DJ型電力機車

DJ型“九方”電力機車，是中國鐵路的電力機車車型之一，也是中國第一種交流傳動高速客運電力機車，由株洲電力機車廠聯合株洲電力機車研究所等單位於2000年研製成功。DJ型電力機車採用交—直—交流電傳動，持續功率為4,800千瓦，最高運用速度為200公里/小時，採用Adtranz公司的IPM-IGBT水冷牽引變流器、交流傳動控制系統、牽引電動機和微機控制系統，並借鑑了X2000列車的部分先進技術。發展歷史.研製.為了研究利用擺式列車在中國既有鐵路上實施提速的可能性，中華人民共和國鐵道部、廣深鐵路股份有限公司於1996年與Adtranz公司簽訂合作協議，中國向Adtranz公司租用一列X2000列車，並於1998年8月投入廣深鐵路運營。X2000型電力動車組採用交流傳動、GTO牽引變流器、徑向轉向架和擺式車體，最高執行速度達到210公里/小時。1998年8月，中國鐵道部和株洲電力機車廠簽訂了研製交流傳動高速客運電力機車的研究合同，並被列入國家重點科技攻關專案。株洲電力機車廠聯合株洲電力機車研究所、鐵道科學研究院、西南交通大學、湖南大學、中南大學等單位，開展了交流傳動高速客運電力機車的研製；新型機車被定型為“DJ”，其中“D”代表電力機車、“J”代表交流傳動。1998年12月，時任中國鐵道部部長傅志寰提出了“加強自主開發研究，爭取用10年左右的時間，完成電力機車直流傳動到交流傳動的轉換”的任務；鐵道部並根據國際潮流，提出2000年為中國鐵路“高速、交傳、發展”年，要求在引進、消化、吸收原則下，自行開發交流傳動高速客運電力機車和高速電力動車組。2000年6月25日，兩臺DJ型電力機車在株洲電力機車廠竣工，時任鐵道部副部長孫永福、湖南省副省長鄭茂清等領匯出席了剪彩儀式，DJ型電力機車成為繼AC4000型機車之後，第二種由中國自行製造的交流傳動電力機車。DJ型電力機車的最高運用速度為200公里/小時，可用於在既有鐵路幹線上牽引時速160公里/小時的準高速旅客列車，並在高速鐵路客運專線上雙機重聯牽引時速200公里/小時的高速旅客列車。機車牽引功率為4800千瓦，單軸功率達到1200千瓦；單臺機車牽引18節編組旅客列車，在平直道上的執行速度可達160公里/小時，在12‰上坡道仍可按100公里/小時執行。DJ型機車採用關鍵部件國外採購、機車整機國內生產的方式，交流傳動系統採用Adtranz公司的進口產品，包括大功率主變流器、非同步交流牽引電動機、分散式“MITRAC”微機控制系統，每套交流傳動系統進口價格達到166萬瑞士法郎，約合100萬美元。試驗.兩臺DJ型電力機車出廠後，赴北京環形鐵道試驗基地進行安全評估試驗，隨後又在西南交通大學牽引動力國家重點實驗室內的定置試驗檯上進行了高速滾動試驗。2000年12月，DJ型電力機車在廣深鐵路投入運用考核；2001年1月，DJ型機車在廣深鐵路進行了高速動力學效能試驗，最高試驗速度達到231公里/小時。2001年6月，兩臺DJ型電力機車改配屬鄭州鐵路局鄭州機務段京武快車隊，擔當京廣鐵路北京西—鄭州—武昌的客運交路。DJ型電力機車從上線執行開始，雖然牽引效能達到設計要求，但執行情況一直不太穩定，其輔助變流系統、控制裝置故障較多，並且多次發現牽引拉桿座裂紋。例如在2001年9月13日，DJ型0002號機車牽引由武昌開往北京的T80次旅客列車，停靠邯鄲站時司機下車檢查，發現機車二端牽引梁與牽引拉桿座安裝焊接處四周開裂，防止了可能發生的脫軌事故。此外，由於DJ型機車採用進口的交流傳動系統和微機控制系統，當系統發生故障時檢修較為困難並需要聯絡國外廠家跟進。2004年底，兩臺DJ型電力機車完成運用考核後，封存於鄭州機務北段報廢線至今。衍生車型.在研製DJ型電力機車的同時，株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所也開發了DJJ1型“藍箭”交流傳動高速客運電力動車組。“藍箭”電力動車組在很多方面與DJ型電力機車具有共通性，例如均採用了相同的Adtranz交流傳動系統和網路控制系統，兩者的輕量化車體結構、車頂夾層獨立通風、模組化屏櫃設計大致相同。