中国铁路的发展前景 铁路是工业文明的一项巨大成就，同时它也推动了工业文明的高速发展。可以说铁路现代机器的代表，也是人类从农业社会走向工业社会的一个里程碑。 当1825年世界第一条铁路在英国诞生之后，铁路已走过了近200年的发展历程。现在，西方很多发达国家，由于市场的饱和，经济的发展速度减缓，航空运输和高速公路的崛起，铁路已逐渐成为“夕阳产业”，而在中国，铁路仍然是“朝阳产业”。随着中国经济的高速发展，原有的铁路系统已经越来越不适应这一形势。人均占有铁路总里程的短少，机车车辆装备和通讯系统技术的落后，高速铁路的空白和重载货运专线的缺少，城市轨道交通的迫切需求，这些原因都促使中国的铁路行业有巨大的发展空间。 中国铁路的发展有以下几大趋势 1．中国机车车辆技术水平和国外先进技术尚有不小的差距，需要提高以下几点。 *国内运行的干线内燃机车和电力机车大多为交直流传动方式，而发达国家在20年前就已步入交直交传动时代。交流传动机车具有单位功率大，启动牵引力大，粘着力强，效率高，速度快等特点，它对中国的重载货运，客运提速和既有线路的扩容大有帮助。 *一些国家（如美国，日本等）的机车车辆很多已采用了径向转向架技术，使用径向转向架的列车粘着力强，对钢轨的冲击和磨损小，弯道运行能力强大。它特别适合多山地弯道和软土地质的中国线路情况，并与重载货运，客运提速相适应。 *发展动力分散型客运电（内燃）动车组非常适合中国的国情。动力分散型列车总功率大，启动加速性能强，运量大，速度快，平均轴重轻，很适合中国繁忙的客运，高密度的人口和城市分布，软土地质等国情。但动力分散型对列车控制系统，通讯系统和传动系统的技术要求很高。 *传动系统是列车的“心脏”。而半导体器件又是这心脏中的核心。目前，在中国电传动内燃机车和电力机车中，主变流装置主要使用的是普通晶闸管，二极管和整流管等，少量使用GTO（可关断晶闸管）。在国外早已大量使用SCR（普通晶闸管）和GTO（可关断晶闸管），而最新器件IGBT（绝缘珊双极晶体管），IGCT（集成门极换流晶闸管），IPM（智能型功率模块）等已运用在各类直流和交流传动系统中，大有取代GTO之势。但国内在GTO器件上的运用还刚刚起步，差距很大。所以在中国铁路即将步入交流传动的时代时，大力发展新型电力半导体器件是很重要的。 综上所述，发展交流传动技术，径向转向架技术，动力分散技术和新型电力半导体器件等，是提高中国机车车辆技术水平的主要方向。 2．新修铁路线和对现有铁路线的电气化改造是中国铁路发展的重中之重。 中国现有铁路总里程约为7万公里，但人均占有量极少，一些干线铁路的客货运运输已接近饱和。中国电气化铁路占有率不到20％，而西方发达国家这一比例都在50％以上（美国为特例除外）。中国现有铁路已满足不了经济的发展，因此新修铁路线和对现有铁路线的电气化改造已是当务之急。 3．修建高速铁路，发展自主知识产权的高速列车已是中国铁路计划的一部分。 高速铁路（运营速度250公里/小时以上）的问世，使曾经的“夕阳产业”又重新焕发了青春。相对于高速公路和民航运输，高速铁路具有运量大，占用土地少，工程造价低，节约能源，有利于环境保护，便捷经济，省时省钱，并对地区经济建设有很大的促进作用。在我国一些经济发达地区和客货运输繁忙的线路上非常有必要建设高速铁路，同时研制自主知识产权的高速列车也是振兴民族工业的必然趋势。其中即将开工建设的京沪高速铁路已纳入国家十五计划。 4．重载货物运输目前已是中国乃至世界铁路货运发展的趋势之一。 国际重载牵引协会（IHHA）对铁路重载运输作了以下定义：（至少包含两项） *列车重量不少于5000吨 *铁路线路年运量在2000万吨以上，运距在150公里以上 *设施的轴重不少于25吨 铁路重载货运能充分发挥铁路集中，大宗，长距离，全天候的运输优势，以 提高运输能力和效率，取得尽可能好的经济效益。这是一项综合性很强的系 统工程，各国在发展重载运输中广泛采用的技术有：交流传动机车，径向转 向架，可动心大号道岔，重型钢轨，新材质货车，先进列车控制系统和大轴 重，长编组等。现代化的大秦铁路运煤专线已填补了中国在这项技术上的空 白，而客货分离和重载运输也是今后我国铁路发展的一大趋势。 5．大规模地发展城市轨道交通已是中国城市建设的必然趋势。 