第一章 概述
2004年，国家通过了《中长期铁路网规划》，并对研究通过的铁路机车车辆装备现代化实施方案明确指出，“加快我国铁路运输装备现代化，要按照引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌的总体要求”。根据上述方针，国家发改委与原铁道部于2004年7月联合下达了《大功率交流传动电力机车技术引进与国产化实施方案》。HXD1C型电力机车是在HXD1、HXD1B型电力机车技术引进的基础上，掌握了大功率交流传动机车的系统集成及相关配套技术，形成了一套适应中国铁路运输需要的技术体系，自主研制的六轴7200kW交流传动货运电力机车。即在前两型引进电力机车优点的基础上，克服相应缺点，适应我国现有线路单机在6％的坡道上牵引5000t货物列车的要求。该型机车最大轮周牵引力/电制动功率7200kW，最高运行速度120km/h。
一、HXD1C型电力机车性能/总成与主电路
1.机车性能
机车性能是指机车牵引特性与制动特性及其相应部件的主要技术参数。HXD1C型机车运用性能是根据机车构架构成的系统所发挥的机车综合性运用功能，来体现机车牵引特性、电制动与制动特性集成技术在系统控制下的综合体现。
2.HXD1C型电力机车构架总成
机车构架是指机车主要构成部件的总成。HXD1C型为六轴交流电力机车，轴式为C0-C0，属于交—直—交传动的范畴，采用前后双端司机室顺向操纵，它由接触网供给高压交流电，属外动力电源，由机车车顶受电弓导入，在机车上经主变压器降压，再经机车主变流器四象限整流并通过中间直流环节转变成直流电，然后再经牵引逆变器、辅助逆变器将直流电变换成三相交流电，用来驱动交流牵引电动机及其他辅助装置的三相交流电机，完成机车的牵引任务。
机车内机械间纵向采用三个间隔，即前后Ⅰ端司机室、机械间与Ⅱ端司机室。其中Ⅰ、Ⅱ端司机室布置基本相同，机械间设备采用靠边对称布置，中间是走廊。机车外形纵向从左向右为Ⅰ司机室外墙、机械间外墙与Ⅱ司机室外墙横向从上到下为机车车顶、车体与走行部。在第三章第三节分别叙述了HXD1C型电力机车运用、总体总成与附属装置。
3.机车主电路
HXD1C型电力机车主电路电气设备主要由外来电源授受电器，降压变换装置——主变压器，交—直—交流变换装置——主变流器与逆变驱动器及牵引电动机与相应辅助控制、测量与保护装置所组成。在第三章第四节分别介绍了机车主变压器、主变流器、外来电源授受电气设备与交流牵引电动机。
（1）机车电气设备
HXD1C型电力机车接受接触网（外来）电源经主变压器降压与主变流器变换控制，转换成机车的动力源，驱动机车牵引列车运行。其外来电源授受电气设备均属高压电器，主要有受电弓、真空断路器、接地开关、高压隔离开关、高压电压互感器、原边电流互感器、避雷器和高压电缆总成等。该类电气设备有专项授受性电器（如受电弓）、专项控制电器（如高压隔离开关）、保护性电器（如接地开关、避雷器）、控制兼保护性电器（如真空断路器）、测量电器（如电压、电流互感器），以及连接性电器（如高压电缆等），其特点是均处在机车外电源的高压电路中。
（2）牵引电动机
牵引电动机是机车进行机械能和电能相互转换的重要部件。它安装在机车转向架上，通过传动装置与轮对相连。机车在牵引状态时，牵引电动机将电能转换成机械能，驱动机车运行。当机车在电气制动状态时，牵引电动机将列车的机械能转化为电能，产生列车制动力。21世纪之前，我国机车牵引电动机主要采用直流电机。随着电力电子技术的发展，异步电机在控制系统的支撑下具有了与直流电机媲美的调速特性，异步电机还有比直流电机体积小、功率大、效率高、恒功范围宽、维护量小等优点，因此世界各国都在推广异步牵引电动机的运用。20世纪后期，西门子、庞巴迪、三棱重工等国际大公司已广泛采用异步电机作为铁路机车的牵引动力，进入21世纪，我国采用引进国际大公司异步传动技术的方式，开始大力推广异步牵引电动机的运用。
