【科普】出口澳大利亚的中国内燃机车——SDA1型及SDA2型内燃机车
文章作者：西瓜昌真湿基（哔哩哔哩和百度昵称：宁柳跨越）
提示
直—直流电传动：指内燃机车柴油机通过联轴器直接驱动一台直流牵引发电机，输出直流电并供给数台并联的直流牵引电动机。苏联铁道部TE10型及M62型内燃机车家族为直—直流电传动形式。
交—直流电传动：指内燃机车柴油机通过联轴器直接驱动一台三相交流同步牵引发电机，经硅整流装置转换成直流电后，供给数台并联的直流牵引电动机。新西兰国家铁路DL型内燃机车为交—直流电传动形式。
交—直—交流电传动：指内燃机车柴油机通过联轴器直接驱动一台三相交流同步牵引发电机，向牵引包供给电能，由牵引包提供电流给逆变器，逆变器输出电压和频率可变的交流电流，驱动每台并联的交流异步牵引电动机。本文提及的中车资阳机车SDA1型内燃机车和中车戚墅堰机车SDA2型内燃机车为交—直—交流电传动形式。
液力传动：指内燃机车柴油机通过液力变矩器，用液力把柴油机的动力传到车轮上。法国国家铁路BB 61000型内燃机车为液力传动形式。
机械传动：指内燃机车像汽车的手动变速器一样用变速箱和离合器，把柴油机的动力传到车轮上；但机械结构的离合器难以承受高功率，而且变速箱结构就必然十分复杂和庞大，以增加排档数提供相对平稳的变速性能，所以机械传动内燃机车功率通常很低。法国国家铁路Y 7400型内燃机车为机械传动形式。
双模式动力机车：本文提及的“双模式动力”，是指一种可以从电气化铁路接触网受流或柴油机获得动力的机车。西门子Vectron DE型双模式动力机车即为双模式动力机车。
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概述
SDA1型内燃机车是中车资阳机车有限公司研制的一种交—直—交流电传动内燃机车，同时也是第一款出口澳大利亚暨第二款出口发达国家的中国内燃机车。
SDA2型内燃机车是中车戚墅堰机车有限公司在SDA1型内燃机车的基础上，研制的一种交—直—交流电传动内燃机车，同时也是第二款出口澳大利亚暨第三款出口发达国家的中国内燃机车。
背景
由于历史原因，澳大利亚联邦境内出现三种轨距的干线铁路。1889年，英国陆军中将詹姆斯·贝文·爱德华兹爵士在其发表的军事防御报告中提到了铁路轨距不同带来的问题。按照他的观点，澳大利亚境内铁路只有统一轨距，才能充分利用铁路进行部队调动。
1901年1月1日，澳大利亚各殖民区改制为州，组成澳大利亚联邦，而铁路轨距不同引发的问题却越来越突出。尽管联邦政府开展了将窄轨铁路和宽轨铁路改造为标准轨距铁路的工程，但在2014年时，澳大利亚境内窄轨铁路有11801 km，标准轨距铁路有17381 km，宽轨铁路有3221 km——
窄轨1067 mm：主要分布于昆士兰州（4583 km）⑴和西澳大利亚州（2963 km），南澳大利亚州（828 km）和塔斯马尼亚州（667 km）亦有使用该轨距的铁路；
标准轨1435 mm：主要分布于新南威尔士州（7071 km）、维多利亚州（1222 km）、南澳大利亚州（3114 km）、北方领地（1690 km）和西澳大利亚州（4211 km）；
宽轨1600 mm：主要分布于维多利亚州（2894 km），南澳大利亚州（253 km）和新南威尔士州（73 km）亦有使用该轨距的铁路。
受当时诸多利好因素的影响，澳大利亚各铁路运输公司或多或少地启动了一些机车采购和升级换代的项目。而中车大连机车成功向新西兰交付DL型内燃机车，也让中国内燃机车成功打开发达国家市场。
然而，澳大利亚境内的路段、范围、条件和要求等都各不相同。况且，澳大利亚使用美国标准对内燃机车和电力机车进行认证。这些情况，对于中车各机车制造商而言可谓是前所未有的挑战。
SDA1型内燃机车的制造和交付概况
资阳机车在2011年到2015年间，分三批向三家澳大利亚运输公司交付SDA1型内燃机车：
SCT Logistics物流公司CSR型（CSR001号~CSR012号）
2010年9月，资阳机车赢得了1亿元人民币的订单，向SCT Logistics物流公司提供6台SDA1型内燃机车。这是中国内燃机车第一次出口澳大利亚。2011年3月，SCT Logistics公司又订购了4台机车。第一台机车于2011年7月22日在资阳制造出厂。
