中国电力动车组科普知识介绍之DJJ1型电力动车组

  DJJ1型“蓝箭”电力动车组是中国铁路的高速列车之一,由株洲电力机车厂、长春客车厂及株洲电力机车研究所于2000年联合研制成功累计生产8组。“蓝箭”电力动车组为动力集中式的推挽式电力动车组,采用交—直—交流电传动,最高运营速度为200公里/小时。所有“蓝箭”列车早期由广州中车公司拥有,2001年起租赁给广深铁路股份有限公司使用,于2006年卖断,并于2008年起提供予成都铁路局使用。2012年11月21日,鉴于“蓝箭号”车底在进行性能评估时已达退役标准,为保证旅客安全,“蓝箭号”不再担当旅客列车任务并正式“退役”,并于2014年7月31日除籍。

中国电力动车组科普知识介绍之DJJ1型电力动车组

中国铁路DJJ1型“蓝箭”电力动车组行驶于广深线

背景

  为了研究利用摆式列车在中国既有铁路上实施客运提速的可能性,并配合广深城际列车的“小编组、高密度、高速度”的公交化营运模式,中华人民共和国铁道部、广深铁路股份有限公司于1996年与Adtranz公司签订了合作协议,中国以月租金15万美元向Adtranz公司租用一列SJ2000列车,并于1998年8月投入广深铁路运营。SJ2000型电力动车组采用交流传动、GTO牵引变流器、径向转向架和摆式车体,最高运行速度达到210公里/小时。SJ2000列车在广深线的运营状况很好,上线率接近100%,并带来非常可观的经济效益[1]。同年,广深铁路公司又希望通过融资租赁方式引进韶山8型准高速电力机车,经过协商后,广州中车铁路机车车辆销售租赁有限公司(广州中车)以租赁形式为广深铁路公司提供五台韶山8型电力机车,开创了中国铁路机车车辆租赁经营的先河。

  此后,鉴于SJ2000高速列车的良好表现,以及成功的电力机车租赁经验,广深铁路公司与广州中车公司决定再次以租赁方式引进国产高速列车。为此,两家公司经过考察后,选定了由株洲电力机车厂和长春客车厂研制八组交流传动电力动车组,研制成功后再由广州中车公司通过融资,以5亿元人民币买断并租赁给广深铁路公司,租期为5年;广深铁路公司并要求列车上线率必须达到95%以上,否则列车每停运一天的罚金为一万元。而租赁期满后,八组列车是否续租或由广深铁路公司买下,都由广深铁路公司根据运用和市场情况自行决定

[1]。所有车辆已于2006年由广深铁路买断。

中国电力动车组科普知识介绍之DJJ1型电力动车组

运行在广深铁路的SJ2000“新时速”列车

  与此同时,时任中国铁道部部长傅志寰于1998年12月提出,“加强自主开发研究,争取用10年左右的时间,完成电力机车直流传动到交流传动的转换”的任务;铁道部并根据国际潮流,提出2000年为中国铁路“高速、交传、发展”年,要求在引进、消化、吸收原则下,自行开发交流传动高速客运电力机车和高速电力动车组[3]

研制 

  1999年起,株洲电力机车厂、株洲电力机车研究所、长春客车厂、广州中车和广州铁路集团广深铁路股份有限公司开始联合研制新一代的交流传动的高速列车,其中株洲电力机车厂和株洲电力机车研究所负责研制其动力车、控制车司机室以及列车控制电气设备,而长春客车厂负责研制客车车厢。融资租赁机制将列车用户、租赁公司和生产厂家的利益捆在了一起,并共同承担风险。在研制过程中,租赁公司只付给工厂三分之一的列车购置费用,并签订质量保证期合同;列车投入运营后要进行考核,确定达到规定的标准后再分期付款。研制期间广铁集团多次召开技术评审会议,租赁公司又派专家组进驻工厂,对研制过程实施质量管理。

