和谐2C型电力机车

背景

自2003年劉志軍出任中華人民共和國鐵道部部長後，提出並實施鐵路「跨越式發展」，以儘快縮小在鐵路機車車輛裝備上與國際先進水平的差距。2003年11月，中國鐵道部與中國南車、北車集團及其重點企業共同制定了《加快鐵路機車車輛裝備現代化實施綱要》，並選擇了6家機車製造企業作為引進先進技術和自主創新依託的主體。2004年1月，中國國務院常務會議通過了《中長期鐵路網規劃》；2004年4月，國務院常務會議研究通過的鐵路機車車輛裝備現代化實施方案明確指出，「加快我國鐵路運輸裝備現代化，要按照引進先進技術、聯合設計生產、打造中國品牌的總體要求，力爭在較短時間內，使我國機車車輛生產能力達到世界先進水平」。2004年，中國北車集團大同電力機車有限責任公司與法國阿爾斯通公司，引進了HXD2型雙節八軸10000千瓦交流傳動電力機車。2007年，大同電力機車再次與阿爾斯通公司合作，引進了HXD2B型六軸9600千瓦電力機車。

研製

在HXD2、HXD2B型電力機車基礎上，大同電力機車有限責任公司於2009年開始著手研製六軸7200千瓦電力機車，新機車被定型為HXD2C型，其中「HX」是「和諧」的漢語拼音首字母縮寫、「D」代表電力機車、「2」代表大同電力機車公司的生產廠商代號，通稱為「和諧」2C型電力機車。2009年底，首台HXD2C型機車完成組裝，並開始進行廠內調試。2010年5月23日，HXD2B、HXD2C型電力機車下線剪彩儀式在大同電力機車公司舉行。2010年6月，鐵道部向大同電力機車公司正式簽訂了220台HXD2C型電力機車的採購合同，總值58.5億元人民幣。
HXD2C型電力機車是在HXD2系列交流傳動機車設計製造技術平台的基礎上，為滿足中國鐵路重載貨運需要而研發的大功率交流傳動幹線貨運用六軸電力機車，牽引系統採用交—直—交流電傳動、水冷IGBT牽引逆變器、變頻異步牽引電機、分布式網絡控制系統，單軸功率1200千瓦，額定總功率為7200千瓦，能夠在平原地區單機牽引5000～6000噸貨物列車，最高運行速度為120公里/小時。機車總體採用「標準化、系列化、模塊化、信息化」的設計原則，增加了設備的通用性、互換性。HXD2C型電力機車可根據用戶需要，選擇搭載不同供應商的牽引電傳動系統，包括基於HXD3型電力機車的東芝系統（A方案）、基於HXD1C型電力機車的株洲南車時代系統（B方案）、基於HXD3B型電力機車的龐巴迪系統（C方案）、中國北車集團自主研發的「北車心」系統（D方案）、以及基於HXD2系列電力機車的阿爾斯通系統（E方案）。目前採用東芝系統、龐巴迪系統及「北車心」系統的HXD2C型機車已經實現投產。
首批167台HXD2C型電力機車（0001～0167）採用東芝牽引系統，首台機車於2010年5月正式下線後，被送往中國鐵道科學研究院北京環形鐵道試驗基地開始進行型式試驗。2009年8月及12月，HXD2C型0001、0002號機車赴鄭州鐵路局新鄉機務段，在京廣鐵路新鄉至安陽間和新焦鐵路新鄉至晉城北間進行23、25噸軸重狀態下動力學試驗和重載牽引試驗，機車在京廣線上的最高試驗速度達到130公里/小時。
第二批50台HXD2C型機車（0168～0217）採用龐巴迪牽引系統。2010年10月17日，大同電力機車公司與江蘇常牽龐巴迪牽引系統有限公司（BCP）簽訂了7200千瓦電力機車牽引及控制系統的採購合同，為HXD2C型機車提供主變流櫃、輔助變流櫃、輔助濾波櫃、牽引電動機和「Mitrac」微機控制系統等設備。首批設備於2011年3月開始交付同車公司。
首筆訂單的最後3台HXD2C型機車（0218～0220）採用中國北車集團自主研發的牽引系統，俗稱「北車心」。2010年10月，中國北車集團開始立項研製7200千瓦電力機車電傳動系統，以DJG2型交流傳動高速客運電力機車牽引系統為研製技術平台，研製單位包括大同電力機車公司、永濟電機公司、大連機車研究所和大連電力牽引研發中心，大連所和大連電牽研發中心主要負責網絡控制系統、牽引變流控制單元、輔助變流器控制單元、輔助功率模塊的研製；永濟電機公司負責牽引電機、變流器主電路、牽引功率模塊、櫃體等的研製。2011年3月，「北車心」機車所使用的NECT牽引及網絡控制系統通過技術評審。2011年5月，首台「北車心」機車的配套產品，包括電傳動系統、牽引輔助變流器、IGBT功率模塊、濾波櫃等，在永濟電機公司完成試製組裝及例行試驗。

