【科普】南非货运铁路的“中国娃娃”——20E型、21E型和22E型电力机车
文章作者：西瓜昌真湿基（哔哩哔哩和百度昵称：宁柳跨越）
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直—直流电传动：指电力机车从直流电气化铁路接触网受流，向直流牵引电动机供给直流电。苏联铁道部VL12型电力机车为直—直流电传动形式。
直—交流电传动：指电力机车从直流电气化铁路接触网受流，经过逆变后，向交流牵引电动机供给交流电。法国国家铁路CC 1100型电力机车为直—交流电传动形式。
交—直流电传动：指电力机车从交流电气化铁路接触网受流，经过变压—整流后，向直流牵引电动机供给直流电。苏联铁道部VL61型电力机车为交—直流电传动形式。
交—交流电传动：指电力机车从交流电气化铁路接触网受流，无需经过变压—整流—逆变，直接变频后向交流牵引电动机供给交流电。法国国家铁路BB 13000型电力机车及BB 14000型电力机车为交—交流电传动形式。
交—直—交流电传动：指电力机车从交流电气化铁路接触网受流，经过变压—整流—逆变后，向交流牵引电动机供给交流电。白俄罗斯铁路BKG1型电力机车为交—直—交流电传动形式。
多电流制电力机车：本文提及的“多电流制”，是指采用交—直—交流电以及直—交流电双制式电传动，但受流电压为两种或两种以上的电力机车。本文提及的南非国家交通运输集团20E型、21E型和22E型电力机车即为多电流制电力机车。
南非国家交通运输集团在本文均简称“Transnet”，其铁路货运分公司简称“TFR”⑴，铁路设备分公司简称“TRE”⑵。
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概述
20E型电力机车是中国中车株洲电力机车有限公司在2013年到2015年间向TFR交付的一种多电流制干线客货运两用电力机车。后来，株洲电力机车在20E型电力机车的技术基础上，相继推出大轴重设计的21E型电力机车和六轴设计的22E型电力机车，同样交付TFR。
20E型电力机车
制造
前10台20E型电力机车——20-001号~20-010号机车由株洲电力机车制造；15台20E型电力机车——20-011号~20-025号机车，由Transnet的子公司——TRE公司利用株洲电力机车提供的部件，在位于比勒陀尼亚的库杜斯普特工厂进行组装；其余70台机车由TRE库杜斯普特工厂制造。
与先前由日本东芝公司制造的19E型电力机车一样，20E型电力机车为了实现在运行中自动切换，配备了车载电压检测器，并根据不同的接触网网压自动选择25 kV 50 Hz交流或者是3 kV直流机车主电路：
机车在25 kV 50 Hz交流电网下牵引时，电源通过受电弓、高压隔离开关和真空断路器向牵引变压器的原边供电。牵引变压器4个独立的次边牵引绕组分别向2台牵引变流器的4个四象限脉冲整流器供电，每台牵引变流器的2个四象限脉冲整流器通过低感母排并联向中间直流回路供电，中间直流回路同时向3个电压型PWM逆变器（2个牵引逆变器和1个辅助逆变器）供电，每个牵引逆变器向1台异步牵引电机供电，实现单轴控制。再生制动过程则相反，将制动能量回馈电网。
机车在3 kV直流电网下牵引时，电源通过受电弓、高压隔离开关、交—直流转换开关、快速断路器、牵引变压器牵引绕组进入牵引变流器中间直流环节，为牵引逆变器和辅助逆变器供电。机车在直流网压下电阻制动时，牵引电机产生的制动能量进入制动电阻，以热的能量形式消耗掉。
运用
首批中国制造的20E型电力机车经过测试后，于2014年3月开始在号称“锰矿铁路”的Hotazel-伊丽莎白港铁路运行，以将产自于北开普省的锰矿运往位于东开普省伊丽莎白港。
