第一节　HXD1C型电力机车运用

2004年，国家通过了《中长期铁路网规划》，并对研究通过的铁路机车车辆装备现代化实施方案明确指出，“加快我国铁路运输装备现代化，要按照引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌的总体要求”。根据上述方针，国家发改委与原铁道部于2004年7月联合下达了《大功率交流传动电力机车技术引进与国产化实施方案》，正式开始了新型交流传动电力机车的采购过程。2004年12月，南车株洲电力机车有限公司和德国西门子交通集团获得了180台HXD1型双节八轴9600kW大功率交流传动电力机车的订单。2007年8月，南车株洲电力机车公司和西门子公司再次合作，获得了500台HXD1B型单节六轴9600kW交流传动货运电力机车的订单。

一、HXD1C型电力机车诞生

南车株洲电力机车公司通过上述HXD1、HXD1B型电力机车的技术引进，掌握了大功率交流传动机车的系统集成技术和车体、转向架、轮轴驱动、电机、变压器等九大关键技术及相关配套技术，形成了一套适应中国铁路运输需要的技术体系，同时搭建了具有国际先进水平的制造和产品技术平台，为自主研制的HXD1C型六轴7200kW交流传动货运电力机车奠定了基础。

2008年10月，原铁道部正式向南车株洲电力机车公司下达了六轴7200kW交流传动货运电力机车的研制任务，新机车被定型为HXD1C型，其中“HX”是“和谐”的汉语拼音首字母缩写、“D”代表电力机车、“1”代表株洲电力机车公司的生产厂商代号，通称为“和谐”1C型电力机车。HXD1C型电力机车是在HXD1、HXD1B型电力机车设计制造技术平台的基础上，为满足中国铁路重载货运需要而研发的大功率交流传动干线货运用六轴电力机车，牵引系统采用交—直—交流电传动、水冷IGBT变流器、牵引逆变器、变频异步牵引电动机、分布式网络控制系统，单轴功率1200kW，额定总功率为7200kW，能够在线路坡度不超过12‰的平原地区单机牵引5000～5500t货物列车，最高运行速度为120km/h。HXD1C型电力机车采用了我国自主研制的国产牵引变流系统，其中牵引变流器、辅助变流器及网络控制系统均由株洲南车时代电气股份有限公司、南车株洲电力机车研究所开发研制，机车国产化率超过90％。

2009年4月30日，首台HXD1C型电力机车在南车株机公司落车；同年6月12日正式下线，机车从设计到竣工用了不到6个月。2009年6月22日，中国铁道部与中国南车集团在四川成都签订了400台HXD1C型大功率交流传动电力机车的购销合同。其中280台机车由南车株洲电力机车有限公司生产，其余120台由南车资阳机车有限公司分包生产，车号由6001起排序。根据原铁道部与四川省政府于2008年7月2日签署的《加快推进四川省灾后铁路恢复重建部省会谈纪要》，确定支持资阳机车有限公司生产和谐型大功率交流传动电力机车，至2009年4月底，HXD1C型电力机车技术图纸完成转移到资阳机车公司；同年5月底，六轴电力机车项目生产平台基础建设基本完工，同年6月底投入使用。

前两台HXD1C型机车（0001、0002）出厂后被送往中国铁道科学研究院北京环形铁道试验基地，于2009年6月26日开始进行型式试验和综合性能试验。2009年9月，两台机车在成都铁路局管内成渝铁路进行了动力学性能试验，机车在成渝线上R300多小曲线半径的复杂线路条件下，完成通过23t、25t轴重状态下的试验，总试验运行里程达7000km。2009年9月27日，首台由南车资阳机车公司生产的HXD1C型机车（6001）竣工下线。

