韶山8型电力机车

背景

1989年，中華人民共和國鐵道部、中國鐵道科學研究院和廣州鐵路局組成的聯合專家組，對廣深線旅客列車最高速度提高到160公里/小時進行了前期可行性研究。1990年，鐵道部發布《鐵計【1990】1號文》，正式將「廣深鐵路實現旅客列車最高速度160km/h的技術方案研究」列入1990年鐵道部科學技術發展項目。同年，鐵道部以《鐵科技函【1990】474號文》下達了《廣深線准高速鐵路科研攻關及試驗計劃的通知》，至此，廣深鐵路准高速機車車輛、線路工程、信號系統、速度分級控制及安全評估試驗等15重點技術攻關研究計劃開始全面執行，並將韶山8型准高速電力機車以及東風11型准高速柴油機車、25Z型准高速雙層客車、25Z型准高速客車、准高速旅客列車速度分級控制、旅客列車行動電話系統，准高速鐵路架空電纜及受流技術等專題列入「八五」國家科技攻關計劃。
1991年，鐵道部以《鐵科技函【1991】98號》文件下達「關於廣深線准高速SS8型電力機車設計任務書的要求」，由株洲電力機車廠與株洲電力機車研究所共同設計，新型准高速電力機車定型為韶山8型電力機車，車型代號SS8。後根據廣深鐵路的實際要求，於1993年在韶山8型機車技術設計審查會上對設計任務書的細節進行了修正。1993年9月底，根據「客運電力機車轉向架研討會」的要求，經再次修正確定設計指標，機車功率從3200千瓦提高到3600千瓦。

研製

根據鐵道部下達的設計任務書要求，株洲所和株機廠於1993年10月至1994年6月，先後完成了機車總體、轉向架、電器、空氣管路系統、牽引電機等方面的設計工作；1994年7月開始試製，1995年2月首兩台韶山8型機車樣車（SS8 0001、0002）竣工，1995年5月赴廣鐵集團韶關機務段考核運行，1995年8月正式投入牽引旅客列車。兩台樣車以韶山5型電力機車作為原型基礎，採用Bo-Bo軸式以及應用有補償繞組六極串勵直流（脈流）牽引電動機，電機功率為800千瓦，機車持續功率3,200千瓦。1996年4月至5月，株機所及株機廠按照設計要求，設計新的900千瓦牽引電機和輪對空心軸轉向架，並對0001、0002號兩台機車進行重大技術改造，改為採用ZD115型900千瓦脈流牽引電動機和輪對空心軸傳動結構轉向架，持續功率提升至3,600千瓦，滿足最高運營速度170公里/小時的要求。

試驗

1996年5月至10月期間，經改造後的韶山8型電力機車在鐵科院北京環行鐵道試驗基地進行了型式試驗，完成機車稱重、集電弓特性、運行阻力、動力學性能、制軔系統等方面的測試，最高試驗速度達到了187公里/小時。1996年11月，韶山8型電力機車在京廣鐵路鄭武段（鄭州—漯河—武漢）間提速試驗和動力學性能試驗時，正線最高試驗速度達到185.3公里/小時，創下當時中國鐵路既有線最高運行速度。
1997年1月5日，在鐵科院北京環行鐵道試驗基地進行中國鐵路首次時速200公里以上的高速綜合試驗，由韶山8型機車牽引南京浦鎮車輛廠研製的25Z型雙層客車，創造了最高試驗速度212.6公里/小時的記錄，創造了當時的「中國鐵路第一速」，時任鐵道部副部長傅志寰亦參與了這次試驗。1998年6月24日，SS8 0001機車於京廣鐵路許昌至小商橋區段的實驗中達到240公里/小時的速度記錄，創下了當時的「中國鐵路第一速」。其後這個紀錄雖然在1999年被DDJ1型電力動車組打破，但韶山8型電力機車仍然是中國鐵路機車中的最高速度記錄保持者，直至2016年。

生產及改進

完成一系列的試驗後，株洲電力機車廠在1996年10月至12月開始小批量生產。1997年2月，韶山8型機車通過了鐵道部科技成果鑑定。由於當時廣深鐵路電氣化提速改造工程尚未完成，因此首批35台韶山8型機車先於1997年3月交付鄭州鐵路局鄭州機務段，擔當京廣鐵路鄭武段的客運列車牽引任務。株機廠根據機車實際運用情況，對機車存在問題進行了改進，提高了機車的可靠性，並於1997年7月正式批量生產。1998年根據《鐵道部科技機函【1998】34號》文件的要求加裝了DC600V列車供電裝置，1999年進行機車雙管供風改造。
韶山8型電力機車於2001年停產，共累計生產245台。

