日本出口海外的铁路大功率机车

】４　国外铁道车辆第４８卷第３期２０１１年５月　文章编号：１ＯＯ２—７６１Ｏ（２Ｏ１１）０３—００１４—０４　日本出口海外的铁路大功率机车　平原　明，等（日）　摘　要：介绍了日本东芝公司出口中国以及出口南非的大功率电力机车。　关键词：机车；大功率；日本　中圈分类号：Ｕ２６０．１　文献标识码：Ｂ　Ｈｉｇｈ—Ｐｏｗｅｒ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ　Ｅｘｐｏｒｔｅｄ　Ｏｖｅｒｓｅａｓ　ｂｙ　Ｊａｐａｎ　平原明，ｅｔ　ａ１．（Ｊａｐａｎ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒ　ｅｘｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　Ｔｏｓｈｉｂａ　ｉｎ　Ｊａｐａｎ　ｔＯ　Ｃｈｉｎａ　ａｎｄ　Ｓｏｕｔｈ　Ａｆｒｉｃａ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ；ｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒ；Ｊａｐａｎ　为了满足大功率电力机车的应用要求，东芝公司　４　５００　ｋｗ的１５Ｅ型交流电力机车。　为变流单元开发了高吸热、强制循环水冷系统，同时为　在标准轨距ｌ　４３５　ｍｍ和窄轨１　０６７　ｍｍ上运行的电　２　为中国铁路配置的ＨｘＤ３型交流电力机车　力机车开发了大功率牵引电机，研制了高性能、高可靠　２．１　概况　性的机车控制和监视系统，业已面向海外，特别面向中　国和南非共和国出口了这种电力机车。　在中国，经济的高速增长为铁路货运事业提供了　良好的契机。东芝公司从２００４年开始，接受了中国４　１概述　台成品机车、１２台现场组装机车、４４辆份现场国产化　随着环保意识的提高，世界对铁道运输的期待也　机车用电气设备，及５８０辆份电气设备的订货安装订　日益增高。电力机车因使用目的和线路的不同，其输　单。超过６００台的ＨＸ。３型机车已在主要干线上投入　出功率、电气系统、轴列式均是不同的。在日本，大多　商业运行。　使用轴重１７　ｔ以下的电力机车，但在海外，为了牵引　２．２机车的主要技术参数　长大编组的重载列车，运用轴重２ｏ　ｔ～３０　ｔ等级大功　图１为ＨＸｏ３型交流电力机车。该机车的主要技　率电力机车的实例很多。在支持铁道运输的这些电力　术参数如下：　机车中，不仅要求功率大，而且也要求高安全性、高可　（１）供电电压：交流２５　ｋＶ５０　Ｈｚ；　靠性和高效率。　（２）轨距：１　４３５　ｍｍ；　东芝公司能面向日本和海外提供适用的电力机　（３）轴列式‘注”：Ｃｏ—Ｃｏ；　车Ｌ１］。本文将介绍面向海外的大功率电力机车，具体　（４）轴重‘注∞：２３　ｔ及２５　ｔ，可以变换；　介绍为中国铁路配置的功率７　２００　ｋＷ的ＨＸ。３型　（５）最高速度：１２０　ｋｍ／ｈ；　交流电力机车和为南非共和国国营铁路装备的功　（６）牵引电机总功率：１　２５０　ｋＷ×６台；　率３　０００　ｋＷ的１９Ｅ型交直流两用电力机车，及功率　（７）启动牵弓２力：５２０　ｋＮ（轴重２３　ｔ时＞　收镐日期：　５７０　ｋＮ（铀重２５　ｔ时】；　’’＇，＇’’’，＇＇，，，，’＇，ｌ’’’’　＇’，，ｌｌ，ｌ＇●ｍｌ’＇ｍｌ，＇●ｌｌ，ｌ＇ｌｌ●，＇Ｉｌｌｌｌ，Ｉ●，Ｉ，ｌｌ，’，Ｉ，，’，　，’’，，，’’，，，’，，，，，，，●，，＇　完全相同。’　轻８．６％。　