二、HXD1C型电力机车实地运用

首批2台HXD1C机车于2009年9月30日正式交付成都铁路局重庆机务段（图2-1），至同年年底重庆机务段已接收60台机车。按照原铁道部安排，重庆机务段的HXD1C型机车主要用于担当襄渝线的货运牵引任务，以应对襄渝铁路二线开通后运量增长的需要，而替换下来的SS3型电力机车调拨到成都机务段并投入达成铁路使用。西安铁路局安康机务段和武汉铁路局襄樊北机务段（2011年6月改称襄阳机务段）也分别于2009年10月和11月起，开始共同支配运用重庆机务段的HXD1C型电力机车。

2009年10月31日，襄渝铁路二线全线通车。襄渝铁路为山区铁路，部分路段曲线半径小、线路坡度大，麻柳至巴山之间更有长达23km的持续大坡道，最大坡度达到13‰，为此原铁道部决定在襄渝线使用HXD1C型电力机车双机重联的牵引方式。2009年11月7日至8日，原铁道部运输局组织成都铁路局、西安铁路局、武汉铁路局，在襄渝线进行跨局长交路货物列车牵引试验（图2-2）。

测试HXD1C型电力机车的牵引性能、制动性能和动应力，并将试验列车各区间运行时分与现行标尺比较，以验证HXD1C型机车在襄渝线牵引4500t货物列车的可行性。2011年12月15日，襄渝铁路襄阳北至达州间成功进行货物列车提吨牵引试验，列车重量由以往的3500t提高到4500t。同月底，襄渝铁路襄阳北至达州、重庆西间正式开行4500t货物列车，初期每日开行20对，由襄阳机务段支配重庆机务段的HXD1C型电力机车双机牵引，乘务交路实施跨局轮乘，武汉、西安、成都三个铁路局的司机在安康东、达州站换乘，分别值乘襄樊北至安康东、安康东至达州、达州至重庆西区段。

2010年7月28日，南车株洲电力机车有限公司与成都铁路局在北京正式签署了590台HXD1C型电力机车的购销合同，其中170台机车由南车资阳机车公司分包生产。2012年8月，南车株洲电力机车有限公司与兰州铁路局签订了50台HXD1C型电力机车的购销合同。另外，根据运输生产和优化机车配置的需要，按照2012年10月8日在北京召开的机车调配协调会议协商结果，将郑州铁路局HXD1C型机车0462～0495、0518～0525、6179～6238号计102台，调拨乌鲁木齐铁路局担当兰新线乌鲁木齐西—哈密间货运任务。截至2012年10月，HXD1C型电力机车已配属到重庆、株洲、鹰潭、兰西、洛阳、西宁、襄阳、向塘、嘉峪关、乌鲁木齐（哈密）等机务段，共计1041台。随着2013年7月1日哈密机务段建段，2013年底哈密机务段先期配拨由株洲电力机车厂生产的HXD1C型电力机车40台（其中高原配置机车25台，本书内简称高配机车）已到位，全部投入兰新线运输中（图2-3）。

为适应青藏铁路的高原环境，南车株洲电力机车公司为青藏铁路公司开发了HXD1C高原型电力机车，车号由3001起排序。相对于平原运用的HXD1C型机车，高原型机车加强了电气绝缘性能、散热性能、耐低温性能和材料抗腐蚀性能等环节。首两台高原型机车（3001、3002）于2012年初下线，2012年2月送往北京环形铁道进行型式试验；同年3月23日，高原型机车在青藏铁路西宁至格尔木区段完成了环境适应性试验，通过了温升试验、辅助电源试验、自动过分相等试验项目。完成试验后，两台机车配属西宁机务段，开始投入10万km运用考核。

