日本國鐵ED79型電力機車

ED79型電力機車是日本國有鐵道的交流電力機車車型之一，適用於供電制式為20千伏50赫茲的工頻單相交流電的電氣化鐵路。ED79型電力機車是為青函隧道設計的電力機車，與青函隧道在1988年同時正式投入運用，專門用於牽引津輕海峽線的旅客列車和貨物列車；其中基本番臺和100番臺機車是由ED75型700番臺電力機車改造而成，全部配屬北海道旅客鐵道。開發背景.1988年3月，連線日本本州青森地區和北海道函館地區的青函隧道，作為世界上最長的鐵路隧道和海底隧道，經歷了近25年的施工後終於建成通車，從此形成了從青森直通函館的津輕海峽線。由於青函隧道是按照整備新幹線的計劃和標準興建，亦將會成為北海道新幹線的一部分，在未來只需要鋪設標準軌即可滿足新幹線高速列車的營運，並且根據自動閉塞制式要求採用了可相容在來線和新幹線列車的ATC-L型列車自動控制系統，因此需要一種能夠適應ATC-L自動閉塞制式的交流電力機車。考慮到日本國鐵末期持續虧損的經營狀況，為了儘可能節省機車車輛方面的投資費用，日本國鐵決定利用部分閒置的ED75型700番臺電力機車，將其改造成為可以在ATC區間執行的青函隧道專用機車，也就是僅使用於津輕海峽線的ED79型電力機車。1986年至1988年間，共有34臺ED75型700番臺電力機車被改造成ED79型電力機車，當中包括21臺基本番臺和13臺100番臺機車，分別用於擔當本務機車和補助機車。改造工程主要在土崎工廠進行，日立製作所和東芝公司亦受委託進行部分機車的改造，以保證所有ED79型電力機車都可以趕及在青函隧道通車前投入運用。形式區分.基本番臺.1986年至1987年間，共有21臺ED75型700番臺電力機車被改造成為ED79型基本番臺電力機車，改造內容包括改為採用級間閘流體相控平滑調壓的控制方式，拆除了原本的MA1A型磁放大器和RS44型矽整流器，改裝具有再生制動功能的RS50型閘流體變流器，並增設勵磁變壓器、高速斷路器、牽引及制動工況轉換開關、鎮流電阻器等配套裝置；增加車載ATC列車控制系統和列車無線通訊裝置，可對應青函隧道的無絕緣軌道電路和無線通訊頻率，司機室側窗下方設有無線通訊用之板狀天線；考慮到牽引特急旅客列車的需要，將齒輪傳動比由4.44降低至3.83，使機車最大運用速度提高至110公里/小時，並且將牽引電動機滑動抱軸承改為滾柱軸承；此外，機車還設有電控空氣制動系統和制動風管壓力控制裝置，使列車下坡時即使再生制動萬一失效也能安全停車。100番臺.1986年至1988年間，共有13臺ED75型700番臺電力機車被改造成為ED79型100番臺電力機車，專門與基本番臺機車重聯使用、擔當1000噸以上過載貨物列車的補機任務，無法單獨在青函隧道區間執行。為了儘可能降低車輛改造成本，並沒有對ED79型100番臺機車的牽引主電路作出改變，繼續沿用了級間磁放大器相控調壓的控制方式，亦不具備再生制動的能力。由於固定以青森方向的第一端與基本番臺機車重聯，因此只在函館方向的第二端增設ATC訊號接收器，以及在該司機室增加訊號顯示和無線通訊裝置，不設車載ATC列車控制系統。其他與基本番臺機車共通的改造內容包括更改齒輪傳動比、改用滾柱抱軸承、電空制動系統和制動風管壓力控制裝置等。