和谐3C型电力机车

**和諧 3C 型電力機車**（HXD3C）是中國鐵路的電力機車車型之一，由中國北車集團大連機車車輛有限公司開發研製，是在 HXD3 型電力機車設計製造技術平台的基礎上，借鑑了 HXD3B 型電力機車的成熟技術，開發研製而成的大功率交流傳動幹線客貨運通用電力機車，持續功率為 7200 kW，最高運行速度為 120 km/h ，具有 600 V 直流電列車供電系統和雙管供風裝置。

## 發展歷史

### 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，中國北車集團大連機車車輛廠與日本東芝公司合作，引進了 HXD3 型 7200 kW 交流傳動電力機車；2007 年，大連機輛公司又與加拿大龐巴迪公司合作，研製了 HXD3B 型 9600 kW 交流傳動電力機車。通過技術引進，大連機輛公司掌握了機車總成、車體、轉向架、主變壓器、牽引變流器、網絡控制系統、牽引電動機、驅動裝置和制軔系統九大核心技術。

### 研製

隨著中國鐵路大規模普及採用 600 V 直流電供電制式的 25G 型直供電客車，為緩解普速客運機車運用緊張局面，中國鐵道部於 2009 年向大連機車車輛公司下達了六軸 7200 kW 交流傳動客貨運通用電力機車的研製任務。新機車被定型為 HXD3C 型，其中「HX」是「和諧」的漢語拼音首字母縮寫、「D」代表電力機車、「3」代表大連機輛公司的生產廠商代號，通稱為「和諧」3C 型電力機車。

HXD3C 型電力機車是在 HXD3 型電力機車設計製造技術平台的基礎上，借鑑了 HXD3B 型電力機車的成熟技術，開發研製而成的交流傳動客貨運通用電力機車。機車牽引系統採用交 — 直 — 交流電傳動、水冷 IGBT 牽引逆變器、變頻異步牽引電動機、分布式網絡控制系統，單軸功率 1200 kW，額定總功率為 7200 kW，最高運行速度為 120 km/h ；為滿足牽引直供電旅客列車的需要，HXD3C 型電力機車採用了增加供電繞組的主變壓器，並設置了列車供電櫃、供電插座、客貨轉換開關、雙管供風裝置等，使機車具有向旅客列車提供風源及 600 V 直流電電源的功能。

2010 年 6 月，鐵道部向大連機輛公司採購 390 台 7200 kW 電力機車，總值 58.5 億元人民幣；其中 200 台為 HXD3C 型電力機車，後追加 150 台共計 350 台。2010 年 6 月 30 日，大連機輛公司完成首台 HXD3C 型電力機車的組裝生產和座輪工序。2010 年 7 月初，首兩台 HXD3C 型機車在大連相繼下線，其中 0001 號機車採用 23 t 軸重，0002 號機車採用 25 t 軸重（試驗結束後恢復 23 t 軸重）；機車完成廠內調試和列車供電試驗後，於 7 月 24 日在瀋大鐵路進行了首次試運行。2010 年 8 月初至 10 月底，兩台機車在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 9 月，HXD3C 型電力機車開始投入批量生產，同年 10 月開始率先配屬於瀋陽鐵路局蘇家屯機務段、武漢鐵路局江岸機務段、濟南鐵路局濟南機務段、上海鐵路局南京東機務段、南昌鐵路局向塘機務段、鄭州鐵路局鄭州機務段，此後成都鐵路局重慶機務段、廣州鐵路集團株洲機務段、南寧鐵路局柳州機務段等也相繼配屬；至 2010 年底已有 200 台機車交付使用。2011 年 9 月，鐵道部再次向大連機輛公司採購 100 台 HXD3C 型機車，後另外追加 30 台。2012 年 4 月，大連機輛公司又再獲得 230 台 HXD3C 型電力機車的訂單，並要求於同年 9 月底前交付完畢。截至 2012 年 6 月，HXD3C 型電力機車已經配屬到 10 個鐵路局，共 17 個機務段使用，在京哈、京滬、京九、京廣、隴海、滬昆、襄渝、宜萬、焦柳、南昆、湘桂等幾乎中國國內所有主要鐵路幹線擔當直供電客運列車的牽引任務。

