【電力機車科普】俄羅斯鐵路的「先進黑臉」——EP10型電力機車
文章作者：西瓜昌真濕基（B站和百度暱稱：寧柳跨越）
提示
- 交—直流電傳動：本文定義是指電力機車從25千伏50赫茲交流電氣化鐵路接觸網受流，經過變壓—整流後，向直流牽引電機供給直流電。蘇聯VL80型電力機車以及在此基礎上出口至中國的8G型電力機車均為交—直流電傳動形式。
- 交—直—交流電傳動：本文定義是指電力機車從25千伏50赫茲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。俄羅斯聯邦EP200型電力機車，以及中國和諧1D型電力機車均為交—直—交流電傳動形式。
- 直—直流電傳動：本文定義是指電力機車從3千伏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。蘇聯ChS200型、ChS6型、VL10型、VL11型以及VL15型電力機車均為直—直流電傳動形式。
- 直—交流電傳動：本文定義是指電力機車從3千伏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。俄羅斯聯邦2ES10型電力機車為直—交流電傳動形式。
- 雙電流制電傳動：本文定義是指採用交—直—交流電以及直—交流電雙制式電傳動的電力機車。本文提及的俄羅斯聯邦EP10型電力機車為雙電流制電傳動形式。
- 俄羅斯聯邦諾沃切爾卡斯克市諾沃切爾卡斯克電力機車廠簡稱「諾廠」。
概述
EP10型電力機車⑴是俄羅斯鐵路的雙電流制幹線客運電力機車車型之一，適用於供電制式為3000伏直流電和25千伏工頻單相交流電的電氣化鐵路，由諾廠和德國-瑞士Adtranz跨國公司以及後繼的加拿大-德國龐巴迪運輸跨國公司聯合研發。EP10型電力機車採用了交流傳動技術、Bo-Bo-Bo軸式，其中電氣部分由Adtranz提供，而機械部分由諾廠製造。
背景
由於歷史原因，蘇聯電氣化鐵路有直流3千伏和交流25KV兩種供電制式。在直流電區段和交流電區段的交界處設置接觸網電壓轉換站⑵，轉換接觸網電壓需要很長時間。這樣一來，使用雙電流制電力機車的必要性愈發明顯。
諾廠曾經在VL10型以及VL80型電力機車的基礎上，於20世紀60年代後期推出適用於直流3千伏和交流25千伏的雙電流制VL82型電力機車，但此型電力機車僅生產了91組。
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俄羅斯電力機車發展的另一個有希望的方向，是推出裝有非同步牽引電動機的電力機車。使用功能更強大且易於維護的非同步牽引電動機可以顯著降低運營成本，然而這需要特殊的牽引逆變器，這是非常複雜的設備，到20世紀90年代早期蘇聯的研製並沒有取得重大成功。儘管諾廠曾經推出採用交—直—交流電傳動的VL86F型電力機車，但終究因為蘇聯在1980年代後期的經濟狀況越趨惡化，而未能投入批量生產。
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此外，俄羅斯研製新機車的困難在於缺乏足夠的客運電力機車生產經驗，與貨運電力機車相比，客運電力機車的可靠性和安全性要求更高。在20世紀90年代以前，蘇聯從捷克斯洛伐克斯柯達公司購買了ChS系列幹線客運電力機車。然而，在東歐劇變、蘇聯解體和關稅出現後，購買進口機車變得過於昂貴。因此諾廠在VL85型電力機車基礎上於1992年研製成功VL65型電力機車；後又在VL65型機車基礎上又研製了EP1型電力機車。
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製造
在20世紀90年代中期，諾廠與全俄電力機車研究與設計院一起參與了一種帶有非同步牽引電動機的新型雙電流制電傳動電力機車的開發。由於俄羅斯缺乏製造設備的經驗，第一階段非同步電動機的逆變器決定在國外購買，而Adtranz公司被選為設備供應商。1997年2月14日俄羅斯聯邦鐵道部簽署了一項為新型電力機車提供21套電氣設備、總金額為6850萬瑞士法郎的合同，該合同還暗示在Adtranz公司與諾廠的合資企業中開始生產部件。