（3）异步电机运行
异步电机的主要运行原理：定子接通三相交流电后，在气隙中产生旋转磁场，该磁场切割转子导条后在转子导条中产生感应电流，带电的转子导条处于气隙旋转磁场中将产生电动力，使转子朝定子旋转磁场的同一方向旋转。改变定子频率即可改变电机转速，随着定子频率的增加，电机转速相应增加，如果电压不增加，将导致电机磁场减弱，电机转矩将降低，电机磁场降到很低时，电机不能输出足够的转矩，不能满足负载要求。另一方面，低频启动时，如果电压很高，将导致电机过分饱和。因此异步电机变频时，电压也应在一定范围内保持一定比例的变化，这种调速方式称之为变频变压调速。
（4）异步电机牵引/电制动
异步电机牵引与再生制动原理：在1>S>0的范围内，电磁转矩与转子转向相同，它拖动转子旋转，电机从逆变器吸收电能转换为机械能，克服机车阻力驱动机车运行，处于电动机运行状态。S=1为启动运行状态。在S<0的范围内，转子转向与定子旋转磁场一致，转子转速n大于电机同步转速n1，电磁转矩与转子转向相反，它阻碍转子旋转，电机将机车机械能转换为电能传送给逆变器。对机车产生制动转矩，电机处于发电机运行状态，称之为再生电气制动，简称电制动。
二、机车辅助电气设备/电路与控制系统
HXD1C型电力机车辅助电气设备由集成在主变压器内的牵引（辅变）绕组供电。两台辅助逆变器分别从两台辅助变流器的中间直流环节获得供电，通过辅助变压器和一组滤波电容器滤波后向2套三相支路供电。单相交流支路由一台变压器从三相恒频恒压支路取电。直流负载支路由蓄电池经充电后供电（或蓄电池单独供电，但供电时间受限）。除卫生间、微波炉、冰箱等生活设施全车只有一套外，HXD1C型电力机车具有完全相同的两套辅助电气系统。在第四章第三节叙述了该型机车辅助系统及相应电气设备，即机车冷却系统，机车冷却循环系统与辅助电气设备及其他设施。
1.机车辅助电气设备
HXD1C型电力机车装备有两台结构一样、功能完全相同冷却塔，在机械间内对称安置，用来冷却主变流器和主变压器中相应的冷却剂（水、油）。该型机车的两个冷却循环系统就是冷却塔的两个具有独立的冷却回路。即主变流器水冷却液回路，主变压器油冷却液回路。
HXD1C型电力机车的2台辅助变流器单独由主变压器中的辅变绕组供电，在正常状况下，这个辅助变流器一个工作在变频变压模式，一个工作在恒频恒压模式。辅助变流器供电采用冗余设计，两台辅助变流器的输出接触器之后设置了一个故障转换用接触器，当一台辅助变流器出现故障时，系统重新配置，故障辅助变流器后面的输出接触器断开，故障转换用接触器闭合，另一个辅助变流器将承担所有负载。此时所有辅助设备都以恒频恒压方式工作，负载投入不受限制。
2.机车电气线路
电气线路是将各种电气设备连接起来，构成一个有机的整体，以实现一定的功能。HXD1C型电力机车的电气线路按其作用分为主电路、辅助电路和控制系统电路三大部分。
（1）主电路
主电路是将产生机车牵引力和制动力的各种电气设备连成一个电气系统，以实现功率传输的主体电路，或称动力电路。它包括受电弓、主断路器、主变压器、主变流器（包括四象限整流器、中间直流电压回路和脉宽调制逆变器）及三相牵引电动机。
（2）辅助电路
辅助电路是机车上为主电路电气设备服务的各种辅助电气设备和辅助电源连成一体的电气系统。辅助电路包括辅助变流器、各种电动机（冷却风机、压缩机、油泵、水泵的电动机）、蓄电池充电器、空调及加热装置等。
（3）控制系统电路
控制系统就其功能而言是主令系统，司机通过控制系统发出指令来间接控制机车主电路及辅助电路，以完成各种工况的操作。HXD1C型机车的控制系统是通过采用国外铁路自动化电子控制系统（在此基础上有所改进）和制动控制单元（CCBⅡ）连接在一起，整个系统集成了机车重要的开环/闭环控制及故障诊断功能。该类控制系统通过电磁、电空、或机械传动等方式互相联系，配合动作，以实现机车的运行。在第五章第四节介绍了该型机车电气线路位置标示，部分主要主电路、辅助电路、控制电路及相应间的控制关系。