韶山8型2000系

韶山8型機車按持續制功率3600千瓦設計，除了可以作為準高速客運機車，也容許以改變轉向架或改變傳動比，構成其它類型的機車。1997年，為了適應京廣鐵路客運提速的實際需要，同時鐵道部也要求對隴海線西段（西安—鄭州）電力機車重新選型，株洲廠在1997年8月提出韶山8B的方案（株機廠內部代號為SS8B，而鐵路迷稱之為SS8-II型），與大同電力機車廠的韶山7C型競爭。通過修改機車的齒輪傳動比，最高速度降低到150公里/小時，但機車牽引力提高了約14%，恆功率範圍向低速區偏移，以滿足通過西隴海線12‰的長大坡道的需要，在1998年中生產了韶山8型2001、2002號兩台試驗車。1998年6月26日，株機廠與鄭州鐵路局合作，在隴海鐵路鄭州至三門峽區段進行了試驗。但其試驗結果不如採用Bo-Bo-Bo軸式的韶山7C型電力機車，也使株洲廠失去了在隴海線客運提速機車選型中的訂單。而2001號和2002號機車也被重新改回原來最大速度170公里/小時的結構，並配屬北京鐵路局石家莊機務段。至2007年，這兩台機車連同另外若干台普通型SS8，以及部分舊版SS9在山西完成大修後被調撥到上海鐵路局上海機務段，是上局首次使用本型機車。

大修

本型機車大修主要由中車株機原廠保修，但亦有個別機車由中車太原機車車輛（時稱北車太原機車車輛）、中車洛陽機車有限公司，寶雞機車檢修廠（寶雞電機段）等單位負責大修（例如廣鐵廣段進港機車SS8 0173，曾在2006年前往山西進行大修），而該等機車車身上另加一個北車「CNR」牌號（後期改為安裝中車「CRRC」牌號）。而最近一次則為2015-2016年，包括SS8 2002在內的上海鐵路局SS8機車返回中車株機進行大修及翻漆車身，並於2016年2月完成。

封存及退役

由於新型交流傳動客運機車（HXD1D、HXD3D）投入服務，並負責牽引K、T及Z次列車，因此SS8的功能預期將逐漸被上述兩種幹線電力機車取代，並將陸續退役，部分機車更在未除籍的情況下被封存於解體線，又或降級牽引普通旅客列車及行包貨運列車，以至權充貨運機車。而首輛被除籍的是鄭州局集團的0012號機車，於2017年12月除籍，此前已長期處於停用狀態，並於同月19日將0006、0010、0013、0014、0018、0022、0023、0026、0028、0037十輛機車除籍。及後，鄭州局集團亦已於同年7月17日至8月21日，於鄭州機務段鄭州北運用車間內將已除籍的0006、0026、0014、0023、0028、0037六輛機車解體，充當廢鐵處理。而上海局集團亦於2018年尾將0046、0047、0058、0059及0082五輛機車除籍，並於同年12月30日將0046及0047由東風7G型柴油機車甲種運送至金山鐵路金山衛西站解體線等待拆解（及後，其中一輛在2019年初解體；而上海局於翌年3月以招標方式將上述機車的廢鋼出售予回收業者）。南昌局集團亦在2019年1月尾招標，將已除籍的0050、0054、0055、0109、0111、0115、0116及0117八輛機車的廢鋼出售予回收業者，並已於2月9日開標。
此外，由於廣州局集團廣州機務段及北京局集團邯鄲機務段在2018年中分別接收大批HXD1D及HXD3C新款機車，上述機務段已於同期將部分SS8送往下轄的其他運用車間，以「儲備機車」名義封存但未除籍。