TFR选择了两台20E型电力机车——20-031号和20-032号机车，改刷蓝色涂装用于牵引豪华观光列车“蓝色列车”⑶，并于2015年初取代了先前在直流区段上担当本务的18E型电力机车、交流区段的7E型电力机车，以及已退役的多电流制14E型和14E1型电力机车。
21E型电力机车
制造
前40台21E型电力机车——21-001号~21-040号机车由株洲电力机车制造；其余60台21E型电力机车由TRE库杜斯普特工厂制造。
21E型电力机车在视觉外观上几乎与20E型电力机车相同。然而，20E型和21E型电力机车之间的外观差异在于正面偏置门门槛、缓冲梁、排障器和司机室左侧侧窗。
除了视觉外观上的差异，21E型电力机车的轴重增加到26 t，并且牵引力有所提高，使其更适合在“煤炭铁路“运用。
运用
21E型电力机车不仅在使用3 kV直流供电的埃尔默洛周边的矿区铁路运行，也可以在号称“煤矿铁路“、且使用25 kV 50 Hz交流供电的埃尔默洛-理查兹湾铁路运行，以将产自于普马兰加省的煤矿运往位于夸祖鲁-纳塔尔省的理查兹湾港。
22E型电力机车
制造
2014年3月，TFR与株洲电力机车、大连机车、庞巴迪运输和通用电气运输四家机车制造商签订了一份被称为“南非历史上最大的单个企业基础设施投资项目之一”的50亿美元机车购置订单。其中，TFR与株洲电力机车签订了359台22E型电力机车的订单。
前40台22E型电力机车——22-001号~22-040号机车由株洲电力机车制造；其余319台23E型电力机车由TRE库杜斯普特工厂制造。
22E型机车的视觉外观实际上与20E型和21E型机车相近，但22E型机车长度更长，并且采用了不同的车轮布置和内部布局。22E型机车的额定功率为4500 kW，是继日本东芝公司制15E型电力机车之后，Transnet采购的第二种新型Co-Co轴式电力机车。
运用
首批22E型机车已交付给比勒陀尼亚地区、约翰内斯堡-德班铁路以及埃尔默洛-理查兹湾铁路，用于替换20世纪80年代引进的7E型机车和10E型机车。其任务包括在从比勒陀尼亚往西北至塔巴津比、往北至波罗爪尼的25 kV 50 Hz交流电气化线路上牵引煤炭和矿石列车。
技术数据表
后记
对于株洲电力机车而言，“中国娃娃”20E型、21E型和22E型电力机车的成功交付，不仅让中国制造电力机车填补了多电流制技术的空白，同时也打开了新的海外市场。
而对于TFR而言，虽然南非国内外不景气的经济状况，阻碍了TFR一部分基础设施改善和机车车辆投资项目的推进，但15E型、19E型、20E型、21E型、22E型以及23E型电力机车的相继到位，使得TFR得以开始逐步对电力机车进行更新换代。可想而知，大量新机车的交付意味着待全球经济回暖时，TFR已做好了从中获益的准备。
注释
⑴英语：Transnet Freight Rail。
⑵英语：Transnet Rail Engineering。
⑶TFR有时会抽调采用红色涂装的18E型、20E型等型电力机车担当蓝色列车本务机车。
参考
《中国南车株机公司中标南非近4亿美元电力机车大单》，颜常青 著，《电力机车与城轨车辆》2012年5月第5期
《新一代国产电力机车与日本东芝19E电力机车粘着性能比较》，邱子荣，张征方，梁兴元 著，《机车电传动》2016年1月第1期
《南非窄轨双流制六轴电力机车概述》，邢涛，陈安俊，李顺 著，《电力机车与城轨车辆》2017年1月第1期
《南非20E/21E型双流制电力机车概述》，陈安俊，钟俊颜，廖国强 著，《电力机车与城轨车辆》2017年2月第2期
《南非双流制电力机车交直流检测装置故障分析及改进设计》，李顺，陈安俊 著，《电力机车与城轨车辆》2017年2月第2期
《南非Transnet Freight Rail公司更新机车》，李拓 译，《国外铁道车辆》2019年1月第1期