在私有运营者市场，Ｔａｌｅｎｔ　２的最大竞争者是　Ｆｌｉｒｔ，但Ｆｌｉｒｔ还没有达到欧盟标准ＥＮ　１５２２７，Ｆｌｉｒｔ车　陈　磊译自《Ｒｌｙ　Ｇａｚ．Ｉｎｔｅｒｎ．》　组长度比Ｔａｌｅｎｔ　２短１．８　ｍ，少运送旅客５１人。Ｆｌｉｒｔ　２００９，Ｎｏ２，３８￣４１　车组功率比Ｔａｌｅｎｔ　２低５．２％，只有４根动轴，但质量　刘宏友校　日本出口海外的铁路大功率机车平原　明，等（日）　（８）环境温度：一４Ｏ℃～＋４０℃。　注１：机车的动轴（牵引电机所在车轴）配置。Ａ、Ｂ、Ｃ表示　动轴的数量，Ａ对应１轴，Ｂ对应２轴，Ｃ对应３轴。　ｃ　一Ｃ。：每台机车有２台转向架，每台转向架有３根动　轴；　Ｂｌ】一Ｂｕ：每台机车有２台转向架，每台转向架有２根动　轴。　注２：轴重即机车每轴所承担的机车质量，轴重越大，产生　的牵引力就越大，但要和轨道设备的强度匹配并受其制约，是　机车的重要技术参数之一。　图１　ＨＸ　３型交流电力机车　２．３主电路系统　以主变压器２次线圈、整流器、逆变器及牵弓ｌ电机　作为一个牵引单元，共由６组构成。　电由受电弓经由真空断路器（ＶＣＢ）供给主变压　器。主变压器有６个２次线圈，它们分别连接到主变　流器的脉冲宽度调制（ＰＷＭ）整流器上。主变压器２　次线圈的单相交流电由整流器转换成直流电，进而向　各台逆变器供电。逆变器用ＶＶＶＦ（变压、变频）控制　方式生成三相交流电，驱动牵引电机。每个牵引单元　各自进行单独控制，以单机运用为前提，构成高冗余度　的系统。　２．４辅助电路系统　来自主变压器的３次线圈的交流电由ＰＷＭ整流　器转换成直流电，进而用逆变器转换成三相交流电，向　负载供电。　在１台机车上装配２组辅助电源装置，都具有　ＶＶＶＦ和ＣＶＣＦ（恒压、恒频）两种控制功能，并确保　具有对总负载供电的容量。通常，一组按ＶＶＶＦ方式　运行，以驱动大功率电动冷风机等，通过启动时的稳定　化和停车时的频率减半等措施，实现低噪声和节能。　同时，另一组按ＣＶＣＦ方式运行，向其他的辅助负载　供电。在一组辅助电源装置发生故障时，则可启动另　一组健全的ＶＶＶＦ变流器，以ＣＶＣＦ方式运行，向总　负载供电，确保冗余度。　１５　２．５变流单元　３组整流器及逆变器和１组辅助电源装置安装在　一起组成变流单元，其主要技术参数如下：　（１）牵引电机总功率：每台１　２５０　ｋｗ×３台；　（２）牵引变流器：ＰｗＭ整流器、逆变器；　（３）控制方式：各轴单独矢量控制方式；　（４）半导体元件：４　５００　Ｖ，９００　Ａ，ＩＥＧＴ（电子注　人增强栅晶体管）　；　（５）辅助电源：２３０　ｋＶＡ，三相，３８０　Ｖ５０　Ｈｚ；　（６）冷却方式：　（ａ）主电路整流器、逆变器，采用循环水冷；　（ｂ）辅助电源整流器、逆变器，采用强制风冷。　为了满足变流单元中ＩＥＧＴ元件冷媒在一４０℃　环境温度时能正常工作，采用了水系不冻液。　２．６　牵引电机　图２为ＨＸ。３型电力机车用牵引电机ＳＥＡ一１０７，　其技术参数如下：　（１）电机类型：４极鼠笼式三相异步电机；　（２）持续功率及对应转速：１　２５０　ｋＷ，１　３６０　ｒ／ｒａｉｎ；　（３）冷却方式：强制风冷。　图２　ＨＸ。３型交流电力机车用牵引电机ＳＥＡ－１０７　为了实现牵引电机的小型轻量化，采用了无机座　结构。采用强制风冷，为了降低温度，采用将进口侧的　高温空气排向排气侧的旁通结构。　２．７　ＴＣＭＳ　ＴＣＭＳ（Ｔｒａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ：列　车控制与监视系统）即利用指令传送和程序控制，以控　制整个机车，且最大达到４级重联　的集中控制为前　提。　注３：机车连挂运用时的状况。　