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半個世紀(jì)，滄海桑田。
1975年的秦嶺深處，寶（雞）成（都）鐵路全線完成電氣化改造，我國第一條電氣化鐵路誕生，拉開我國鐵路現(xiàn)代化的序幕；
2025年的成都平原，工程師們正加緊研制時速400公里的牽引供電系統(tǒng)，為CR450動車組投入商業(yè)運營做準(zhǔn)備，有望樹立世界高速鐵路新的商業(yè)運營時速標(biāo)桿。
從無到有、從普速到高速、從傳統(tǒng)到數(shù)智，“電氣化”成為觀察中國鐵路發(fā)展的一個視角。數(shù)據(jù)顯示，截至2024年底，全國鐵路營業(yè)里程16.2萬公里，其中電氣化鐵路里程超12萬公里，電化率達(dá)75.8%。
電氣化進(jìn)程逐步加快
電氣化鐵路，是指采用電力作為牽引動力運行的鐵路。高速鐵路就是電氣化鐵路的一種。電氣化鐵路的核心要素之一，就是以電力供電、牽引供電、通信、信號為主要內(nèi)容的四電系統(tǒng)。
“作為電氣化鐵路的動力來源和神經(jīng)中樞，四電系統(tǒng)是現(xiàn)代化鐵路發(fā)展的關(guān)鍵。”中國工程院院士、原中國鐵道學(xué)會理事長盧春房說。
相較于依靠內(nèi)燃牽引的非電氣化鐵路，電氣化鐵路有何優(yōu)勢？
首先，動力更強。中國鐵道學(xué)會電氣化委員會秘書長許建國介紹，改造前的寶成線寶雞至秦嶺區(qū)段，列車上坡需使用3臺蒸汽機車，前拉后頂才能牽引950噸重量；電氣化改造后，同樣使用3臺電力機車，牽引重量可達(dá)2400噸。
貨運方面，如今我國重載電氣化鐵路單機牽引重量可達(dá)5000噸，大秦鐵路實現(xiàn)了1萬噸、2萬噸重載列車常態(tài)化開行。客運方面，16節(jié)編組高速動車組列車牽引重量可達(dá)900噸左右。
再者，速度更快。非電氣化運營時的寶成線，列車運行時速僅有20至25公里；如今，復(fù)興號CR400動車組商業(yè)運營時速可達(dá)350公里。電氣化鐵路牽引力更強，實現(xiàn)了更高的持續(xù)速度，從而大幅提高了運輸能力。
此外，更加環(huán)保。“相比內(nèi)燃機車，電氣化鐵路運行時沒有廢氣、煙塵，對空氣無污染。”中鐵電氣化局總工程師林云志說，電氣化鐵路的噪聲也較小，特別是通過長大隧道時，優(yōu)點更為顯著，不僅改善了司機的工作條件和旅客的舒適度，還大大控制了對沿線地區(qū)的噪聲污染程度。
回望電氣化鐵路從無到有的歷程，每一步都來之不易。1958年，以陜西的寶雞至鳳州段為“試驗田”，電氣化改造陸續(xù)在寶成鐵路鋪開。此后，伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鐵路人堅定地執(zhí)行了一個又一個國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展五年規(guī)劃，鐵路電氣化進(jìn)程逐步加快。
2004年，國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》發(fā)布，提出到2020年鐵路電化率達(dá)到50％；2008年，新版《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》將2020年的電化率目標(biāo)提至60%；2024年，《推動鐵路行業(yè)低碳發(fā)展實施方案》進(jìn)一步提出，到2030年電化率達(dá)到78%以上……
“鐵路建設(shè)周期長，資金投入高。能否在數(shù)十年內(nèi)堅定地執(zhí)行鐵路發(fā)展規(guī)劃，保障政策和資金投入的穩(wěn)定，考驗著綜合國力和施政能力。”盧春房說，數(shù)十年來，中國鐵路以國家頂層規(guī)劃為牽引，實現(xiàn)了各項創(chuàng)新與突破。
步履堅實，成績斐然。如今，我國電氣化鐵路里程全球第一，運維場景日益豐富。通過各大重點工程建設(shè)，面對高寒、高溫、高濕、高海拔等多種特殊環(huán)境條件，我國積累了電氣化鐵路和高速鐵路施工的豐富經(jīng)驗，相關(guān)技術(shù)全球領(lǐng)先。
自主研發(fā)導(dǎo)線與裝備
有人說，鐵路電氣化，無非就是“電線桿+導(dǎo)線”，在技術(shù)上不足為奇。
其實不然。就拿接觸網(wǎng)導(dǎo)線來說，它是高鐵列車的唯一動力源，被喻為“生命線”。為了保證動車組取電效率高、穩(wěn)定性強，導(dǎo)線也要相應(yīng)地具有高強度、高導(dǎo)電性、耐高溫軟化、耐磨損等特性。
“最開始，我國使用的是銅鎂、銅錫導(dǎo)線。”中鐵電氣化局北賽電工公司總工程師張劍說，“這種導(dǎo)線的強度和導(dǎo)電性能，不能完全適應(yīng)時速350公里以上高鐵列車的運行要求。研發(fā)新一代導(dǎo)線迫在眉睫。”