三、HXD1C型电力机车构架

HXD1C型电力机车是六轴大功率干线货运用电力机车，车体采用整体承载结构及模块化设计，两端各设有一个司机室，司机可在任何一端司机室对机车进行控制；车内设备采用两侧屏柜化斜对称布置，并设中间贯通走廊。每台机车车顶设有两台由株洲九方电器设备有限公司制造的TSG15B型单臂式受电弓，其他车顶外置设备包括真空断路器、接地开关、避雷器、高压连接器等高压设备（后期出厂的高原配置机车，更改设置在机车机械间新增设的网侧柜内）。牵引变压器采用卧式悬挂结构，与蓄电池、总风缸一同吊装于车底中部。机车采用车体独立通风方式，从侧墙上部进风百叶窗吸入冷风，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。机车轴式为C0-C0，持续功率为7200kW；机车标准轴重为23t，并可以通过增加压铁提高到25t。空气制动系统采用克诺尔公司的CCBⅡ微机控制电空制动系统或法维莱公司（Faiveley）的“Eurotrol”微机控制电空制动机。

HXD1C型电力机车是交—直—交流电传动的单相工频交流电力机车，机车主电路由牵引变压器（也称主变压器）、牵引变流器（也称主变流器）、牵引电动机三大部分构成。接触网导线上的25kV工频单相交流电电流，经受电弓、主断路器进入机车后再输入主变压器，交流电经过主变压器次边的6个牵引绕组降压后，为2组牵引变流器供电。单相交流电经过四象限脉冲整流器整流为直流电，然后向电压为1800V的中间直流回路供电，再由逆变器转换成频率和电压可变的三相交流电输出，每组逆变器向一台异步牵引电动机供电，实现机车的轴控驱动，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。

机车主变压器型号为TBQ35-8900/25，为一体化多绕组（全去耦）变压器，变压器采用下悬式安装、强迫导向油循环风冷却。每台机车设有两台由株洲南车时代电气股份有限公司研制的TGA9型牵引变流器，是在HXD1、HXD1B型电力机车牵引变流器的基础上改进而成，其核心部件如变流器模块的主体结构完全相同，单台设计功率为3600kW。每台牵引变流器由三重四象限整流器、一个中间直流回路和三个PWM逆变器三者组成，每台牵引变流器向一个转向架上的三台牵引电动机供电，而每个牵引电动机由各自的逆变器供电，四象限整流器和PWM逆变器均由相同的水冷IGBT变流模块组成。牵引电动机采用由株洲南车电机股份有限公司研制的JD160A型鼠笼式三相异步牵引电动机，额定功率为1225kW，冷却方式为强迫通风，采用直接转矩控制（DTC）。

HXD1、HXD1B型机车的辅助变流器均采用由中间直流环节供电的主辅一体化集成结构，但HXD1C型机车并没有采用这种结构。每台HXD1C型机车上配有2台株洲南车时代电气股份有限公司开发的TGF54型辅助变流器，为机车辅助设备供应三相交流电源，由主变压器的辅助绕组供电。正常情况下其中一个为恒频恒压变流器（CVCF），为牵引电动机通风机和油水冷却塔风机供电；另一个为变频变压变流器（VVVF），向水泵、油泵、蓄电池充电机等设备供电。

HXD1C型电力机车装载了株洲南车时代电气股份有限公司开发的“列车分布式网络通信和控制系统”（Distribute Train Electric Control System，DTECS），该系统基于列车通信网络（TCN）国际标准协议，当中包括了不同功能模块，例如，车辆控制单元（VCM）、网关模块（GWM）、事件记录模块（ERM）、智能显示装置（IDD）等，不同模块通过两级网络控制系统进行数据通信，由绞线列车总线（WTB）和多功能车辆总线（MVB）两级网络构成，机车内所有电子控制装置、显示器等都通过MVB相连，WTB容许进行多机（最多三台机车）重联控制及显示功能。

四、HXD1C型电力机车主要运用特点

机车走行部为两台完全相同的三轴转向架，转向架构架采用钢板焊成箱形结构的目字形构架，轮对轴箱采用单拉杆定位。一系悬挂采用螺旋弹簧配垂向油压减振器；二系悬挂为高挠螺旋圆弹簧及橡胶垫，配垂向、横向油压减振器。牵引力或制动力通过中间低位推挽式双斜拉杆牵引装置传递。驱动系统结构与HXD1型机车相同，牵引电动机采用滚动轴承抱轴式半悬挂、单边刚性斜齿传动。基础制动装置为轮盘制动；停放制动装置为单元制动器，能保证机车在30‰的坡道上实现停放制动。此外，并设有轮缘润滑装置和砂箱加热烘干装置。