３为南非共和国国营铁路配置的１９Ｅ型交直　流两用电力机车　。　３．１概况　随着世界对矿产资源需求的增加，作为资源国的　１６　国外铁道车辆第４８卷第３期２０１１年５月　南非共和国计划增产矿物资源，因而将增强运输能力　列入国家计划。　助电源逆变器转换成三相交流电，向负载供电。　辅助电源装置有２组，每组都具有向车辆全部负　载供电的容量，采用ＣＶＣＦ控制运行。通常情况下，　只一组运行，另一组待机。当运行中的一组发生故障　东芝公司接受了运输煤炭用的１９Ｅ型交直流两　用电力机车用电气设备共计１１Ｏ辆份的订货。车体由　南非的合作供应商ＵＣＷ制造，组装机车系统则由东　芝公司承担。１９Ｅ型电力机车现已在试验运行中。　３．２机车的主要技术参数　图３为１９Ｅ型交直流两用电力机车，其主要技术　时，可切换到到待机中的辅助电源上继续运行。系统　具有高的冗余性，提高了机车装置的可靠性。　３．５变流单元　变流单元的主要技术参数如下：　参数如下：　（１）供电电压：交流２５　ｋＶ５Ｏ　Ｈｚ／直流３　ｋＶ；　（２）轨距：１　０６７　ｍｍ；　（３）轴列式：Ｂｏ—Ｂｏ；　（４）轴重：２５　ｔ；　（５）最高速度：１２０　ｋｍ／ｈ；　（６）牵引电机总功率：７５０　ｋＷ×４台；　（７）启动牵引力：３９２　ｋＮ；　（８）环境温度：一１Ｏ℃～＋４５℃。　图３　１９Ｅ型交直流两用电力机车　３．３主电路系统　以主变压器２次线圈、整流器、逆变器及２台牵引　电机作为一个牵引单元，共计２组。整流器和逆变器　与辅助电源装置一起安装在变流单元中。　在直流区间，受电弓把直流电通过交直流转换电　路及高速断路器（ＨＳＣＢ），向变流单元内的逆变器供　电。　在交流区间，受电弓把交流电通过ＶＣＢ向主变压　器供电，用主变压器降压，进而用整流器转换成直流电　供给逆变器。　不论是直流区间还是交流区间，供给逆变器的直　流电均采用ＶＶＶＦ控制变成三相交流电，驱动牵引电　机。　３．４辅助电路系统　变流单元的直流电路向辅助电源逆变器供电，辅　（１）牵引电机总功率：每台７５０　ｋＷ￣２台；　（２）牵引变流器：ＰＷＭ整流器、逆变器；　（３）控制方式：转向架分别采用矢量控制方式；　（４）半导体元件：６　５００　Ｖ，６００　Ａ，ＩＧＢＴ（绝缘栅　双极型晶体管）；　（５）辅助电源：２５０　ｋＶＡ，内装在变流单元内；　（６）冷却方式：循环水冷。　３．６牵引电机　牵引电机的主要技术参数如下：　（１）电机类型：６极鼠笼式三相异步电机。　（２）持续功率及对应转速：７５０　ｋＷ，９８０　ｒ／ｍｉｎ。　（３）冷却方式：强制风冷。　牵引电机继承了已经安装在南非共和国国营铁路　１０Ｅ型和１０Ｅ２型机车上的高可靠性，进一步实现了　既适合窄轨，又是大转矩及大功率异步电机的开发应　用。　考虑上坡时的持续低速运行和高原地区冷却性能　的降低等苛刻条件，取定子线圈的耐热等级为２００，确　保了充分的耐热性，进一步降低了损耗并优化了内部　冷却结构。　３．７　ＴＣＭＳ　ＴＣＭＳ是除ＨＳＣＢ和ＶＣＢ之外，控制各设备及　向牵引控制装置传达指令的机车控制中枢。由于要求　高安全性和高可靠性，所以使用了具有高冗余度的双　机热备系统。　对同一编组内机车之间的通信，采用了国内外都　有应用实绩的高速传输方式ＴＥＢｕｓ（Ｔｒａｉｎ　Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　ＢＵＳ）［４］。另外，传输系统也考虑了冗余，提高了可靠　性。　４为南非共和国国营铁路配置的１５Ｅ型交流　电力机车　４．１　概况　在南非共和国，铁矿石像煤一样被计划增产，也迫　切要求增强运输能力。