中国电力动车组科普知识介绍之DJJ1型电力动车组

“蓝箭”动力车

  这种新型电力动车组经中国铁道部确定,正式定型为DJJ1型,“D”、“J”、“J”三个英文字母分别代表电力动车组、交流传动、动力集中。DJJ1型电力动车组采用“一动六拖”的7辆编组,由一辆动力车和六辆软座拖车组成,最高运营速度为200公里/小时。动力车的主要结构与同期相关项目DJ型电力机车大致相同,均采用关键部件国外采购、机车整机国内生产的方式,交流传动系统采用Adtranz公司的进口产品,包括大功率IPM牵引变流器、异步交流牵引电动机、分散式“MITRAC”微机控制系统。

试验 

  2000年9月3日,首台动力车在株洲电力机车厂出厂,中国工程院院士及有关领导和职工代表共1200余人参加了剪彩仪式[4];同年9月21日,首列动车组的控制车和拖车在长春客车厂下线[5]。同年10月,“蓝箭”电力动车组在中国铁道科学研究院北京环形铁道试验基地进行编组调试,并完成了安全评估试验。

  同年11月初,“蓝箭”列车赴广深铁路开始进行正线试验,试验项目包括动力学性能、牵引性能、弓网受流、线桥道岔设备、列车交汇、自动过分相、制动性能、列车运行监控装置、机车信号设备等运行安全性试验。2000年12月20日,“蓝箭”列车在最后一天正线试验中,最高速度达到235.6公里/小时。

总体结构 

  DJJ1型电力动车组为动力集中方式的推挽式动车组,标准编组采用“一动六拖”的7辆编组,由1辆动力车、5辆单层客车、1辆带司机室的单层客车(控制车)组成;列车亦可以根据需求将控制车脱离编组,并将两组短编组列车重联组合成“二动十拖”的12辆长编组列车。

  动力车为一台四轴高速电力机车,适用于供电制式为25千伏工频单相交流电的电气化铁路,机车轴式Bo-Bo,持续功率4,800千瓦,最高运用速度为200公里/小时。总体布置采用中间贯通走廊、单端司机室,由前至后分别为司机室、设备室、主变流器室及辅助室。车内设备以分室斜对称、屏柜化布置,与DJ型电力机车基本相同。司机室内设有符合人机工程学设计的司机操纵台,并具有隔音保护;主变流器室内设有主变流柜、主冷却柜;设备室和辅助室内设有控制电源柜、空气制动柜、辅助变流柜、牵引通风柜、列车供电柜等设备。卧式牵引变压器安装于车底中部,与电抗器共用冷却油箱。通风系统借鉴了X2000列车动力车的车顶夹层独立通风方式,从车顶顶盖夹层风道吸入冷风,向发热部件冷却后从车底排出,并维持机械间呈微正压,改善机车防尘效果及防寒性能。为了减少高速运行时的空气阻力,动力车采用了流线型车头、车顶导流罩,车体下部两侧并设有裙板。

  客车和控制车车厢采用无中粱薄壁筒整体承载的全钢焊接结构,全部为软座车,采用“2+2”可倾式座椅布置;每组列车其中一辆软座车并设有4个六人商务包间;此外,列车上还设有配餐间、播音间、残疾人卫生间、蹲式和坐式卫生间等设施。整列动车组采采用统一的鼓形车体断面,并降低了车顶高度,提高列车的运行稳定性。车厢之间除了采用密接式车钩和密封风挡连接,并设有橡胶裙边以免产生涡流。

传动系统 

  DJJ1型电力动车组采用交—直—交流电传动,每台动力车配置2台IPM(智能功率模块,Intelligent Power Module)牵引变流器,分别为两台转向架上的牵引电动机供电;每台变流器内包括网侧四象限整流器、中间直流环节、2台电机侧PWM逆变器,每台牵引电机由一台逆变器独立供电。接触网导线上的25千伏单相工频交流电电流,经受电弓进入机车后经过主断路器再进入主变压器,交流电经过主变压器的四个牵引绕组后分别向两组主变流器供电,先进入四象限脉冲整流器并整流为直流电,然后经过电压为2700伏的中间直流回路,再由PWM逆变器转换成三相交流电输出,向异步牵引电机独立供电,使牵引电动机产生转矩,将电能转变为机械能,经过齿轮的传递驱动轮对。

