【电力机车科普】往返于英法海底隧道的英国铁路92型电力机车

文章作者:西瓜昌真湿基(B站和百度昵称: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。法国国营铁路BBB 6002号电力机车为直—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。俄罗斯铁路2ES10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。法国国营铁路BBB 20003号电力机车为交—直流电传动形式。
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。苏联铁道部VL86F型电力机车,以及中国铁道部和谐1型电力机车均为交—直—交流电传动形式。
双电流制电力机车:本文提及的“双电流制”,是指采用交—直—交流电以及直—交流电双制式电传动的电力机车。本文提及的英国铁路92型电力机车即为双电流制电力机车。
法国国营铁路公司在本文均简称“SNCF”⑴,英国铁路简称“BR”⑵,德国铁路简称“DB”⑶;布拉希牵引公司简称“BT”⑷,瑞典通用电气-布朗-博韦里公司简称“ABB”⑸。
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概述
92型电力机车,是BR的电力机车车款之一。本型机车为双电流制电力机车,包括从25千伏50赫兹交流接触网区段受流及从750伏直流第三轨区段受流,主要用于牵引经英法海底隧道、来往英国及法国之间的货运列车。

制造
总数为46台的92型电力机车由BT和ABB在1993年到1996年间合作制造,其中后者提供使用GTO⑹的牵引变流器以及牵引电动机,前者负责组装。
前两台机车——92001号机车和92002号机车在位于捷克共和国中波希米亚州科林市的韦林环形铁道测试基地进行了广泛的测试,一台机车暂时从这里转到维也纳阿森纳进行气候测试。
EWS 92型→DB Cargo UK 92型
30台92型电力机车交付给英格兰-威尔士-苏格兰铁路公司⑺。2007年11月DB收购英格兰-威尔士-苏格兰铁路公司并更名为DB Cargo UK后,这些机车亦被接收;但有9台机车调拨给DB Cargo Romania,4台机车调拨给DB Cargo Bulgaria。2018年,DB Cargo Romania将其配备的92型电力机车出售给克罗地亚私营铁路商Transagent Rail。

SNCF CC 92000型
SNCF配备了9台92型电力机车——92006号、92010号、92014号、92018号、92023号、92028号、92033号、92038号以及92043号机车。在SNCF的电力机车序列里,92型电力机车被定型为CC 92000型——这个车型代号在SNCF所有的双电流制电力机车中,可谓是特例⑻。
2011年,SNCF将9台CC 92000型电力机车出售给欧洲隧道公司下属的Europorte Channel铁路公司。至此,拥有“特例”车型代号的CC 92000型电力机车不复存在于SNCF的电力机车序列中。

欧洲之星公司92型
欧洲之星公司配备了7台92型电力机车——92020号、92021号、92032号、92040号、92044号、92045号、92046号机车,原计划用于牵引“夜星”号全卧铺旅客列车,但由于“夜星”号列车开行计划延期直至取消,这7台92型电力机车封存于位于英国英格兰柴郡克鲁镇的克鲁机务段。
2007年2月,欧洲隧道公司下属的Europorte Channel铁路公司经过招标买下了这7台92型电力机车,连同2011年从SNCF购买的9台同型机车,数量达到16台。后来这16台92型电力机车转售给英国另一家铁路货运公司——GB Railfreight。
Transagent Rail 472型
2018年,DB Cargo Romania将其配备的5台92型电力机车出售给克罗地亚私营铁路商Transagent Rail,4台92型电力机车出售给俄罗斯的Locotech公司。
出售给Transagent Rail的5台92型电力机车重新编为472型⑼。Locotech公司后来向Transagent Rail公司租用了4台472型机车,机车于2018年9月在克罗地亚开始运营。其中一台机车——472 005号机车于2019年7月在塞尔维亚进行了测试。

