中国电力机车的研制与发展万芳

中国电力机车的研制与发展

摘 要 该文根据大量资料和调查，叙述了中国电力机车的研制与发展过程： 早期的引进和仿制发展到批量生产第一代和第二代电力机车；引进并采用大量先进技术，研制成功多种先进的第三代电力机车；自主研制成功交流传动的第四代电力机车。

关键词 中国，电力机车

在铁路牵引动力中，电力机车具有其他机车无可比拟的优势。中国从本世纪30年代开始引进电力机车。1958年，中国研制出第一台电力机车。1961年，中国第一条电气化铁路宝凤线（宝成铁路宝鸡至凤州段，93km）建成通车。到1978年，中国铁路电气化里程达到1033km，电力机车保有量210台左右。经过20多年的初创阶段，到1980年初，中国铁路电气化和电力机车技术得到了迅速发展，到1988年中国铁路电气化里程达5737正线km，电力机车保有量1224台，完成运量的13．4％。据统计，到1997年末，中国电气化铁路已经达到11637．7正线km（不含香港34km和台湾498km）[1] ，电力机车保有量2870台，完成运量的27％左右。

1 电力机车的引进与早期研制

本世纪30年代，在中国东北的煤矿和部分工厂里已开始使用电力机车[2，3] 。这些机车大都是从日本购进的。 1956年，中国制定的向科学进军的12年规划中，提出了铁路牵引动力要迅速地、有步骤地由蒸汽机车转移到电力机车和内燃机车上[4]。 1957年，中国组织第一机械工业部、铁道部以及有关高校的专家、学者、教授研讨“我国电气化铁路采用的电流电压制式”，确立了采用国际上先进的单相工频25kV电压制式，这是中国电力机车研制设计的第一个基本技术规范，沿用至今。同年，中国正式向前苏联提出为中国提供电气化铁路技术资料的要求，并列入签订的《中苏技术合作协定》。 1957年，中国组织了一个由第一机械工业部、铁道部以及高校有关专家学者组成的电力机车考察团，于1958年初赴前苏联考察[5] 。考察团用半年时间，在前苏联专家帮助下，以当时前苏联新设计试制成功的H60型铁路干线交直流传动电力机车样机为基础，结合中国铁路规范，选用单相交流工频25kV电压制，作出了机车的设计方案。考察团回国后，组成电力机车设计处，在前苏联专家帮助下，进行了全面设计。1958年底，湘潭电机厂在株州电力机车工厂（下称株州工厂）等厂所协助下，试制出了中国第一台电力机车，即6Y1型干线电力机车。6Y1小时功率3900kw，最高速度100km／h， 6轴。机车经环形铁道运行试验，由于作为主整流器的引燃管不能正常工作返厂整修。 1959年起，株州工厂和株州电力机车研究所（下称株洲所）等厂所联合对6Y1机车进行了多次试验，做了很多改进，到1962年共试制5台机车，并在宝凤线上试运行。但是由于引燃管、牵引电机、调压开关等仍存在问题，6Y1型未能批量生产。 1961年，中国第一条电气化铁路宝鸡到凤州线建成，由于6Y1型机车性能不过关，国家从法国阿尔斯通公司进口了部分6Y2型电力机车，其功率（指持续功率）4740kw，最高速度101km／h， 6轴。

