【科普】閃閃的紅星——蘇聯(lián)鐵道部VL80R型和VL80S型電力機(jī)車

文章作者:FOREVER CHANGZHENSKY(ACFUN、BILIBILI、百度、頭條、微博和知乎昵稱:寧柳跨越)
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蘇聯(lián)俄羅斯聯(lián)邦諾沃切爾卡斯克電力機(jī)車廠在文中簡稱“NEVZ”⑴。
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資料參考來源
《蘇聯(lián)ВЛ80系列電力機(jī)車》,佚名 著,《電力機(jī)車技術(shù)》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(jī)車與城軌車輛》1988年04期,第62頁~第64頁
《貨運(yùn)電力機(jī)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(jī)車與動(dòng)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
《Электровоз ВЛ80Р》:https://poezdvl.com/vl80r/index.html
《Электровоз ВЛ80с》:https://poezdvl.com/vl80c/index.html
《Электровоз ВЛ80тк - Фото электровозов? - ФОТО ЖД - ИНСТРУКЦИИ РЖД》:https://instructionsrzd.ucoz.ru/photo/fotografii_ehlektrovozov/ehlektrovoz_vl_80tk/2-0-8
《Электровоз ВЛ40м - Фото электровозов? - ФОТО ЖД - ИНСТРУКЦИИ РЖД》:https://instructionsrzd.ucoz.ru/photo/fotografii_ehlektrovozov/ehlektrovoz_vl40m/2-0-139
《Электровоз ВЛ80с/св - Фото электровозов? - ФОТО ЖД - ИНСТРУКЦИИ РЖД》:https://instructionsrzd.ucoz.ru/photo/fotografii_ehlektrovozov/ehlektrovoz_vl_80s_sv/2-0-7
概述
VL80R型電力機(jī)車是NEVZ于1968年研制并于1974年批量生產(chǎn)的一款采用晶閘管相控和再生制動(dòng)的干線貨運(yùn)電力機(jī)車,同時(shí)也是VL80型電力機(jī)車家族中第三款批量生產(chǎn)的分支車型。

為了滿足重載運(yùn)輸?shù)男枰琋EVZ與全蘇電力機(jī)車研究與設(shè)計(jì)院、全蘇鐵道運(yùn)輸科學(xué)研究院合作,在VL80T型電力機(jī)車的基礎(chǔ)上,于1979年研制了具有機(jī)車重聯(lián)運(yùn)行控制系統(tǒng)的VL80S型電力機(jī)車。

背景
NEVZ于20世紀(jì)60年代相繼推出的VL80K型和VL80T型電力機(jī)車,成為當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)鐵道部的交流電力機(jī)車主力車型。然而,這兩款電力機(jī)車從設(shè)計(jì)之初就沒有再生制動(dòng)——在列車制動(dòng)時(shí),將牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)成發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能反饋到接觸網(wǎng),這大大降低制動(dòng)節(jié)能效益。

除了沒有再生制動(dòng)外,VL80K型和VL80T型電力機(jī)車還沒有機(jī)車重聯(lián)運(yùn)行控制系統(tǒng),無法實(shí)現(xiàn)重聯(lián)運(yùn)行。

VL80R型(ВЛ80Р)
1968年1月,NEVZ制造了1組帶有再生制動(dòng)的電力機(jī)車——VL80R⑵-300號(hào)機(jī)車。VL80R-300號(hào)機(jī)車的車體、轉(zhuǎn)向架、牽引電動(dòng)機(jī)和輔助機(jī)械裝置與VL80K型電力機(jī)車保持一致,但機(jī)車主電路則有較大變化。

VL80R-300號(hào)機(jī)車采用了晶閘管不等分三段全控橋相控整流電路——2臺(tái)經(jīng)過重新設(shè)計(jì)的ODCE-5000/25型變壓器,和4臺(tái)VIP-1760型變流器(每臺(tái)變流器采用300個(gè)TL200-6型晶閘管)。機(jī)車在牽引模式下晶閘管變流器實(shí)現(xiàn)機(jī)車的平滑調(diào)壓;而在再生制動(dòng)模式下,晶閘管變流器將牽引電動(dòng)機(jī)所發(fā)出的直流電逆變?yōu)?0 Hz單相交流電。此外,每節(jié)機(jī)車的主電路保護(hù)系統(tǒng)不再采用電流接觸器,改為采用變壓器室內(nèi)的高速斷路器;而由于采用了再生制動(dòng)的原因,原本位于VL80T型電力機(jī)車車頂上的制動(dòng)電阻帶亦被移除。