50番臺.1989年至1990年間，為了滿足國鐵分割民營化之後津輕海峽線貨物列車增發的需要，JR貨物向東芝公司訂購了10臺ED79型50番臺電力機車。這批新造機車的基本結構和技術性能與之前的基本番臺機車大致相同，但在一些裝置和細節上作出了改良，例如採用了略微後傾的前窗玻璃、前窗上方增設冰柱切割板、改用輾鋼整體車輪等。由於這批機車主要用於牽引貨物列車，因此最大運用速度降低至100公里/小時，但50番臺機車仍然保留了列車供電系統，需要時亦可牽引“海峽號”旅客列車。ATC訊號接收器亦與基本番臺機車有異，不論上下行列車的L、U訊號皆可接收，並且可自動判斷列車行駛方向，因此機車的行駛方向不再受到ATC接收器的限制。因應青函隧道內極為潮溼的環境，加強了平波電抗器、勵磁感應線圈、電動通風機、劈相機等電器裝置的絕緣效能。此外，為了提高空氣制動系統的響應效能和安全性，ED79型50番臺機車和EF66型100番臺機車一樣，以EPL電空制動閥取代傳統的空氣制動閥，並增加總風缸壓力開關和保護開關。車體塗裝方面，50番臺機車採用了JR貨物標準色塗裝，車體上半部使用深淺藍色的組合，車體下半部為淺灰色，轉向架部分為灰色，司機室側門為土黃色。運用歷史.JR北海道.青函隧道通車後，EF79型基本番臺和100番臺機車全部配屬JR北海道青函運轉所，主要擔當津輕海峽線青森至函館間的旅客列車牽引任務，包括本州往北海道方向的各次臥鋪列車，以及來往青森和函館間的“海峽號”快速列車。除此之外，JR北海道亦承擔了JR貨物委託的貨運牽引業務，使用ED79型電力機車擔當東青森至五稜郭間的貨物列車牽引任務，當列車重量大於1000噸則採用重聯牽引。由於青森站為盡頭式車站，但基於ED79型電力機車的ATC裝置限制，基本番臺和100番臺機車不能隨意改變運用方向，因此，如果機車到達東青森站後需要進入青森站與旅客列車連掛，或到達青森站後進入東青森站與貨物列車連掛，則必須先經由青森鐵道線、奧羽貨物支線、津輕線組成的三角線換向，才能夠繼續擔當旅客列車或貨物列車的牽引任務。1998年起，為了慶祝青函隧道通車十週年及配合“哆啦A夢海底列車”的開行，部分ED79型電力機車在車頭和車身兩側畫上了哆啦A夢的卡通圖案。至1990年代末，由於ED79型基本番臺和100番臺電力機車的壽命已經將近三十年，多種主要部件例如主變壓器、調壓開關、真空斷路器、無觸點開關等亦已經停產，因此JR北海道在1998年和2000年先後從JR東日本購入四臺報廢的ED75型電力機車，以解決ED79型電力機車後備零部件供應的困難。2002年12月，隨著東北新幹線盛岡至八戶間開通運營，藉此機會作出了較大範圍的執行圖調整，六對“海峽號”定期快速列車正式停運，被新登場的“白鳥號”和“超級白鳥號”列車取代，青森和函館間的日間旅客列車全面升級為特急列車，並且改為使用485系、789系電力動車組。此外，“哆啦A夢海底列車”亦從2003年開始改為使用781系電力動車組，隨後哆啦A夢塗裝的ED79型電力機車均被恢復原狀。ED79型電力機車長期在青函隧道內的惡劣環境下行駛，車體結構和電器裝置的老化速度比一般機車更快，並且不時發生因高溼度環境而造成的各種故障。雖然“海峽號”列車停運後減少了ED79型電力機車的運用，但仍然執行的“北斗星號”、“仙后座號”、“黃昏特快號”等臥鋪旅客列車，在相當長一段時間內仍然需要ED79型電力機車擔當津輕海峽線的牽引任務。