中国早期电力机车的发展

兼论晶闸管级间平滑调压的发展和历史意义

楼修力

一， 中国早期电力机车的发展

（一）1958年12月28日第一台6Y1型电力机车在相潭电机厂落成

1957年10月毛泽东主席率中国政府代表团赴苏联参加十月革命胜利40周年活动、团员中有一位叫周劢的技术专家，是铁道部科学研究院机车车辆研究所所长，他建议从苏联引进电气化铁路路技术,并列入簽订的《中华人民共和国政府和苏维埃社会主义共和国联盟政府科学接术合作协定》。1958年1月，第一机械工业部和铁道部组织26人的专家考察队赴苏联诺伏契尔克斯克机车制造厂进行一个月的考察，在苏联专家指导下，以苏制H60型电力机车为原型，进行设计。半年后这些专家回国开始第一台电力机车的研制，1958年12月28日,这台6Y1型电力机车在湖南者委书记周小丹和省长程潜的见证下，在湘潭电机厂落成。（图一）

中国首台电力机车落成

1959年6月蒋之骥率株洲所团队开始参加6Y1型2号车的硏制，牵头部门由第一械械工业部改为铁道部，机车总成也由湘潭电机厂转到株机厂。

此后株洲所积极参与株机厂6Y1型电力机车试验改进工作，相继研制了3号到7号机车。这些电力机车在北京环形铁道试验线和我国第一条电气化铁路线上试验和试用时出现了很多故障，末能投入正式运行。究其原因主要是三大件的问题：牵引电机环火烧损，引燃管逆弧和调压开关触头烧损放炮。

6Y1型1号、2号车的研制得到苏联专家伏·阿·斯杰柯里希柯夫的大力帮助。1960年8月15日苏联专家撤回，对6Y1型改进研制是一大冲击。我国电力机车研制者唯有自主创新，才能发展我国的电力机车。

（二）1966年11月改硅成功

1961年春，蒋之骥在参加国家科委织织的赴德国和英国考察时了解到，国外已生产出一批硅整流器机车,运行可靠。回国后,他极力主张用硅整流器取代引燃管整流器改造机车。他在株洲所调集力量，同时为半导体器件应用投术和制造技术作技术准备。1963年着手筹划自行研制韶山2型硅整流器机车，制定了先研制部件,后研制整车的的技术方案。1966年株洲所与株机厂,北京变压器厂共同努力下,用硅整器装置取代引燃管，改造6Y1型4号机车取得成功，攻克了消除引燃管递弧的关键问题，“改硅”成功,是我国电力机车核心技术上迈出了一大步。

采用硅整流装置取代引燃管；采用4极加补偿绕组的牵引电机，解决牵引电机环火问题；随着20元件调压开关和空心电抗容的采用.为中国电力机车初步定型创造了条件。

（三）十年磨一剑，1968年韶山1型8号车研制成功

1967年由株洲所，湘潭电机厂等单位共同研制出700千瓦4极加补偿绕组的脉流牵引电动机，解决牵引电机环火的问题，并且增加电阻制动系统等30多项改进的6Y1型7号电力机车在株机厂落成。

1968年4月27日铁道部将国产6Y1型电力机车命名为韶山1型电力机车。国产第8台电力机车即为SS1008号机车。

1968年5月在总结试制和试验的基础上，株洲所和株机厂在8号车上作了以下改进：采用大功率半导体硅整流器，20元件调压开关，700千瓦带偿绕组的4极高压脉流牵引电动机，加装电阻制动。机车小时功率提高到4200千瓦，电阻制动功率2800千瓦，时速90公里，该型机车突破了彷苏H60型的框框，成为全新的机车。这是全国铁路科研设计，生产制造和试验应用单位先后经过10年努力，十年磨一剑的成果，