2012 年，北京二七軌道交通裝備製造了首批 15 台不帶列車供電設備的 HXD3C 型電力機車（6001～6015）並配屬濟南鐵路局濟南西機務段；2013 年，又製造了第二批 10 台不帶列車供電設備的 HXD3C 型電力機車（6016～6025）並配屬鄭州鐵路局新鄉機務段（其中 6021～6023 已經轉配到哈爾濱鐵路局牡丹江機務段）。2014 年 1 月，為了便於區分帶有列車供電的客運型和不帶列車供電的貨運型機車，無列車供電的貨運型機車車號前增加字母「A」，所以該批機車坊間又被稱為 **HXD3CA 型電力機車**。同月，大連機車車輛有限公司與大同地方鐵路公司簽訂了約 3.26 億元人民幣的 HXD3C 型電力機車銷售合約，其中 5 台機車是帶列車供電設備的客運型機車（7001～7005），其餘 15 台機車是不帶列車供電設備的貨運型機車（7501～7515），並有償配屬太原鐵路局太原機務段，擔當韓原鐵路的客貨運任務。2014 年 2 月，大連機車車輛有限公司生產的 50 台 HXD3CA 型電力機車（8001～8050）配屬鄭州鐵路局新鄉機務段。2020 年 9 月，焦柳鐵路懷化 - 柳州電氣化改造完成，由大連機車車輛有限公司生產的 HXD3CA 型電力機車開始配屬南寧鐵路局集團公司柳州機務段，替換原先使用的 DF8B 型內燃機車。2021 年夏季開始，因機車數量緊張，配屬柳州機務段的 HXD3CA 機車開始在湘桂線柳州南 - 南寧南間（邕寧 - 南寧南間經由南環線）牽引貨物列車。

## 技術特點

### 總體布置

HXD3C 型電力機車是六軸大功率幹線客貨運通用電力機車，車體採用框架式整體承載結構及模組化設計，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；車內設備布置以兩側屏櫃化、平面斜對稱布置，並設寬 620 mm 的中央通道，通道左右兩側設有主變流裝置、通風機、空氣壓縮機等設備，車上並為司機提供了冰箱、微波爐、衛生間等生活設施。每台機車車頂設有兩台 DSA-200 型單臂式集電弓和避雷器，而真空斷路器、接地開關、高壓隔離開關、高壓電壓互感器、高壓電流傳感器等高壓電器集成在機械間內的高壓櫃中，提高機車雨霧等天氣抗污閃能力；在中央頂蓋上設有檢修升降口，由此上車頂進行檢修和維修作業。牽引變壓器採用臥式懸掛結構，吊裝於車底中部。

機車冷卻系統主要包括主變壓器系統冷卻、主變流裝置系統冷卻、牽引電動機冷卻、輔助電源裝置冷卻、空氣壓縮機的冷卻及包括衛生間通風及車內換氣等，機車採用車體獨立通風方式，從側牆上部進風百葉窗吸入冷風，通過獨立冷卻風道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 7200 kW，向列車供電時為 6400 kW；機車標準軸重為 23 t ，並可以通過增加壓鐵提高到 25 t 。空氣制軔系統採用克諾爾公司的「CCB II」微機控制電空制軔系統；機車單機以 120 km/h 的速度在平直道上施行緊急空氣制軔時，最大制軔距離小於 800 米（23 t 軸重）或 900 米（25 t 軸重）。

### 電氣系統

#### 主電路

HXD3C 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 套完全獨立而又相同的牽引變流單元，分別安裝在 2 個牽引變流櫃內，分別為 2 台轉向架上的 6 台牽引電動機供電。

接觸網導線上的 25 kV 工頻單相交流電電流，經集電弓、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 2800 V 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。如果其中一組牽引變流單元發生故障，機車可自動切除故障單元，其餘單元仍正常工作，機車仍可保持六分之五的牽引動力。

機車主變壓器為一體化多繞組（全去耦）變壓器，具有高阻抗、重量輕等特點，並增設了列車供電繞組，變壓器採用下懸式安裝、強迫導向油循環風冷卻。每台機車裝有兩台牽引變流櫃，每台牽引變流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 V。主變流器採用亞乙基二醇純水溶液作為冷卻液。

HXD3C 型機車採用 YJ85A1 型牽引電動機，其為四極鼠籠式三相異步牽引電動機，採用全疊片結構，額定功率為 1250 kW，額定電壓為 2150 V，冷卻方式為強迫通風，採用矢量控制方式實現電動機的轉矩控制。