總體布置

韶山8型電力機車是在韶山5型電力機車基礎上研製的四軸准高速幹線客運電力機車。機車車體採用框架式整體承載全鋼焊接結構，車體蒙皮結構使用耐候鋼，並使用了有限元分析法進行車體輕量化設計，韶山8型機車的車體重量從韶山5型機車的20.7噸減少到18.1噸。總體布置沿用「韶山」系列電力機車傳統的雙側走廊、兩端司機室，全車共分七個間隔室，中間為變壓器室、然後向兩側依次為l、II端電氣室，I、II端機械室，I、II端司機室。主要電器設備以機車最重設備主變壓器為中央，其他設備分平面斜對稱布置為主，有利於重量平衡。
兩端司機室之後車頂各安裝一台TSG3 630/25型（已全數更換為DSA-200型）高速集電弓（原型車早期採用西門子8WLO126-6YH59型集電弓）（通常會使用與行走方向相反的集電弓，但亦有例外），其他車頂設備包括空氣斷路器、高壓電流互感器、高壓電感互感器、避雷器等。車體底架下安裝有兩台轉向架、兩個總風缸、空氣乾燥器及蓄電池箱。機車採用車體自然通風方式，冷風通過機車側牆過濾器百葉窗進入車內，經四個風道系統對牽引電動機、變壓器及矽整流機組進行冷卻。制軔系統採用DK-1型電控空氣制軔機，由機車電空制軔機對列車電空制軔系統直接控制，以保證列車制軔時的平穩性。機車持續功率3600千瓦，最高運用速度170公里/小時，機車總重88噸，軸重22噸。
為減少機車高速運行時的空氣阻力，韶山8型機車頭型經風洞模擬試驗，司機室正面為傾斜角達26.15°的傾斜平面。首130台韶山8型電力機車駕駛室擋風玻璃面積較大，使用厚度12毫米的玻璃。但由於多次發生機車高速行駛途中玻璃被異物擊中爆裂，因此由0131號機車開始，兩端車窗面積改小以減少受壓面積，同時採用了更高強度、厚度達21毫米的玻璃，減低機車在高速行駛期間發生玻璃碎裂的機會，頂燈也作出一些改動以減少風阻。到後來早期出廠的大車窗機車也在廠修期間被改為小車窗。另外，上述後期生產機車（包括進入東鐵線的十輛），其小車窗設計為長方型，而非早期130輛改裝車窗機車的平行四邊型。
順帶一提，以往所有本型機車近車頭位置，均漆上中易宋體或仿宋體（北京鐵路局適用）「電化區段 嚴禁攀頂」或「電化區段 禁止攀頂」（有掛牌機車使用斜體中易楷體）警告字眼；目前所有機車均改為統一漆上中易黑體或中易宋體「電化區段 嚴禁攀登」字樣（除SS8 0192最近一次上漆時，並非使用中易黑體），與和諧系列交流電機車（不包括採用中易隸書警告字眼的太原鐵路局）看齊。另外，各鐵路局本型機車所用車號、配屬局字體亦有所不同。

主電路

韶山8型電力機車是交—直流電傳動的單相工頻交流電力機車。架空電纜導線上的25千伏工頻單相交流電電流，經集電弓經過主斷路器進入機車後，輸入主變壓器經牽引繞組降壓後，由閘流體相控整流電路轉換成直流電，供給六台分兩組並聯的牽引電動機，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。機車安裝一台TBQ9-5816/25型主變壓器，該型變壓器採用一體化結構，與平波電抗器、限流電抗器合併安裝並共用冷卻系統，冷卻方式為強迫油循環導向風冷冷卻。
機車主電路設計借鑑了6K型電力機車，採用由大功率閘流體和二極體組成的不等分三段半控橋式相控整流電路，而非韶山5型機車的兩段串聯（一段半控橋和一段全控橋）相控整流電路，並取消了原來的功率因數補償裝置。在引進8K型電力機車的同時，株洲電力機車研究所也從美國西屋電氣公司引進大功率半導體製造技術，被應用於韶山8型機車的閘流體元件。為擴大機車恆功速度範圍，機車可採用閘流體分路進行無級磁場削弱，實現機車全過程無級調速。由於整流電路不設全控橋，因此機車的動態制軔方式由韶山5型機車的再生制軔，改為加饋電阻制軔，使機車在低速區可以保持較大的制軔力，制軔功率為2700千瓦。
每台機車裝用四台直流牽引電動機，首兩台原型車初期試驗時採用與韶山5型電力機車相同的ZD107型六極串勵直流牽引電動機，額定功率為800千瓦，採用半疊片機座技術、全H級絕緣、電機空心軸架承式懸掛。後來批量生產的韶山8型機車均採用ZD115型牽引電動機，該型電機是採用全疊片焊接機座機構、帶有補償繞組的六極串勵直流電動機，額定功率為900千瓦，絕緣等級為全H級，採用輪對空心軸三支點彈性架承式懸掛，冷卻方式為強迫風冷。