由於DJ型電力機車的關鍵部件採用進口產品，因此生產成本較高，每臺機車造價高達1500萬元人民幣。根據鐵道部的要求，株洲電力機車廠、株洲電力機車研究所在DJ型機車基礎上，於2001年研製了DJ2型電力機車。DJ2型機車的車體結構、轉向架、輔助系統等均沿用DJ型機車的設計，但以國產GTO水冷牽引變流器取代了進口IPM牽引變流器，牽引電動機、網路控制系統等均改用國產產品。技術特點.總體佈置.DJ型電力機車是四軸高速客運電力機車，適用於供電制式為25千伏工頻單相交流電的電氣化鐵路，機車軸式Bo-Bo，持續功率4,800千瓦，構造速度為220公里/小時，最高運用速度為200公里/小時。機車車體透過有限元分析設計，採用輕量化整體承載式焊接車體結構，設中間貫穿走廊、雙端司機室；車頭採用光滑流線型外形，車體兩側下部設有裙板。車頂裝有兩臺單臂式受電弓、以及高壓隔離開關、接地裝置等；真空斷路器等高壓元件置於車內，提高了機車抗雷擊和汙閃的能力。車內裝置以分室斜對稱、屏櫃化佈置，由前至後分別為I端司機室、裝置I室、主變流室、裝置II室、II端司機室。司機室內設有符合人機工程學設計的司機操縱檯。主變流室內設有主變流櫃、主冷卻櫃。裝置室內設有控制電源櫃、空氣制動櫃、輔助變流櫃、牽引通風櫃、列車供電櫃等裝置。臥式牽引變壓器安裝於車底中部，與電抗器共用冷卻油箱。DJ型機車仿效了X2000列車動力車的車體獨立通風方式，從車頂頂蓋夾層風道吸入冷風，向發熱部件冷卻後從車底排出，並維持機械間呈微正壓，改善機車防塵效果及防寒效能。機車主電路.DJ型電力機車是交—直—交流電傳動的單相工頻交流電力機車，每臺機車配置2臺IPM牽引變流器，分別為兩臺轉向架上的牽引電動機供電；每臺變流器內包括網側四象限整流器、中間直流環節、2臺電機側PWM逆變器，每臺牽引電機由一臺逆變器獨立供電。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，交流電經過主變壓器的四個牽引繞組後分別向兩組變流器供電，先進入四象限脈衝整流器並整流為直流電，然後經過電壓為2700伏的中間直流回路，再由PWM逆變器轉換成三相交流電輸出，向非同步牽引電機獨立供電，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。DJ型機車主傳動系統採用Adtranz公司的進口產品，包括大功率主變流器、非同步交流牽引電動機、分散式“MITRAC”微機控制系統。牽引變流器採用以IGBT為基礎的IPM水冷模組，功率元件規格為4.5kV、1.5kA。機車採用4FHA 7056C型鼠籠式三相非同步牽引電動機，與“藍箭”電力動車組相同，額定功率為1225千瓦，採用直接轉矩控制。“MITRAC”微機控制系統是由Adtranz公司研發的網路控制技術，應用了列車通訊網路，主要實現車輛內各個功能控制單元之間的資料通訊；第三級為傳動控制級，實現對動力車主傳動系統的控制。。輔助電路.DJ型電力機車採用交流輔助電路系統，機車上設有一臺TGF9型輔助變流器。每臺輔助變流器容量為100kVA，由一套整流模組、兩套逆變模組、兩套EMC濾波器、控制箱及電抗器組成。整流器採用閘流體半控橋電路；逆變器採用電壓型逆變電路，功率開關器件為IGBT，每臺逆變器容量為70kVA，輸出380伏三相交流電。此外，DJ型電力機車並裝設有TGF7型列車供電櫃，用於向列車提供兩路600伏直流電源，輸出功率為2×400千瓦。轉向架.機車走行部為兩臺二軸轉向架，DJ型電力機車採用了新型高速轉向架，「日」字型構架由鋼板箱型焊接而成；一系懸掛借鑑了X2000列車的人字橡膠彈簧定位加垂向油壓減震器方式，能夠達到類似徑向轉向架的自導向徑向迴轉效能；二系懸掛為高柔度螺旋圓彈簧配橡膠墊；車體和構架之間並設有垂向減振器、橫向減振器和抗蛇行減振器的組合。牽引力或制動力透過中間低位推輓式牽引裝置傳遞。DJ型機車沿用了韶山8型、韶山9型電力機車的六連桿輪對空心軸彈性傳動裝置，牽引電動機採用架懸式全懸掛、單邊剛性直齒傳動，減少了簧下重量和輪軌作用力。基礎制動裝置為輪盤制動；停放制動裝置為蓄能制動；轉向架並設有踏面清掃器。人字橡膠彈簧、輪盤制動裝置、制動閘片等零部件均為進口產品。