DJ2型電力機車
DJ2型「奧星」電力機車是中國鐵路的電力機車車型之一，由株洲電力機車廠聯合株洲電力機車研究所等單位於2001年研製成功，由於在機車出廠時適逢中國成功申辦2008年夏季奧運，因此被命名為「奧星」。DJ2型電力機車是在DJ型機車基礎上改進而成的交流傳動高速客運電力機車，持續功率為4,800千瓦，最高運用速度為200公里/小時，採用中國自主研製的GTO水冷牽引變流器、交流傳動控制系統、牽引電動機和微機控制系統，因此也被稱為中國第一種擁有自主知識產權的交傳電力機車[1]。
| DJ2「奧星」 | |
|---|---|
.jpg) DJ2型「奧星」電力機車 | |
| 概覽 | |
| 類型 | 電力機車 |
| 原產國 |  中國 |
| 生產商 | 株洲電力機車廠 |
| 序列編號 | 0001～0003 |
| 生產年份 | 2001年 |
| 產量 | 3台 |
| 主要用戶 |  中華人民共和國鐵道部 |
| 技術數據 | |
| 華氏輪式 | 0-4-4-0 |
| UIC軸式 | Bo'Bo' |
| 軌距 | 1,435毫米 |
| 輪徑 | 1,250毫米（新輪） |
| 軸重 | 21噸 |
| 軸距 | 2,900毫米（固定軸距） |
| 機車長度 | 19,000毫米（車鈎中心距） |
| 機車寬度 | 3,100毫米 |
| 機車高度 | 4,050毫米（落弓狀態） |
| 整備重量 | 84噸 |
| 受流電壓 | 單相交流 25 kV/50 Hz |
| 傳動方式 | 交—直—交流電 |
| 牽引電動機 | JD121 × 4 |
| 最高速度 | 200公里/小時 |
| 持續速度 | 74公里/小時 |
| 牽引功率 | 4,800千瓦 |
| 牽引力 | 264 kN（起動） 233 kN（持續） |
| 設計加速度 | 0.741km/h/s |
| 制動方式 | 輪盤制動、再生制動 |
| 制動功率 | 4,400千瓦（電制動） |
| 列車制動 | 電空制動 |
發展歷史
背景
1998年12月，時任中華人民共和國鐵道部部長傅志寰提出了「加強自主開發研究，爭取用10年左右的時間，完成電力機車直流傳動到交流傳動的轉換」的任務；鐵道部並根據國際潮流，提出2000年為中國鐵路「高速、交傳、發展」年，要求在引進、消化、吸收原則下，自行開發交流傳動高速客運電力機車和高速電力動車組；此一舉措使中國各鐵路相關企業紛紛加快了交流傳動機車的研製步伐[2]。2000年，株洲電力機車廠聯合株洲電力機車研究所、鐵道科學研究院、西南交通大學等單位，通過採取關鍵部件國外採購、機車整機國內生產的方式，引進Adtranz公司的交流傳動系統，成功研製了DJ型「九方」交流傳動高速客運電力機車、DJJ1型「藍箭」交流傳動高速電力動車組。
研製
然而，由於交流傳動系統採用進口產品，因此生產成本較高，DJ型電力機車每台造價高達1500萬元人民幣，其中交流傳動系統進口價格就佔了三分之二；由於核心技術沒有取得突破，成為交流傳動技術產業化發展的最大障礙。為此，根據鐵道部的要求，株洲電力機車廠、株洲電力機車研究於1999年就制定了一系列國產化目標，對主變流器、牽引電機、微機控制網絡等關鍵技術進行攻關[3]，並開始在DJ型電力機車基礎上，研製採用國產交流傳動系統的DJ2型電力機車，並被列入第九個五年計劃國家重點科技攻關項目。
2001年9月21日，首台DJ2型「奧星」電力機車與DJF1型「中原之星」電力動車組同時在株洲電力機車廠竣工剪綵儀式。DJ2型電力機車為高速客運用交流傳動電力機車，最高運用速度為200公里/小時，機車牽引功率為4800千瓦，單軸功率達到1200千瓦；採用國產GTO水冷牽引變流器取代了進口IPM牽引變流器，牽引電動機、網絡控制系統等均改用國產產品；機車主要用於既有幹線客運牽引和高速專線牽引，牽引能力也比DJ型機車有所提高。單台機車牽引18節編組旅客列車，在平直道上的運行速度可達160公里/小時，在12‰上坡道仍可按100公里/小時運行。