VL80R-300號(hào)機(jī)車制造出廠后,在全蘇鐵道運(yùn)輸科學(xué)研究院謝爾賓卡環(huán)形鐵道試驗(yàn)基地完成了牽引性能試驗(yàn),之后配屬北高加索鐵路局巴泰斯克機(jī)務(wù)段投入測(cè)試運(yùn)行,試驗(yàn)結(jié)果顯示再生制動(dòng)的電能回收率可達(dá)到10.3%,當(dāng)機(jī)車速度為50 km/h可產(chǎn)生約37 t的制動(dòng)力。

根據(jù)VL80R-300號(hào)機(jī)車的試驗(yàn)結(jié)果和使用經(jīng)驗(yàn),NEVZ于1969年底試制了另外2組VL80R型電力機(jī)車——VL80R-621號(hào)和VL80R-622號(hào)。每組機(jī)車采用2臺(tái)ODCE-5000/25A型主變壓器和4臺(tái)VIP-2200型晶閘管變流器(每臺(tái)變流器采用260個(gè)TL2-200型晶閘管)。2組機(jī)車于1970年配屬北高加索鐵路局巴泰斯克機(jī)務(wù)段,并于同年夏季投入測(cè)試運(yùn)行。在測(cè)試運(yùn)行過程中,NEVZ根據(jù)VL80R-300號(hào)機(jī)車的測(cè)試結(jié)果對(duì)這2組機(jī)車部分部件進(jìn)行了改造。

根據(jù)上述3組機(jī)車的測(cè)試結(jié)果,NEVZ于1973年底試制了VL80R-1500號(hào)機(jī)車,這組機(jī)車安裝了ODCE-5000/25型主變壓器及VIP2-2200M型晶閘管變流器(每臺(tái)變流器采用154個(gè)Т2-320型晶閘管),進(jìn)一步簡化了電路結(jié)構(gòu)。
1974年9月,VL80R-1500號(hào)機(jī)車通過了在巴泰斯克—利哈亞區(qū)段的測(cè)試運(yùn)行。1974年底到1975年初,VL80R-1500號(hào)機(jī)車在全蘇鐵道運(yùn)輸科學(xué)研究院謝爾賓卡環(huán)形鐵道試驗(yàn)基地完成了牽引性能試驗(yàn)。在北高加索局管內(nèi)測(cè)試運(yùn)行期間,VL80R-1500號(hào)機(jī)車以設(shè)定的速度牽引重達(dá)4000 t的貨運(yùn)列車;同時(shí),VL80R-1500號(hào)機(jī)車在坡度不超過10 ‰的坡道上提供了平穩(wěn)的速度控制和再生制動(dòng)。

VL80R-1500號(hào)機(jī)車測(cè)試運(yùn)行完成后,NEVZ于1974年起批量制造VL80R型電力機(jī)車,至1986年停產(chǎn)時(shí)已制造了373組⑶。目前,300組VL80R型電力機(jī)車被俄羅斯鐵路集中配屬于東西伯利亞局和克拉斯諾亞爾斯克局各機(jī)務(wù)段,一些機(jī)車在烏蘭烏德機(jī)車車輛修理廠進(jìn)行了現(xiàn)代化改造,并加裝支持“一組半三節(jié)”模式重聯(lián)運(yùn)行的機(jī)車重聯(lián)運(yùn)行控制系統(tǒng)。

VL80S型(ВЛ80С)
為了滿足重載運(yùn)輸?shù)男枰?,全蘇電力機(jī)車研究與設(shè)計(jì)院于20世紀(jì)70年代末為VL80T型電力機(jī)車開發(fā)了重聯(lián)控制系統(tǒng),設(shè)有電氣重聯(lián)控制和空氣制動(dòng)系統(tǒng)重聯(lián)功能,司機(jī)可在其中任何一節(jié)車的司機(jī)室對(duì)兩組機(jī)車進(jìn)行統(tǒng)一控制,并監(jiān)控鄰車的工作情況,可實(shí)現(xiàn)兩組機(jī)車重聯(lián)運(yùn)行。裝備這種重聯(lián)控制系統(tǒng)的機(jī)車被定型為VL80S型電力機(jī)車⑷。除了重聯(lián)控制和鄰車監(jiān)控系統(tǒng)外,該型機(jī)車的電氣系統(tǒng)和機(jī)械部分與VL80T型電力機(jī)車完全相同。

1980年,VL80S型電力機(jī)車開始投入大批量生產(chǎn)。至1995年停產(chǎn)為止,NEVZ共生產(chǎn)了2746組VL80S型電力機(jī)車。在15年的制造歷史中,每組機(jī)車的兩端司機(jī)室前部放置的重聯(lián)插座數(shù)量不盡相同:
VL80S-001號(hào)~VL80S-002號(hào)、VL80S-1740號(hào):6個(gè);
VL80S-003號(hào)~VL80S-549號(hào)、VL80S-553號(hào)~VL80S-696號(hào):3個(gè);
VL80S-550號(hào)~VL80S-552號(hào)、VL80S-697號(hào)~VL80S-971號(hào):8個(gè);
VL80S-972號(hào)~(VL80S-1740號(hào)除外):7個(gè)。
1982年,NEVZ試制了經(jīng)過改良的VL80S-550號(hào)~VL80S-552號(hào)機(jī)車,不僅兩組機(jī)車(四節(jié))能夠重聯(lián)運(yùn)行,還能夠組成一組半(三節(jié))的機(jī)車組重聯(lián)運(yùn)行,提高了機(jī)車運(yùn)用的靈活性,但唯一的不足是第三節(jié)機(jī)車無法使用電阻制動(dòng),從1983年制造出廠的VL80S-697號(hào)機(jī)車開始均采用了這種設(shè)計(jì)。

