和諧3型電力機車.doc

HXD3型電力機車（“和諧”電3型），最初曾稱SSJ3型、DJ3和神龍1型，是中國鐵路的干線貨運用電力機車車型之一，是“和諧型”大功率交流電力機車系列其中一型。目錄隱藏 1概要o 1.1SSJ3型機車o 1.2HXD3型機車 2技術(shù)特點o 2.1機車微機控制功能o 2.2機車動力學性能 3主要結(jié)構(gòu)尺寸 4機車主要技術(shù)性能指標o 4.1工作電源o 4.2牽引性能參數(shù)o 4.3動力制動性能參數(shù) 5機車總體結(jié)構(gòu)/布置o 5.1機車設備布置o 5.2司機室設備布置o 5.3車頂設備布置o 5.4機車冷卻系統(tǒng) 6機車主要部件介紹o 6.1真空斷路器結(jié)構(gòu)特點及優(yōu)點o 6.2牽引電動機o 6.3受電弓o 6.4驅(qū)動裝置o 6.5制動系統(tǒng)o 6.6主變壓器特點o 6.7變流裝置o 6.8復合冷卻器 7車輛配屬 8發(fā)現(xiàn)問題 9事故記錄 10其他 11同級產(chǎn)品 12參考資料 13外部鏈接編輯概要在2006年“和諧型”系列交流電力機車投產(chǎn)以前，中國鐵路普遍缺乏大功率電力機車，當時只有韶山4型重聯(lián)直流電力機車能達到總功率6400千瓦（2 3200千瓦）。隨著中國經(jīng)濟持續(xù)增長，鐵路貨運需求也隨之增加，在2002年，時任鐵道部副部長劉志軍提出鐵路“跨越式”發(fā)展大綱，其中一項是實現(xiàn)技術(shù)裝備現(xiàn)代化，對重載貨運機車技術(shù)進行整體引進；并向貨運重載化發(fā)展，提高列車牽引重量（牽引定額5,000噸以上），以求保持鐵路在貨物運輸市場的優(yōu)勢。鐵道部的鐵路機車車輛工業(yè)科技發(fā)展“十五”計劃綱要中明確指出，第十個五年計劃期間，要研制最高速度120km/h的貨運用電力機車，并采用國外流行的交流電傳動技術(shù)，提升國產(chǎn)機車的設計制造水平。于是鐵道部決定訂購能單機牽引5,000噸級重載列車的大功率交流電力機車，以應付中國鐵路貨運需求。編輯SSJ3型機車大連機車于2001年起就開發(fā)大功率交流電傳動貨運電力機車進行研究，2001年6月正式申報開發(fā)項目并獲鐵道部批準，最初定型為SSJ3，總體主管設計師是劉會巖1。由于當時中國缺乏制造IGBTVVVF牽引逆變器等技術(shù)，因此大連機車選擇與日本東芝合作研制新型機車，并于2002年9月成立合資公司2，由東芝提供機車牽引逆變器及控制系統(tǒng)。SSJ3型交流電力機車在研制過程中采用了集成化、模塊化的設計，車體采用框架式整體承載結(jié)構(gòu)和標準化司機室，車體外觀是在韶山7E型電力機車基礎(chǔ)上略作調(diào)整。走行部為兩個三軸轉(zhuǎn)向架，軸式Co-Co，使用東芝的大功率逆變器，六軸每軸裝有一臺1,200 kW 交流電牽引電動機，整車輸出功率為7,200 kW。技術(shù)上，SSJ3型機車是中國鐵路機車首次采用軸控技術(shù)，而非架控技術(shù)。架控方式即是當轉(zhuǎn)向架中有一臺牽引電動機出現(xiàn)故障時，機車只能關(guān)閉整個轉(zhuǎn)向架上的所有牽引電動機，并損失一半牽引力，但采用軸控技術(shù)的機車在同樣情況下就可以單單關(guān)閉故障電動機，三軸轉(zhuǎn)向架其它未故障的兩臺電動機繼續(xù)運作，機車牽引力僅損失六分之一3。另外其較長的固定軸距令機車通過較小曲線半徑線路時也能發(fā)揮較好的性能。機車制動系統(tǒng)基礎(chǔ)制動使用盤式制動、電制動采用再生制動。首臺原型車編號SSJ3-0001，于2003年年底完成，2004年4月26日由大連廠下線，并先后前往同蒲鐵路和北京鐵道科學研究院環(huán)形線進行一系列試驗4，試驗于7月4日完成。