用匠心和智慧，续写中国电气化事业新辉煌

                                              —专访国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心主任、西南交通大学教授高仕斌

从1958年6月15日我国第一条电气化铁路——宝成线的宝凤段开工建设至今，中国电气化铁路已经走过了65年的快速发展之路，运营里程超过11.6万公里，约占铁路运营总里程的3/4，其中包括4.37万公里高速铁路，对我国的社会经济发展发挥了重要作用，中国电气化铁路的建设令国人骄傲，让世人瞩目。

在电气化行业，有一位公认的“领路人”——国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心主任、西南交通大学教授高仕斌。30多年来，高仕斌潜心钻研，以科技创新解决现实发展瓶颈，让中国电气化行业走得扎扎实实。

“钱清泉院士曾经说过，‘没有电气化就没有中国高铁’；我想说，没有电气化，就不可能有中国高铁的速度。”谈到电气化的重要性，高仕斌情绪激动，“牵引供电、高速列车、基础设施、运行控制都是高铁的关键系统，牵引供电是高速列车唯一的动力来源。源源不断的强大动力供给才能保证高速列车飞驰、中国高铁腾飞。中国11.6万公里电气化铁路，离不开一代代‘电气化人’的艰苦创业与探索。”

谦逊、睿智、激情满满，这是记者眼中的高仕斌。那么近年来高仕斌团队取得了哪些成绩？“双碳战略”下电气化行业又该如何创新？电气化行业数字化转型有哪些机遇？接下来，让我们一起走进高仕斌的电气化世界。

站在“巨人”肩膀上创新

上世纪80年代，改革开放的春潮在神州大地翻涌，激发着每个人对未来的想象。1988年，高仕斌在西南交通大学铁道牵引电气化与自动化专业完成了硕士学业。海南省的各种机遇和广阔舞台让这个年轻人心潮澎湃。然而，内心始终牵挂着的中国电气化事业让高仕斌最终选择留校从事教学和科研工作。“从那时算起，已经整整35年了。”高仕斌感慨万千。

这35年里，我国电气化铁路里程从4700多公里跃升至11.6万公里。而高仕斌也在其间取得了一个个令人瞩目的成绩——在世界上首次构建了完整的高铁弓网系统运营安全保障体系、主持或参与的科研项目先后4次获得国家科学技术进步奖二等奖，以及获得光华工程科技奖、何梁何利科技进步奖、全国创新争先奖牌和詹天佑铁路科学技术大奖……

高仕斌早已功成名就，他将这一切荣誉归功于站在巨人的肩膀上：“学院门前的那尊铜像便是我们‘电气人’心中的巨人。在为中国电气化铁路的发展而骄傲的时候，我们一定要记住以中国电气化铁路事业奠基人曹建猷先生为代表的老一辈科学家的开拓性、奠基性贡献。”

高铁是国家重大工程，牵引供电是高铁四大关键系统之一。针对我国高铁高速度、高密度、大规模运行需求，高仕斌带领团队系统性解决了高铁供电系统安全、可靠、节能运行的三大全局性工程技术难题。

综合自动化+供电调度系统

突破供电故障准确切除与供电能力快速恢复技术，主持研发了国内首套高铁供电保护-控制-调度一体化系统，解决了高密度列车群可靠供电难题，支撑了高铁正点运营。主要技术指标国际领先，在京沪、京广、哈大高铁等46项国家重大工程应用，输出印尼雅万高铁等3个国家。

6C系统

发明弓网检测与诊断技术，主持研发了世界首套高速弓网安全检测-诊断-维修技术装备，解决了高速弓网稳定受流保持难题，支撑了高铁安全运营。主要技术指标优于国外，实现了全部18个铁路局及其管辖供电段、线路、列车的标准化配备，输出至老挝等8个国家。

卷铁心节能牵引变压器

创建卷铁心涡流损耗计算方法，发明并主持研发了世界首台卷铁心节能牵引变压器，解决了大规模供电网节能运行难题，支撑了高铁经济运营。技术指标全面优于传统叠铁心变压器，在京沈、赣深等14条高速/重载铁路应用，输出墨西哥玛雅高铁等7个国家。

……

高仕斌主持研发的创新技术不胜枚举，任意一项都是“电气人”眼中的杰作。但他却依然谦虚地说：“在高铁建设上，我国走的是一条引进-消化-吸收-再创新的道路，但高铁牵引供电系统的建设却没有走这条路，而是总结普速电气化铁路经验，在实践中探索、在创新中提升，实现了全部技术与装备的完全自主化，这是让我们骄傲的一件事。科学探索的道路没有止境，我个人的贡献只是沧海一粟。”

“数”说减碳之路

2020年9月，中国正式提出“双碳”战略，即在2030年之前实现“碳达峰”，在2060年之前实现“碳中和”。实施“双碳”战略具有重要现实意义。伴随着我国“双碳”战略的实施，高仕斌又将目光瞄准了高铁供电系统的新能源就地消纳和全链条节能减排研究。

“毫无疑问，轨道交通推进‘双碳’战略，供电系统是关键，我们每个电气化人都应该有责任和担当。” 高仕斌坚定地说道。然而究竟如何才能真正减碳？很多人满腔热血却十分迷茫，很多人行动迅速却成效甚微。高仕斌提醒大家切忌盲目和片面，首先应该搞清楚轨道交通的“碳”是从哪里来的，再讨论有针对性的技术措施。为此，高仕斌分享了几组数据，梳理出轨道交通“碳”的来源。