2 国产第一代电力机车

1962年以后，针对6Y1出现的问题，借鉴法国6Y2型机车技术，株洲工厂和株洲所先后又进行了30余项重大改进，采用了大功率半导体硅整流管代替引燃管，采用700kw的4级高压脉流牵引电动机代替650kw的6极高压牵引电动机等等。1966年试制出第7台6Y1型机车和改进后的第4台6Y1型机车。 1968年，在总结试制和运行经验的基础上，设计试制成功第8台6Y1型机车，主要改进有采用大功率半导体硅整流，采用20触头组调压开关，使用700kW有补偿绕组的4级高压脉流牵引电动机，加装电阻制动等。小时功率提高到4200kw，速度90km／h。该机车跳出了仿H60型的框框，成为全新机车，改名为韶山1（SS1）型电力机车。同年，株州厂开始小批生产。 以后，一直到1978年，SS1机车又经过三次重大技术改进，包括：用大功率半导体机组代替过渡电抗器，提高电阻制动功率，改用110v控制电压，改进转向架弹簧悬挂系统等。SS1图纸改进设计完毕，正式定型批量生产。到1988年底停产止共生产826台。是中国第一代主型电力机车，目前在铁路运输上还发挥着重要作用。 株洲工厂和株洲所于1966年开始韶山2（SS2）型电力机车的设计工作。在吸取了法国6Y2型大量先进技术基础上，于1969年在株洲工厂设计试制出第一台机车。其小时功率4800kw，最高速度100km／h， 6轴。采用高压侧调压开关32级调压，硅整流器整流，800kw，6级低压脉流牵引电动机，并大量采用了其他先进技术。后经两次改造，于1978年投入试运行。主要改进有采用大功率晶闸管两段半控桥相控调压，相控他励牵引电动机和电子控制等新技术。SS2虽然由于个别技术不能配套，未能批量生产，但它为SS1机车改进，以及其他型号机车、动车的设计生产积累了宝贵经验。

3 国产第二代电力机车

1977年，株洲工厂和株洲所开始设计韶山3（SS3）型电力机车。SS3是在吸收了SS1和SS2成熟经验，并在SS1基础上改进设计的，1979年在株洲工厂设计试制成功第一台机车。SS3机车小时功率4800kW，最高速度100km／h， 6轴。采用了8级加级间晶闸管相控调压，800kw、4级高压脉流牵引电动机，新结构的转向架和车 体。SS3机车综合性能优于SS1型，1989年开始大批量生产，是中国第二代干线主型机车。 1972年，中国从法国进口了部分6G型电力机车，功率5400kw，最高速度112km／h，6轴。