3.机车电子控制系统
HXD1C型电力机车控制系统不仅是单纯的电路控制，还接受有线电路、网络通信联络与计算机管理下的控制，并以计算机显示屏为警示装置的综合性控制系统。它的每项控制（主电路、辅助电路、控制电路及其他辅助性和生活性设施）不仅有电路控制，也是在机车计算机系统管理下的网络综合控制。在第六章第四节介绍了机车计算机网络控制系统；机车主要控制功能、机车系统安全及连锁与列车分布式动力控制系统；机车计算机网络控制系统，中央控制系统，牵引控制单元，计算机显示器，远程监控及无线重联系统，电空制动控制单元，定速控制等。它们控制的机车系统不同，其功能作用也不尽相同。即有TCN通信网络，机车中央控制管理系统CCU与牵引/制动（电制）控制系统TCU，计算机显示器监视系统。机车远程监视与诊断系统CMD和机车无线重联系统MTC或LOCOTROL列车分布式动力控制系统（对该型电力机车此类无线控制技术装置仅为简单介绍），电空制动控制单元CCBⅡ，机车自动操作定速控制装置等均属机车电子控制系统。HXD1C型机车计算机网络控制功能主要由CCU、TCU等智能控制系统完成。CCU以及机车智能控制系统通过列车网络交换过程数据、消息数据和监督数据来实现对机车的控制、故障诊断以及机车状态评估。计算机网络控制系统可以实现高压回路控制、牵引/电制动控制、机车速度控制、故障诊断保护。
机车系统安全及连锁是为了保证机车运用中的安全。当机车需要检查检修作业或机车运行需要对机车车顶进行故障处理时，系统安全及连锁起到了相应的保护作用。它们对机车保护功能各有不同，当机车运行中发生相应主要部件运用故障时，而产生牵引封锁；当机车运行中作为一种警惕装置提醒司机正确操作，避免因精力不集中所造成的操作过失；当机车停留时，为避免机车溜逸而采取的一种制动措施；当机车运用中发生车顶电气部件故障时，为确保在机车无电的情况下进行检查检修所采取的一种人身安全保护措施。同时，远距离无线控制技术装置或LOCOTROL列车分布式动力控制系统在该型电力机车绝大多数未装配运用，但作为远期机车运用（如万吨及以上组合列车开行）会相应得到装备。因此也对此项机车运用操作技术在独立章节作为了解知识有所介绍。
三、机车CCBⅡ制动机与运用操作
HXD1C型电力机车装配CCBⅡ电—空制动机，在第七章内仅对CCBⅡ制动机系统与控制关系，和机车运用中的正确操作与结构缺陷及操作不当引起的运用故障进行了相应介绍。
1.CCBⅡ电—空制动机
HXD1C型电力机车使用的CCBⅡ空气制动系统是一个基于网络的电—空制动系统，它由4个部分组成，即由自动制动、单独制动、后备制动与停车制动。该制动机利用现场可替换单元设计形成一种分布式结构，每个可替换的单元模块包含自动诊断功能。制动机具备多项冗余功能，具有识别、重新组合和发生故障时备份关键部件的功能。CCBⅡ电—空制动机设计利用网络技术互联每个可替换单元，这些单元互相实时通信，实现各种制动功能的控制。
HXD1C型电力机车有一个完整的压缩空气供应系统，由两台主压缩机、空气干燥器、压力控制器、总风缸、止回阀、安全阀和主空气管路等组成。空气供应系统产生的压缩空气供给空气制动系统和辅助气动设备使用。空气供应系统安装有一个低压保护装置，当总风缸压力低于500（600）kPa时，低压保护装置经制动显示屏发送一个信号给司机操纵台计算机显示屏告知司机。与此同时，也发送一个信号切断牵引电源并投入常用制动。
2.基本设置与检查/运用操作