輔助電路

韶山8型機車的輔助電路採用單—三相交流電系統，使用旋轉式劈相機為輔助電路供電，將主變壓器輔助繞組供應單相交流電轉換成三相交流電，車內各種輔助設備如變壓器、整流裝置、牽引電動機、制軔電阻櫃等裝置的通風冷卻，以及空氣壓縮機的驅動均採用三相交流異步電動機，電壓制式為380伏三相交流電。

供電電路

韶山8型電力機車並設有列車供電功能，在設計時主變壓器就預留了列車供電繞組，當初期由於列車供電的條件未成熟，因此早期出廠的機車並未設有供電設備，車頭下方的供電插座亦被封閉。至1998年，株洲電力機車廠成功研製了DC600V列車供電系統，並首次安裝在韶山8型電力機車上及投入運用。每台機車裝備了二套完全獨立的列車供電系統，由主變壓器供電繞組提供870伏單相交流電，經整流後輸出電壓600伏直流電，功率為2×400千瓦，採用機車集中整流、客車分散逆變的供電方式，向旅客列車提供空調、取暖、茶爐（熱水機）、照明等供電電源，使列車無需加掛發電車。
首列採用DC600V直供電的25K型客車自1998年10月1日起在北京西—武昌的T79/80次列車上使用，由鄭州機務段的韶山8型電力機車擔當牽引及供電任務，是中國鐵路採用DC600V機車直供電的首次試驗。自2005年開始，隨著機車直供電技術成熟，配套的DC600V直供電25G型客車、25T型客車的快速普及，早期生產的韶山8型機車也加裝了供電系統，至今所有韶山8型機車都配有客車供電裝置。

控制系統

韶山8型電力機車採用微機控制系統取代了韶山5型機車的電子模擬控制。微機控制系統架構模仿自進口的8K、6K型機車，並根據韶山4型0038號機車的使用經驗進行改進，系統由一個微機控制櫃，和裝在司機室操縱台上的顯示器及顯示控制箱組成。控制系統具有恆流准恆速牽引特性控制、制軔系統的恆制軔力控制、防空轉及防滑行控制、磁場削弱控制、空電聯合制軔控制、列車供電控制、故障診斷與故障記錄等功能。
韶山8型機車在出廠時均使用電磁式繼電器等作為控制裝置，機車在進行大修時均會改用分布式邏輯控制單元（LCU）作為控制裝置，將高低壓電氣櫃、列車供電櫃內的有觸點繼電器改為無觸點電路，消除了傳統電磁式繼電器容易老化和故障的缺點，提高了機車可靠性。韶山8型0010號機車是首台大修安裝LCU的車。
在指定十輛進入東鐵線的機車駕駛室內，右方的LCU屏幕上方，亦加裝了一個用來操作自動列車警報裝置的小屏幕，而車底亦裝有該系統所需的感磁器。

轉向架

機車走行部為兩台相同的架懸式二軸轉向架。構架採用「日」字形箱形梁焊接結構，軸箱採用彈性雙拉杆式定位。一系懸掛裝置由螺旋圓彈簧、橡膠墊和垂向油壓減振器組成；二系懸掛裝置採用高柔圓彈簧及橡膠墊，車體與轉向架之間並裝有垂向減振器、橫向減振器和抗蛇行減振器。牽引力和制軔力通過轉向架與車體底架間的低位中間推挽式拉杆牽引機構傳遞。基礎制軔裝置採用單元式單側雙閘瓦制軔器；每台轉向架上設有一個仿8K型機車的停車蓄能制軔裝置。
首兩台原型車最初仍然沿用與韶山5型電力機車相同的轉向架，採用電機空心軸全懸掛驅動裝置，其齒輪箱的大部分仍屬簧下重量，加上輪徑較大達1250毫米，這兩個因素使機車的簧下重量稍大，但由於軸重較輕，因而仍然能滿足在160公里/小時運行速度下的輪軌相互作用力指標。經改造後定型及批量生產的韶山8型機車，改為採用輪對空心軸六連杆彈性傳動裝置、單側直齒六連杆萬向節傳動。牽引電動機的一端懸掛在轉向架的構架上，另一端固定在輪對的空心軸套上，齒輪箱屬於簧上重量，簧下重量僅為3噸，改善了機車的動力學性能。