目前,VL80S型電力機(jī)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。
中國鐵道部于20世紀(jì)80年代末從NEVZ訂購的8G型電力機(jī)車,即以VL80S型電力機(jī)車為技術(shù)原型。
VL80SM型(ВЛ80СМ)
1990年到1993年間,NEVZ在VL80S型和VL85型電力機(jī)車的基礎(chǔ)上,推出了4組VL80SM型電力機(jī)車——VL80SM-3001號(hào)到VL80SM-3004號(hào)機(jī)車。
VL80SM型電力機(jī)車在機(jī)械部分和車體上與VL85型機(jī)車保持最大限度統(tǒng)一;在電氣部分和制動(dòng)電阻上則與VL80S型機(jī)車保持最大限度統(tǒng)一。盡管這樣,VL80SM型機(jī)車的牽引電動(dòng)機(jī)、硅整流器、牽引變壓器及平波電抗器等部件都采用了當(dāng)時(shí)最新的結(jié)構(gòu),并采用了更為經(jīng)濟(jì)的通風(fēng)系統(tǒng),降低了功率損耗,因而使該型機(jī)車的效率提高了2 %。

由于NEVZ對(duì)VL80SM型機(jī)車的機(jī)械部分和電氣部分進(jìn)行了技術(shù)改造,提高了機(jī)車的防空轉(zhuǎn)性能及粘著系數(shù),使機(jī)車的最大牽引力提高了4.4 %。此外,VL80SM型機(jī)車并采用新設(shè)計(jì)的司機(jī)室,設(shè)有取暖裝置和空調(diào)等設(shè)備。
4組VL80SM型機(jī)車集中配屬于北高加索鐵路局巴泰斯克機(jī)務(wù)段,2016年10月全數(shù)報(bào)廢拆解。

技術(shù)數(shù)據(jù)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(jī)車在烏蘭烏德機(jī)車車輛修理廠在大修時(shí)陸續(xù)進(jìn)行了現(xiàn)代化改造。除了車體結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向架仍繼續(xù)使用外,其他大部分電氣和控制設(shè)備均被更換(硅整流器被晶閘管整流器取代),并采用了和E5K型電力機(jī)車家族相似的現(xiàn)代化裝置和設(shè)備布置。

這些經(jīng)過改造的機(jī)車分別被改稱為VL80TK型、VL80SK型,主要配屬于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。

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(jī)車修理廠至少將2組VL80S型電力機(jī)車進(jìn)行現(xiàn)代化改造,交付哈薩克斯坦國家鐵路。改造后的機(jī)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(jī)車改造為18臺(tái)VL40M型電力機(jī)車,就像烏克蘭鐵路將至少25組VL80T型電力機(jī)車改造為50臺(tái)VL40U型電力機(jī)車那樣。改造后的機(jī)車用于調(diào)車、小運(yùn)轉(zhuǎn)列車和郊區(qū)客運(yùn)列車。

后記
VL80R型電力機(jī)車開啟了蘇聯(lián)晶閘管相控電力機(jī)車的先河,其牽引電路系統(tǒng)亦被后來同樣由NEVZ出品的VL85型、VL65型、EP1型、E5K型電力機(jī)車所沿用;而VL80S型電力機(jī)車,則開啟了蘇聯(lián)交流電力機(jī)車重聯(lián)運(yùn)行的先河。

注釋
⑴俄語:Новочеркасский электровозостроительный завод。
⑵其中的“R”指的是再生制動(dòng)(Рекуперативным торможением)。
⑶車號(hào)號(hào)段:300號(hào)、621號(hào)~622號(hào),以及1500號(hào)~1869號(hào)。VL80R-300號(hào)和VL80R-622號(hào)機(jī)車分別于1973年和1987年報(bào)廢除籍;VL80R-621號(hào)機(jī)車于1979年送回NEVZ,后報(bào)廢拆解。
⑷其中的“S”指的是機(jī)車重聯(lián)(Системе Многих Единиц)。




完稿時(shí)間:2020年9月23日
A0級(jí)發(fā)表時(shí)間:2020年9月23日
A1級(jí)修改時(shí)間:2022年4月22日