至2005年5月至6月間，SSJ3-0001車前往遂渝鐵路參與“遂渝線200km/h提速綜合試驗”，負責貨物列車試驗、雙層集裝箱列車試驗和5000噸貨物列車制動試驗，其中試驗時牽引3100噸貨車最高速度達到136km/h5。及后這輛機車一直待在北京環(huán)鐵，至2008年送回大連廠。編輯HXD3型機車2004年6月，鐵道部進行“大功率交流傳動電力機車采購和技術(shù)引進項目”招標。同年10月27日，鐵道部與大連機車簽訂合同，訂購60輛新型機車，新車以試驗型SSJ3-0001號車及日本貨物鐵道使用的EH500型作為技術(shù)平臺6。其中首4輛（30001-30004）整車進口，12輛（30005-30016）散件進口組裝，東芝提供原裝部件，包括牽引電動機等，由大連機車組裝；其后44輛通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓，由大連機車廠制造，并進行“國產(chǎn)化”7。新車使用東芝提供的TT-78型轉(zhuǎn)向架及4,500 V /900 AIEGT牽引變流器8。單機功率7,200千瓦。網(wǎng)絡控制技術(shù)可實現(xiàn)機車重聯(lián)運行，微機控制技術(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)控以及故障報警。用于牽引貨運列車的HXD3型機車首輛機車于2006年出廠，編號DJ3-0001。9首輛國產(chǎn)化機車于2006年12月8日出廠及交付使用。10大連機車開始交付首批編號由30017號車起始的44臺機車為“國產(chǎn)化”車輛，使用國產(chǎn)異步牽引電動機等部件，指其國產(chǎn)化比率達80%以上。首輛機車出廠曾被改稱為“神龍1型”（SL1），之后不久鐵道部將通過引進技術(shù)制造的國產(chǎn)化大功率機車統(tǒng)一改稱為“和諧型”，而原來的神龍1型也改稱“和諧型”，編號改為HXD3xxxx（HXD之后的第一個數(shù)字是生產(chǎn)廠商代號：3代表大連機車）。2006年，鐵道部追加訂購了180臺HXD3型機車，其總數(shù)量增至240臺10，當中有部份機車由北京二七機車廠協(xié)助制造，二七廠制造的首輛該型機車（編號HXD30061）于2006年12月28日出廠11。 這批180臺機車已于2008年4月完成生產(chǎn)。2008年2月18日，鐵道部再向大連機車增購400臺HXD3（HXD30241-HXD30640），總值近60億元人民幣12。于同年8月起陸續(xù)交付。第500輛HXD3型機車于2009年4月完成13。這批機車全部于2009年交付完畢。 由于大連機車需同時應付HXN3型內(nèi)燃機車和HXD3B型電力機車的研制和生產(chǎn)，生產(chǎn)能力緊張，而大同電力機車的HXD2型電力機車的生產(chǎn)任務在2008年12月15日完成，因此部分HXD3型機車的生產(chǎn)任務將交給大同廠負責。大同廠生產(chǎn)的首臺HXD3型機車（HXD38001）在2009年7月底下線。2009年10月，另外400臺訂單，從09年10月到10年6月期間交付。 2010年7月，大同機車（220臺）和大連機車（390臺），2011年7月以前交付完畢。據(jù)報道，大連機車的訂單中有350臺為HXD3C。編輯技術(shù)特點HXD3型機車的轉(zhuǎn)向架軸式為C0-C0，電傳動系統(tǒng)為交直交傳動，采用IGBT水冷變流機組，1250kW大轉(zhuǎn)矩異步牽引電動機，具有起動（持續(xù)）牽引力大、恒功率速度范圍寬、粘著性能好、功率因數(shù)高等特點。輔助電氣系統(tǒng)采用2組輔助變流器，能分別提供VVVF和CVCF三相輔助電源，對輔助機組進行分類供電。