歷經(jīng)3年攻關(guān)，中鐵電氣化局、中鐵六院、浙江大學(xué)等單位組成的創(chuàng)新聯(lián)合體突破了非真空條件下制備大長度銅鉻鋯合金坯料的關(guān)鍵技術(shù)，在世界上首次實現(xiàn)了高強高導(dǎo)銅鉻鋯合金接觸線的工業(yè)化生產(chǎn)。
“升級為銅鉻鋯合金接觸線后，導(dǎo)線的導(dǎo)電率提升20%，讓中國高鐵列車更加節(jié)能、高效、安全。”張劍表示，銅鉻鋯合金接觸線可以讓時速400公里的高鐵列車實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、低成本運行，填補了世界時速350公里以上高強高導(dǎo)接觸網(wǎng)線材的空白。
除了接觸網(wǎng)導(dǎo)線，接觸網(wǎng)施工裝備也在不斷升級。
恒張力放線車，是架設(shè)高鐵接觸網(wǎng)導(dǎo)線的最佳助手。“高鐵接觸線對平順性要求極高，以時速350公里高速鐵路為例，每一米接觸線的平直度精度誤差不能超過0.1毫米。”中鐵電氣化局裝備公司總工程師任強介紹，我國自主研制的恒張力放線車所架設(shè)的接觸線，每一米平直度精度誤差整體控制在0.05毫米以內(nèi)。
“以前，恒張力放線車只能依靠進(jìn)口；現(xiàn)在，我們已經(jīng)打破了國外的壟斷，而且擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。”任強表示，我國自主研制的恒張力放線車整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，轉(zhuǎn)場運輸成本降低了70%，整車功能也顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的放線車。
數(shù)智化應(yīng)用多點開花
如果說接觸網(wǎng)導(dǎo)線、恒張力放線車代表著中國鐵路的追趕步伐，那么高速鐵路4C視覺智能分析系統(tǒng)則是中國鐵路領(lǐng)跑數(shù)智化賽道的關(guān)鍵一步。
作為全球最繁忙的高鐵網(wǎng)絡(luò)，我國的高鐵接觸網(wǎng)在運行中難免會出現(xiàn)零件老化等現(xiàn)象。過去，判定接觸網(wǎng)缺陷，往往需要先采集線路照片，再依賴具有6到8年經(jīng)驗的檢測工程師用肉眼進(jìn)行觀察和分析。
“工作量非常龐大。”京滬高鐵維管公司總經(jīng)理張忠義說，“以京滬高鐵為例，檢測工程師團(tuán)隊每年需要肉眼判別超1400萬張照片。”
2019年，在中國鐵道科學(xué)研究院牽頭下，京滬高鐵維管公司與商湯科技合作，開發(fā)出高速鐵路4C視覺智能分析系統(tǒng)。其工作機制，是先用人工智能系統(tǒng)自動識別缺陷，再人工進(jìn)行復(fù)核。
“目前，該系統(tǒng)實現(xiàn)了接觸網(wǎng)零部件松動、缺失等1300余種隱患缺陷的高精度、高效率檢測。”張忠義介紹，與傳統(tǒng)檢測方式相比，該系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有效隱患的數(shù)量、整體效率均實現(xiàn)大幅提升。目前，該系統(tǒng)已應(yīng)用于京滬高鐵等多條高鐵，總分析里程超過55萬正線公里。
數(shù)智化應(yīng)用，正在多點開花。鐵路自然災(zāi)害及異物侵限監(jiān)測系統(tǒng)，通過在沿線布置感知設(shè)備，向行車調(diào)度以及運營維護(hù)等相關(guān)單位提供行車管制預(yù)案，輔助行車安全；鐵路牽引變電所輔助監(jiān)控系統(tǒng)，依托機器視覺識別技術(shù)，實現(xiàn)了智能化巡檢和運維輔助決策支持……利用大數(shù)據(jù)、5G、云計算、無人機、圖像識別系統(tǒng)和智能化裝備等新手段，中國鐵路已建成了多專業(yè)集成的智慧運維大數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)牽引供電設(shè)備管理降低運維成本20%、設(shè)備大修期延長20%、牽引供電設(shè)備故障率降低20%和接觸網(wǎng)零部件壽命延長20%。
從世界上海拔最高的電氣化鐵路拉林鐵路，到累計運量超90億噸的重載鐵路大秦鐵路，再到今年上半年通車的設(shè)計時速350公里渝廈高鐵重慶東至黔江段，中國鐵路的電氣化進(jìn)程折射出了“中國制造”向“中國智造”的跨越，也為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與中國式現(xiàn)代化建設(shè)貢獻(xiàn)了澎湃動能。
編輯：程璇