集電弓與直通車/港鐵完全電氣化

韶山8型機車在出廠時均使用TSG3 630/25型單臂集電弓（阿爾斯通技術仿製品），使用粉末冶金滑板及直線形狀弓頭。隨著廣深鐵路於1998年完成電氣化工程，廣深鐵路股份有限公司也從廣州中車租用五輛韶山8型機車（SS8-0063至SS8-0067；該等機車已於2000年5月31日由廣深鐵路買斷，及後產權收歸廣鐵集團，目前已封存但未除籍），配屬深圳機務段，並開始安排韶山8型機車牽引廣九直通車進入香港。由於TSG3型集電弓的設計標準、滑板材質等方面，與香港九廣鐵路公司的九廣東鐵（現港鐵東鐵綫）使用的歐洲標準不同，因此需要進行改造，包括使用曲線形狀弓頭及碳質材料滑板，其中碳滑板為Ktt Re465機車使用的崇德公司（Schunk）制產品，並由九鐵公司為廣深公司免費提供。首台改造集電弓於1999年3月裝車測試。 改裝後韶山8型機車曾於1999年至2002年及2004年用於牽引直通車，但九鐵方面當時認為TSG3型集電弓即使更換了滑板和弓頭，對其架空電纜的損耗仍然較大。另外，部分使用類似設計集電弓的國鐵機車（如北京鐵路局轄下的DJ1型電力機車），在2004年2月被揭發陸續出現集電弓扭曲、斷裂的情況。因此經過雙方協商後，廣九直通車停止使用韶山8型電力機車，恢復使用東風11型柴油機車牽引。
2000年初，德國斯特曼公司（STEMMANN-TECHNIK）與大同電力機車廠開始進行DSA系列集電弓的合作，由德國引進DSA150、200、250系列集電弓技術、裝車運行考驗和生產技術準備，2002年11月雙方正式達成DSA系列集電弓技術引進的協議。經過國產化的DSA150、DSA200型集電弓採用歐洲標準，具有吸收高頻振動的空氣彈簧及純碳滑板，首先於DJ1型（首四台）及韶山7C型電力機車裝車運用，並於2005年起開始在韶山8型電力機車推廣運用，替換舊有的TSG3型集電弓。
由於DSA系列集電弓能夠符合香港東鐵綫的技術要求，韶山8型電力機車也再次獲批准進入香港。2008年1月起，為配合京九直通車、滬九直通車改用DC600V直供電25T型客車，兩對列車開始改用韶山8型機車負責牽引廣州東站—九龍（紅磡）站區段。2008年1月3日，時隔多年之後再次進港的第一台電力機車為SS8 0191，當日牽引滬九直通車。至2009年5月14日，韶山8型機車開始牽引廣九直通車其中16個車次。從2012年12月23日起，所有直通車介乎廣州東站至九龍（紅磡）站區段全部由韶山8型機車牽引。自此，所有在港鐵系統內行駛的載客列車（包括直通車），一律以電力驅動。其中，SS8 0191擔當完全電氣化後首列廣九直通車牽引機車，並將最後一列25Z型客車車底（曾於何東樓北廠過夜）以有載客方式回送至廣州。
截至2012年12月，牽引直通車進入香港的韶山8型電力機車計有：SS8-0141、SS8-0148、SS8-0156、SS8-0163、SS8-0166、SS8-0173、SS8-0181、SS8-0186、SS8-0191、SS8-0192，共10部韶山8型電力機車，全部於2000年生產。
廣州機務段實行輪乘制，機車運用並不固定，但在運營廣州東至紅磡的直通車路段時（包括在Re465於廣深鐵路上機破時擔當補機），只會使用上述十輛已安裝自動列車警報裝置的機車；而該等機車若在當日並無牽引城際直通車，亦只會用於往返廣州車輛段與深圳站間的普速車底回送。在一般的直通車班次，通常只會安排一輛本型機車牽引；而在接載港區人大政協委員及中港高官往返北京的專列、惡劣天氣（一般是黃色或以上暴雨警告）或緊急情況下(例如原有牽引列車的機頭出現故障），才會安排雙機重聯（由兩輛本型機車牽引）。另外，本型機車在東鐵線上行駛時，會有一名穿上反光衣的港鐵監察員於羅湖站或紅磡站月台長室登車帶道。

主要故障

主電路瞬間接地，是韶山8型機車較常出現的問題之一，其原因為位於機車下方的牽引電動機常受風雨侵蝕，及清潔電刷等日常工作做得不足而導致的。