韶山7型電力機車

韶山7型電力機車是中國鐵路的電力機車車型之一，是根據山區小半徑曲線區段電氣化鐵路而研製的客、貨運兩用幹線電力機車，由大同機車廠、株洲電力機車研究所於1992年研製成功，1996年投入批次生產，累計生產了113臺。韶山7型電力機車消化吸收了進口8K、6K型電力機車的先進技術，應用了Bo-Bo-Bo軸式轉向架、兩段相控整流橋電路、復勵牽引電動機、再生制動、功率因數補償等技術。發展歷史.背景.1980年代末，中國的電氣化鐵路大多為山區鐵路，例如寶成鐵路、成渝鐵路、貴昆鐵路、石太鐵路、鷹廈鐵路等，這些鐵路不僅彎道較多，且曲線半徑小，不少為250～350米半徑的小半徑曲線。當時國產電力機車車型主要為韶山1型、韶山3型電力機車，均採用Co-Co軸式，導致輪緣和鋼軌磨耗嚴重；而Bo-Bo-Bo軸式與Co-Co軸式相比，機車走行部在小半徑多彎道的線路上更具有明顯的優越性。為了研製適用於山區小半徑曲線區段鐵路的電力機車，株洲電力機車研究所於1989年率先設定了Bo-Bo-Bo軸式電力機車走行部的研製課題，對Bo-Bo-Bo軸式電力機車的動力學效能、橫向穩定效能、粘著重量利用效能進行了理論計算和分析。在此基礎上，株洲電力機車研究所隨後向中華人民共和國鐵道部上報有關研製Bo-Bo-Bo軸式電力機車的建議，並得到大力支援。研製.1990年5月，鐵道部正式下達了韶山7型電力機車設計任務書，由大同機車廠、株洲電力機車研究所、成都機車車輛廠等單位共同研製；同年12月，鐵道部科技司代表國家計委，對韶山7型電力機車的技術設計進行了論證和審查，並列入國家重點企業技術開發專案、中國第八個五年計劃重點科研專案。1991年1月，韶山7型電力機車通過了技術設計審查；同年5月至8月又對牽引電動機、轉向架等部件進行了設計審查。為了令新機車更符合實際需要，鐵道部決定分別試製兩臺樣車，在第一臺機車的試驗過程中收集運用部門的意見，修改設計後再試製第二臺機車。試驗.首臺韶山7型電力機車於1992年12月30日出廠，並於1993年3月至1994年12月間交付成都鐵路局馬角壩機務段，在寶成鐵路廣元至成都區段投入20萬公里執行考核。根據首臺機車運用中發現的問題，對設計進行了12項改進後開始製造第二臺機車。1994年3月，第二臺韶山7型電力機車也在馬角壩機務段投入了10萬公里運用考核試驗。1994年12月，兩臺機車均已完成執行考核。根據鐵道部安排，第一臺機車返回大同機車廠，對其進行解體檢查，證明各主要部件狀況良好，並將首臺機車按照第二臺機車的設計進行了相應的12項改進。而第二臺機車於1995年3月轉赴山西省，在同蒲鐵路大新至寧武區段進行了動力學試驗；後轉往鐵道科學研究院北京環行鐵道進行餘下的型式試驗。1995年9月，韶山7型電力機車正式透過部級技術鑑定，並於1996年起開始批次生產，1997年獲鐵道部科技進步一等獎和國家科技進步二等獎。生產及運用.首批韶山7型電力機車於1996年9月配屬成都鐵路局成都機務段，同年10月28日投入運用。1997年12月，南昆鐵路開通運營，韶山7型電力機車開始大批配屬昆明鐵路局昆明機務段和柳州鐵路局南寧機務段，同時原配屬成都機務段的韶山7型機車全部調至昆明機務段。截至2007年，大同電力機車廠累計生產了113臺韶山7型電力機車。其中五臺韶山7型電力機車是韶山7C型快速客運電力機車的原型車，由大同機車廠於1998年生產。雖然仍然沿用韶山7型機車的車體結構，但其電機電器、牽引效能以及車身塗裝均與韶山7C型機車大致相同，構造速度為120公里/小時，軸重22噸，惟不設機車供電插座。