因此JR北海道在2001年底至2003年間，為了將ED79型電力機車的使用壽命再延長十年，在苗穗工廠對其中六臺基本番臺機車進行了翻新改造，改造內容包括對腐蝕明顯的車體部分和空氣管路進行修補，以及對絕緣老化的電路系統和電器裝置進行更換。從2006年3月開始，由於JR貨物的EH500型電力機車陸續投入運用，其運用範圍由東北本線系統擴大至直通北海道，因此不再需要委託JR北海道的ED79型電力機車來承擔部分定期貨運牽引任務。同一時間，其中一對“日本海號”列車的執行區間縮短為大阪至青森，進一步減少了ED79型電力機車的運用頻率。此後，JR北海道除了保留部分ED79型電力機車繼續使用外，開始陸續報廢一些狀況較差的基本番臺機車，2003年首先報廢3臺正式報廢。部分報廢車輛除籍後被回送至九州，為JR九州的ED76型電力機車提供後備零部件。截至2014年2月，JR北海道仍然擁有9臺ED79型電力機車，用於牽引“北斗星號”、“仙后座號”、“黃昏特快號”臥鋪特急列車，以及“玫瑰號”夜行急行列車。2016年3月，由於北海道新幹線的開通，海峽線升壓為25000伏特，JR北海道的ED79已無運用，並全數遭解體，該公司因此完全沒有現役的電力機車，目前0番臺僅存報廢後轉賣給JR貨物當器官車放置於五稜郭機關區的ED79-5。JR貨物.ED79型50番臺電力機車全部配屬JR貨物，主要擔當津輕海峽線青森訊號場至五稜郭間的貨物列車牽引任務，在過去也曾經擔當東北本線東青森至間的貨運牽引任務。2000年，ED79 56號機車在五稜郭車站內與DD51 1051號機車發生追尾衝突事故。由於ED79 56號機車的車體底架受損變形已無修復價值，事故後就被除籍報廢並存放在苗穗工廠內，為其他ED79型電力機車供應零部件。2016年3月，由於北海道新幹線的開通，透過海峽線的貨物列車改由可使用20000伏特與25000伏特雙電壓的EH800型電力機車牽引，ED79已退役，並全數遭解體。技術特點.總體結構.ED79型電力機車是客貨運通用的交流電力機車，適用於供電制式為20千伏50赫茲的工頻單相交流電氣化鐵路。機車沿用了與ED75型700番臺電力機車相同的車體結構和裝置佈置，但根據青函隧道的使用環境作出了一些改進。車體兩端各設有一個司機室，司機室兩側設有供乘務員乘降的側門，側窗採用防腐蝕效能較好的鋁製窗框，車頂兩端各裝有兩盞前照燈。司機室前端中央設有貫通門，以便重聯時乘務人員透過到另一臺機車。車體中部是設有各種機械及電氣裝置的機械室。以基本番臺機車為例，從一端至二端方向順序佈置有第一輔助機械室、變壓器室、整流器室、第二輔助機械室。第一輔助機械室設有牽引電動機通風機、劈相機、緊急制動風缸、交流濾波器及各類控制電器。變壓器室設有主變壓器、調壓開關、受電弓斷路器、真空斷路器、避雷器等裝置。整流器室設有閘流體變流器、再生制動輔助變壓器、電磁接觸器開關、ATS及ATC裝置。第二輔助機械室設有電動空氣壓縮機、勵磁電阻器等裝置。車頂安裝有兩臺PS103型下框架交叉式雙臂受電弓，其他高壓裝置包括斷路器和避雷器等安裝在車體內部。基本番臺機車的車頂還設有鎮流電阻器。車體下方除了設有兩臺轉向架，還吊裝著平波電抗器、總風缸和蓄電池。電氣系統.ED79型電力機車是交—直流電傳動的交流電力機車，基本番臺和50番臺機車採用級間閘流體相控平滑調壓的控制方式，並因應青函隧道的長大坡道增加了再生制動功能。