2001年11月4日，時任中共中央總書記、國家主席江澤民在鐵道部部長傅志寰等人陪同下，於石家莊電力機務段視察了「奧星」電力機車和「中原之星」電力動車組，並肯定了株洲電力機車廠自己研製擁有自主知識產權的電力機車的做法[4][5]。
試驗
DJ2型電力機車出廠後，於2001年12月至2002年4月間先後赴北京環形鐵道試驗基地、廣深鐵路，分別進行了安全評估試驗和高速動力學性能試驗，最高試驗速度達到240公里/小時。2002年3月7日，傅志寰到北京環形鐵道視察了「奧星」試驗。2002年6月，DJ2型電力機車配屬鄭州鐵路局鄭州機務段京武快車隊投入運用考核，擔當京廣鐵路北京西—鄭州—武昌（漢口）的客運交路。2002年9月，株洲電力機車廠又生產了兩台DJ2型機車（0002、0003），並於2003年3月配屬鄭州機務段投入運用考核。
機車在試驗和運用過程中，相繼發現了各種問題和故障，其中主變流器、輔助變流系統、微機控制系統故障較多。例如DJ2型機車在北京環形鐵道的一次試驗中，由於主變流器中間直流電壓振盪超過安全保護值，導致機車電力中斷。國產GTO牽引變流器與DJ型電力機車所使用的進口IPM-IGBT主變流機組相比，除了故障率相對較高外，總體性能也存在差距。
2005年8月，DJ2型電力機車完成了100萬公里運行考核後[6]，封存於鄭州機務北段報廢線（鄭州北站下行出發場附近）至今。
技術特點
總體佈置
DJ2型電力機車是四軸高速客運電力機車，適用於供電制式為25千伏工頻單相交流電的電氣化鐵路，機車軸式Bo-Bo，持續功率4,800千瓦，構造速度為220公里/小時，最高運用速度為200公里/小時。機車總體結構與DJ型電力機車基本相同，採用通過有限元分析設計輕量化整體承載式焊接車體結構，設中間貫穿走廊、雙端司機室；車頭採用光滑流線型外形，車體兩側下部設有裙板。車頂裝有兩台單臂式受電弓、以及高壓隔離開關、接地裝置等；真空斷路器等高壓組件均置於車內。
車內設備以分室斜對稱、屏櫃化佈置，由前至後分別為Ｉ端司機室、主變流室、設備Ｉ室、設備ＩＩ室、ＩＩ端司機室。司機室內設有符合人機工程學設計的司機操縱台。主變流室內設有主變流櫃、主冷卻櫃。設備室內設有控制電源櫃、空氣制動櫃、輔助變流櫃、牽引通風櫃、列車供電櫃等設備。臥式牽引變壓器安裝於車底中部，與電抗器共用冷卻油箱。機車採用車體獨立通風方式，從車頂頂蓋夾層風道吸入冷風，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。
機車主電路
DJ2型電力機車是交—直—交流電傳動的單相工頻交流電力機車。接觸網導線上的25千伏單相工頻交流電電流，經受電弓進入機車後經過主斷路器再進入主變壓器，交流電經過主變壓器的四個牽引繞組後進入主變流器，分別向四個四象限脈衝整流器供電並整流為直流電，其中每兩個四象限整流器並聯輸出，然後共用一個電壓為2800伏的中間直流環節迴路，再由一個電壓型PMW逆變器轉換成三相交流電輸出，分別向每個轉向架上的兩台異步牽引電機並聯供電，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。
DJ2型機車採用採用株洲電力機車研究所開發的國產交流傳動系統，包括大功率主變流器、異步交流牽引電動機、微機網絡控制系統。TEP28WG01型牽引主變流器由四象限整流器、中間直流迴路、PMW逆變器三個部分組成，變流器設計容量為3500kVA，功率控制器件為GTO元件（4500V／3000A），冷卻介質為乙二醇和高純水的混合物[7]。DJ2型機車採用JD121型鼠籠式三相異步牽引電動機，是在參考DJ型機車所使用的4FHA 7056C型牽引電機基礎上改進設計而成，額定功率為1224千瓦，恆功速度範圍較寬，採用直接轉矩控制[8]。TEC01型國產分佈式微機網絡控制系統借鑑了Adtranz公司「MITRAC」系統，採用符合列車通訊網絡（TCN）標準的多功能車輛總線（MVB）和絞線式列車總線（WTB），具有控制、通信、診斷顯示功能。