这些机车被定型为CSR型。CSR型机车的测试于2012年初开始，其中包括在奥古斯塔港和阿德莱德之间以130 km/h的速度牵引总长1300 m、87节货车、8337 t总重的大型铁矿石列车。CSR型机车于2012年3月5日通过了测试，从而允许在澳大利亚的干线铁路上运行。2012年3月16日，2台CSR型机车成功牵引了8080 t重的货运列车，通过了SCT Logistics公司的测试。
2013年10月，SCT Logistics公司在1台CSR型机车的动力室检测出石棉后，所有的CSR型机车暂停运用。2014年1月，在被清理掉石棉后，大部分CSR型机车已经恢复运用。
2017年1月，SCT Logistics物流公司从Bradken公司购置了2台原BK型机车。至此，SCT Logistics物流公司拥有12台CSR型机车。
Bradken公司BK型（BK001号~BK002号）
Bradken公司于2011年订购了2台SDA1型机车，定型为BK型。在短暂存储于东格雷塔后，这2台BK型机车又转移到波罗德米多夫机务段，与1100型内燃机车一道，在桑德盖特-波塔尼港区间牵引Qube Logistics物流公司担当的集装箱列车。2台机车均于2017年1月出售给SCT Logistics公司。
Qube Logistics物流公司QBX型（QBX001号~QBX006号）
Qube Logistics公司于2013年1月订购了6台定型为QBX型的SDA1型机车。资阳机车于2015年3月交付了全部机车。
2016年4月10日，Qube Logistics公司在全澳大利亚行驶最困难的铁路区段——“Cowan”线路，对QBX型机车进行测试。该段线路平均坡度为25 ‰，且有长达8.6 km的连续s型弯道曲线，最小曲线半径仅有220 m。在经过了三次测试运行后，QBX型机车通过了准入认证。
SDA2型内燃机车的制造和交付概况
SDA2型内燃机车的唯一买家是太平洋国际铁路公司，定型为88型。
太平洋国际铁路公司88型（8801号~8805号）
2013年9月，太平洋国际铁路公司向戚墅堰机车购置5台SDA2型内燃机车。这是中国内燃机车第二次出口澳大利亚。所有机车均已于2014年9月交付，并于2015年2月开始在昆士兰州境内的窄轨铁路服役。
SDA1型内燃机车的技术设计
SDA1型内燃机车最大输出功率为3150 kW，最大起动牵引力达600 kN，持续牵引力为520 kN，最高运行速度为120 km/h，持续速度为16 km/h，最大电阻制动功率为3600 kW。
车体和司机室设计
SDA1型内燃机车车体为双司机室内走廊结构。车体由5道隔墙分为6个部分，从前到后依次为：Ⅰ端司机室、电气室、动力室、冷却室、辅助室和Ⅱ端司机室。
两端司机室在结构上相同，每端司机室内部设有主操纵台、辅助控制台、正副司机座椅、折叠椅、照明灯等设备。主操纵台设置在机车运行方向的左侧——换言之即所谓的“左舵车”，台上布置机车状态装置（多功能状态指示模块、微机显示屏、制动阀及仪表模块等设备），台内设微波炉、空调、通讯设备等。
与同时期大连机车向新西兰国铁交付的DL型内燃机车一样，SDA1型内燃机车的两端司机室设计了防爬装置。
动力设计
每台SDA1型内燃机车装用一台由德国MTU公司研制20V 4000R43L型柴油机。本型柴油机是一种20气缸、四冲程的V型高速柴油机，气缸直径170 mm，活塞行程210 mm，额定转速为1800 r/min；柴油机额定功率为3670 hp（2700 kW）。
主传动系统设计
SDA1型内燃机车的电气系统采用交—直—交流电主传动系统、直流辅助传动系统和交流辅助传动系统的设计。
SDA1型机车牵引电传动系统主要包括：交流同步主牵引发电机、主变流器、交流异步牵引电动机和制动电阻装置。
三相无刷励磁凸极同步发电机是为20V 4000R43L型高速柴油机配套的牵引发电机，采用卧式单支承结构设计，采用防护式轴向自通风，冷却风由前端盖的进风口进入，由机座柴油机端圆周方向排风口排出。牵引发电机的额定容量为3300 kV·A，额定转速为1800 r/min，额定频率为150 Hz。