主電路系統由空氣斷路器、主變壓器、調壓開關、閘流體整流器、牽引電動機、電路保護裝置等部分組成。機車從架空接觸網獲取高壓交流電，首先由主變壓器和調壓開關構成若干個大調壓級，再透過閘流體整流器平滑調壓及轉換成脈流電，然後供電給四臺並聯的牽引電動機。級間閘流體相控調壓結合了變壓器低壓側調壓和閘流體相控調壓的特點，不僅能夠平滑調節牽引電動機的端電壓，還有利於提高功率因數及減少諧波電流。完成改造後的基本番臺機車繼續沿用原本的TM11A型主變壓器和調壓開關，並拆除了MA1A型磁放大器和RS44型矽整流器，換裝具有再生組成。當使用再生制動時，直流牽引電動機變為他勵直流發電機運轉，發出的電能經閘流體變流器逆變為交流電並反饋到架空接觸網，制動力透過控制牽引電動機的勵磁電流來調節，車頂上還增加了穩定再生電流的鎮流電阻器。另一方面，由於100番臺機車主要搭配基本番臺及作為補機使用，因此100番臺機車沒有使用再生制動的需要，仍保持了和ED75型電力機車相同的主電路，採用級間磁放大器相控調壓的控制方式，即是利用變壓器低壓側調壓配合磁放大器相位控制，並經過矽整流器轉換成脈流電，來實現牽引電動機端電壓的平滑調節。每臺轉向架安裝兩臺MT52C型四極串勵直流牽引電動機，小時功率為475千瓦，額定電壓為900伏特，牽引電動機抱軸承改為使用滾柱軸承以減少滾動阻力。牽引電動機迴路串接有平波電抗器，以減少整流電流的脈動成分和改善電動機的換向效能。為擴大機車的恆功調速範圍，還可以對牽引電動機使用二級磁場削弱。訊號裝置.津輕海峽線實際上是由海峽線全線以及津輕線、江差線、函館本線部分割槽段組成，其中海峽線的新中小國訊號場至木古內車站間，使用可在未來相容在來線和新幹線列車的ATC-L型列車自動控制系統自動閉塞制式，而其餘路段則使用在來線標準的ATS-S自動閉塞制式。因此，津輕海峽線專用的ED79型電力機車必須適應這兩種不同的安全防護制式。對於ATC-L型列車自動控制系統，基本番臺機車兩端的排障器下方均設有ATC訊號接收器，其中第一端設有接收器，機車上亦沒有安裝ATC訊號裝置。當ED79型電力機車雙機重聯牽引時，一般以基本番臺機車的第二端與100番臺機車的第一端對接，兩者之間設有ATC訊號傳輸線連線，車端設有ATC專用的KE151H型插座。轉向架.機車走行部為兩臺二軸轉向架，一端和二端轉向架分別為DT129T、DT129U型。構架採用“日”字形的鋼板焊接結構，軸箱採用導框式定位結構。牽引電動機採用軸懸式驅動方式，牽引電動機輸出的轉矩透過一級減速齒輪傳動輪對；由於機車的最大運用速度由100公里/小時提高至110公里/小時，齒輪傳動比亦由4.44。為了補償因改變傳動比而降低的牽引力，ED79型電力機車的軸重由16.8噸提高至17噸。轉向架採用無搖枕的全旁承支重結構，車體全部重量透過四組旁承彈簧由兩臺轉向架支承。一系懸掛為軸箱頂端螺旋彈簧，二系懸掛為構架外側的旁承彈簧，旁承彈簧採用每側兩個並聯的螺旋圓彈簧組，並配有垂向油壓減震器。此外，車體和轉向架之間還設有迴轉限位裝置和抗蛇行減震器。牽引力和制動力透過“Z”字形低位斜牽引杆裝置傳遞。基礎制動裝置為雙側閘瓦制動，每個輪對左右各設有一個制動缸，並設有制動橫樑以保證兩側閘瓦同步作用，另外還設定了閘瓦間隙自動調整器。