輔助電路
DJ2型電力機車採用交流輔助電路系統，機車上設有一台TGF9A型輔助變流器。每台輔助變流器容量為100kVA，由一套整流模塊、兩套逆變模塊、兩套EMC濾波器、控制箱及電抗器組成。整流器採用晶閘管半控橋電路；逆變器採用電壓型逆變電路，功率開關器件為IGBT，每台逆變器容量為70kVA，輸出380伏三相交流電[9]。此外，DJ2型電力機車並裝設有TGF7A型列車供電櫃，用於向列車提供兩路600伏直流電源，輸出功率為2×400千瓦[10]。
轉向架
機車走行部為兩台二軸轉向架，DJ2型機車沿用了DJ型機車的高速轉向架，「日」字型構架由鋼板箱型焊接而成；一系懸掛借鑑了X2000列車的人字橡膠彈簧定位加垂向油壓減震器方式，能夠達到類似徑向轉向架的自導向徑向迴轉性能；二系懸掛為高柔度螺旋圓彈簧配橡膠墊；車體和構架之間並設有垂向減振器、橫向減振器和抗蛇行減振器的組合。牽引力或制動力通過中間低位推挽式牽引裝置傳遞；鑑於DJ型機車多次發現牽引拉杆座裂紋，DJ2型機車的牽引座鋼板由厚度由6毫米增加到12毫米。機車採用六連杆輪對空心軸彈性傳動裝置、牽引電動機架懸式全懸掛、單邊剛性直齒傳動，減少了簧下重量和輪軌作用力。基礎制動裝置為輪盤制動；停放制動裝置為蓄能制動；轉向架並設有踏面清掃器。人字橡膠彈簧、輪盤制動裝置均為國產化產品[11]。
參看
參考文獻
- ^ 首台拥有我国自主知识产权的交传电力机车在株洲问世. 人民網. 2001-09-21 [2012-03-17]. （原始內容存檔於2012-09-12）.
- ^ 陳春陽. 我国铁路机车交流传动技术迈入产业化发展阶段. 《機車電傳動》 (株洲: 株洲電力機車研究所). 2001年9月: 1–4. ISSN 1000-128X.
- ^ 交流传动电力机车在株洲问世. 北方網. 2001-09-24 [2012-03-17]. （原始內容存檔於2016-03-04）.
- ^ 湖南株洲—中国电力机车之都的60余年变迁. 新浪新聞. 2002-10-27 [2012-03-17]. （原始內容存檔於2004-04-21）.
- ^ 江泽民在河北考察时发表重要讲话. 人民日報. 2001-11-08 [2012-03-17]. （原始內容存檔於2004-11-04）.
- ^ 株洲两款牵引电机达到国际先进水平. 瀟湘晨報. 2005-08-04 [2012-03-17]. （原始內容存檔於2013-04-24）.
- ^ 何多昌、楊文昭. 3500kVA水冷GTO机车主变流器技术. 《機車電傳動》 (株洲: 株洲電力機車研究所). 2001年9月: 14–17. ISSN 1000-128X.
- ^ 高培慶、楊慰懷、陳紅生. DJ2型交流传动客运电力机车用JD121异步牵引电动机. 《機車電傳動》 (株洲: 株洲電力機車研究所). 2001年9月: 11–13. ISSN 1000-128X.
- ^ TGF9型辅助变流器. 株洲南車時代電氣股份有限公司. [2012-03-17]. （原始內容存檔於2011-07-12）.
- ^ TGF7型列车供电柜. 株洲南車時代電氣股份有限公司. [2012-03-17]. （原始內容存檔於2011-07-12）.
- ^ 羅華軍. DJ2型高速交传客运电力机车转向架. 《電力機車與城軌車輛》 (株洲: 株洲電力機車廠). 2002-11-20, 25 (6): 16–18. ISSN 1672-1187.
外部連結
- （簡體中文）南車株洲電力機車有限公司：DJ2交流傳動電力機車
- （簡體中文）「中原之星」及「奧星」（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）