CCBⅡ型电—空制动机基本设置与检查/运用操作，包括CCBⅡ制动系统在机车运用前的设置，机车出段前进行制动机五步闸试验，CCBⅡ型电—空制动机的具体操作设置，以及制动系统运用中的注意事项。在实际运用中，因机车制动系统设计制造理念与现场运用存在一定差距。特别是对于内燃机车司乘人员转轨于电力机车运用是有较大区别的。加之现场对运用人员在制动系统培训不到位，与运用人员学习、运用操作及故障判断处理方面存在诸多误区。因此，时有发生人为操作不当导致制动系统故障或对制动故障判断处置失当，发生机车运用故障，造成机车运行途停机、堵塞正线的事件屡屡发生，严重影响了机车的正常运用。
3.HXD1C型电力机车运用操作
HXD1C型电力机车运用操作一般按四个步骤进行。一是在日常检查满足该型机车整备条件后，并在机车重要部件检查符合运用条件和机车牵引要求状况下才能对其进行运用操作。即机车出段前的条件必须是满砂、满水以及轮轨润滑装置加润滑脂，称之为机车准备阶段。二是在符合机车运用相关运用规定要求的情况下，司乘人员才可对机车进行日常检查操作，机车日常检查操作应针对保护装置、控制电源、控制装置、解锁钥匙以及机车制动系统等重点设备进行，称之为检查阶段。三是经上述检查在符合机车牵引要求后，再进行相应的机车重点部件检查作业试验操作项目。它包括机车高压整备试验与空气制动试验和低压柜开关检查，通过此类检查与相应试验使机车的控制系统能符合机车运用条件的要求，力求将机车运用隐形故障消除在机车出段之前，以保证机车运用中的良好性能。HXD1C型电力机车启动是在机车出段前检查作业完毕后，并具备机车启动的条件下才能进行的操作，它与机车的运用性能要求极为相关，统称为检查试验操作阶段。四是机车牵引操作是在机车启动运转正常后，机车出段挂头及线路牵引列车运行的操作，称之为机车运用线路操作（纵）阶段。同时机车运用操作又属一项技术要求相当强而复杂的操作技能，在第八章第四节详尽介绍了HXD1C型电力机车整备/启动，机车重点检查部件要求，机车启动与牵引操作与列车分布式动力操作。
四、机车运用故障处置与典型故障个例分析
HXD1C型电力机车运用故障有多方面的因素，主要分为两大类，即设备部件结构缺陷引起的机车运用故障，与操作过程中呈现的故障和人为操作失当引起的机车运用故障。前者故障表现主要呈现在部件的运用暂时性与永久性失效而不能恢复；后者故障表现主要呈现在对机车操作失效（计算机控制系统“死机”），一般通过对计算机控制系统的复位（或网络复位与大复位）故障均能得到恢复。机车运用中的故障处理只能属权宜之策，对此类机车运用操作人员的职责是应维持机车运行到目的地站，或尽可能维持机车运行到前方站停车处置，避免机车运行中途停事故的发生，并详尽提供机车信息，这是机车运用故障处理的宗旨。
机车运用故障的处理是以运用者对运用机车部件性能熟知为基础，并尊重机车运用性能与客观的机车运用规律，避免盲从与盲目，按机车部件运用的规定与要求操作好机车。即使在机车运用中发生相应的机车运用故障时，也能按机车运用与计算机程序设计要求循序去处理好，机车运用中应预防第一，处理次之。在各种复杂的机车运用条件下，电力机车经过一段时间的运行后，不可避免地会出现一些损失，即各种零部件会发生不同程度的自然磨损、变性，电气装置还会发生断线、接地及绝缘老化与电子元件运用老化，从而造成各种机车运用故障，应尽可能迅速排除故障，维持机车运行，避免机车运用故障发生。在第九章分层次介绍了该型机车几类运用故障及在非正常情况应急操作和处理方法，由于故障往往不是由单个因素造成的，机车运用故障原因并不一定是唯一的，处理办法也可能有多种。在第九章分四节主要介绍了该型机车运用中常见故障，机车计算机系统故障诊断处理，空气制动系统应急故障处理与机车运用应急故障处置。
任何先进的运用工具均有结构缺陷与运用性操作失当行为存在，没有发生或未被发现仅是未暴露而已，众多的机车运用经验告诉运用者，因此而带来的设备及部件运用故障是存在的。作为机车运用铁路运输的主要移动设备，其设备部件发生故障的突发性也相对特殊，因此要求运用者对该类设备部件有较高的认识，有较高的操作技能，并具有较高水准的判断机车运用故障的能力及应急处理的方法，避免机车运用中途停堵线和打乱行车秩序的事件发生。
