既有直流機車DF8B/DF11交流化改造的可行性研究

陳志杰

摘 要： 目前，國內主要干線的運力已多由交流機車承擔，傳統直流機車大多已推出干線舞臺，但DF8B/DF11等經典車型，仍在不少支線及路外工況企業繼續服役。這些直流機車多已進入大修期，大修期間，若能在車體結構不做重大變動的前提下，對機車進行交流化改造，無疑將延續這些經典車型的服役壽命。本文將通過機車拓撲方案推導、機車總體布局方案驗證等方式進行DF8B/DF11直流機車交流化改造的研究。

關鍵詞： 直流機車;交流機車;改造;DF8B;DF11

1.交流化改造方案的可行性拓撲推導

研究既有直流機車DF8B/DF11的交流改造方案，首先應比對傳統直流機車與現有成熟交流機車的異同。本節中，將對兩種機車拓撲結構的異同進行說明，繼而推導出可行的改造方案拓撲。

1.1 DF8B/DF11機車拓撲

1）主牽引系統：柴油機帶動主發電機轉動，主發輸出的三相交流電經主硅整流柜后提供給牽引電機，通過機車微機控制系統，可以控制機車的工況轉換，包括牽引、電阻制動以及自負荷;

2）直流輔助系統：由前變速箱帶動直流啟動發電機發電，向蓄電池、空調、電爐、控制與照明以及空壓機供電;

3）機械式與靜液壓輔助系統：包括主發與整流柜通風機、前架牽引通風機、后架牽引通風機以及由靜液壓馬達驅動的2臺冷卻風扇;

4）勵磁系統：由前變速箱帶動勵磁機，勵磁電流經勵磁整流器整流后提供給主發勵磁繞組;

1.2 SDA3交流機車拓撲

目前市面上較為成熟的的交流機車主要有HXN5、HXN5B、SDA3等，考慮車體結構的通用性，在本節中，將主要以SDA3的拓撲方案為主要研究對象。

1）主牽引系統：柴油機帶動主發輸出三相交流電，經由牽引變流器變為可控的三相交流電提供給牽引電機;

2）交流輔助系統：有獨立的輔發電機，輔發電機通過后變速箱由柴油機曲軸帶動，輔發輸出三相交流電，機車配有5個輔變模塊，其中2個冷卻風扇和2個空壓機由變壓變頻的輔變模塊控制，另有1個定壓定頻模塊為冷卻塔水泵電機、2個車體通風機以及空調和生活電源供電;

3）直流輔助系統：在輔變中還配有蓄電池充電機，其為機車控制系統、柴油機啟動電機、照明等提供電源;

4）勵磁系統：SDA3的主發勵磁是由微機完成的，而輔發勵磁則集成于輔變柜內;

1.3 直流與交流機車拓撲方案對比

根據上兩節的方案描述可以得到上述機車的拓撲方案對比情況，如表1：

1.4 交流化改造前提

根據1.3節的方案對比，在確定可行的交流改造方案之前，應先明確幾個大的前提：

1）從成本角度出發，應盡可能采用現有成熟方案進行交流改造;

2）所有改造方案應保持主體車架不變;

3）直流機車主發額定電壓為3AC 540/740V，而交流機車由于牽引變流器的中間電壓較高（SDA3取DC 1600V），由此要求主發電機的額定輸出電壓也必須提高（SDA3為3AC 1270V），所以主發電機必須更換;

4）由于DF8B/DF11的柴油機的最大運用功率為3610kW，功率較大，交流化方案的主變冷卻方式應選擇水冷。

2.總體布置方案可行性確認

2.1交流改造方案總體布局描述

1）由于改造方案的前提是原車架不應做大的改動，所以在重新排布各電氣部件時應充分考慮車架與車體結構，在原框架內進行總體排布考慮。兩端司機室保持不變;

2）取消前變速箱結構，取而代之，原電氣室及電機室空間應布置主變柜、電器柜、電阻制動柜、制動柜（閥類柜）以及冷卻塔;

3）更換主發，依照SDA3所用主發CDJF201N進行改進型開發，要求主發容量應提升至3600kVA以上;

4）柴油機保持不變，且柴油機在車體的安裝位置不變;

5）調整后變速箱結構，保留后架牽引通風機，取消靜液壓冷卻風扇，改為交流電機驅動，增加輔發電機以及輔變柜。

具體的改造方案以DF11為例，從前向后改造內容如表2：

2.2 交流改造方案可行性論證結論

從2.1節的分析描述可以看出，在應用成熟交流傳動部件的想法下所進行的交流改造方案，除了輔變、機油濾清器、起動馬達以及機油熱交換器等部件的安裝位置的問題外，還可能因為前后架牽引通風風口位置的變化而導致車架結構變化，這樣一來，又與1.3.1節中提出的“所有改造方案應保持主體車架不變”的前提相悖。所以，可以得出初步結論：在保持主體車架不變，并考慮現有成熟交流方案的前提下，是無法完成DF11/DF8B的交流改造的。

3.結論

受限于車架結構不做大的變化以及盡可能應用現有成熟交流方案的前提條件，想要通過直接更換車上電氣大部件的方式是無法實現DF11/DF8B的交流化改造的。

雖然主回路交流化改造的方案無法實現，但是輔助系統的交流化改造方案已經有了一定研究，具體的方案在《DF8B內燃機車變頻交流輔助傳動改造設計說明書》已有詳細論述。考慮到這一方案的時間背景已是十多年前，經過十幾年的創新與發展，現在又有很多新技術可以應用。而這又將是另一個新的課題。