（四）韶山2型电力机车

1966年开始，株洲所和株机厂开始联合设计第二种型号的硅整流器电力机车，采用6Y1型4号车试制成功的硅整流器，1969年10月在株机厂韶山2型试制成功。该车小时功率4800千瓦，最大时速100公里，机车采用高压侧有触点分级调压，桥式硅整流电路，低压脉流牵引电动机。试验表明机车性能达到设计要求。但由于是彷法国6Y2型机车，制造技术复杂，受制于当时中国的工业技术，不适合中国的国情，只生产一台。1973年株洲所在铁科院环形道进行了改200安可控硅整流装置的试验，此后还进行过牵引电机改他励的试验。

韶山2型虽然没有鉴定和只生产一台样机，但该车采用的若干新技术、新材料后来逐渐推广到其电力和内燃机车上。

二， 韶山1型电力机车晶闸管级间平滑调压的发展 和历史意义

（一）课题来自电气化铁路运输生产第一线

自 1969年10月成都铁路局马角坝机务段建段以来，国产韶山1型008号为代表的电力机车在660多公里宝成电气化铁路广元至绵阳间运用，充分显示了它的优越性:拉得多、跑得快、构造简单、容易操作。在完成国家的运输任务及支援大西南建设中，做出了巨大的贡献。

但还存在调压开关短路烧损的惯性"放炮"故障，也就是人们常说的"三大件”老大难问题之一。马角坝机务段，共有39台类似SS1008号车的应用车，1971年由于调压开关烧损惯性“放炮”故障，而引起17次机坡重大事故，严重威胁宝成铁路运输生产的安全。

1972年10月马角坝段技术室主任郑树选来株洲寻求解决方案。得到株洲所傅志寰（时任生产组组长）的热情接待，通过协商，成立由株洲所负责研究设计，马角坝段负责装车攺造和试运，工厂修改调压开关的联合攻关组。我有幸作为系统控制技术的主持人，提出了采用晶闸管过渡装置的三个解决方案，即9位8段调方案，17位方案和33位方案，得了专题组的认同。

（二）1973年8月15日韶山1型31号机车晶闸管级间平滑调压试验成功

1973年1月株洲所楼修力带着亲自设计的三个解决方案，到马角坝段征求意见，最后大家一致同意采用晶闸管9位8段调的级间平滑调压方案。这就是后来所说的中国第一次采用500安晶闸管並具有恒流启动、最高电压限制的级间平滑调压方案。回所后立即开展施工设计和地面试验。

改造方案由晶闸管机组、调压开关改造和控制系统构成。晶闸管机组采用株洲所生产的6只500A1200V晶闸管〈并联）和6只500A1200V二极管（并联）组成，共2组。调压开关的相应改造工作由株机厂邹品元负责。1973年在电力机车上首次使用株洲所上一年试制成功的500安晶闸管元件，本人提出了装车元件的具体技术要求，彼时，无论对元件本身的技术要求、还是控制触发和保护都是新事物。控制系统由电流调节器、最高电压限制器、逻辑电路、移相和脉冲放大电路、自动升位电路等环节组成。6个大功率晶闸管并联要求触发脉冲前沿陡、触发功率大，並要求7500Ⅴ的隔离耐压。电力机车牵引电机恒流和限压的实现，从根本上改变了以往有级调压机车的起动和调速方式，实现了级间平滑调压和无级调速。

1973年7月投产二套SS1级间平滑调压装置，其中一套留作株洲所试验车间地面机车试验专用。首先在试验车间进行1:1的地面试验。另一套于同年8月2日运扺马角坝段，通过七天时间完成装车改造。

1973年8月15日在韶山1型31号机车上试运大获成功。

1974年7月还进行了牵引试验和故障运行试验，以比较改造后机车较之改造前机车性能的改进和提高，其中起动牵引力提高了13%-18%。

该课题来自运输生产第一线，其目的是的要解决调压开关触头烧损引起的机坡事故，即解决调压开关"放炮"惯性故障。用株洲所1972年新开发的500安晶闸管控制4200千瓦功率的机车，在彻底实现调压开关无电弧转换的同时实现电力机车晶闸管级间平滑调压和无级调速！这在电力机车发展早期的试制试验阶段，是重大的技术突破和技术创新。