該五臺機車出廠後，連同首兩臺韶山7C型電力機車樣機，配屬鄭州鐵路局西安機務段，於1998年10月投入隴海鐵路進行執行考核，擔當西安至寶雞、西安至鄭州的客運牽引任務；至2001年後，西安機務段的韶山7型、韶山7C型電力機車逐步調至安康機務段，投入襄渝鐵路、西康鐵路運用。此外，山西省孝柳鐵路公司於2006年訂購了兩臺韶山7型機車，編號8112及8113，於2007年3月14日出廠。2007年8月，由昆明機務段調撥24臺韶山7型機車到南寧機務段，由柳州鐵路局集中配屬，擔當南昆鐵路跨局貨運長交路。2009年，昆明機務段餘下的所有韶山7型機車全部改配屬南寧機務段。2011年，由西安機務段調撥5臺韶山7型機車到南寧機務段；至此，南寧機務段配屬韶山7型機車111臺，山西孝柳鐵路配屬韶山7型機車2臺。2015年，南寧機務段從青藏鐵路公司西寧機務段接收一部分和諧1C型電力機車擔當南昆鐵路跨局貨運長交路，同年湘桂鐵路柳州到南寧區間電氣化改造完成，韶山7型機車擔當該區間貨運交路。2016年3月後，大部分原配屬於南寧機務段的韶山7型機車陸續轉配柳州機務段。2017年後，隨著黎湛鐵路以及河茂鐵路電氣化改造相繼完成，韶山7型機車亦開始擔當兩條鐵路的貨運交路。2019年起，因南寧局大規模配屬和諧1C型機車，部分車況較差的韶山7型開始下線。技術特點.總體佈置.韶山7型電力機車是六軸幹線客貨運通用電力機車。車體採用了框架式整體承載結構，總體佈置沿用了中國“韶山”系列國產電力機車的傳統方式，為雙側走廊、兩端司機室；主要電器裝置以機車最重裝置主變壓器為中央，其他裝置分平面斜對稱佈置為主，有利於重量平衡；車頂兩端司機室之後各裝一臺TSG3型單臂式受電弓；車頂中部裝一臺主斷路器。司機室內設有正副司機操縱檯及空調機組等裝置，而從0095號機車及之後出廠的機車則採用標準化司機室。車內電氣裝置借鑑了8K型機車的佈置方式，實現屏櫃化、單元化。由於韶山7型電力機車採用Bo-Bo-Bo軸式轉向架，使主變壓器只能安裝在車體內，為了進一步減少所佔空間，因此將平波電抗器、功率因數補償電抗器、高壓電流互感器等全部裝在變壓器內，共用冷卻油箱，組成為組合式變壓器，並臥放在車體中部。通風系統採用車體通風方式，側牆豎式百葉窗是車內裝置通風冷卻的進風視窗，經過通風支路向牽引電動機、整流裝置、變壓器、穩定電阻等裝置冷卻。機車主電路.韶山7型電力機車是交—直流電傳動的單相工頻交流電力機車。接觸網導線上的25千伏單相工頻交流電電流，經受電弓進入機車後經過主斷路器再進入主變壓器，交流電從主變壓器的牽引繞組經過閘流體整流後，向六臺分兩組並聯的牽引電動機集中供應直流電，使牽引電動機產生轉矩，將電能轉變為機械能，經過齒輪的傳遞驅動輪對。機車主電路沿用8K型機車的閘流體兩段串聯相控整流橋調壓方式，由一段半控整流橋和一段全控整流橋組成，牽引時實現相控無級調速特性控制，而使用再生制動時全控撟變為逆變裝置，半控橋作為勵磁電源裝置。韶山7型型電力機車雖然擁有三組轉向架，但在主電路中只有兩組，中間轉向架上的兩臺牽引電動機分屬前後兩組，機車牽引時向兩組各三臺牽引電動機並聯供電，有利於充分發揮粘著、防止發生空轉；此外，每調壓整流電路還有一段勵磁半控橋給三臺串聯的電機他勵繞組供電。由於韶山7型機車採用了復勵牽引電機，因此只要平滑減少他勵電流，就能夠實現無級磁場削弱，並實現機車恆功速度範圍達到44～80公里/小時。