SDA1型机车的主变流器为一体化结构，每台机车仅装备1台主变流器，为2个转向架的6台牵引电机供电。主变流器主要由1个二极管整流模块和6个大功率IGBT牵引逆变器模块构成。中间直流环节并联有起支撑及滤波作用的电容器。为实现宽广的恒功率范围，牵引电机的电压变化范围相应提高。考虑元件的电压等级和机车系列化要求，中间直流环节采用直流1500 V等级。此外，主变流器还包括牵引控制器（DCU1，DCU2）、电流检测装置、电压检测装置、保护设备等部分。主变流器的冷却方式为散热效率更高、冷却效果更均匀的强迫水冷
交流异步牵引电动机是由逆变器供电的三相鼠笼式异步牵引电机，为滚动抱轴承结构。牵引电动机的持续功率为395 kW，额定转速为430 r/min，额定频率为22.6 Hz。
直流辅助传动系统设计
直流供电系统在柴油机启动前由蓄电池组供电。蓄电池组供电给直流启动电机带动柴油机启动。柴油机启动后，启动电机转换成发电机工况发出74 V的直流电给蓄电池充电，同时给控制电路、照明电路、微机网络控制系统等供电。
交流辅助传动系统设计
交流辅助系统主要由交流辅助发电机、牵引电机通风机、高温水电机、中冷水电机、空压机电机、除尘风机、牵引变流柜冷却水泵电机、空调机组、生活用电设备（交流220 V）、辅助变流柜A和辅助变流柜B等组成。
辅助交流发电机为辅助变流柜提供输入电源，其他设备为辅助变流柜的负载。正常情况下，辅助变流柜控制冷却风机、牵引通风机根据负载温度变频工作；控制空压机电机变频启动后，电机转速随着柴油机的转速变化而变化；控制三相380 V/50 Hz负载及单相AC 240 V生活用电定频/定压工作。当辅助变流模块发生故障时，由ACU 控制自动将负载进行切换，在最大程度上达到节能和提高系统可靠性的目的。
SDA2型内燃机车的技术设计
SDA2型内燃机车最大输出功率为3150 kW，最大起动牵引力达490 kN，持续牵引力为433 kN，最高运行速度为100 km/h，持续速度为16 km/h，最大电阻制动力为240 kN。
车体和司机室设计
SDA2型内燃机车车体为单司机室外走廊结构。采用模块化设计的车体由4道隔墙分为5个部分，从前到后依次为：司机室、辅助室、电气室、动力室和冷却室。
司机室内部设有主操纵台、辅助控制台、正副司机座椅、折叠椅、照明灯等设备。主操纵台设置在机车运行方向的左侧——换言之即所谓的“左舵车”，台上布置机车状态装置（多功能状态指示模块、微机显示屏、制动阀及仪表模块等设备），台内设微波炉、空调、通讯设备等。
与同时期大连机车向新西兰国铁交付的DL型内燃机车一样，SDA2型内燃机车的司机室设计了防爬装置。
动力设计
与SDA1型内燃机车一样，每台SDA2型内燃机车装用一台由德国MTU公司研制20V 4000R43L型柴油机。
主传动系统设计
SDA2型内燃机车的电气系统采用交—直—交流电主传动系统的设计，其主要包括：主牵引发电机、励磁调节器、2个主辅一体化牵引变流器，6个牵引电动机和制动电阻。
主牵引发电机为自适应控制主发电机，励磁调节器根据检测的主发电机输出频率确定柴油机转速值，根据判定的柴油机转速控制输出三相交流电压值。主发电机在柴油机惰转时保持主电压为440 V；主发电压在柴油机转速1600～1800 r/min时保持1200 V；在柴油机转速600～600 r/min之间，主发电压与柴油机转速成线性关系。
牵引变流器采用导轨式模块化安装，机柜内由上向下分别为整流器、辅助逆变器、牵引逆变器1～3和制动斩波器。牵引变流器采用水冷式IGBT，柜内配备柜内轴流风机。
牵引变流器与三相异步牵引电动机之间为三相四线连接，中性点从变流器的中性铜牌连接至电机接线盒近端。牵引变流器采用轴控直接转矩加矢量控制模式，机车根据运行方向轴重转移，进行牵引电机牵引转矩分配。
牵引工况下，柴油机驱动主发电机，主发电机通过励磁调节器，输出三相交流电，经由牵引变流器隔离开关由整流器转变为620～1700 V直流电压供辅助逆变器及牵引逆变器，牵引逆变器将直流电逆变为三相交流电，驱动牵引电机供电。
辅助传动系统设计
机车配备两个辅助变流器匹配两个隔离变压器，按照工作方式分为定压定频变流器和变压变频变流器。