中国电力动车组科普知识介绍之DJJ1型电力动车组

新时速-蓝箭动车组(DJJ1_0007A)停放于平湖南站

  DJJ1型电力动车组的交流传动系统与DJ型电力机车完全相同,采用Adtranz公司的进口产品,包括大功率主变流器、异步交流牵引电动机、分散式“MITRAC”微机控制系统。牵引变流器采用以IGBT为基础的水冷IPM模块,功率元件规格为4.5kV、1.5kA。机车采用4FHA 7056C型鼠笼式三相异步牵引电动机,额定功率为1225千瓦,采用直接转矩控制(DTC)。

控制系统 

  “MITRAC”微机控制系统是由Adtranz公司研发的网络控制技术,应用了列车通信网络(TCN)标准。在“蓝箭”电力动车组上整个控制系统分为三级结构,第一级为列车控制级的绞线式列车总线(WTB),传输介质为屏蔽双绞线,主要实现列车重联控制、列车状态或故障信息的传递;第二级为车辆控制级的多功能车辆总线(MVB)光纤传输,主要实现车辆内各个功能控制单元之间的数据通信;第三级为变流器控制及功能控制级,实现对动力车主传动系统的控制。

  2009年初,武汉正远铁路电气有限公司为“蓝箭”电力动车组开发研制了新的列车通信网络微机控制系统,取代了原来的“MITRAC”控制系统,具有自主知识产权并符合IEC 61375国际标准。网络控制系统架构仍然大致相同,分别为列车控制级、车辆功能控制级、功能级控制三级控制

[36]。该套国产控制系统于2009年4月完成了装车运行试验。

转向架 

  “蓝箭”动车组动力车转向架是以中国“八五”国家重点科技攻关项目、西南交通大学主持设计“高速动力车车体转向架关键部件的研究”为基础进行开发,从1992年开始经历八年时间研制成功,高速动力车转向架于2000年3月,在西南交大牵引动力国家重点实验室通过时速353公里/小时的高速滚动试验及330公里/小时的高速滚振试验[37][38]。转向架主要结构上借鉴了德国铁路ICE-1动力车转向架;采用了低合金钢焊接结构框形构架、单侧轴箱拉杆定位;一系悬挂为轴箱两侧螺旋弹簧配橡胶垫;二系悬挂为高柔度螺旋圆弹簧配垂向、横向、抗蛇行油压减振器的组合。转向架并采用了集牵引电机、基础制动、齿轮传动系统于一体的驱动制动单元,以半体悬方式吊挂在车体和转向架构架上,通过轮对双空心轴六连杆弹性传动机构、单边刚性直齿轮驱动车轮;基础制动装置采用盘式制动和停车储能制动。牵引力或制动力通过中间低位推挽式牵引装置传递。此外,由于交流牵引电机体积较小,“蓝箭”动力车采用了1050毫米的小直径车轮。

  客车车厢转向架为长春客车厂研制的CW-200型无摇枕高速转向架,采用了H型焊接构架、无磨耗转臂式轴箱定位装置、空气弹簧中央悬挂装置。车体和转向架之间并设有横向油压减震器和横向缓冲器。基础制动装置采用盘式制动和电子防滑器,每轴设有三个制动盘。

技术问题

  “蓝箭”电力动车组采用ABB公司的进口牵引电动机,均使用了德国FAG轴承及蒂森克虏伯的合成润滑脂。2003年1月,其中一列“蓝箭”列车进行检修时,发现牵引电机轴承发生严重的润滑脂皂化,导致轴承产生震动及磨痕。经德国专家到场检验后,证实故障原因是德国和中国华南地区的气候环境存在较大差异,德国指定使用的润滑脂并不适合在如此潮湿的环境下使用,并建议把问题轴承全部更换。从德国订购新轴承需要4个月方能交货,但由于广深铁路公司要求在同年5月1日前完成修复工作,因此经过株洲电力机车研究所电机研究室研究后,决定选择以具有抗水性极强、微抛光微修复功能的美国紫皇冠公司(Royal Purple)“UPG2#”润滑基态纳米润滑脂替代德国产品,经过80小时的运行测试,8个轴承中的其中6个达到新出厂时的指标,另外2个也达到安全运作指标。整个修复过程比从德国购买新轴承节省了近1,000万元人民币。

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