#### 供電電路

HXD3C 型電力機車裝載了兩台由株洲南車時代電氣股份有限公司開發的 TGF60 型列車供電櫃，由主變壓器的列車供電繞組供電，通過相控整流電路整流為 600 V 直流電，可向列車提供空調、採暖、照明等電源，額定輸出功率為 2×400 kW。當其中一組機組發生故障時，另一台機組可繼續正常供電。在 HXD3CA 型電力機車中，並無安裝本型裝置，但車頭仍有一個以金屬板封閉的列車供電插座空位。而烏茲別克使用的 HXD3C 機車，列車供電輸出電壓為 3000 V，容量 810 kVA。

#### 輔助電路

HXD3C 型機車設有兩個 IGBT 輔助變流器（APU），輔助供電電路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），為機車輔助電動機供電；另一個為變頻變壓變流器（VVVF），向兩台複合冷卻器風機和六台牽引通風機電動機等設備供電。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。

### 控制系統

HXD3C 型電力機車採用東芝公司製機車控制監視系統（TCMS），該網絡控制系統以日本成熟的列車通信網絡技術為基礎，結合國際標準的列車通信網絡（TCN）開發研製而成。網絡控制系統為分布式計算機體系，按功能可劃分為列車控制級、車輛控制級和傳動控制級。機車控制系統以 TCMS 為核心，採用 32 位元微處理器，分別與顯示單元、主變流器、輔變流器通過 RS-485 串行匯流排進行通信，機車與機車之間的重聯通信採用半雙工匯流排式 10Mbps 乙太網進行傳輸。TCMS 具有機車順序邏輯綜合控制、機車牽引力和制軔力控制、機車空電聯合制軔控制、機車主輔電路保護控制、機車防空轉防滑行保護控制、機車重聯控制、列車供電控制、機車軸重轉移補償控制、機車定速控制、系統實時監測診斷、故障信息記錄和顯示等眾多功能。系統採用冗餘設計，設有兩套控制環節，一套為主控制環節（Master），一套為熱備控制環節（Slave）。而烏茲別克使用的 HXD3C 機車，則採用俄羅斯標準機車控制系統（非東芝產品），並採用 MTZ 公司製 E.331 型制軔系統。

### 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，輪對軸箱採用單拉杆定位，車輪為德國進口整體輾鋼車輪。一系懸掛採用螺旋彈簧及橡膠墊，配合軸箱拉杆及垂向油壓減震器；二系懸掛為高圓螺旋彈簧，配合垂向油壓減震器和抗蛇行油壓減振器。牽引力或制軔力通過低位推挽式水平牽引拉杆傳遞。驅動裝置由德國福伊特公司設計、大連機車車輛公司實現國產化生產，驅動裝置主要包括鑄造齒輪箱、抱軸箱體、主從動齒輪等部件，牽引電動機採用滾動軸承抱軸式半懸掛、單邊單級剛性斜齒輪傳動。基礎制軔裝置為輪盤制軔，車輪安裝有克諾爾公司的鑄鐵摩擦盤，每個車輪安裝一套獨立的單元制軔器，其中每個轉向架有兩套單元制軔器具有彈簧停車儲能停放制軔功能。轉向架並設有輪緣潤滑裝置和踏面清掃裝置。

## 海外出口

###  烏茲別克

2011 年，烏茲別克斯坦鐵路的運營方 —— 烏茲別克國鐵（UTY）向北車大連機車車輛訂購 11 輛 HXD3C 型機車，此為大連機車車輛首次出口電力機車。該款機車另外命名為 O'ZEL 型電力機車，首批 3 輛機車於 2013 年 8 月 23 日投用，其餘機車亦已分兩次完成配屬，機車軌距改為俄制 1,520 mm，增強抗凍性能及改用獨立國協 GOST 設計標準，部分硬體改用俄製產品；之後 UTY 再訂購次批 11 輛同款機車，亦於 2013~2014 年交付。O'ZEL 型另有改進型 O'ZELR 型，於 2015 年 7 月簽訂合約，2015～2016 年間交付。

