面达到了设计标准。京沪高铁先导段再次创造时速486.1公里的世界纪录，标志着具有完全自主知识产权的中国高铁技术已经走在世界前列。
经过几代电气化人的吃苦奉献和永争一流的探索与创新，用52年的不懈努力，跨越了世界电气化铁路130年的发展轨迹，用短短5年时间超越了世界高速铁路40年的发展历程，昂首站在了新的历史起点上。
从“厘米级”到“毫米级”的越升
中国中铁电气化局技术人员在沪宁高铁栖霞牵引变电所进行精心调试
根据国内外多年高速铁路研究及实践表明，高速铁路的最高速度受“弓网关系”的限制。在高速运行状态下，动车组受电弓与接触网导线必须始终保持顺滑密贴接触，一旦弓网瞬间分离，列车就会失去动力，同时在弓网之间出现闪弧，强大的火花会在局部产生高温，损伤导线和受电弓，严重时会烧断接触网导线，影响行车安全。这就要求接触网施工必须像组装飞机一样严谨精细。以接触导线的平直度标准为例，要求“每米导线展放后的平直度，用专业水平仪器测量，只允许有０.１毫米的缝隙误差”。所有接触网施工人员在导线架设和调整作业中，都像怀抱婴儿的父母一样小心翼翼呵护这个“高速铁路皇冠上的明珠”。精心施工确保了工程精度的提高，在京津、武广、沪宁、沪杭、京沪先导段等高铁数千公里导线架设过程中，导线平直度实测均达到了０.０３－０.０５毫米等级，像一根发丝那么细，这个数据创造了中国乃至世界第一。
中铁电气化局集团通过京津、武广、沪宁、沪杭、京沪等高铁工程实践，形成了具有自主知识产权的高铁技术体系，包括：高铁牵引供电系统技术标准；牵引供电系统计算机设计仿真技术；设备系统集成技术产品认证和采购标准；设备零部件器材装备制造国产化；以腕臂、吊弦精测计算预配和恒张力放线工艺为主的施工技术；接触网静态动态检测技术和可靠性及安全评估等，形成了完全国产化的整套技术体系平台。
具体地说，一是由中铁电气化局与德国保富公司、意大利布诺米公司三方合资生产高速电气化铁路接触网零配件，使我国完全掌握了350公里及以上时速高速接触网核心产品研发生产技术，国产化高速接触网零配件，已经在武广、沪宁、沪杭、京沪先导段成功运行；二是顺利完成了高强高导接触网导线的技术研发并投入批量生产，这是基于完全自主知识产权的高速铁路核心产品原始创新，技术性能完全满足380公里及以上高速接触网运行的要求，达到了国际同类产品的领先水平，已经在武广、温福、沪宁、沪杭、京沪先导段挂网成功运行，极大地提升了接触网整体技术性能指标；三是完成了机车不断电自动过分相技术装置的研发，最大限度地减少了动车组运行过程中的速度损失;四是完成了牵引变电所GIS密闭式气体绝缘开关柜的研发和批量生产，已经大量应用于武广、沪宁、沪杭、京沪高铁；五是形成了高速电气化铁路牵引供电系统、电力系统的设计、装备制造、施工安装、检测调试等一整套技术标准、工艺工法、作业指导书，以行业领先的技术能力保证了高铁牵引供电专业的高技术、高标准、高可靠。在多种张力体系接触线导线展放工艺、全补偿链型悬挂调整工艺、18号及50号无交叉线岔安装调整工艺、隧道内高速接触网施工工艺等方面，均总结形成了国内乃至国际上最为先进的安装工艺技术。
发挥优势造就一流高铁团队
中国中铁电气化局技术人员在京沪高铁大胜关大桥进行接触网作业
面对高速铁路系统集成新模式、新技术、新标准等实际，中铁电气化局集团发挥技术优势、装备优势、管理优势和人才优势，以创新世界领先技术，勇攀世界一流高铁技术制高点，打造中国高铁“四电”品牌为己任，通过京津城际、武广、沪宁、沪杭、京沪等10多条5000多公里的高铁和客专“四电”系统集成工程实践，积累形成了一整套自主创新、完善成熟的高速铁路“四电”系统集成建设理念、技术和管理模式，锤炼打造了一支素质过硬、技术精湛、勇于创新、勇争一流的队伍。