4 国产第三代电力机车

1983年，株洲工厂和株洲所开始设计韶山4（SS4）货运电力机车，1985年9月在株洲工厂试制成功第一台SS4型机车。SS4型功率6400kw，8轴，最高速度100km／h， 是中国功率最大的机车。该机车采用经济四段半控桥晶闸管相控平滑调压；两级电阻制动和恒速、恒励磁控制，800kw中压脉流牵引电动机，Bo转向架等先进技术。其牵引制动性能优良，粘着利用充分。由于从样机到大批量生产过程太短，初期生产的机车存在很多质量问题。经过质量攻关，以后生产的机车质量有很大提高。是货运主型电力机车。 1985年，中国从法国购买了部分8K型电力机车，其功率6400kW，最高速度100km／h， 8轴。1986年，从日本购进了部分6K型电力机车，其功率4800kW，最高速度100km／h，6轴。这两种机车是当时世界上技术最先进的相控机车。在购这两种机车的同时，引进了许多8K 和6K型机车相关的先进技术[6] 。此后还从前苏联购买了8G型电力机车，功率6400kW，最高速度100km／h， 8轴。在消化吸收了8K、6K机车技术的基础上，结合中国电力机车传统技术，中国相继研制成或改进了SS3G、SS3B、SS4G、SS4B 、SS5、SS6、SS6B 、SS7、SS8 等型电力机车，促成了中国电力机车技术的长足进步。 株洲工厂和株洲所于1987年开始设计韶山5（SS5）型客运电力机车，1990年在株洲工厂设计试制成功2台机车，功率3200kw，最高速度140km／h，4 轴。SS5采用了多项先进技术，大功率晶闸管和整流管组成的两段桥相控调压，无级磁场削弱，再生制动，功率因数补偿，空心轴中压牵引电动机，2BO转向架。 株洲工厂和株洲所设计的韶山6（SS6）型电力机车，1990年在株洲工厂试制成功第一台，功率4800kw，速度100km／h， 6轴。采用了多项先进技术，两段桥相控调压，功率补偿，加馈电阻制动，高压牵引电动机，滚动轴承抱轴半悬挂。1991年开始批量生产。 株洲所和大同机车工厂等共同设计的韶山7（SS7）型电力机车，1992年在大同机车工厂试制成功。功率4800kW，最高速度100km／h，6轴。适用于山区小曲线半径的线路。SS7采用了多项先进技术，两段桥相控调压，功率补偿，再生制动，3Bo轴式转向架，和他励全叠压片复励牵引电动机，低位斜杆牵引装置。现已批量生产。 1990年株洲工厂和株洲所对SS3机车作了重大改进，采用了很多8K和6K的先进技术，不等分三段桥晶闸管相控调压等等，设计试制成功韶山3改（SS3G）型电力机车，同时开始批量生产。 1992年，株洲工厂和株洲所对SS3机车作了重大改进，采用了8K和6K机车很多先进技术，设计试制成功韶山3B（SS3B）型电力机车。同年开始批量生产。主要改进有：采用不等分三段桥晶闸管相控调压，加馈电阻制动，低位平拉杆牵引装置。 1992年，株洲工厂和株洲所开始设计韶山6B（SS6B）型电力机车。1995年试制成功，当年投入批量生产，SS6B 是在SS6机车基础上设计制造的，功率4800kw，最高速度100km／h， 6轴。主要特点：采用了同日立公司联合设计的中电压，有补偿、半叠片结构的ZD114型串励脉流牵引电动机，滚动轴承抱轴半悬挂，低位平拉杆牵引装置，不等分三段桥相控调压，功率补偿，空转保护，加馈电阻制动。SS6B是在广泛吸收8K、6K机车先进技术的同时，在SS6基础上，全面遵循中国电力机车简统化、标准化原则设计制造的。 株洲工厂和株洲所针对SS4机车所存在的一些质量问题，作了重大改进，于1993年设计试制成功韶山4改（SS4G ）型电力机车。同年开始批量生产。SS4G比SS4 的性能、质量和可靠性有很大提高。主要改进：采用不等分三段桥相控调压，机车控制为恒流恒速特性控制，低位斜杆牵引装置，增加功率补偿，加馈电阻制动等。 1992年，株洲工厂和株洲所开始设计韶山4B（SS4B）型货运电力机车，SS4B是在SS4G基础上，大量消化吸收8K、6K和8G机车的先进技术，遵循中国电力机车标准化、系列化、简统化原则设计而成的。1995年株洲工厂试制成功2台SS4B。主要改进，应用了ZD114牵引电动机，滚动轴承抱轴半悬挂等，和SS6B 完全简统。采用微机控制，与SS8有完全简统的控制功能。在SS4G已被验证的成熟技术基础上，通过部分部件的改进使SS4B 机车的性能与可靠性有了进一步的提高。 株洲工厂和株洲所设计研制的韶山8（SS8）型客运电力机车，1994年试制成功2台，功率3200kw，最高速度170km／h，2Bo 转向架。SS8机车是SS5基础上设计制造的。重要特点：机车最高速度提高到170km／h， 采用900kW半叠片空心轴牵引电动机，不等分三段桥相控调压，微机控制的恒流准恒速特性控制，低位平杆牵引装置等。1997年1月SS8在北京中国铁道科学院环形铁道运行试验线上，创造了中国铁路史上的最速度212．6km／h ，1998年6月在武汉到郑州段试运行，最高速度达到240km／h， 已超过高速铁路标准200km／h。 1997年开始小批生产。1997年，株洲工厂和株洲所在SS8型基础上设计试制成功韶山8Ⅱ（SS8Ⅱ）型电力机车，功率提高到3600kW，最高速度170km／h， 4轴，应用了900kW全叠片串励空心轴牵引电动机。 1997年，株洲工厂和株洲所在SS8基础上设计试制成功韶山8B（SS8B）型电力机车，功率提高到3600kw，最高速度130km／h， 4轴。