技术设计
92型电力机车适用于25千伏50赫兹交流接触网区段或者是750伏直流第三轨区段电气化铁路。机车为Co-Co轴式,最大重量为126吨。当接触网为25千伏50赫兹交流供电时,机车额定功率为5040千瓦;当第三轨为750伏直流供电时,机车额定功率为4000千瓦。
机车的设计原则是:一旦某些装置失灵,机车仍能以降级方式继续运行。为此,主要装置是双重的,并且把机车分隔为三个室,即两个司机室,一个中央室。每个室都有不同的检测和灭火装置进行保护。
司机室
每个司机室配置两台空调机,它们位于每台受电弓后面的可拆卸的顶板上。当外部温度降低到零下30摄氏度时,司机利用空调装置可将司机室的温度调节到 零上18到26摄氏度;当外部温度达到28摄氏度和相对湿度在百分之45时,可使室内温度保持在21摄氏度和相对温度百分之50。总之,根据外部温度向司机室提供新鲜空气和循环空气。当发出火警信号时,进风道就自动关闭,以阻止烟进入司机室。
转向架
转向架构架采用钢焊接结构,它是在BR既有的制造模具上实现的。两组集电靴位于每个转向架的车轴之间,第一组只有一个集电靴,第二组有两个集电靴。每台机车共有12个集电靴,它们通过弹簧的作用收缩复位,通过气缸的压力向直流700伏的第三轨下降。
传动系统
三相异步牵引系统与欧洲隧道穿梭机车上使用的相同,它是建立在ABB的三相传动系统的基础上的,ABB的这种传动系统已在欧洲运行的多种型号的机车上 使用。
控制系统
机车的MICAS-S2型控制系统使用许多微处理机,它们通过输入和输出模块与功率系统以及 辅助系统相连接,这些模块通过光纤维数据总线实现通信。
主电路
主电路包括每个转向架的两组相同的传动机组,它们由牵引变流器和三相逆变器组成,前者在由直流750伏供电时起升压斩波器和直流配电的作用,后者是向电源频率和电压可调的三台异步电动机供电。
当机车由交流25千伏供电时,能量由在接触网上滑行的两个受电弓之一截取,一般由后弓受流,接着进入由快速真空断路器保护的主变压器的原边绕组。电流通过位于四根车轴端部的接地碳刷装置向变电所回流。主变压器的次边绕组向转向架的每个机组供电,三次绕组以1500伏的交流电向列车供电。当机车由750伏的直流电供电时,电流由集电靴在第三轨上截取,这些集电靴又组成两个相同的电路,以使电流 限止在可接受的值(每个电路最大值为3400安)。
点评
92型电力机车本初是BR用于牵引经英法海底隧道、来往英国及法国之间的货运列车,尽管这些机车后来因为形势的变化而遍布欧洲多国,但这也证明92型电力机车的高度可靠性,让DB Cargo敢于将这些机车调往英国以外。

关于第三轨供电
笔者在本文提到92型电力机车支持从25千伏50赫兹交流接触网区段及从750伏直流第三轨区段受流,为便于各位读者理解,笔者在此介绍第三轨供电。
第三轨供电系统是一种铁路供电方法。顾名思义,第三轨供电的概念就是在列车行走的两条路轨以外,再加上一至两条导电轨,导电轨通常设于两轨之间或外侧;同时在动车组或机车上装设集电装置,以接触导电轨并滑行。这种集电装置因为类似靴子形状,因此在英语被称为“Shoe”,中译为“集电靴”。
由于电力系统需同时具备送电与回流才能完成回路,因此必须有回流轨的设置。在钢轨系统中,可以利用路轨送回电流,而无需另外设置另一回流轨;但在单轨铁路或胶轮路轨系统,由于电流无法透过路轨回流,只能另外增设轨道作为回流轨。但独立设置回流轨的方式,意外地提高系统可靠性与降低对信号系统的干扰,让某些纯钢轨系统也建置独立的回流轨(如伦敦地铁)。