1998年底，EP10-001號機車製造完成並向公眾展示。根據時任鐵道部長尼古拉·阿克肖年科的說法，第一輛機車的生產成本為1.8億盧布。其中，超過80％是進口電氣設備的成本。在未來，計劃在向電力機車的批量生產過渡中將三次降低成本。
根據測試結果發現了一些缺點，但是，1999年12月，俄羅斯聯邦鐵道部驗收委員會推薦EP10型機車進行批量生產。2000年，諾廠計劃製造EP10-002號和EP10-003號機車，其中Adtranz公司提供兩套設備。根據當時的計算，這三臺機車的設計、零部件採購和生產的總成本為4.234億盧布。然而，在2001年鐵道部人事變動後，新任鐵道部副部長以EP10型機車的成本太高為由，凍結了與Adtranz公司的交易，轉而優先購買EP1型機車。結果，EP10型機車的製造被暫停。
俄羅斯聯邦鐵道部在2003年底重組為俄羅斯鐵路後，以EP10型機車設計缺陷和可靠性過低為由，一度反對諾廠生產客運電力機車，而讓科洛姆納工廠製造EP2K型機車。儘管如此，在時任俄羅斯鐵路副總裁弗拉基米爾·伊萬諾維奇·亞庫寧的倡議下進行了對EP10型機車的測試，使之俄羅斯得到認可，然後與已收購Adtranz公司的龐巴迪運輸公司進行談判，將供應的設備數量從18臺減少到9臺。
2004年初，俄羅斯鐵路再次推遲購買EP10型機車，這引起了龐巴迪運輸的抗議。龐巴迪運輸要求俄羅斯鐵路支付違約金或簽訂生產另外11臺EP10型機車的合同，不包括已造好的EP10-001號機車。因此，在訴訟的威脅下，俄羅斯鐵路於2004年11月簽訂了一項協議，並於2005年3月簽署了一份最終合同，製造另外11臺EP10型機車，總價值為4.5億盧布。
2005年底，EP10-002號機車製造出廠；2006年全年，諾廠製造了其餘10臺EP10型機車。由於EP10型機車的可靠性過低，諾廠轉而與法國阿爾斯通合作研製新的EP20型機車。
測試和運用
EP10-001號機車製造出廠後，最初在諾廠的測試軌道和位於莫斯科州謝爾賓卡的全俄鐵道運輸科學研究院環形鐵道試驗基地進行了測試。此後，它在莫斯科、高爾基、北高加索、克拉斯諾亞爾斯克和西西伯利亞鐵路局上進行了旅客列車實驗測試。2005年，在俄羅斯鐵路決定製造另外11臺EP10型機車後，EP10-001號機車被送往北高加索鐵路局管內別洛列琴斯克至邁科普之間的高速試驗區段進行速度測試。
EP10-002號機車在2005年底製造出廠後不久，沿莫斯科至佈列斯特進行了一系列運行測試之後，它被送回了諾廠以改進EP10-003號機車。EP10機車的最終認證測試於2006年3月完成。考慮到已確定的測試和消防安全要求，修改了EP10-001號機車。
2006年春天，EP10-001號機車配屬莫斯科鐵路局維亞濟馬機務段，在那裡建立了維修基地並進行了最後的調整。然後，所有的機車被轉配到莫斯科鐵路局莫斯科-梁贊調車機務段。
幾年來，EP10型機車在莫斯科至下諾夫哥羅德區段（「雨燕」號列車⑶），莫斯科至喀山區段，莫斯科至基輔區段（「首都」號列車⑷），莫斯科至佈列斯特區段（「斯拉夫人」號列車⑸），莫斯科至沃羅涅日區段等路線上牽引快速旅客列車。
2016年3月，除了EP10-008號和EP10-011號機車繼續配屬在莫斯科-梁贊調車機務段外，其餘EP10型機車被轉配到莫斯科鐵路局奧熱列利耶調車機務段；上述兩臺EP10型機車以及EP10-012號機車在轉配前後被送往羅斯托夫電力機車修理廠進行封存，而其中的EP10-011號機車已殘缺不堪。目前配屬於奧熱列利耶調車機務段的EP10-004號和EP10-007號兩臺機車尚在運用狀態，但莫斯科鐵路局亦開始運用更現代和更可靠的EP20型電力機車。
技術設計
EP10型電力機車採用Bo-Bo-Bo軸式、交—直—交流電以及直—交流電雙制式傳動，全長22532毫米，寬為3100毫米，輪徑為1250毫米，可通過最小半徑為125米的曲線。機車最高運行速度為160公里/小時，持續運行速度為80公里/小時，額定牽引力為320千牛，持續牽引力為311千牛。機車並設有列車供電系統，能夠向旅客列車提供3000伏直流電源。
