閃閃的紅星——蘇聯鐵道部VL80R型和VL80S型電力機車

2020-12-22 火車故事

閱讀前之提示

直—直流電傳動:指電力機車從直流電氣化鐵路接觸網受流,向直流牽引電動機供給直流電。法國國家鐵路BB 8500型電力機車為直—直流電傳動形式。直—交流電傳動:指電力機車從直流電氣化鐵路接觸網受流,經過逆變後,向交流牽引電動機供給交流電。俄羅斯鐵路2ES10型電力機車為直—交流電傳動形式。交—直流電傳動:指電力機車從交流電氣化鐵路接觸網受流,經過變壓—整流後,向直流牽引電動機供給直流電。本文提及的蘇聯鐵道部VL80R型和VL80S型電力機車為交—直流電傳動形式。交—交流電傳動:指電力機車從交流電氣化鐵路接觸網受流,無需經過變壓—整流—逆變,直接變頻後向交流牽引電動機供給交流電。法國國家鐵路BB 13000型電力機車及BB 14000型電力機車為交—交流電傳動形式。交—直—交流電傳動:指電力機車從交流電氣化鐵路接觸網受流,經過變壓—整流—逆變後,向交流牽引電動機供給交流電。歐洲隧道公司9型電力機車為交—直—交流電傳動形式。多電流制電力機車:本文提及的「多電流制」,是指採用交—直—交流電以及直—交流電雙制式電傳動,但受流電壓為兩種或兩種以上的電力機車。本文提及的法國國家鐵路BB 25500型電力機車即為多電流制電力機車。蘇聯俄羅斯聯邦諾沃切爾卡斯克電力機車廠在文中簡稱「NEVZ」⑴。本文屬於正經科普文章,資料及圖片來源於相關技術資料,不作為商業使用,如有侵權請及時聯繫刪除之。請大家理性討論,不要在評論區幹些不該幹的事!如見有引戰性評論,將採取必要措施處置之!由於筆者精力和能力限制,在整理資料時恐有錯漏,也請諸位讀者糾正指教,謝謝合作!

資料參考來源

《蘇聯ВЛ80系列電力機車》,佚名 著,《電力機車技術》1980年11期,第45頁~第49頁《新的整流逆變器控制法》,李政文 譯,《電力機車與城軌車輛》1988年04期,第62頁~第6*4頁《貨運電力機車牽引性能的比較》,S·V·波克羅夫斯基 著,徐蒙 譯,《國外鐵道機車與動車》2019年06期,第12頁~第16頁《Грузовые электровозы ВЛ80Т, ВЛ80С, ВЛ80Р》,V·A·拉科夫 著,《Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза 1976-1985 гг.》,9頁~17頁

概述

VL80R型電力機車是NEVZ於1968年研製並於1974年批量生產的一款採用晶閘管相控和再生制動的幹線貨運電力機車,同時也是VL80型電力機車家族中第三款批量生產的分支車型。

VL80R-1500號機車

為了滿足重載運輸的需要,NEVZ與全蘇電力機車研究與設計院、全蘇鐵道運輸科學研究院合作,在VL80T型電力機車的基礎上,於1979年研製了具有機車重聯運行控制系統的VL80S型電力機車。

VL80S-001號機車

背景

NEVZ於20世紀60年代相繼推出的VL80K型和VL80T型電力機車,成為當時蘇聯鐵道部的交流電力機車主力車型。然而,這兩款電力機車從設計之初就沒有再生制動——在列車制動時,將牽引電動機轉成發電機產生的電能反饋到接觸網,這大大降低制動節能效益。

VL80K-054號機車

除了沒有再生制動外,VL80K型和VL80T型電力機車還沒有機車重聯運行控制系統,無法實現重聯運行。

VL80T-993號機車

VL80R型(ВЛ80Р)

1968年1月,NEVZ製造了1組帶有再生制動的電力機車——VL80R⑵-300號機車。VL80R-300號機車的車體、轉向架、牽引電動機和輔助機械裝置與VL80K型電力機車保持一致,但機車主電路則有較大變化。