第三轨供电的优点
导电轨的结构简单,无需大量的悬吊结构,因而建设成本比接触网低,是很多轨道交通供电系统没有转用接触网的主因。
天灾对导电轨的影响较接触网少(除非洪水泛滥)。
净空较小的隧道,安装导电轨比接触网更适合。
用导电轨比接触网较不阻碍视线,尤其在注重景观而且非地下化路段的情况下。
第三轨供电的缺点
触电危险:如果有人企图横过路轨,就容易因踏在导电轨道上而触电致死。
电压问题:导电轨道的电压不能太高,否则会在路轨间形成电弧。由于电流较大,故此每隔一小段便要设立一个电站,以确保电力供应稳定。但这样也加重了成本,因此只适合用在短距离的地下铁或都市内的轨道运输。另外,第三轨供电系统最多只能提供约1500伏的直流电⑽,亦使高速列车和货运列车不适合行走于第三轨供电系统铁道,故一般速度较低、载重较小的列车较适合使用第三轨供电系统。
电流流失:由于导电轨道接近地面,故有时电流流失到地面。一些导电轨道会加上铝条以减少电流流失⑾。然而,由于铝对热力的膨胀反应与钢有所不同,为避免损毁导电轨,导电轨的两旁都必须有钢条栓紧。
限速问题:由于集电靴在高速之下难以准确地抓紧导电轨,故采用第三轨供电系统的铁路限速不能太高。现时采用第三轨供电系统的铁路最高速度均不超过160千米/小时。
缝隙问题:在转辙器、平交道等处,导电轨都必须留下空隙以容许其他路轨穿越其间。一般来说,使用第三轨供电的列车都是动车组,列车一定拥有多于一个集电靴,所以空隙不会构成什么问题。但在某些情况下,列车仍有可能因为全部的集电靴都在空隙之中,无法取得电力而不能行动。这时列车需要由其他机车推动、或接驳紧急用电缆到最近的带电路轨上,以取得动力。
注释
⑴法语:Société Nationale des Chemins de fer Français。
⑵英语:Braitish Rail。
⑶德语:Deutsche Bahn AG。
⑷英语:Brush Traction。
⑸英语:Asea Brown Boveri。
⑹英语:Gate Turn-Off thyristor,汉语译为可关断晶闸管。可关断晶闸管是大功率半导体器件,属于晶闸管的一种,当控制极加正脉冲时晶闸管导通;当控制极G加负脉冲时晶闸管关断。可以作为VVVF牵引逆变器中的主要开关元件,用于控制供铁路机车使用的交流牵引电动机。
⑺英语:English, Welsh & Scottish Railway。
⑻1952年,SNCF将双电流制电力机车的车型代号统一采用“2”开头的五位数。
⑼472型电力机车编号演变:
92012号机车→472 001号机车“Mihai Eminescu”号;
92001号机车→472 002号机车“Mircea Eliade”号;
92002号机车→472 003号机车“Lucian Blaga”号;
92024号机车→472 004号机车“Marin Preda”号;
92005号机车→472 005号机车“Emil Cioran”号;
92039号机车→472 006号机车“Eugen Ionescu”号。
⑽也有采用低压交流电的例子:如交流600伏。
⑾因为铝的传电能力比钢为佳。
参考
《92型双流制机车》,Jean Claude和Robert N. Mole著,缪根欣译,《电力牵引快报》1994年第9期
《92型双流制机车投入试运》,张文茂译,《电力牵引快报》1994年第10期
《Trains d'Europe : Class 92 BR》:http://www.trains-europe.fr/br/class_92.htm
《Class 92》:https://www.kentrail.org.uk/class_92_2.htm
《[HR] DB Cargo 472 005 (British Rail Class 92) begins trials in Croatia [updated] – Railcolor News》:https://railcolornews.com/2018/01/26/db-cargo-472005-92005-trials-croatia/
《[BG / Expert] Englishmen in Bulgaria: DB Cargo Class 88 (British Rail Class 92) – fleet overview – Railcolor News》:https://railcolornews.com/2018/02/27/bg-englishmen-in-bulgaria-db-cargo-class-88-british-rail-class-92-fleet-overview/