中国城市轨道交通发展的战略目标是：从现在起用30-50年的时间，建成覆盖全国主要大城市的现代化轨道交通网。包括地铁，轻轨在内的轨道交通里程争取达到2000公里以上，力争使城市人口在100万至500万以上的特大城市轨道交通承担的客运量达到城市总客运量的50％以上，个别城市争取达到80％左右。 城市轨道交通有以下几种类型：市郊铁路，地下铁路，轻轨铁路，单轨铁路和新交通系统（包括橡胶轮胎自动导向列车，线性电机列车，磁悬浮列车等）。 电传动牵引系统在国内市场的发展前景 电传动牵引系统在电力机车，电传动内燃机车，动力分散型动车组（包括干线动车组，地铁列车，轻轨列车等）中，是动力传输的心脏。 电力机车的牵引系统主要包括主变压器，牵引发电机，牵引电动机，车载控制装置，变整流装置等。其中交流传动电力机车包括主变压器，交流发电机，三相异步电动机（或同步交流电动机），车载微机控制装置，主变流器，逆变器等。电动车组的牵引系统和电力机车基本类似，电传动内燃机车则无主变压器。 在机车牵引系统中，变流装置是核心部件。中国交直流传动变流器和国外相比有着较大的差距，而交直交传动变流器还处在研制开发阶段。根据铁道部的发展计划，在2005年前要自行研制开发出具有最新技术的IGBT，IGCT和IPM等新型主变流器和逆变器等；在2010年前，要开发出拥有自主知识产权的三相交流传动电力机车和三相交流电传动内燃机车。 从中国铁路的发展趋势来看，抓住全面技术换代的契机，抓住铁路各系统（包括国家铁路，城市轨道交通）对机车车辆大量需求的这一市场，具有国际最新技术水平的牵引变流器有着巨大的市场前景。 以下为国内外典型牵引主变流装置的特点，以及变流器的发展趋势： 1．国内目前大多为交直流传动机车，其牵引变流装置普遍采用的电气元件为整流管加晶闸管，功能为整流，相控调压，励磁电源，无极削弱，加馈制动等，其整流电路大多为桥式整流，冷却方式为风冷。如韶山8型（SS8）电力机车。 而交直交传动机车的牵引变流器还处在初级阶段，如中国自行设计制造的AC4000型交流传动电力机车，由于电气设备设计不合理，所使用的器件也没有优化，造成机车性能达不到设计要求，只能停留在实验阶段。“蓝箭”交流传动电力动车组的主变流器使用了GTO器件。西门子公司（Siemens transportation systems group）为中国设计制造的DJ1交流传动货运电力机车采用了先进的四象限脉冲整流器和电压型逆变器组成的主变流装置，使用了GTO器件，而且其水冷方式也较为先进，达到了世界水平。 在直交传动的领域中，国内主要运用在地铁或轻轨列车上。较为先进的牵引系统采用了直流斩波器和VVVF逆变器组成的变流装置。 2．主变流器的发展过程中，电力半导体起着决定性的作用。从早期的快速晶闸管到现在GTO普遍使用，GTO几乎是大功率机车主变流器上使用的标准器件。但随着电子技术的发展，IGBT大有取代GTO之势。与GTO变流器相比，IGBT变流器在开关频率，体积和重量等方面具有优势。开关频率可提高一倍以上，同等容量的IGBT变流器的体积重量比GTO变流器减小1/2—1/3。近年来，3300V/2000A的IGBT模块已进入市场，随着IGBT4500V器件的研制成功，机车主变流器中，IGBT将完全取代GTO器件。目前，在较小功率的电动车组上，IGBT主变流器早已得到了应用；中等功率的地铁轻轨主变流器中，已使用了IGBT器件；而在大功率领域，700系新干线高速列车和EH500型电力机车已经使用了IGBT主变流器。 冷却技术也是主变流器的一个重要环节。水冷是今年来所采用的较为先进的冷却方式，它将取代风冷，沸腾冷却和油冷等方式。 交流制主变流器类型的发展方向主要是由四象限脉冲整流器加电压型逆变器。而直流制或多流制主变流器的类型一般采用斩波硅整流器，相控整流器，脉冲整流器加电压型逆变器。 中国经济的高速发展和中国铁路的现状，给众多国内外铁路科研和制造企业一个巨大的发展空间。只要能分析透中国铁路的现状，把握住世界铁路的发展趋势，任何一个铁路制造企业都有可能在这巨大的中国市场面前成为胜利者！
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