定压定频变流器的作用为机车提供稳定的三相400 V 50 Hz交流电，为机车的空压机，主发通风机，冷却塔水泵，电阻制动通风机以及充电机供电，同时为机车提供单相230 V 50 Hz交流电；各风机、水泵通过接触器进行投入切除。
变压变频变流器的作用为机车提供三相20 Hz～50 Hz区间线性变压变频交流电，根据高低温水，牵引电机温度进行调频控制，为冷却风扇，冷却塔风机，牵引通风机以及排尘风机供电。
机车辅助变流器具有备份功能，当一个牵引变流器或者隔离变压器故障时，通过辅助变流器接触器的匹配，部分必须的负载切至未故障的变流器。机车在备份工况下，机车降低30 %功率运行。
技术数据
后记
SDA1型内燃机车和SDA2型内燃机车的成功交付给澳大利亚，不仅让中国内燃机车成功打开第二个发达国家市场，同时也让中国交流传动内燃机车成功出口到发达国家。
注释
⑴在昆士兰州还有总里程为3000 km的“甘蔗铁路”，其中，有18条铁路使用610 mm轨距，18条铁路使用1067 mm轨距，但是这些线路由于是季节性运输，运量很小，因此不会出现更换转向架的问题。
参考
《我国内燃机车的出口》，李倬滨 , 乔英忍，《内燃机车》2010年8月第8期
《国产交流传动内燃机车首次出口发达国家》，朱一迪，《机车电传动》 2011年05期
《出口澳大利亚SDA2型交流传动内燃机车》，管敏玮，许栋，《铁道机车与动车》2015年10月第10期
《出口澳大利亚 SDA2型内燃机车电传动系统设计》，曹海华，陈诚，罗柳文，《中国科技信息》2017年02期
《SDA1型交流传动内燃机车》，朱兵，谢青，《铁道机车与动车》2018年2月第2期
《出口内燃机车回顾与展望》，李新华，管敏玮，施国友，《机车车辆工艺》2018年4月第2期
《SDA1型内燃机车_产品中心_机车产品_准轨内燃机车_中车资阳机车有限公司》：https://www.crrcgc.cc/zy/g1926/s10483/t261247.aspx
《SDA2型交流传动内燃机车_产品中心_机车新造_出口机车_中车戚墅堰机车有限公司》：https://www.crrcgc.cc/qsy/g1105/s8308/t266339.aspx
《Chinese firm to supply locomotives to Australia | News | Railway Gazette International》：https://www.railwaygazette.com/nc/news/single-view/view/chinese-firm-signs-australian-locomotive-order.html
《CSR Ziyang rolls out Australian diesel locomotive | News | Railway Gazette International》：https://www.railwaygazette.com/nc/news/single-view/view/csr-ziyang-rolls-out-australian-diesel-locomotive.html
《Chinese locos prepare for service | News | Railway Gazette International》：https://www.railwaygazette.com/nc/news/single-view/view/chinese-locos-prepare-for-service.html
《Qube orders CSR Ziyang locomotives | News | Railway Gazette International》：https://www.railwaygazette.com/news/single-view/view/qube-orders-csr-ziyang-locomotives.html
《More Chinese locomotives for Australia - International Railway Journal》：https://www.railjournal.com/regions/australia-nz/more-chinese-locomotives-for-australia/
