和谐2B型电力机车

背景

2004年，中華人民共和國國務院常務會議通過了《中長期鐵路網規劃》，並對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」。根據國務院確立的上述方針，國家發改委與中華人民共和國鐵道部於2004年7月聯合下達了《大功率交流傳動電力機車技術引進與國產化實施方案》，正式開始了新型交流傳動電力機車的採購過程。2004年10月，法國阿爾斯通公司和大同電力機車有限責任公司獲得了180台HXD2型雙節八軸10000千瓦大功率交流傳動電力機車的訂單。

引進

為解決中國鐵路運輸運能問題、實現中國鐵路幹線貨運重載、快捷運輸的目標，中國鐵道部於2006年6月制定了六軸9600千瓦大功率交流傳動電力機車的技術方案並確定了項目執行模式。2006年10月26日，法國總統席哈克訪問中國，與中國國家主席胡錦濤舉行正式會談，會談後兩國元首簽署了《中法聯合聲明》，並共同出席了多項合作協議的簽字儀式。雙邊合作協議涵蓋科技、能源、鐵路運輸、航空、航天等領域，其中，阿爾斯通公司執行長孔柏客（Patrick Kron）與中國鐵道部部長劉志軍簽署了六軸大功率貨運電力機車的生產合作意向書，總額達12億歐元，阿爾斯通公司在此協議中所占份額為3億歐元，其中方合作夥伴大同電力機車廠占9億歐元。2007年3月12日，大同電力機車有限責任公司與法國阿爾斯通交通運輸股份有限公司在北京簽訂了大功率交流傳動六軸電力機車項目進口部件採購合同和技術合作合同，其中包括機車採購合同、技術轉讓合同、進口零部件採購合同和技術服務合同等四個相互關聯合同，但合同總額調整為11億歐元（113億元人民幣），其中阿爾斯通份額約為3.1億歐元，大同電力機車廠約為8億歐元。同時，大同電力機車公司並與北京鐵路局、中國技術進出口總公司簽訂了大功率交流傳動六軸電力機車項目採購合同。
根據最初簽訂的生產合作意向書，原定計劃由阿爾斯通公司的貝爾福工廠完成首批100台機車，其餘400台機車將由大同電力機車負責生產製造；而採購合同和技術合作合同簽訂後，生產計劃改為由貝爾福公司完成首10台機車，另外190台機車以散件形式付運並在中國組裝，300台機車由大同電力機車生產。但在合同開始執行後，生產計劃再次被改變，貝爾福公司僅負責完成首2台機車。

研製

新機車被定型為HXD2B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」2B型電力機車。HXD2B型電力機車是在阿爾斯通「Prima」機車技術平台上，以「Prima 6000」電力機車為原型車，開發研製的大功率交流傳動幹線貨運用六軸電力機車。機車軸式Co-Co，軸重25噸，採用交—直—交流電傳動、「ONIX」IGBT水冷軸控牽引變流器、「Agate」微機網絡控制系統、變頻異步牽引電動機，單軸功率為1600千瓦，額定總功率為9600千瓦，最高運行速度為120公里/小時。
2009年6月，首2台HXD2B型機車（0001、0002）在法國貝爾福工廠落成。機車經過廠內的初步調試後，其中一台機車於同年11月被送往位於位於捷克共和國中波希米亞州的維林環形鐵路試驗中心（Zkušební centrum VUZ Velim）進行運行試驗；而另一台機車於同年12月初被送往位於奧地利維也納的阿森納爾鐵路技術試驗中心（Rail Tec Arsenal）的實驗室，進行氣候風洞實驗。由於HXD2B型機車車體尺寸已經超過歐盟規定的機車車輛限界，機車需要通過水路和陸路運輸，在法國斯特拉斯堡裝船送往維也納。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，首台國產化的HXD2B型電力機車（0003）下線。2010年7月10日，2台原裝進口機車由「馬士基三寶壟」號貨櫃船運抵中國天津港，然後由汽車運輸至山西大同，隨後被送往中國鐵道科學研究院北京環形鐵道試驗基地進行型式試驗和綜合性能試驗。

運用

2010年5月，HXD2B型電力機車開始投入批量生產。2010年9月，HXD2B型機車開始配屬上海鐵路局南京東機務段，由上海機務段南翔運用二車間、南京東機務段寧東運用車間、徐州機務段徐州運用車間支配運用，擔當京滬鐵路南翔、南京東、徐州北、濟西之間，以及隴海鐵路徐州北至連雲港東、墟溝北間的貨物列車牽引任務。2011年11月，北京鐵路局豐臺機務段也開始配屬HXD2B型電力機車，由豐臺機務段、唐山機務段、天津機務段支配運用，擔當京滬鐵路豐臺西、南倉至濟西之間，以及津山鐵路南倉、山海關至瀋陽西之間的貨物列車交路。

總體結構

HXD2B型電力機車是六軸大功率幹線貨運用電力機車，車體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；機車軸重為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

HXD2B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。每台機車設有6套完全相同的牽引變流單元，分別安裝在3個牽引變流櫃內。接觸網導線上的25千伏單相工頻交流電電流，經受電弓、主斷路器進入機車後再輸入主變壓器，交流電經過主變壓器的6個牽引繞組降壓後向牽引變流單元供電；單相交流電經過6組四象限脈衝整流器整流為直流電，然後向電壓為3750伏的中間直流迴路供電，再由6組牽引逆變器轉換成三相交流電輸出，每組逆變器向一台異步牽引電動機供電，實現機車的軸控驅動，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。
主變壓器由大同ABB牽引變壓器有限公司製造，為芯式結構、多分裂繞組的單相變壓器，以臥式懸掛方式吊裝於車底中部，設計容量高達12600千伏安。主變流器是基於阿爾斯通公司「Prima」機車技術平台的「ONIX」變流系統，每組主變流器由一個四象限脈衝整流器、一個中間直流環節、一個PWM逆變器組成，功率控制模塊採用水冷IGBT變流模塊（6500V/600A），中間直流電壓為3750伏。牽引電動機採用由永濟電機公司國產化的YJ90B型牽引電動機，該型電動機為六極三相鼠籠式異步牽引電動機，定子採用全疊片無機殼結構以減輕重量和改善散熱，額定功率為1224千瓦，額定電壓為2942伏，冷卻方式為強迫通風，採用磁場定向直接轉矩控制。
機車輔助供電電路由第2～5軸的牽引變流單元中間直流迴路供電，每台機車設有兩組相同的輔助供電電路，每組輔助電源由兩組IGBT輔助逆變器和一組充電機電路組成，正常情況下其中一個為恆頻恆壓變流器（CVCF），為牽引電動機通風機和油水冷卻塔風機供電；另一個為變頻變壓變流器（VVVF），向水泵、油泵、蓄電池充電機等設備供電。

控制系統

HXD2B型電力機車採用了阿爾斯通公司開發的「Agate」微機網絡控制系統，機車控制系統（TCMS）由6個牽引控制單元（TCU）、2個主處理機單元、4個輔助變流器控制單元（ACU）和制動控制單元（BCU）和4個司機操縱顯示單元（DDU）構成。該系統是基於WorldFIP網絡通信匯流排，網絡架構分為FIP車輛網絡（FIPV）和FIP列車網絡（FIPT）兩級，其中FIPV負責每節機車內部各設備的信息交換，而FIPT用於兩台重聯機車之間的通信；控制系統具有全面的機車控制、監測、傳輸、故障診斷、顯示和存儲功能。

轉向架

機車走行部為兩台完全相同的三軸轉向架，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。