HXD1C型交流电力机车就其电气传动方式而言，属于交—直—交传动的范围，它有接触网供给高压交流电，在机车上降压、整流通过中间直流环节变成直流电，然后再通过牵引逆变器、辅助逆变器将直流电变换成三相交流电，用来驱动交流牵引电机及其他辅助三相交流电机。

机车由电气部分、机械部分和空气管路系统三大部分组成一个有机整体，互相配合，又各自发挥独特作用，共同保证机车性能的正常发挥。

机车电气部分的主要功用是将来自接触网的电能变为牵引列车所需要的机械能，实现能量转换，同时还实现机车的控制。

机车机械部分主要用来安设司机室和各种电气、机械设备，承担机车重量，产生并传递牵引力及制动力，实现机车在线路上的行驶。

电力机车的空气管路系统作用是产生压缩空气供机车上的各种风动器械使用，并实现机车及列车的空气制动。

HXD1C型交流电力机车由单节6轴机车组成，机车采用国际标准电流制，即单相工频制，电压为25kV，并能适应我国铁路接触网较宽的电压范围的特点，其机车上配备有相同的主电路、辅助电路和控制电路系统，机车两端司机室均可单独操作运行。

机车主电路是通过车顶高压连接器在网侧相连，它使得机车在运用中仅需使用一个受电弓便可实现整台机车的供电。

机车具有完整的电传动系统，该系统由一台拥有1个原边绕组、6个牵引绕组和2个2次谐振电抗器的主变压器，通过六个四象限整流器（4QC）向两个独立的中间直流电压环节充电。每台转向架上的3台三相异步电动机作为一组负载，由连接在中间直流环节中的一个脉宽调制逆变器供电。因此两路中间直流环节相互独立，所以整台机车牵引力有相当量的冗余，从而提高了机车的可利用率。中间直流环节还连接有谐波吸收电路、过压保护电路和接地检测电路。四象限整流器和脉宽调制逆变器采用水冷IGBT模块冷却。

机车采用再生制动。在机车处于再生制动工况时，机车其牵引电机处于发电机状态，并将电机产生能量反馈回电网，达到节能的效果。

HXD1C型机车的辅助回路电源（PWM辅助逆变器）集成在牵引变压器中，同牵引回路共用电牵引（辅变）绕组、辅变四象限整流器、辅变中间直流电压环节以及其他装置，使整车的部件数量得以减少，从而降低整个系统的故障率。为了节能使用了两台辅助逆变器，每台逆变器通过1台变压器和滤波电容对输出电压进行调压和滤波后，提供近似正弦波的三相交流电源。正常情况下，其中一个逆变器输出为变频变压方式（80～440V，10～60Hz），根据实际需要给有变速要求的牵引风机电机和冷却塔风机电机供电；另一台逆变器恒频恒压输出3相AC440V，60Hz给剩余的辅助设备，如水泵、变压器油泵、空调及主压缩机、蓄电池充电机、加热器等车载三相和单相230V，60Hz负载供电。三相交流辅助供电采用了冗余设计，一旦一个辅助逆变器出现故障，另一个将承担所有负载。此时所有辅助设备都以恒频恒压方式工作。负载的重组将自动进行，并通过显示器通知司机。

机车的电子控制系统结构，是基于德国西门子铁路自动化系统电子控制和TCN列车通信网络技术的成熟产品。机车内由MVB总线把所有的电子控制系统、动力控制设备和制动控制单元（CCBⅡ）连接在一起。制动系统的显示屏和制动控制单元由其内部的总线连接。整个系统集成了机车重要的开环/闭环控制及故障诊断功能，结构清晰，部件成熟可靠。

