电力机车发展里程碑之二
记韶山1型电力机车采用晶闸管级间平滑调压的艰辛历程
楼修力
一、引言
在所庆60周年来临之际，回顾当年艰辛历程，首先是感恩，感谢株洲所的培养、锻炼和信任，给了我一个发挥技术专长的平台和机会。
回想四十五年前，也就是1973年，到底发生了什么大事，值得我们大家来回顾？首先我们要回顾一下1959～1979年我国干线电力机车二十年的发展大事表，这是机车车辆工业卅年中记载的。
1959年韶山1型1号车出厂(讲得确切一点是1958年12月28日在湖南湘潭电机厂落成);1968年8号车出厂，基本定型;1973年韶山1型31号进行晶闸管级间平滑调压(可控转换硅机组)改造。
前两件大事大家都知道，但1973年8月韶山1型31号采用晶闸管级间平滑调压改造，是中国电力机车发展里程碑，时间久远，知道的人就不多了。这就是我们在中车株洲所建所六十周年大庆到来之际，要开纪念韶山1型电力机车晶闸管级间平滑调压诞生45周年座谈会的主要原因。
感谢中车株洲所领导在百忙中召开这次纪念座谈会，让我有机会在座谈会上发表"电力机车发展里程碑"的讲话。关于这件事，原南车集团董事长赵小刚在他的新著“与速度同行--亲历铁路工业四十年”中，写道:“1973年8月这种(500安，1200伏)晶闸管被用到SS1型31号车的改造工程上，大获成功，这是我国第二代晶闸管相控电力机车实现技术替代的开始”。作为中车株洲所长期工作后升任的南车董事长，用"大获成功"来表述，表达了对中车株洲所的至爱，这是完全可以理解的！
二，电力机车实现晶闸管级间平滑调压和无级调速的关键一步
自 1969年10月，国产韶山1型电力机车在成都局马角坝机务段运用以来，充分显示了它的优越性:拉得多、跑得快、构造简单、容易掌握，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。
但出厂比较早的小号机车(指60号及以下)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"三大件”老大难问题之一。马角坝机务段，共有三十九台类似8号车的小号应用车，总共50多台机车，每天约有27台左右的应用车。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。得到株洲所领导傅志寰（时任生产组组长）的热情接待，成立专题组，进行专题研究，提出解决办法。通过协商，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。我有幸作为系统控制的主持人，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。
1973年1月株洲所指派楼修力一人，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6只500A1200∨晶闸管并联和6只500A1200V二极管并联组成。调压开关的相应改造工作由株洲厂邹品元负责。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1200伏元件，六个並联，同时触发，二组十二个控制42O0千瓦的功率，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。在安全运行11万公里后，于1975年3月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31号，听取汇报和审阅文件，通过部级鉴定。並作为新产品重点推广，株洲所当年由夏寅主持出版了《机车电传动》总14期SS1031号机车专辑，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。直到1976年，包括8号车在内的9台小号电力机车得到推广，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的集体成果，也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尊定了技术基础，开创了雏形，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！
三、艰辛的历程
1.矛盾、争论和突破：对采用晶闸管(可控硅)解决调压开关烧损的惯性故障，一开始也是有争论的。有些同志认为晶闸管新技术没过关，不可靠，技术上难掌握，将来检修运用都会有问题，那时就不好收拾;有的同志认为，采用晶闸管后小号车中又多了一种车型，给本来品种复杂的小号车增添麻烦;还有现场的同志认为现用车上不宜搞研究性试验。但经过对三个方案的深入探讨和研究，大多数同志认为:我国电力机车不能总仃留在韶山1型8号电力机车的原有水平上，应该有所发现、有所发明、有所创造、有所前进，应该用新技术去改造、去创新、去突破。晶闸管级间平滑调压不但能彻底解决调压开关"放炮“问题，而且可以改进机车性能，充分发挥机车功率，改善乘务员的劳动条件，初步实现机车操纵自动化，使老车焕发青春，效果显著，应积极地有计划地改造和推广。
2.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500∨320A，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。