轉向架
機車採用無導框轉向架。它由帶軸箱和齒輪箱的輪對、軸箱彈簧懸掛系統、液 壓減振器、轉向架構架、牽引電動機及制動系統等組成。轉向架採用一、二系彈簧懸掛。
電氣設備
電路的高壓部分包括兩個TACS-1型受電弓和一個主電流制轉換開關。該主電流制轉換開關在受電弓無電時處在中間位；當機車運行於交流電氣化區段時，轉換開關處在「交流位」，電流流過HV-VOV-25A-10/400 UHL1型交流主斷路器；當機車運行於直流電氣化區段時，轉換開關處在「直流位」，電流流過BV-UR36E型直流快速斷路器。
機車主變壓器有6個牽引繞組，每個牽引繞組向1臺網側變流器供電。網側變流器 是四象限脈衝整流器，它在牽引工況下從電網獲取電能，在再生制動工況下則向電網反饋電能。電機側變流器為脈寬調製逆變器，直流中間電路電壓為280伏。
EP10型機車允許使用再生或電阻制動。為了實現電阻制動，在機車上安裝了一塊帶有來自單獨強制風冷的制動電阻。電阻制動功率在直流區段時為5400千瓦，在交流區段時為2700千瓦；再生制動功率為7200千瓦。機車的最大制動力為375千牛。
EP10型機車採用分散式通風系統，一方面減少了自身需求的電力消耗，達到每小時電力的1.4％，並且可以降低系統的金屬容量，另一方面，導致電機和風扇數量顯著增加。
EP10型機車裝有6臺NTA-1200型三相非同步牽引電動機，齒輪比為85：22，額定功率為7200千瓦，持續功率為7020千瓦。
問題
EP10型電力機車的主要缺點是牽引電動機的可靠性低⑹，還發現了許多其他問題。
此外，諾廠宣稱可以單司機操作EP10型機車，但根據部分機車乘務員的評論，由於一些扳鍵按鈕位於副司機操作檯上⑺，單司機操作反而十分困難。諾廠還宣稱EP10型機車具有高功率、良好的加速動力學以及改善的牽引特性；而根據機車乘務員的實際操作情況，這適用於「手動」模式，但在「自動」模式情況下相反。
簡評
作為俄羅斯鐵路對雙電流制客運電力機車的探索，這款被暱稱為「先進黑臉」的EP10型機車，雖然因為技術上的缺陷以及可靠性過低而終究轉入封存，但諾廠並未就此放棄雙電流制客運電力機車研製，轉而與法國阿爾斯通合作研製更新更可靠的EP20型機車。
西瓜昌真濕基：【鐵道科普】適用於直流3千伏和交流25千伏的雙電流制「奧林巴斯」EP20型電力機車
注釋
⑴俄語：ЭП10。
⑵在這種車站，交流電力機車牽引列車進站後摘鉤離開，之後斷開接觸網供電，後切換供電電壓，直流電力機車再掛鉤牽引列車進入直流電氣化區段；反之亦然。
⑶俄語：?Буреве?стник?，俄羅斯鐵路旗下全資子公司——聯邦客運公司在歷史上擔當的一趟品牌快速旅客列車，車次為153/154次，往返於下諾夫哥羅德與莫斯科之間。
⑷俄語：?Столичный экспресс?；烏克蘭語：?Столичний експрес?，烏克蘭鐵路擔當的一趟品牌快速旅客列車，車次為001/002次，每隔一天往返於烏克蘭基輔客運站與俄羅斯莫斯科基輔站之間。
⑸俄語：?Славянский экспресс?；白俄羅斯語：?Славянск? экспрэс?，俄羅斯鐵路旗下全資子公司——聯邦客運公司擔當的一趟品牌快速旅客列車，車次為003B/004B次和007M/008B，往返於白俄羅斯佈列斯特與俄羅斯莫斯科之間。
⑹特別是當使用「6號按鈕」時，將牽引力轉換為增壓模式，電流值顯著超過計算值。
⑺包括駕駛室照明、底部照明、電加熱、副燈等扳鍵開關等。
參考
- 《ПАССАЖИРСКИЕ ЭЛЕКТРОВОЗЫ СЕРИИ ЭП10》，Ye·R·阿伯拉莫夫，《Электроподвижной состав Отечественных железных дорог》，第258-第260頁。
- 《俄羅斯ЭП10型雙流制電力機車》，譚學斌，摘譯自《Локомотив》1999年第11期、第12期、2000年第1期和第2期，《電力機車技術》2000年第3期
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