“碳”的源头

第1组数据：我国轨道交通年用电量大约1500亿度，这1500亿度电来源于公共电网。因此，如果公共电网都采用清洁能源，轨道交通也就从源头上实现了减碳，但实际上公共电网的电能，“火电”仍占60%以上。

储能与绿色供能

第2组数据：我国铁路运营里程约15.9万公里，城市轨道交通运营里程约1.03万公里。轨道交通的走廊、建筑物屋顶等，都是巨大的资源。

“如何利用好这个资源是我们应该思考并付诸行动的。”高仕斌解释说，“在这方面，我们已经开始行动起来了，例如，我主持的国家重点研发计划项目——轨道交通‘网源储车’协同供能技术，这里面涉及储能技术、电力电子技术等，就是希望把铁路走廊这个资源利用起来，实现新能源接入牵引供电系统，以推动轨道交通绿色‘供能’。”

能量损耗

第3组数据：我国电气化铁路运营里程超过11.6万公里，年用电量超过1000亿度。不包括列车电能损耗，供电系统年电能损耗约60-70亿度。供电系统电能损耗主要包括两个方面，一是变压器损耗，约占40%，二是牵引网损耗，约占60%。

对此，高仕斌一针见血地说道：“很明显，哪里有损耗，就在哪里想办法。那么，如何降低变压器损耗？高效节能变压器是发展方向，工信部等发布的《变压器能效提升计划》《工业能效提升行动计划》指出“加强立体卷铁心等结构设计与加工工艺技术创新”。我们10年前就开始了卷铁心节能牵引变压器的研发，节能效果十分显著，空载损耗下降44%，负载损耗下降23%。那么，如何降低牵引网损耗？高强高导接触网是发展方向，许多单位都在开展相关研究，已经有相应的产品上线。还有，再生制动能量利用也是发展方向，列车在运行过程中，总会遇到坡道，下坡列车要制动，进站时列车也要制动，包括我们团队在内的许多单位在这个方向上已经开展了卓有成效的工作。”

城轨节能

第4组数据：我国城市轨道交通运营里程1.03万公里左右，都是电力牵引，年用电量约230亿度，牵引用电和站房等用电大约各占一半。高仕斌为城轨的节能出谋划策：“城轨站间距短，再生制动能量占牵引能量的比重更高，有的线路超过30%，因此，采用电力电子技术实现再生制动能量利用大有可为；大量环控设备、照明设备、自动扶梯的节能减排前景也很好，采用能量管控技术——监视客流变化、控制用电设备出力，实现站房节能。”

高仕斌补充道，从可持续发展角度，新能源在列车上的应用也是一个值得重视的发展方向。目前，我国尚有1/4的内燃机车牵引的铁路，在“双碳”背景下，采用电池、氢燃料电池、电子燃料等替代能源作为列车动力具有广阔前景。国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心设有新能源及其运用研究方向，2013年就研制了世界首辆氢燃料电池调车，后与相关企业合作，相继研制成功了氢燃料电池+锂电池+燃油的混合动力接触网检修作业车、低地板城市轨道交通混合动力动车组等。

总的来说，高仕斌认为供电系统推动“双碳”目标是一项系统性工程，从设备节能到管理节能，都应依靠技术的支撑，坚持系统观念，处理好发展和减排，整体和局部，短期和中长期的关系。

数字化转型畅想

数字经济发展速度之快、辐射范围之广、影响程度之深前所未有，正推动生产方式、生活方式和治理方式深刻变革，成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量。“十四五”时期，我国数字经济转向深化应用、规范发展、普惠共享的新阶段。那么轨道交通电气化的数字化转型有哪些方向呢？

高仕斌坦言：“对于数字、数字化、数字化转型，我一直在不断地学习，不断地提升自己的认识，我们应该进一步提高认知。根据国务院发展研究中心的定义，数字化转型是指，利用新一代信息技术，构建数据的采集、传输、存储、处理和反馈的闭环（这一点已经实践），打通不同层级与不同行业间的数据壁垒，提高行业整体的运行效率，构建全新的数字经济体系（这一点仍在探索）。”

按照这个定义，轨道交通电气化的数字化转型涉及的范围就十分广了。对轨道交通电气化而言，在不同阶段中，涉及装备制造、工程建设和运行维护；在不同层级间，涉及轨道交通的所有专业；在不同行业间，涉及能源、交通、信息三网融合。相关技术包括：数字孪生技术、机器人技术、传感器技术、通信技术、信息存储技术、并行计算技术等。在这些技术中，高仕斌认为，毫无疑问，数字孪生技术是最为核心的技术。

“我们可以想象，如果在生产牵引变压器的实体工厂基础上再建一个数字孪生工厂，整个牵引变压器的设计、制造、检验、销售都在孪生工厂中呈现，且能反演和预测各种进程，辅之以各类机器人，这种工厂是多么的高效智能！”

“我们还可以想象，如果我们对实际牵引供电系统建设一个数字孪生系统，对整个牵引供电系统的运行状态了然于胸，这就完全可以做到牵引供电系统运行维护的少人化和无人化，这种管理是多么的卓越便捷！”

构建数字孪生牵引供电系统是一项复杂的工程，是不可能一蹴而就的。国铁集团把牵引供电系统数字孪生的科研任务交给了高仕斌团队，目前，高仕斌正牵头开展系统性研究。相信不久的将来，数字孪生牵引供电系统将为中国电气化持续引领世界再立新功。

转自《世界轨道交通》“封面专访高仕斌教授-中国电气化事业如何持续创新 ”