該系統(tǒng)冗余性強，一組輔助變流器故障后可以由另一組輔助變流器對全部輔助機組供電。采用微機網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了邏輯控制、自診斷功能，而且實現(xiàn)了機車的網(wǎng)絡重聯(lián)功能?？傮w設計采用高度集成化、模塊化的設計思路，電氣屏柜和各種輔助機組分功能斜對稱布置在中間走廊的兩側(cè)；采用了規(guī)范化司機室，有利于機車的安全運行。車體的主要作用是承受上部載荷和傳遞機車牽引力；同時車體又是機車各動力機組和設備的安裝基礎(chǔ)；并要為乘務人員提供工作場所，因此，要求為乘務員提供良好的工作環(huán)境的同時，更為重要的是要求車體鋼結(jié)構(gòu)具有足夠的強度和剛度。采用帶有中梁的、整體承載的框架式車體結(jié)構(gòu)，有利于提高車體的強度和剛度。轉(zhuǎn)向架采用滾動抱軸承半懸掛結(jié)構(gòu)，二系采用高圓螺旋彈簧；采用整體軸箱、推挽式低位牽引桿等技術(shù)。采用下懸式安裝方式的一體化多繞組（全去耦）變壓器，具有高阻抗、重量輕等特點，并采用強迫導向油循環(huán)風冷技術(shù)。采用獨立通風冷卻技術(shù)。牽引電機采用由頂蓋百葉窗進風獨立通風冷卻方式；主變流器水冷和主變壓器油冷采用水、油復合式鋁板冷卻器，由車頂直接進風冷卻；輔助變流器也采用車外進風冷卻的方式；另外還考慮了司機室的換氣和機械間的微正壓。采用了集成化氣路的空氣制動系統(tǒng)，具有空電制動功能。機械制動采用輪盤制動。采用了新型的模式空氣干燥器，有利于壓縮空氣的干燥，減少制動系統(tǒng)閥件的故障率。編輯機車微機控制功能 機車預備的順序邏輯綜合控制 機車牽引力和制動力控制 機車空電聯(lián)合制動控制 機車主、輔電路過流、過壓、欠壓、接地等保護控制 機車空轉(zhuǎn)/滑行保護控制 機車重聯(lián)控制 機車軸重轉(zhuǎn)移補償控制 機車定速控制 停車狀態(tài)下，微機控制系統(tǒng)自診斷功能 行駛過程中對被控對象進行實時在線監(jiān)測診斷功能 故障信息的記錄、保存和顯示功能 故障記錄的轉(zhuǎn)儲功能編輯機車動力學性能 機車能以5km/h速度安全通過半徑為125m的曲線，并應能在半徑250m的曲線上進行正常摘掛作業(yè)。 機車單機以120km/h速度于平直道上施行緊急空氣制動時，最大制動距離 800m（23t軸重）/900m（25t軸重）編輯主要結(jié)構(gòu)尺寸 軌距：1435 mm 軸式：Co-Co 機車總重：138t% t （23t軸重）/150t% t （25t軸重） 軸重：23+2 t 機車前、后車鉤中心距：20846 mm 車體底架長度：19630 mm 車體寬度：3100 mm 車體高度：4100 mm（新輪） 機車全軸距：14700 mm 轉(zhuǎn)向架固定軸距：2250+2000 mm 車輪直徑：1250 mm（新輪）/1200 mm（半磨耗）/1150 mm（全磨耗） 受電弓落下時，滑板頂面距軌面高度：477530 mm 受電弓滑板距軌面的工作范圍：52006500 mm 車鉤中心線距軌面高度（新輪）：88010 mm 排障器距軌面高度：11010 mm編輯機車主要技術(shù)性能指標編輯工作電源電流制：單相交流50Hz額定電壓：25kV在22.5kV31kV之間時，機車能發(fā)揮額定功率，在22.5kV17.5kV和17.5kV17.2kV范圍內(nèi)機車功率按不同斜率線性下降，在17.2kV時功率為零；在31kV31.3kV范圍內(nèi)機車功率線性下降至零。