既有直流机车DF8B/DF11交流化改造的可行性研究

陈志杰

摘 要： 目前，国内主要干线的运力已多由交流机车承担，传统直流机车大多已推出干线舞台，但DF8B/DF11等经典车型，仍在不少支线及路外工况企业继续服役。这些直流机车多已进入大修期，大修期间，若能在车体结构不做重大变动的前提下，对机车进行交流化改造，无疑将延续这些经典车型的服役寿命。本文将通过机车拓扑方案推导、机车总体布局方案验证等方式进行DF8B/DF11直流机车交流化改造的研究。

关键词： 直流机车;交流机车;改造;DF8B;DF11

1.交流化改造方案的可行性拓扑推导

研究既有直流机车DF8B/DF11的交流改造方案，首先应比对传统直流机车与现有成熟交流机车的异同。本节中，将对两种机车拓扑结构的异同进行说明，继而推导出可行的改造方案拓扑。

1.1 DF8B/DF11机车拓扑

1）主牵引系统：柴油机带动主发电机转动，主发输出的三相交流电经主硅整流柜后提供给牵引电机，通过机车微机控制系统，可以控制机车的工况转换，包括牵引、电阻制动以及自负荷;

2）直流辅助系统：由前变速箱带动直流启动发电机发电，向蓄电池、空调、电炉、控制与照明以及空压机供电;

3）机械式与静液压辅助系统：包括主发与整流柜通风机、前架牵引通风机、后架牵引通风机以及由静液压马达驱动的2台冷却风扇;

4）励磁系统：由前变速箱带动励磁机，励磁电流经励磁整流器整流后提供给主发励磁绕组;

1.2 SDA3交流机车拓扑

目前市面上较为成熟的的交流机车主要有HXN5、HXN5B、SDA3等，考虑车体结构的通用性，在本节中，将主要以SDA3的拓扑方案为主要研究对象。

1）主牵引系统：柴油机带动主发输出三相交流电，经由牵引变流器变为可控的三相交流电提供给牵引电机;

2）交流辅助系统：有独立的辅发电机，辅发电机通过后变速箱由柴油机曲轴带动，辅发输出三相交流电，机车配有5个辅变模块，其中2个冷却风扇和2个空压机由变压变频的辅变模块控制，另有1个定压定频模块为冷却塔水泵电机、2个车体通风机以及空调和生活电源供电;

3）直流辅助系统：在辅变中还配有蓄电池充电机，其为机车控制系统、柴油机启动电机、照明等提供电源;

4）励磁系统：SDA3的主发励磁是由微机完成的，而辅发励磁则集成于辅变柜内;

1.3 直流与交流机车拓扑方案对比

根据上两节的方案描述可以得到上述机车的拓扑方案对比情况，如表1：

1.4 交流化改造前提

根据1.3节的方案对比，在确定可行的交流改造方案之前，應先明确几个大的前提：

1）从成本角度出发，应尽可能采用现有成熟方案进行交流改造;

2）所有改造方案应保持主体车架不变;

3）直流机车主发额定电压为3AC 540/740V，而交流机车由于牵引变流器的中间电压较高（SDA3取DC 1600V），由此要求主发电机的额定输出电压也必须提高（SDA3为3AC 1270V），所以主发电机必须更换;

4）由于DF8B/DF11的柴油机的最大运用功率为3610kW，功率较大，交流化方案的主变冷却方式应选择水冷。

2.总体布置方案可行性确认

2.1交流改造方案总体布局描述

1）由于改造方案的前提是原车架不应做大的改动，所以在重新排布各电气部件时应充分考虑车架与车体结构，在原框架内进行总体排布考虑。两端司机室保持不变;

2）取消前变速箱结构，取而代之，原电气室及电机室空间应布置主变柜、电器柜、电阻制动柜、制动柜（阀类柜）以及冷却塔;

3）更换主发，依照SDA3所用主发CDJF201N进行改进型开发，要求主发容量应提升至3600kVA以上;

4）柴油机保持不变，且柴油机在车体的安装位置不变;

5）调整后变速箱结构，保留后架牵引通风机，取消静液压冷却风扇，改为交流电机驱动，增加辅发电机以及辅变柜。

具体的改造方案以DF11为例，从前向后改造内容如表2：

2.2 交流改造方案可行性论证结论

从2.1节的分析描述可以看出，在应用成熟交流传动部件的想法下所进行的交流改造方案，除了辅变、机油滤清器、起动马达以及机油热交换器等部件的安装位置的问题外，还可能因为前后架牵引通风风口位置的变化而导致车架结构变化，这样一来，又与1.3.1节中提出的“所有改造方案应保持主体车架不变”的前提相悖。所以，可以得出初步结论：在保持主体车架不变，并考虑现有成熟交流方案的前提下，是无法完成DF11/DF8B的交流改造的。

3.结论

受限于车架结构不做大的变化以及尽可能应用现有成熟交流方案的前提条件，想要通过直接更换车上电气大部件的方式是无法实现DF11/DF8B的交流化改造的。

虽然主回路交流化改造的方案无法实现，但是辅助系统的交流化改造方案已经有了一定研究，具体的方案在《DF8B內燃机车变频交流辅助传动改造设计说明书》已有详细论述。考虑到这一方案的时间背景已是十多年前，经过十几年的创新与发展，现在又有很多新技术可以应用。而这又将是另一个新的课题。