（三）艰辛的历程

试用、试验和改进：自1973年8月15日第一次试用成功，到开始的27971公里期间共发生四次故障，其中两次属人为原因;还有两次属经验不足，一次在1973年9月3日运行2236公里时，由于调压开关联锁触头丅K4、5接触不良，致使晶闸管触发系统不能工作，刚开始使用不久司机也没有经验，没有注意到导通指示表显示封锁状态，当调压开关再升到高级位时，导致将晶闸管正向击穿的严重事故。经事故分析和研究，作出改进措施如下:①增加强迫触发保护系统，当晶闸管两端正向电压达到500伏时就自动导通，避免因电压过高而正问击穿;②改变调压开关联锁触点的工况，原来是触点闭合时电子电路发出触发脉冲，现改为触点断开时发出触发脉冲，避免联锁触点接触不良产生的问题; ③重要的联锁触点改成双触点，以保证接触可靠。经过这次改进和完善，不仅克服了上述的故障，而且系统的保护和可靠性得到了进一步的提高。

在1974年1月26日，当运行到27971公里时，又发生了一次脉冲电源变压器副边绕组抽头绝缘击穿的故障。这次故障，经分析探讨，又作了四项改进:①将脉冲变压器分为两个相互独立的变压器;②快速熔断器由250V320A改为500V320A，提高额定电压;③在每一个晶闸管控制极上加装一个隔离二极管，把各控制极隔开，防止一个元件故障波及其他元件;④为防止在脉冲功率放大管发生短路故障时，使晶闸管控制极漏电流增加而损坏晶闸管，在控制极上增加一个箝位二极管。这次故障改进后，一直到1975年3月27日-31日鉴定会，又运行了88091公里，没有发生过任何故障，总运行旅程达到11.6万公里。

为了考核晶闸管级间平滑调压的可靠性和机车性能的改进，在1974年7月进行了牵行试验和故障运行试验，同年12月又去宝鸡电力机车段作了抗干扰试验。牵引试验表明，比改造前机车和装有二极管过渡硅机组的机车比较，功率发挥好，起动牵行力分别提高13%-18%;牵引2600吨在12‰坡道上仃车起动比较顺利，走行1000米后的速度，分别大12-15公里/小时。还作了牵引客车的冲动试验，由三名司机分别操纵十二个起仃站，列车尾部效置三个冲动试验棒，没有发生跌落，得到旅客和列车乘务员的好评。值得一提的，还作了故障运行试验。人为使晶闸管自动触发系统停止工作，试验表明机车运行正常，即证明强迫触发保护系统工作可靠。

提高晶闸管级间平滑调压的可靠性工作：1979年全国组织质量月活动，我所由所党委书记带队去成都局马角坝机务段段访，这是韶山1型级间平滑调压已小批量应用多年，改进成果已推广到SS3型采用晶闸管级间平滑调压，正是在SS3试验不太顺利的时刻，马角坝机务段小批量应用的SS1型级间平滑调压机车也出现故障，因此株洲所内外压力很大。为此株洲所领导非常招急，及时派出以科研科带队的包括总体线路、半导体、试制车间的科研人员，到现场去解决问题，三个多月过去了，人员去了好几批，恰是一筹莫展、无功而返，怎么办？当时株洲所所长丁爱国想到了已在情报室工作的原设计人员楼修力，立即亲自找我商量，要我去现场解决问题，我接到任务后立即开展工作，了解情况，分析和查找资料。根据当时所长介绍的情况、提供的资料和我多年从事晶闸管控制技术的经验:提出先在所内进行地面试验，提高系统扰干扰的能力，地面试验通过后，再到马角坝段去解决问题。终于地面试验很成功，我们情报研究室包括我一起共4个同事，带着符合要求的晶闸管备品，总共前后不到半个月，彻底的解决了韶山1型晶闸管级间平滑调压的系统可靠性问题。