編輯牽引性能參數(shù) 電傳動方式：交直交傳動 持續(xù)功率：7200kW 機車速度： 持續(xù)速度：70km/h（23t軸重）/65km/h（25t軸重） 最高速度：120km/h 起動牽引力：520kN（23t軸重）/570 kN（25t軸重） 持續(xù)牽引力（半磨耗輪）：370kN（23t軸重）/400 kN（25t軸重） 恒功率速度范圍：65km/h120km/h（25t軸重）/70km/h120km/h（23t軸重）編輯動力制動性能參數(shù) 電制動方式：再生制動 電制動功率：7200kW（70km/h120km/h）（23t軸重）/7200kW（65km/h120km/h）（25t軸重） 最大電制動力：370kN（15km/h70km/h）（23t軸重）/400kN（15km/h65km/h）（25t軸重）編輯機車總體結(jié)構(gòu)/布置編輯機車設備布置在機車的兩端各設有一個司機室，兩個司機室的中間是機械室。在機械室內(nèi)設有600mm寬的中央通道，在通道左右兩側(cè)設有主變流裝置、通風機、壓縮機等設備。在車體下設有2臺3軸的轉(zhuǎn)向架及主變壓器，在頂蓋上設有高壓電器。車內(nèi)設備布置以平面斜對稱布置為主，設備成套安裝，有利于機車的重量分配和機車的制造、檢修和部件的互換等。編輯司機室設備布置司機室內(nèi)設有操縱臺、八燈顯示器、司機座椅、端子柜、熱水器、緊急放風閥、滅火器等設備。司機室頂部設有空調(diào)裝置(冷熱)、風扇、頭燈、司機室照明等設備。司機室前窗采用電加熱玻璃，窗外設有電動刮雨器，窗內(nèi)設有電動遮陽簾；側(cè)窗外設有機車后視鏡。在操縱臺上設有TCMS顯示器、ATP顯示器、壓力組合模塊、司機控制器、制動控制器、扳鍵開關(guān)組、制動裝置顯示器、冰箱、暖風機、腳爐和膝爐。編輯車頂設備布置車頂設備配置分布在頂蓋由3個頂蓋上，1端頂蓋、2端頂蓋配置有受電弓，中央頂蓋上配置有高壓隔離開關(guān)、高壓電壓互感器、真空斷路器、避雷器、接地開關(guān)等高壓電器。 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(yè)。(為確保安全，天窗設置鑰匙聯(lián)鎖裝置。)編輯機車冷卻系統(tǒng)主要包括主變壓器系統(tǒng)冷卻、主變流裝置系統(tǒng)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(wèi)生間通風及車內(nèi)換氣等。編輯機車主要部件介紹編輯真空斷路器結(jié)構(gòu)特點及優(yōu)點真空斷路器以真空作為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，利用真空狀態(tài)下的高絕緣強度和電弧高擴散能力形成的去游離作用進行滅弧的。電弧熄滅后，介質(zhì)強度恢復速度特別高。 與空氣斷路器相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、分斷容量大、動作速度快、絕緣強度高等諸多優(yōu)點。另外，真空滅弧室不需要檢修，整機檢修工作量小，維修方便。編輯牽引電動機HXD3型機車使用六臺YJ85A型交流電牽引電動機，該型電機由東芝負責設計，永濟電機引進相關(guān)技術(shù)進行生產(chǎn)，每臺輸出功率1,200 kW。首批永濟廠批量生產(chǎn)的YJ85A電動機為數(shù)312臺，于2006年12月完成交付。 至2007年12月20日，永濟廠在2007年全年共生產(chǎn)了1158臺YJ85A型牽引電動機供193輛HXD3機車使用。由于日本的新型電力機車主要使用功率較小的牽引電動機，但重量較輕，所以比較不好的鐵路上也可以營運。在中國國產(chǎn)化產(chǎn)品不及進口的同級產(chǎn)品成熟，在運用初期曾出現(xiàn)一些問題。