HXD1C型电力机车主变流器TCU属该型机车动力控制输入/输出装置，它在机车运用中的故障主要发生在输入控制装置，即电源输入接口装置与接触器；电源变换装置，即四象限整流器装置；辅助支撑装置，即模块支撑电容与中间电容及辅助接触器；逆流变换驱动装置，即脉宽调制逆变器；以及在上述电气/电子设备内的通信装置与相应接口的故障。在该类故障中有设备结构缺陷，有机车运用外部环境不利因素，也有司乘人员操作失当与机车电气设备发生故障后处理失误等机车操作技术问题，在第十章内均有介绍。一般而言，顶级先进设备也有其缺陷存在，只不过其隐藏在电气设备内未使用到其极限未暴露而已，未发生不等于问题不存在。发生该类故障表象均为主断路器断开，主回路接地等，在计算机屏显上均有提示，但在机车运行中均得靠司乘人员正确判断与处置。该类故障主要分为电气设备硬件故障与非器质软件故障，其中前者属硬件设备损坏，机车运行中一般是无恢复条件的，只能更换器件或将相应故障设备切除；后者属软件故障，在此可能是电子设备结构缺陷，可能是受电气设备工作的环境与环温（电磁温升与环境温度）影响，可能是工作负荷超载，也可能是司机操作不当等类因素影响，本可通过计算机、网络与大复位的处置方法得到相应解决，但由于司乘人员处置不当，将本可解决的故障未能妥善处置，甚至将故障扩大，多数情况下属盲目操作。
五、HXD1C型电力机车运用相关名词与规定
对新的一项设备或运用新一种机车类型，投入运用均存在于一个认知了解过程，在铁路运输业中尤其如此。在此过程中除对相应的新设备（部件）熟悉运用条件外，更应对其认识清楚，熟练掌握。因此应对新设备的运用与其部件和运用条件熟知，而掌握运用好此类知识必要条件，即熟知设备名称与设备安全运用条件，同时也得有相关规章规定与操作制度要求作保证。否则，避免不了机车运用中发生的盲目操作，给机车运用带来的诸多负面影响，而影响机车运用效率的发挥。因此在第十一章介绍了HXD1C型电力机车作为一种新型电力机车投入运用需要了解的相应的相关名词，与一定的安全运用条件，并应有相应的规章制度为限制保障。所以对此类因素的认识与机车投入运用同等重要，第十一章分三节列述了HXD1C型电力机车运用操作相关名词、该型电力机车安全运用条件与相关的规章制度规定要求。
HXD1C型电力机车因属微机系统控制，具体指令的实施传达为网络通信，机车运用操作自动化程度较高。因此在机车运用操作中变得较为便利与简捷，这样在机车运用实际操作中存在与发生的问题较少，主要为机车操作认识问题，往往是因对机车操作设备与具体操作程序（步骤）认识不清带来机车运用操作的盲目操作。为避免机车操作的盲目性，为此编写了与机车运用操作有关的主要词汇，即机车电气设备，机车电子控制设备，HXD1C型电力机车制动系统，机车操作等方面的名词词汇，供该类型机车运用者在机车运用操作中掌握。
机车运用安全有方方面面，主要体现在作业中的环境安全与作业中的操作安全。前者主要指作业者在操作中对人身的伤害安全环境；后者主要指作业中操作时设备对人身伤害或设备损坏对人身带来的危害。在电力机车运用中，不仅要尊重机车运用性能操作好机车，也应遵守机车运用的安全运用守则运用好机车，更应遵守机车运用管理部门与业务相关部门制定的运用管理规章制度及相关的规定，管理运用好机车。机车运用相关规定是承继相关规章制度的沿续，也是对相关规章制度的延伸。中国铁路总公司（原铁道部）规章制度有规程，其业务部门与铁路局有规则（包括路局行规），站/段有细则，这些均属机车运用人员应知应会，其中有些重点必须是熟知与掌握的，否则稍有疏忽，将可能酿成行车中的事故。因此机车运用中的相关规定是对规章制度补充的重要环节，在本章内也列叙了总公司、作者所在铁路局与机务段的电力机车运用相关规定，重申电力机车运用中对执行规章制度的重要性，是电力机车运用中避免行车事故发生的保障线。