（四）鉴定和推广

在安全运行11万公里后，于1975年3月27日至31日，铁道部在成都局马角坝机务段召开鉴定会，铁道部内专家教授和领导共40多人参加，株洲所張茂隆，庞亁令，夏寅和我4人参加，我在会上作设计试制和改进汇报，鉴定组经添乘SS1031号机车，听取汇报和审阅文件，通过部级鉴定。並作为铁道部新产品重点推广项目，株洲所当年由夏寅约稿出版了《机车电传动》1975年No2，（总14期〉SS1031号机车专辑，记录了晶闸管级间平滑调压研制和鉴定的全过程。

同年，所长张茂隆主持全所协调会，当年生产5套级间平滑调压装置。到1976年，包括SS1008号车在内的9台电力机车得到推广。

1976年1月7日至13日，在株机厂由铁道部工业总局技术处副处长蒋之骥主持召开。整整5天，铁道部内领导和专家，（包括株洲所傅志寰，楼修力，株机厂靳占林和刘友梅等）约40多人出席，研讨电力机车如何提高质量适应铁路轮乘制的需要，会上以机务局内电处处长许国强为代表的领导和专家提出将韶山1型新车生产改为晶闸管级间平滑调压，即SS1031号机车方式。

同年12月蒋之骥建议：考虑当前电力机车发展的急需和我国电子技术发展的实际情况，提出了先将韶山1型电力机车改为晶闸管级间平滑调压（后来的韶山3型电力机车），此建议得到铁道部的认可。1977年下任务书，1978年落成。这就是韶山3型采用韶山1型31号晶闸管级间平滑调压成果的全过程。

自1973年8月15日开始，晶闸管级间平滑调压机车，日复一日奔驰在宝成铁路上，8号车为代表的的再改进是株洲所为首的联合攻关组的集体成果，是株洲所人引以自豪的，为后来采用晶闸管级间平滑调的第二代电力机车奠定了技术基础。星火燎原、直到本世纪初，晶闸管一直作为电力机车牵引控制的"机芯”，在电力机车发展史上具有里程碑式的重要历史意义。       

我的恩师王尧老师，曾亲自在上海交大给我们讲授电力机车控制课程，他给予了更高的评价:韶山1型晶闸管级间平滑调压从研发到投产是划时代意义的进步！铁道部电力机车主管工程师许国强老前辈，他亲自参加1975年3月铁道部鉴定会，作为行之有效的创新方案大力推广，他说:级间调压简单可靠，小号车能改，大号车能改，新造车也能改。他在1988年6月15日韶山4型鉴定会上盛赞这件事：如果当初没有楼修力这样搞那样搞，我们是不会、也不敢下达SS3和SS4型的设计任务书的。这实际上是盛赞株洲所自力更生，勇于技术突破和创新，敢为人先的首创精神！

（五）晶闸管级间平滑调压的历史意义

1,在电力机车试制试验阶段和10年徘徊时期，以株洲所为首的联合攻关小组，采晶闸管新技术彻底解决了电力机车“三大件问题”最后一件调压开关烧损“放炮”的惯性故障，彻底实现了无电孤转换。

2，具有恒流起动，和1500伏自动限压功能，起动性能好，加速快，牵引力提髙13%～l8％！

3，电流给定和自动升位环节，实现司机操作半自动化，增加了安全性。

4，由于采用9位8段晶闸管相位控制，比进口电力机车功率因数髙，谐波干扰小。

5，这种晶闸管级间平滑调压机车适合中国急需发展电力机车和电力电子技术起步较晚的国情，走出了中国自主发展电力机车的道路，迎来了电力机车的快速发展。

6，改进一代机车，奠基二代晶闸管机车，是电力机车发展的里程碑，晶闸管级间平滑调压机车从1973年8月15日开始，一直奔驰在电气化铁路上，星火燎原，晶闸管作为机＂芯＂直到21世初，这是株洲所敢为人先，对交直电力机车的突出贡献和提供的关键核心技术。

后记

关于电力机车级间平滑调压控制技术的由来，有一些奇谈怪论，有的说级间平滑调压是从国外资料上看到的，有的说在韶山3型开始设计时由工厂和研究所再去做验证试验…。发表本文就让电力机车发展史正本清源，回归真实，这就是作者作为首创人和亲历者的初衷。