編輯受電弓HXD3型電力機車所使用的DSA200受電弓改善了國產(chǎn)自行研發(fā)的受電弓對電網(wǎng)有磨壞的問題，令受電弓在機車高速運行的情況下運作良好。編輯驅(qū)動裝置HXD3型電力機車均裝配了六組由德國福伊特提供的SET-553型驅(qū)動裝置。2006年，鐵道部向福伊特批出總值1,450萬歐元的合同，訂購1,440組驅(qū)動裝置，供首240輛機車使用。其中驅(qū)動裝置的從動及主動齒輪已先后于2007年及2008年實現(xiàn)國產(chǎn)化。編輯制動系統(tǒng)HXD3型機車采用CCB-制動機，是參考國外機車仿制的一款空氣制動機。產(chǎn)品已經(jīng)達到全面國產(chǎn)化，現(xiàn)在為“和諧”系列電力、內(nèi)燃機車廣泛采用的一款制動機。編輯主變壓器特點高壓引線采用法國NEXANS公司的端子。在低壓套管出線裝置中采用了新型合成樹脂的出線裝置，具有安裝拆卸方便，可靠及使用壽命長的特點。 考慮到了機車的使用環(huán)境，提高了變壓器的抗振性能，所以該變壓器具有抗震、耐久的特點。 溫度計等需要經(jīng)常檢測及保養(yǎng)的部件裝配在油箱側(cè)面，以便于進行維護保養(yǎng)、檢查。 將通過強大電流的低壓出線裝置分別安裝在主變流器最近處，使其間連線最短。編輯變流裝置每臺機車裝有兩臺變流裝置，每臺變流裝置內(nèi)含有三組牽引變流器和一組輔助變流器，使其結(jié)構(gòu)緊湊，便于設備安裝。 牽引變流器采用強制循環(huán)水冷方式。這種方式具有冷卻效果好、無污染、重量輕、結(jié)構(gòu)上維修方便等特點。 冷卻液采用亞乙基二醇純水溶液，確保在40時不凍結(jié)。 另外，牽引變流器的冷卻液和主變壓器（Mtr）的冷卻油經(jīng)過復合冷卻器循環(huán)，依靠復合冷卻器風機進行強制風冷。 每組牽引變流器由一個四象限和一個逆變器組成。整流器單元使用了模塊化IGBT元件，采用脈寬調(diào)制（PWM）方式、兩點式電壓型，通過高次諧波整流和錯開各組控制載波的相位，從而降低高次諧波和提高功率因數(shù)。 逆變器單元同整流器單元一樣使用模塊化IGBT元件、實現(xiàn)單元的標準化。 通過采用IGBT元件和32bit高速演算控制裝置的配合，采用矢量控制方式，來實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩的控制，達到快速響應，提高粘著利用率和實現(xiàn)空轉(zhuǎn)滑行保護控制。 輔助變流器（APU）是輔助電動機供電電路的核心。APU向牽引通風機電機和壓縮機電機等輔助機器供給三相交流電，具有變壓變頻（VVVF）控制和恒壓恒頻（CVCF）兩種控制方式。兩臺復合冷卻器風機和六臺牽引通風機電機為了確保適應機車狀況的冷卻風量和降低運轉(zhuǎn)聲音，按照VVVF控制模式進行設定。 APU通過使用IGBT的PWM整流器單元把從主變壓器三次線圈供電的交流電轉(zhuǎn)換為恒定電壓的直流電，再供給由IGBT構(gòu)成的逆變器單元，通過逆變器轉(zhuǎn)換為三相交流。 輔助變流器（APU）單獨采用強制風冷方式。 機車共設有兩套輔助變流器UA11、UA12。在正常情況下輔助變流器UA11、UA12全部工作，基本上以50%的額定容量工作，輔助變流器UA11工作在VVVF方式，輔助變流器UA12工作在CVCF方式，分別為機車輔助電動機供電。當某一套輔助變流器發(fā)生故障時，不需要切除任何輔助電動機，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，從而確保機車輔助電動機供電系統(tǒng)的可靠性。編輯復合冷卻器復合冷卻器的型號為FL220，復合型全鋁合金板翅式高效冷卻結(jié)構(gòu)，上部為水散熱器，用于冷卻變流器，下部為油散熱器，用于冷卻主變壓器。 