機車主電路並帶有功率因數補償裝置，兼作三次諧波濾波器，透過在主電路中投入或切除電容器來提高機車的功率因數，機車在50～100%功率範圍內功率因數均可大於0.9，以提高電氣化鐵路的總效率、減少對無線通訊的干擾。韶山7型機車並設有再生制動，制動時可向電網反饋電能，反饋電能約為總消耗電能的3%，輪周制動功率4000千瓦。此外，韶山7型電力機車並預留了向旅客列車供電功能，在主變壓器設定了容量為800kVA、電壓為1500V×2的交流供電繞組，但沒有可供配套使用的鐵路客車，列車供電功能並未開放使用。目前有部分機車取消了列車供電插座。轉向架.機車走行部為三臺二軸轉向架，所有車軸均為動軸，機車軸式Bo-Bo-Bo，機車固定軸距較短，曲線透過效能好。與傳統Co-Co軸式機車相比，在小半徑彎道線路上執行時，導向輪對作用於鋼軌的側向力下降30～60%，輪對作用於構架的橫向力平均減小30%，導向外輪的衝角和輪緣磨耗指數分別減少約20%和40%，脫軌係數約降低30%。轉向架設計借鑑了6K型電力機車，採用旁承彈簧承受車體載荷的無搖枕轉向架。三臺轉向架各自獨立，中間轉向架與兩端轉向架的區別在於增加了橫向位移的橫動裝置，相對於車體有多達220毫米的橫向偏移量，取消了停車制動裝置，二系懸掛靜撓度稍大，因此無法與兩端轉向架互換使用。韶山7型機車並沿用了6K型機車的Z型低牽引拉桿牽引裝置，車體上有六個牽引拉桿座，透過六根牽引拉桿分別與三臺轉向架呈“Z”形聯接，兩端轉向架牽引點交於軌面以下10毫米，並能夠靈活調節，有利於透過曲線和減少軸重轉移，輔之以電氣軸重轉移補償，能獲得較高的粘著效能。一系懸掛採用軸箱螺旋彈簧和橡膠墊加油壓減震器的獨立懸掛結構；二系懸掛採用螺旋彈簧系統、橡膠元件和油壓減震器的組合，中間轉向架並設有滾子軸承。基礎制動裝置採用雙側制動獨立單元制動器。轉向架並設有儲能停車制動器、輪緣噴油器等。每臺轉向架裝有兩臺由永濟電機制造的ZD111型復勵脈流牽引電動機，為六極、中電壓、帶有補償繞組、全H級絕緣、全疊片機座的脈流電動機，持續功率800千瓦。復勵電機具有他勵繞組，牽引工況下空轉時，不會失去他勵磁場，因此再粘著特性較好。牽引電機採用滾動軸承抱軸懸掛結構、單邊直齒傳動。控制系統.韶山7型電力機車採用標準電子控制裝置，具有恆流起動及準恆速執行特性控制、粘著特性限制、恆功限壓、軸重轉移電氣補償等功能。在機車起動時按恆流方式起動，待進入特性曲線的斜線段後按調速手輪所指定的速度範圍內準恆速執行；而在制動時機車也具有同樣的限流準恆速控制特性。韶山7型機車並設有微機防空轉系統，以一個16位英特爾8098微控制器為控制核心，透過檢測輪周速度差異進行電機減載、自動撤砂來校正牽引力，防止輪軌擦傷。技術問題.主變壓器漏油是韶山7型電力機車的常見故障之一，主要原因包括，變壓器油箱、儲油櫃及散熱器等元件焊接質量不良；主變壓器和變風機連線處出現裂紋導致變壓器箱體漏油；以及密封件老化或質量不過關造成變壓器密封失效。韶山7型0017號機車曾經發生主變壓器漏油而導致機車燒燬，事故後由大同機車廠重新制造了一臺韶山7型機車作為替代，沿用相同車號。韶山7型電力機車投入運用初期其整流櫃經常發生故障，矽機組元件擊穿時有發生，由於無法自動切除故障支路或故障整流橋，而造成矽機組大面積燒損，僅2003年5月至10月間便有14臺韶山7型機車出現問題。為此大同機車廠修改設計，為所有韶山7型機車矽機組閥側增加了快速熔斷器，以自動隔離擊穿矽元件的整流橋，防止故障擴大。但改造實施後，機車又頻繁發生快速熔斷器爆炸噴弧的情況，甚至在矽元件正常情況下也時有發生，主要原因的快速熔斷器檢測不足。