东芝公司接受了安装在运输铁　矿石的１５Ｅ型交流电力机车上的共计４４辆份电气设　日本出口海外的铁路大功率机车平原　明，等（日）　备的订货。和１９Ｅ型电力机车一样，车体由南非供应　商ＵＣＷ制造，组装机车系统则由东芝公司承担。该　电气设备已开始出厂，机车也正在制造中。　４．２机车的主要技术参数　机车的主要技术参数如下：　（１）供电电压：交流５Ｏ　ｋＶ５０　Ｈｚ；　（２）轨距：１　Ｏ６７　ｍｍ；　（３）轴列式：Ｃｏ—Ｃｏ；　（４）轴重：３０　ｔ；　（５）最高速度：９０　ｋｍ／ｈ；　（６）牵引电机总功率：７５０　ｋｗ×６台；　（７）启动牵引力：５８８　ｋＮ；　（８）环境温度：一１０℃～＋４５℃。　４．３主电路系统　以主变压器２次线圈、整流器、逆变器及牵引电机　各１台作为１个牵引单元，共计６组。　和输出中国的ＨＸ。３型机车一样，每个牵引单元　独自进行控制，以单机运用为前提，是高冗余度的系　统。　４．４辅助电路系统　变流单元内的一组主电路整流器向辅助电源逆变　器提供直流电，辅助电源逆变器转换成三相交流电供　给负载。　在１台机车上装配２组辅助电源装置，通过运用　和１９Ｅ型电力机车一样的构成达到冗余目的，确保了　高可靠性。　４．５变流单元　３组整流器及逆变器、辅助电源逆变器安装在一　起构成一台变流单元。图４为１５Ｅ型变流单元的外　观，其主要技术参数如下：　（１）牵引电机总功率：每台７５０　ｋｗ×３台；　（２）牵引变流器：ＰＷＭ整流器、逆变器；　（３）控制方式：各轴独自矢量控制；　图４　１５Ｅ型交流电力机车用变流单元　１７　（４）半导体元件：４　５００　Ｖ，９００　Ａ，ＩＧＢＴ；　（５）辅助电源：３００　ｋＶＡ，安装在变流单元内；　（６）冷却方式：循环水冷。　４．６牵引电机　牵引电机的主要技术参数如下：　（１）电机类型：６极鼠笼式三相异步电机；　（２）持续功率及对应转速：７５０　ｋＷ，９８０　ｒ／ｍｉｎ；　（３）冷却方式：强制风冷。　牵引电机以１９Ｅ型用的牵引电机为基础，对内冷　结构进行了优化。　４．７　ＴＣＭＳ　以１９Ｅ型的ＴＣＭＳ为基础，对应于６轴Ｃ。一Ｃ。采　用各轴独自控制方式。另外，不仅对长大编组的头车，　而且对中问车和尾车进行连挂运行时，都能利用无线　系统遥控机车的运行。进而，在连挂后有内燃机车运　行时，也能由头车进行集中控制。　５结束语　在海外，大功率机车的需要很兴旺。本文介绍了　出口中国的ＨＸ。３型电力机车，以及出口南非共和国　国营铁路的１９Ｅ型及１５Ｅ型大功率电力机车的技术　概况。　为了实现大功率机车的应用，高效冷却的变流单　元是必不可少的。东芝公司开发了吸热效果高的强制　循环水冷方式，还开发了既能适用于标准轨距，也能适　用于窄轨的大功率牵引电机。　辅助电源装置采用冗余配置方式，ＴＣＭＳ采用双　机热备冗余模式。信息传输方式采用高速ＴＥＢｕｓ技　术，实现了高功能、高可靠性的机车控制。　今后，要继续开发这些新技术装置，实现更大功率　的机车运能，为铁道运输的需要不断努力。　参考文献：　［１］　山本城二．Ｉ王加．近代的　物流老支之为横阴卓及　货物鼋卓　灭于厶［Ｊ］．柬芝　一，２００６，６１（９）：１５　１９．　［２］　中浞洋介．６壬加．ＩＥＧＴ遣用　上弓铁道卓而用主变换装置　小型・　轻量・高劫率４Ｌ［Ｊ］．柬芝　一，２００８，６ａ（１１）：１５—２０．　［３］　平原　明．６至加．南７，７　ＩＪ力共和国石炭稼　鼋氮横阴卓用鼍氮　横器及　装厦［Ｊ］．束芝　一，２００８，６３（９）：４２—４５．　［４］镰田惠一．铁道卓而用次世代怯送技衍　国隙规格化［Ｊ］．束芝Ｌ／　：一，２００９．６４（２）：４３—４６．　蔡千华译自《束芝　工一》　２００９，ＮＱ９，１５～１８　刘宏友郭秀伟　校