全鋁合金板翅式結(jié)構(gòu)的油冷卻器，具有每單位容積的傳熱面積大、性能優(yōu)良、體積小、重量輕的優(yōu)點。 空氣冷卻復合冷卻器時，會在冷卻器芯子的波紋形散熱片上積留灰塵，灰塵過厚將影響散熱效果，因此，在每一次中修時，均需要清洗冷卻器芯子。 在堵塞嚴重時應進行水洗或用水蒸氣進行清洗。編輯車輛配屬首240輛HXD3型機車分別配屬上海鐵路局南京東機務段（125臺）及武漢鐵路局江岸機務段（115臺）14，2007年4月起投入服務15，成為中國鐵路第六次大提速中干線貨運重載、快捷運輸?shù)闹餍碗娏C車，主要擔當牽引京滬線、京廣線上的5000-5500噸重載貨物列車，并接替了部分由美國制ND5型柴油機車牽引的貨運車次。在2008年8月起出廠的第三批新機車（HXD30241）中，目前已出廠的大多數(shù)被分配予上海鐵路局南京東機務段和北京鐵路局豐臺機務段，少部分配屬于鄭州鐵路局鄭州機務段、武漢鐵路局江岸機務段和濟南鐵路局濟南西機務段青島運用車間。2008年12月10日起，上海鐵路局上海機務段開始支配少部分南京東機務段的HXD3型機車，擔當部分滬昆鐵路上海南-株洲間的旅客列車機車交路。由大同廠制造的首批機車（HXD38001）會于2009年底起配屬濟南鐵路局。配屬數(shù)量上局寧東段武局江段京局豐段京局石段濟局西段西安局鄭州局南昌局上局滬段編輯發(fā)現(xiàn)問題在首批HXD3投入服務初期，有部份機車曾出現(xiàn)其蓄電池充電電壓過低的問題，其原因包括電池由出廠到裝車之間的庫存期過長、充電時間不足等引致的。另外，機車運行環(huán)境的溫度也會對其蓄電池容量有影響。16除此之外，在首57輛服役的機車中，其中10輛曾發(fā)生牽引電動機電流及電壓過高的問題，其原因為在機車制造期間，廠方未正確選擇機車速度傳感器的接口電路板，使機車在運行期間，其控制板不能測量當前運行速度，使牽引逆變器的輸入電流及電壓出現(xiàn)錯誤，導致牽引電動機有機會過壓過流。通過改用與傳感器匹配的接口電路板，其問題也得以解決。15編輯事故記錄 2008年9月3日早上，一輛HXD3型機車，于行駛京滬線10135次途中突然起火，火警于消防抵達后20分鐘救熄。17 2010年5月23日2時10分，一輛HXD3型機車 (編號HXD3-0199）牽引K859次（上海南桂林），運行至江西省境內(nèi)滬昆鐵路余江至東鄉(xiāng)間（K699700米處）發(fā)生意外，機車及其后九節(jié)車廂出軌，中斷上下行線路行車，多人傷亡，機車其后報廢，并被HXD3-8199機車取代。詳見2010年滬昆鐵路列車脫軌事故。編輯其他在這款機車推出之前，大同機車廠一款名為“天梭”的交流傳動客運電力機車，也曾被稱為DJ3。HXD3“和諧”3型電力機車概覽動力種類電力設計東芝、大連機車生產(chǎn)東芝、大連機車、北京二七軌道交通裝備、大同電力機車型號SSJ3, DJ3, SL1, HXD3機車編號HXD30001HXD30890HXD38001HXD38150生產(chǎn)年份2003年 (SSJ3)2006年2009年 (HXD3)產(chǎn)量1 (SSJ3)1040 (HXD3)主要用戶中華人民共和國運用地點中國廣泛電氣化鐵路干線別稱猴子、電猴、蛋3技術(shù)數(shù)據(jù)UIC軸式CoCo軌距1,435 mm轉(zhuǎn)向架TT-78軸重23 t / 25 t整備重量138 t / 150 t受流電壓交流 25 kV / 50 Hz傳動方式牽引變流器：東芝 4,500 V 900 AIEGT驅(qū)動裝置：福伊特SET-553牽引電動機東芝 SEA-107 /永濟YJ85A 6最高速度136 km/h (試驗，SSJ3)132 km/h (試驗，HXD3)120 km/h (營運)牽引功率7,200 kW牽引力520 / 570 kN (起動)370 / 400 kN (持續(xù))