VL80R-300號機車採用了晶閘管不等分三段全控橋相控整流電路——2臺經過重新設計的ODCE-5000/25型變壓器,和4臺VIP-1760型變流器(每臺變流器採用300個TL200-6型晶閘管)。機車在牽引模式下晶閘管變流器實現機車的平滑調壓;而在再生制動模式下,晶閘管變流器將牽引電動機所發出的直流電逆變為50 Hz單相交流電。此外,每節機車的主電路保護系統不再採用電流接觸器,改為採用變壓器室內的高速斷路器;而由於採用了再生制動的原因,原本位於VL80T型電力機車車頂上的制動電阻帶亦被移除。

VL80R-300號機車

VL80R-300號機車製造出廠後,在全蘇鐵道運輸科學研究院謝爾賓卡環形鐵道試驗基地完成了牽引性能試驗,之後配屬北高加索鐵路局巴泰斯克機務段投入測試運行,試驗結果顯示再生制動的電能回收率可達到10.3%,當機車速度為50 km/h可產生約37 t的制動力。

根據VL80R-300號機車的試驗結果和使用經驗,NEVZ於1969年底試製了另外2組VL80R型電力機車——VL80R-621號和VL80R-622號。每組機車採用2臺ODCE-5000/25A型主變壓器和4臺VIP-2200型晶閘管變流器(每臺變流器採用260個TL2-200型晶閘管)。2組機車於1970年配屬北高加索鐵路局巴泰斯克機務段,並於同年夏季投入測試運行。在測試運行過程中,NEVZ根據VL80R-300號機車的測試結果對這2組機車部分部件進行了改造。

VL80R型電力機車尺寸圖兼內部布置圖

根據上述3組機車的測試結果,NEVZ於1973年底試製了VL80R-1500號機車,這組機車安裝了ODCE-5000/25型主變壓器及VIP2-2200M型晶閘管變流器(每臺變流器採用154個Т2-320型晶閘管),進一步簡化了電路結構。

1974年9月,VL80R-1500號機車通過了在巴泰斯克—利哈亞區段的測試運行。1974年底到1975年初,VL80R-1500號機車在全蘇鐵道運輸科學研究院謝爾賓卡環形鐵道試驗基地完成了牽引性能試驗。在北高加索局管內測試運行期間,VL80R-1500號機車以設定的速度牽引重達4000 t的貨運列車;同時,VL80R-1500號機車在坡度不超過10 ‰的坡道上提供了平穩的速度控制和再生制動。

VL80R-1500號機車測試運行完成後,NEVZ於1974年起批量製造VL80R型電力機車,至1986年停產時已製造了373組⑶。目前,300組VL80R型電力機車被俄羅斯鐵路集中配屬於東西伯利亞局和克拉斯諾亞爾斯克局各機務段,一些機車在烏蘭烏德機車車輛修理廠進行了現代化改造,並加裝支持「一組半三節」模式重聯運行的機車重聯運行控制系統。

VL80R-1501號+VL80R-1529A號機車

VL80S型(ВЛ80С)

為了滿足重載運輸的需要,全蘇電力機車研究與設計院於20世紀70年代末為VL80T型電力機車開發了重聯控制系統,設有電氣重聯控制和空氣制動系統重聯功能,司機可在其中任何一節車的司機室對兩組機車進行統一控制,並監控鄰車的工作情況,可實現兩組機車重聯運行。

裝備這種重聯控制系統的機車被定型為VL80S型電力機車⑷。除了重聯控制和鄰車監控系統外,該型機車的電氣系統和機械部分與VL80T型電力機車完全相同。

VL80S-123號和VL80S-1240號機車

1980年,VL80S型電力機車開始投入大批量生產。至1995年停產為止,NEVZ共生產了2746組VL80S型電力機車。在15年的製造歷史中,每組機車的兩端司機室前部放置的重聯插座數量不盡相同:

VL80S-001號~VL80S-002號、VL80S-1740號:6個;VL80S-003號~VL80S-549號、VL80S-553號~VL80S-696號:3個;VL80S-550號~VL80S-552號、VL80S-697號~VL80S-971號:8個;VL80S-972號~(VL80S-1740號除外):7個。