###  寮國

**老中鐵路機車**（寮語：ຫົວຈັກລົດໄຟລາວ-ຈີນ；LCR HXD3CA）。2021 年初，中國國家鐵路集團投資的寮國磨萬鐵路，向中車大連機車車輛訂購 17 輛 HXD3CA 型機車，以及 2 輛具列車供電功能的 HXD3C。所有機車於同年 9 月 21 日至 10 月底，逐步以甲種運送方式送抵寮國首都萬象，並交付給運營方：老中鐵路有限公司。該等機車的外觀、編號系統與現中國國鐵的同款機車並無二致，僅路徽及配屬局段文字有所不同。

## 問題

有火車機車乘務員發表論文指：HXD3C 型機車是在 2009 年機車直供 DC600V25G 型客車大面積生產應用的背景下應急設計的電力機車，由於時間倉促直接採用了 HXD3B 型電力機車的車體和 HXD3 型電力機車的內部系統元件和轉向架，再添加了 DC600V 機車直接供電設備而設計完成的。而 HXD3 型機車和 HXD3B 型機車都是貨運型機車，再加上 HXD3C 型機車調級手柄只有 7 級（而一般客運機車需具有 8 級波段）以及牽引功率大等原因，因此牽引旅客列車啟動、制軔和調速時容易產生過大的衝動，具體表現為突然的頓挫感和較大的震動，對旅客的乘車舒適性有較大影響，特別是影響夜間旅客的休息，在特殊情況下可能導致乘客因打翻開水、摔倒而受傷。

不過亦有機務相關業內人士對於上述說法進行反駁，認為 7 級提速並不是導致機車衝動的根本原因。根本原因在於司機的操作習慣，以及是否遵守操作規程。該人士舉例，部分韶山型機車採用的是無級調速直接由功率手柄進行控制，但是在運行過程也沒有出現抖動現象。而且，操作 HXD3C 的司機很多都是從和諧 1B、和諧 3B 等大功率貨運機車的司乘人員中抽調而來，很多時候在操作客機的時候仍保留貨機的習慣（比如急推功率手柄進行加速以及調速器調整過快等），卻忽視客機和貨機之間的差距，導致運行不平穩。

## 重大事故

* 2014 年 1 月 13 日，配屬南寧鐵路局柳州機務段 HXD3C 型 0860 號機車，擔當運行於衡柳鐵路的 K150 次列車牽引任務，HXD3C 型 0880 號機車附掛機次無火回送。附掛機車在柳州站第一次無火回送操作完成後，錯誤將停放制軔控制塞門 B40.06 再次開通、隔離操作，但沒有再次下車將 1、5 輪停放制軔環拉出，機械緩解停放制軔。造成 6 時 57 分柳州站開車後機車第 1、5 輪抱輪運行。8 時 39 分列車以 114km/h 的速度運行至二塘站 II 道進站道岔處時，附掛司機聽見走行部異音，機車上下劇烈跳動，立即採取緊急制軔措施。8 時 41 分停於二塘站 II 道 354km636m 處，附掛的 HXD3C 型 0880 號機車第三輪對脫線，構成旅客列車一般 A 類事故。
* 2018 年 3 月 5 日，配屬廣州局集團廣州機務段的 HXD3C 型 0446 號機車牽引岳陽 - 深圳 K6611 次旅客列車在深圳平湖一帶機破著火，導致廣深鐵路 III 線（深圳方向）一度停運。機車經滅火後解掛，由調機拖至筍崗車輛段。

## 機車命名

* 2018 年 5 月 1 日，哈爾濱局集團齊齊哈爾機務段的 HXD3CA 型 8161 號機車被命名為「黃繼光號」。「黃繼光號」機車自 1956 年誕生以來，先後經歷了解放型 1008 號蒸汽機車、建設型 5743 號蒸汽機車、前進型 1820 號蒸汽機車、東風 4B 型 1220 號內燃機車、東風 8B 型 0177 號內燃機車、和諧 5 型 0001 號內燃機車共計六次換型。該車車身改漆中易隸書「黃繼光號」字樣，並於路徽前蓋上共青團旗牌號及鍍金車名。
* 2018 年 6 月 14 日，哈爾濱局集團哈爾濱機務段的 HXD3CA 型 8200 號機車被命名為「鐵牛號」，為「鐵牛號」第四次換型。

## 參見

* HXD3 型電力機車
* HXD3B 型電力機車
* HXD3D 型電力機車

## 參考文獻

## 外部連結

* （簡體中文）中國北車集團大連機車車輛有限公司 HXD3C 參數資料（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）