这支队伍中，有一批毕生奉献给中国铁路电气化事业，年过花甲依然老骥伏枥的教授级专家。曹东白，父亲是我国五十年代铁路电气化专业院士曹建猷，他子承父业，大学毕业后从事电气化铁路研究设计，担纲京津城际和京沪高铁牵引供电系统设计总体，67岁高龄的他，依然奔波在京沪高铁先导段施工现场进行设计施工指导；单圣雄，中国铁路技术学会电气化专业委员会主任委员，参与了中国电气化铁路技术升级的全过程，68岁高龄的他，依然忙碌在京沪高铁先导段施工现场解决设计施工难题；容仕宽，中国电气化铁路行业专家，参加了我国从宝成线第一条电气化铁路至今几乎所有重点电气化铁路工程的施工、送电试验技术指导，66岁高龄的他，在京沪高铁先导段施工现场依然老当益壮，指导年轻一代现场技术人员攻克技术难关；还有局总工程师于增、副总工程师鲁海祥……等等。他们在每一次技术论证会议上的发言，总是在德、法、日高铁前沿国家技术理论与中国牵引供电系统技术理论创新之间纵横捭阖。由他们组成的专家团队，使中国高铁牵引供电系统技术向世界一流的攀登多了一份从容与自信。人们亲切地把他们比喻为“熊猫级”人才、“钻石级”专家。
这支队伍中，有一批勇于创新的青年工程技术管理骨干。他们组织全员学习系统集成新知识，树立系统集成新观念。认真研读工程总承包合同，打破常速铁路建设技术标准的思维习惯和误区，全方位对接系统集成新管理模式。积极培养人才，通过“导师带徒”、“每日一学”、夜校新技术培训、练兵场练兵等一系列高铁技术培训活动，使一批适应高铁新技术规范和系统集成建设管理模式的各种人才茁壮成长起来，提升作业队伍熟练掌握高速铁路施工新技术、新标准的能力。
这支队伍秉承严细作风，实践“干高铁、想高铁、融入高铁”的誓言。提出了“三高三严”的管理理念，即：高起点进入、高标准准备、高质量建设；严格教育培训、严格规范管理、严格过程控制。实施了“三用四精”的具体措施，即：用系统集成理论统筹项目全过程、用目标管理理论锁定工作目标、用PDCA管理理论提升管理质量；测量精准，计算精细，安装精确，工程精品，以此统领高铁建设的全过程。大胆推行“四化”施工工艺，即：参数测量精确化、数据计算微机化、材料预配专业化、关键工序程序化”。实现了“高空作业地面化、野外作业室内化、目测作业仪器化、紧固作业力矩化”的要求。这些精细化管理措施的推行，确保了我国高铁牵引供电系统作业标准高于国际通行的标准。
这支队伍树立“挑战新时速，砥砺再奋进”的高铁意识，每个参建高铁的员工，都郑重写下了自己的“质量承诺书”。严格实施“过程控制标准化”，在各个施工环节，建立了质量问题库档案；制作了质量控制卡。为了实现对施工现场作业的严细卡控，在武广、沪宁、沪杭、京沪等高铁牵引供电系统施工中全面推行了实名制管理。每项作业票上的安装项目、作业责任人、质量复查责任人等结果当日录入电子档案，随时可查寻每个锚段、每个部位的安装操作记录，确保每个关键工序可追溯，提高了质量卡控效率，落实了质量终生负责制。建立了分层质量督导机制。制定下发了督导管理制度、条例，制做督导管理手册。采取工区内部集中督导与划分小组交叉督导相结合的方式。同时还启动了第三方督导机制，促进了质量缺陷的现场整改。
目前，中国中铁电气化局集团正以不辱使命，报效祖国为己任，以“勇攀科技高峰，争创世界一流”为动力，向着建设世界一流高速铁路的宏伟事业高歌猛进。我们有理由相信，“中国中铁电化”这支高铁建设“国家队”，必将在京沪高速铁路建设中树立一座中国高速铁路建设新的里程碑！
（摄影：王志坚 胡山 王健 胡斌 赵萌等）