VL80S-552號+VL80S-413A號機車

1982年,NEVZ試製了經過改良的VL80S-550號~VL80S-552號機車,不僅兩組機車(四節)能夠重聯運行,還能夠組成一組半(三節)的機車組重聯運行,提高了機車運用的靈活性,但唯一的不足是第三節機車無法使用電阻制動,從1983年製造出廠的VL80S-697號機車開始均採用了這種設計。

目前,VL80S型電力機車由俄羅斯鐵路、白俄羅斯鐵路、烏克蘭鐵路、哈薩克斯坦國家鐵路以及烏茲別克斯坦鐵路擁有。

VL80S-550號機車的司機控制臺

VL80SM型(ВЛ80СМ)

1990年到1993年間,NEVZ在VL80S型和VL85型電力機車的基礎上,推出了4組VL80SM型電力機車——VL80SM-3001號到VL80SM-3004號機車。

VL80SM型電力機車在機械部分和車體上與VL85型機車保持最大限度統一;在電氣部分和制動電阻上則與VL80S型機車保持最大限度統一。儘管這樣,VL80SM型機車的牽引電動機、矽整流器、牽引變壓器及平波電抗器等部件都採用了當時最新的結構,並採用了更為經濟的通風系統,降低了功率損耗,因而使該型機車的效率提高了2 %。

VL80S-3001號機車

由於NEVZ對VL80SM型機車的機械部分和電氣部分進行了技術改造,提高了機車的防空轉性能及粘著係數,使機車的最大牽引力提高了4.4 %。此外,VL80SM型機車並採用新設計的司機室,設有取暖裝置和空調等設備。

4組VL80SM型機車集中配屬於北高加索鐵路局巴泰斯克機務段,2016年10月全數報廢拆解。

VL80S-3002號機車司機控制臺

技術數據表

VL80R型和VL80S型電力機車技術數據表

改造:俄羅斯鐵路VL80TK型、VL40SK型(ВЛ80ТК, ВЛ80СК)

從2004年起,俄羅斯鐵路的部分VL80T型、VL80S型電力機車在烏蘭烏德機車車輛修理廠在大修時陸續進行了現代化改造。除了車體結構和轉向架仍繼續使用外,其他大部分電氣和控制設備均被更換(矽整流器被晶閘管整流器取代),並採用了和E5K型電力機車家族相似的現代化裝置和設備布置。VL80SK-160號+VL80SK-404號機車

這些經過改造的機車分別被改稱為VL80TK型、VL80SK型,主要配屬於克拉斯諾亞爾斯克鐵路局、南烏拉爾鐵路局、西西伯利亞鐵路局等。

VL80SK-160號+VL80SK-404號機車

改造:哈薩克斯坦國家鐵路VL80SK型、VL40M型(ВЛ80СК, ВЛ40М)

阿特巴薩爾電力機車修理廠至少將2組VL80S型電力機車進行現代化改造,交付哈薩克斯坦國家鐵路。改造後的機車被改稱為VL80SK型。

阿特巴薩爾廠此外還將至少9組VL80S型電力機車改造為18臺VL40M型電力機車,就像烏克蘭鐵路將至少25組VL80T型電力機車改造為50臺VL40U型電力機車那樣。改造後的機車將用於調車、小運轉和郊區客運。

VL40M-1271-2號機車

後記

VL80R型電力機車開啟了蘇聯晶閘管相控電力機車的先河,其牽引電路系統亦被後來同樣由NEVZ出品的VL85型、VL65型、EP1型、E5K型電力機車所沿用;而VL80S型電力機車,則開啟了蘇聯交流電力機車重聯運行的先河。

VL80S-2746號機車

注釋

⑴俄語:Новочеркасский электровозостроительный завод。

⑵其中的「R」指的是再生制動(Рекуперативным торможением)。

⑶車號號段:300號、621號~622號,以及1500號~1869號。VL80R-300號和VL80R-622號機車分別於1973年和1987年報廢除籍;VL80R-621號機車於1979年送回NEVZ,後報廢拆解。

⑷其中的「S」指的是機車重聯(Системе Многих Единиц)。

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