中國國鐵

2010年12月，HXD2C型電力機車投入批量生產，並開始配屬太原鐵路局（太原局集團）太原機務段；2010年12月20日，HXD2C型機車在石太鐵路正式投入運營。2011年5月，根據鐵道部安排，將太原機務段所有HXD2C型電力機車陸續調撥給鄭州鐵路局新鄉機務段，擔當侯月鐵路貨運任務。此外，亦有部分HXD2C配屬太原局集團轄下非全資附屬機構-大同地方鐵路公司，而該等機車並無漆上國鐵路徽。

白俄羅斯鐵路機車

本型機車配備（不包括軌距）採用C方案（龐巴迪常牽製牽引系統），而制動系統則汲取了BCG-1型電力機車的經驗進行改進，以符合白俄羅斯相關規定。目前所有機車均已投入服務。

總體結構

HXD2C型電力機車是六軸大功率幹線貨運用電力機車，車體結構與HXD2B型電力機車完全相同，採用框架式整體承載全鋼箱型殼體焊接結構，車體側牆採用波紋鋼板，並設有寬度為787毫米的維修門。車體兩端各設有一個司機室，司機可在任何一端司機室對機車進行控制。司機室採用框架式焊接鋼結構，前窗採用一整體電熱玻璃，為司乘人員提供了良好的視角，並滿足機車在寒冷季節使用的需要。車內設備採用模塊化結構、兩側屏櫃化布置，並設寬600毫米的中間貫通走廊；車上並設有電水壺、冰箱、微波爐、衛生間等生活設施。每台機車車頂設有兩台DSA-200型單臂式受電弓，其他車頂外置設備包括真空斷路器、接地開關、避雷器、高壓連接器等高壓設備。
機車採用獨立通風方式，從側牆過濾窗和車頂百葉窗吸入冷風，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性能。機車軸式為Co-Co，持續功率為9600千瓦；機車標準軸重為23噸，並可以通過增加壓鐵提高到25噸。空氣制動系統採用法維萊公司（Faiveley）的「Eurotrol」微機控制電空制動機，具有空電聯合制動、階段緩解、斷鉤保護、備用制動等功能。

電氣系統

HXD2C型電力機車是交—直—交流電傳動的單相工頻交流電力機車，機車主電路由主變壓器、牽引變流器、牽引電動機三大部分構成。機車設計採用「標準化、系列化、模塊化、信息化」的開發原則，可以實現搭載不同供應商的牽引電傳動系統。不論採用哪種牽引系統，所有HXD2C系列電力機車均採用單軸控制技術，每台牽引電機對應一套獨立的四象限整流器和逆變器。

東芝牽引系統

HXD2C-A方案機車採用與HXD3型電力機車相同的東芝牽引傳動系統，每台機車設有6套完全獨立而又相同的牽引變流單元，分別安裝在2個主變流器櫃內，分別為2台轉向架上的6台牽引電動機供電。每台主變流器櫃內含有三組牽引變流器單元和一組輔助變流器；每組變流器單元由一個四象限脈衝整流器、一個中間直流環節、一個兩點式電壓型PWM逆變器組成；功率控制模塊採用水冷IGBT變流模塊（4500V/900A），中間直流電壓為2800伏。

龐巴迪牽引系統

HXD2C-C方案機車採用基於HXD3B型電力機車的龐巴迪牽引傳動系統，每台機車設有3個主變流器櫃，每台主變流器櫃由二個四象限脈衝整流器、一個中間直流環節、二個兩點式電壓型PWM逆變器和一個輔助變流器組成；功率控制模塊採用水冷IGBT變流模塊，中間直流電壓為2800伏。

北車牽引系統

HXD2C-D方案機車採用中國北車集團大連電力牽引研發中心CNRERD自主研發的牽引傳動系統，採用中車永濟電機生產的改良型號三相誘導電機。

輔助電路

HXD2C型機車將輔助變流裝置集成在主變流櫃中，每台機車設有兩個IGBT輔助變流器，由主變壓器二次側輔助繞組供電。輔助變流器通過使用PWM整流器單元把從主變壓器供電的單相交流電轉換為恆定電壓的直流電，再供通過逆變器單元轉換為三相交流電。正常情況下兩個變流器基本上以50%的額定容量工作，其中一個為恆頻恆壓變流器（CVCF），另一個為變頻變壓變流器（VVVF）。當某一套輔助變流器發生故障時，另一套輔助變流器可以承擔機車全部的輔助電動機負載，此時該輔助變流器按照CVCF方式工作，確保機車輔助供電系統的可靠性。

轉向架

機車走行部為兩台三軸轉向架，其結構與HXD2B型電力機車的轉向架完全相同。轉向架構架採用鋼板焊成箱形結構的「目」字型構架，輪對軸箱採用拉杆定位。一系懸掛採用螺旋彈簧加雙軸箱拉杆配垂向油壓減震器；二系懸掛為橡膠堆。牽引力或制動力通過單推挽水平短牽引拉杆牽引裝置傳遞。牽引電動機採用滾動軸承抱軸式半懸掛、單邊剛性直齒傳動。基礎制動裝置為單側雙閘瓦踏面制動單元，並帶有閘瓦間隙調節器；其中三組制動單元具有停放制動功能。轉向架並設有輪緣潤滑裝置。