5 国产第四代电力机车

交流传动机车是当今世界机车技术的发展趋势。中国铁路在交流传动机车技术方面的研究开始于70年代未。其间进行过300kw和1000kW交直交电传动地面试验系统的研究。在这两个功率等级的地面试验系统等项目获得成功的基础上，吸收国外类似交直交传动电力机车的先进技术，结合中国传统交直传动电力机车的特点，1991年株洲工厂和株洲所开始研究设计AC4000型交直交电力传动电力机车。1995年试制成功第一台机车， 功率4000kw，最高速度120km／h ，2Bo转向架[7] 。主要特点：交直交变流采用四象限变流器加PWM逆变器；1025kw异步牵引电动机，牵引性能优异，体积小，重量轻，故障率低；机车恒功率速度范围宽，能耗低，采用微机控制诊断、检测系统。这台机车目前在西南交通大学牵引动力国家重点实验室进行试验研究。 1996年中国广州至深圳铁路向瑞典租赁X2000摆式列车。1998年4月第一列列车已运抵中国。这种列车由：1节动车，6节拖车组成，功率3260kw，最高速度210KM/h。列车在广深线将以200km／h运行[8] 。该列车采用交流传动，三相交流异步牵引电动机，GTo晶闸管变流器。提高速度的关键技术：采用了径向自导向转向架技术，采用了客车主动摆式技术及先进的微处理器控制系统。 90年代初中国铁道部开始组织有关专家学者进行北京到上海高速铁路修建的论证工作。目前已处在预可研工作阶段。京沪高速铁路主要用于北京、天津、济南、南京、上海客运，预计列车速度达到300km／h 采用电气化牵引。 中国电力机车在40多年的风雨中不断发展进步，前后共经历了三个阶段，开发了四代产品，累计研制17种机车共生产2500多台。在1983年以前，中国电力机车发展缓慢，主要原因：（1）基础差。（2）中国铁路政策：重修建铁路，轻机车车辆制造。（3）中国铁路牵引动力政策是“内电并举，以发展内燃机车为主”。（4）先进技术引进少。（5）文化大革命等政治运动的干扰。 第一阶段，1956一1968年，是中国电力机车早期引进仿制。1956年，中国政府提出：要迅速地、有步骤地研制使用电力机车。1957年，开始研究设计电力机车，1958年仿制出第一台电力机车，此后经过多次改进，到1968年，6Y1型改名为SS1型，是第一代机车，开始小批生产。 第二阶段，1968一1985年，是中国电力机车艰难的成长阶段。第一代产品SS1型成批生产，自主研制成功第一代机车SS 2型，第二代机车SS3型，第三代机车SS4型。第三阶段：1984一至今，是中国电力机车迅速发展阶段。基本形成了较为完整的4．68轴货运、客运系列，1984一1988年间中国铁路投资政策倾斜机车车辆工业。1986年中国铁路牵引动力政策改为“大力发展电力牵引，合理发展内燃牵引”以及发展“重载高速”机车。此期间株洲工厂等工厂和株洲所等科研单位得以大规模改造，新增很多先进专用设备和试验检测设备，引进大量先进技术。1985年和1986年进口8K和6K机车的同时，引进了大量先进技术。经过消化吸收先进技术，结合中国电力机车实际和优秀的传统结构，先后自主研制成功第三代机车11种。同时还研制成功了第四代机车AC4000型交流传动机车，使中国电力机车研制技术水平得到了迅速提高。第二代机车和第三代多种机车成批生产。 中国电力机车发展过程有以下几个特点： （1）中国铁道部既是铁路经营主体，又是铁路修建、机车车辆制造主体，还主办铁路科研和国家有关铁路的中等高等教育。 （2）电力机车产品开发，以工厂和研究所联合开发研制为主。 （3）90年代以前开发的产品，系列化、标准化、简统化差，各型机车的主要零部件不通用，几乎一个型号一个样子，特别是牵引电动机电压不统一，有低压750v，中压1000v，高压1500v种。使设计制造、运用维修很不方便，经济效益差。1990年铁道部开始电力机车的简统化，系列化工作。诸如主电路标准化设计，整流采用两段桥或不对称三段桥，牵引电动机电压统一为1000v，机车车体采用统一结构……。目前已研制出SS8、SS6B 、SS4B 等多种产品。（4）中国电力机车研制历程是仿制－独立自主设计制造－消化吸收引进技术自主设计制造。 查阅：已获批28个城市的轨道交通线路规划详解图（更新中）查阅：2012年全国各省市城市轨道交通项目概览（更新中）查阅：城市轨道交通中标企业

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