3.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，及时派出以科研科科长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，却科技是一筹莫展、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。我作为株洲所的一员，一切听从领导安排，哪里需要就战斗到哪里。总之解铃还需系铃人!当年情报室又得了一个优秀情报服务项目奖。
四、思考
我提出三个问题:希望大家一起来思考。一、为什么1968年基本定型的ＳＳ1型008号车要改级间平滑调压？二、为什么电力机车老前辈蒋之骥副处长在1976年提出先将ＳＳ1型电力机车改级间平滑调压（后来的ＳＳ3型电力机车）。三、级间平滑调压名称是如何产生出来的？
首先回答第一个问题:株洲电力机车研究所协同成都局、株洲电力机车工厂，于1973年8月15日成功改造了一台SS1型31号晶闸管级间平滑调压电力机车，1975年3月经铁道部鉴定，作为当年铁道部重点新技术项目推广，它彻底实现无电弧，解决了SS1型60号机车之前的小号机车存在的调压开关烧损问题，也就是彻底解决了成都铁路局小号机车的惯性故障，即调压开关“放炮”问题。调压开关成为半永久性产品。在用晶闸管解决调压开关烧损的同时，由于采用九位八段调的晶闸管级间平滑调压，采用恒流起动和最大电压1500伏限制的自动环节，具有了当代晶闸管电力机车具有的一切优点，而且是九位八段调，功率因数比进口晶闸管机车高，谐波干扰小，1974年的机车性能试验表明，起动牵引力提高13%~18%，晶闸管元件用得少，适合我国电力电子技术发展的实际情况。由于具有以上优点，不难看出，1968年基本定型的SS1型8号电力机车要改成31号那样的机车了。而且还进行了小号车的小批量改造，这是我回答的第一个问题。总之改的原因:一，不改不行(1971年由于调压开关烧损，机坡事故17次)，二，是性能好。请大家注意，SS1008号是十年磨成的一剑，是中国铁路人的光荣，2003年，该车已在北京铁路博物馆展出。我们株洲所人，长江后浪推前浪，一代新人换旧人，是值得庆贺的！
下面回答第二个问题：31号在安全运行11.6万公里后，于1973年3月鉴定，然后重点推广，关于SS1031号机车，《机车电传动》于1975年No2期专辑，总第14期，有详细报导。1976年1月9日-13日，在株洲电力机车工厂，当时简称田心机厂，铁道部工业总公司由蒋之骥副处长主持召开电力机车质量座谈会，整整五天，铁道部内专家、教授和领导出席，商讨电力机车如何提高质量，适应轮乘制的需要，会上以许国强为首的领导和专家，提出将韶山1型新造力机车改为级间平滑调压，即31号车方式，蒋处长在同年12月建议;考虑当前电力机车发展的急需和我国电力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SS3型电力机车)，得到铁铁道部的认可。1977年铁道部下任务书，1978第一台SS3型落成，这就是SS3型电力机车由来的时间脉络。也就是我要回答的第二个问题。
再回答第三个问题，级间平滑调压的名称是如何叫出来的?首先要追溯到1973年1月，:株洲所指派主持电力机车采用晶闸管级间平滑调压技术的楼修力，带着亲自设计的三个方案，即九位八段调方案，33位方案和17位方案，经与成都局马角坝段共同研究，商定采用九位八段调方案，这个方案的本质是采用晶闸管级间平滑调压和无级调速。但名称如何定，值到1973年3月27日，铁道部召开鉴定会，楼修力在会上作设计和改进情况汇报时才定下来。原稿几经修改，最后才确定用级间平滑调压(见图3发言稿原稿照片)，级间平滑调压正式出现在1975年第二期《机车电传动》SS1031机车专辑上，在"级间平滑调压的电子控制系统“中。蒋处长建议的先将SS1电力机车改"级间平滑调压"的思想，不是天上掉下来的，更不是头脑中固有的！这是株所人1973年8月15日31号机车成功改造，小批推广后才产生出来的。也是1976年1月9日~13日株洲厂座谈会专家们的建议。也就是说只有1973年8月15的SS1晶闸管级间平滑调压，才有蒋处长1976年12月的建议:先将SS1型电力机车改级间平滑调压(日后的SS3型电力机车)，得到铁道部的识认可。因此，也才有1978年的第一台SS3型晶闸管级间平滑调压电力机车。
五，后记
关于电力机车级间平滑调压技术的由来，有许多奇谈怪论，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，这就是作者作为该项技术首创人的初衷。
感谢铁道部电力机车主管工程师许国强处长对成果的大力推广；感谢成都局马角坝机务段同仁，特别是郑树选，楊爱喜的合作；感谢田心机厂邹品元的合作；感谢中车株洲所总体线路室、半导体室、试制车间的合作，感谢专题组全体参与人员的大力协同。
特别感谢株洲所新老领导尊重知识和人才：老领导傅志寰亲自领导这个项目，多次家访和我促膝谈心，鼓励我们圆满完成科研攻关；现任董事长李东林非常关心中车株洲所晶闸管级间平滑调压诞生45周年座谈会的召开，"也是所的工作之一“；所长杨首一到会祝贺，並与全体与会人员合影；老科协主席邓恢金的主持和参加；得到副所长刘建勋的大力支持。一代一代的所领导尊重知识和人才，倡导成事精神和企业文化，这就是中车株洲疑聚力和永续辉煌的源泉！