机车车体为全钢框架结构，主要由底架、司机室、左右侧墙、司机室隔墙、车体后端墙、车体顶盖、顶盖连接横梁、车内焊接件、牵引缓冲装置及车体附属部件组成，车体内机械室设有中央直通式走廊，两端司机室之间设有过渡通道，构成同一台机车的两司机室之间的通道。车体所用材料考虑保证机车能在-40℃低温环境工作。

机车有两台C0-C0动力转向架。转向架主要由构架、轮对、驱动装置、一/二系悬挂装置、低位牵引杆装置（转向架与车体连接装置）、轮盘基础制动装置和转向架辅件等部分组成。转向架完全满足可互换和模块化的要求。转向架构架由两根侧梁、一根牵引梁和两根端梁组成。每一端梁上装有两套单元式制动夹钳。轮对由整体车轮和锻造车轴组成，每个车轮上安装有两个盘形制动的制动盘。电机悬挂采用抱轴方式。齿轮箱采用铝合金材料，一、二系悬挂均采用钢制卷簧，机车实现23t与25t轴重转换时须对一、二系悬挂作简单的调整。

机车设备布置采用模块化的结构，以便有效地缩短维修、组装时间，使系统和部件能独立的在机车外进行预组装和预试验。机械间内设备沿车内中间走廊两侧平行布置，采用导轨安装方式固定，机车除生活设施和通信信号设备外，其余设备和布置采用对称布置均相同。机械间内布管和布线采用预布式中央管排和中央线槽方式，中央管排和线槽安装在中央走道下，美观且便于生产和维护。驱动系统的动力线则安装在走道两边的设备安装架内，使动力电缆与控制及信号线有机的分离，以保证电系统的可靠性。

主变压器采用卧式悬挂，并与机车蓄电池柜一起吊装在机车两转向架之间的底架下。车顶高压电器集中安装在靠后端的一块活动顶盖和后端墙上固定顶盖上（后期出厂的机车此类高压电气设备均安装在机械间网侧柜内）。通信用的天线设备分别安装在司机室顶和其他几块活动顶盖上。司机室的设备布置符合规范化司机室的要求、同时适应于单司机操纵。两端司机室采用相同布置。

机车冷却通风系统为独立式通风系统，机车运行时机械间保持微正压工况，整车的通风可分为4个部分：牵引电机通风系统；变压器、变流器冷却用油水冷却塔通风系统；辅助变压器柜及车内通风系统；司机室空调通风系统。4个通风系统相互独立，互不影响。

机车装有两台螺杆式压缩机、一台双塔干燥器、两个500L的主风缸，这些设备构成机车主风源系统。压缩机生产的高压风经干燥器干燥净化后送入主风缸。

机车安装了一套克诺尔CCBⅡ型制动机。该系统的制动控制单元BCU安装在制动柜中，BCU通过MVB总线与CCU实现制动信号的交换。

机车装备的空气制动系统有4个部分。

（1）自动制动（即非直接制动）是通过电子制动阀EBV的自动制动手柄来实施控制的。它通过控制列车管（BP）的充、排风来对实现对整个列车缓解、制动的控制。在自动制动时，机车自身也将使用电制动。

（2）单独制动由司机进行操作，仅用来控制机车制动缸制动和缓解。

（3）后备制动（即纯空气制动）在主制动系统失效后，通过纯空气的司机制动阀控制列车管的排风，对整列车施加制动。制动由司机制动阀在位置上的时间决定。

（4）停车制动。当机车静止且在非操控状态时，停车制动可确保机车不会溜动。停车制动通过弹簧蓄能实现制动的，它通过位于每个司机室后墙上的两个按钮控制，一个用于施加停放制动，另外一个用于缓解停放制动。两个按钮都将读入控制系统，以实现在重联机车或同一列车中间部位机车的停车制动的制动与缓解。当蓄电池主开关断开时，机车停车制动将自动处于制动状态。为增加整列车的制动力，自动制动和机车电制动可以结合起来操作，实现空电混合制动。