当年落后的中国电力机车如何逆袭成为“性能怪兽”？

1998年，我们的铁路上却还有大量蒸汽机车在服役——它们早就该进博物馆了，但却还在铁路线上奔驰。

而彼时的国外，成熟可靠的重型内燃机车已经统治英美市场几十年了，法国人已经装备了后世大名鼎鼎的TGV列车。

甚至连处于“休克疗法康复期”、还没走出ICU的俄罗斯都对我们遥遥领先——毕竟苏联的铁路干线在1980年之前就退役了所有的蒸汽机车。

这里就更不要说早已掌握高铁技术的德国和日本了——那时候我们的铁路整体水平甚至比不过意大利、瑞典这些小国家。

然而，当年那些外国巨头们绝对不会想到：就在他们的有生之年，就在不远的20年后，这个星球上最快的列车、最强的路网、最猛的机车就全都是中国人的产品了。

这场逆袭，说到底，就是一句话：学习他们，然后，超越他们。

而牵引这场逆袭的主力军，就是中国铁路的各种电力机车。

今天，我们就来聊聊中国铁路的电力机车是如何从弱到强的。

1970年之前：老大哥到底靠不靠谱？

新中国刚刚成立的时候，我们虽然有铁路，但铁路上跑的机车却都是“万国牌”——4000多台机车，分别来自美国、德国、日本、英国、比利时等九个国家三十多家工厂，这意味着不论是新造机车还是保养维护旧有机车都极为困难。对当时百废待兴、急于重建的新中国来说，

我们必须自行设计、生产属于我们自己的铁路机车。

和其他工业一样，当时的中国只有一个外在的技术来源——苏联老大哥。

1956年，苏共在莫斯科召开了第20次代表大会。在这次会议上，苏联决定把本国的铁路从当时的蒸汽机车大规模过渡到电力机车和内燃机车牵引，并决定在15年里建造40000公里的电气化铁路。同年，中国铁道部也制定了《铁路十二年科技发展规划》，同样决定从蒸汽机车向电力机车、内燃机车转型。实际上，除了我们和苏联老大哥之外，站在1950年代这个时间节点上，全球的铁路行业几乎都在从老旧的蒸汽机车向更先进的电力机车、内燃机车转型。

上面达成明确的决议后，下面的执行效率是很高的。

在苏共决定大力发展电力机车后，技术实力强大的苏联人很快就在原有的一些产品的基础上进行了新的研发，最终拿出了代号为N6O（俄语：H6O）的电力机车。

(H6O的后续改进型号 VL60K)

该说不说，当时的老大哥是真仗义，直接大手一挥就将这种当时最先进的电力机车技术转移给了我们。放在今天的世界里，这种最先进的技术转让简直是不可想象的——当然，我们的努力也是不可忽视的因素——为了学习相关技术，我国也派出了一个由各路专家、学者组成的考察团前往苏联考察研究，并最终决定以N6O为基础，打造我们自己的电力机车。

这个意义重大的任务，最后落在了湖南株洲的田心机车厂和湘潭电机厂——因为在当时的国内，只有这两家企业和电力机车打过交道，哪怕这两家企业只接触过小型的矿山电力机车。也就是从这一刻开始，株洲开始成为了中国电力机车的摇篮。往后几十年里，中国铁路历史上许许多多具有重大突破意义的电力机车产品都是株洲厂的产品。

在苏联人转让技术后，不到两年时间，到了1958年年底，代号“6Y1型”的电力机车最后在湘潭电机厂完成了最后的组装工作。中国人自己制造的第一台电力机车终于诞生了。

（插图：6Y1照片）

虽然这是个振奋人心的好消息，但这并不意味着“6Y1型”是一款成功的产品。

尽管当时还没有变“修”的老大哥掏心掏肺地给我们提供了最先进的N6O机车供我们参考，但奈何这东西本身就一大堆毛病：

以N6O上面的“引燃管来说吧。“引燃管”这种零件的本质其实是一种整流装置，作用是将接触网上的高压交流电转换成为电机能用的低压直流电，是电力机车的核心零部件。它具体的技术原理比较复杂，这里就不赘述了，我们只需要知道一点：这东西特别脆弱，动不动就会出故障。

而且，祸不单行的是，除了难用的“引燃管”之外，N6O的电机最后也被证明有着重大的设计缺陷。苏联老大哥后来自己也发现这东西不行，于是都给换掉了——作为技术进口方的我们，算是被老大哥的产品给坑了。

站出来解决这个难题的，是刚刚成立不久的株洲电机机车研究所。

株洲所当时面对的情况比较艰难——当时已经是60年代了，中苏之间的关系已经破裂，苏联人撤走了全部的专家，想找苏联客服投诉产品质量问题已经不现实了。

没办法，只能自己上了。

株洲所果断抛弃了老旧且不靠谱的“引燃管”技术，转而开始研发硅整流器——从头开始的株洲所派出了自己的技术攻关人员前往上海、西安的相关企业和研究所里取经学习，不仅学习设计知识和生产工艺，还购买了许多生产设备。奇迹般地，仅凭着苏联专家撤走时候留下的一丁点资料、几个刚毕业的大学生和一年的时间，株洲所竟然就拿出了自己的硅整流元件产品。

从1958年到1968年，随着我们逐步攻克了整流装置、牵引电机、调压开关这三个核心零部件，我们终于把6Y1型电力机车的几台样车改进到了一个足以胜任运输任务的程度。

最终，随着铁道部一锤定音做了决定：将“6Y1型”改名为“韶山1型”，并同意批量生产。

中国铁路的“韶山时代”开始了！

1970 1980:从“直流传动”迈向“交流传动”

“韶山时代”的来临，意味着我们已经具备了独立自主设计、制造电力机车的能力。

在技术领域，“从无到有”这件事永远都很重要——因为“从无到有”这件事儿本身不仅意味着一个成熟产品的出现，还意味着整个产业链的诞生——“韶山1型”背后牵扯到了株洲电力机车厂、株洲电力机车研究所、铁科院、湘潭电机厂、湘潭牵引电气设备研究所等二十几个单位、四十多家工厂。

这些企业，搭建起来了中国电力机车的产业链。

从这个角度来看，“韶山1型”是我们的入场门票，后面的诸多型号则是我们追赶国际先进水平的一个个里程碑。哪怕我们当时的技术不如别人，但只要我们有了产业链、把握准了技术发展的趋势，坚持下去，我们就一定可以获得成功。

对电力机车这种装备来说，这个所谓的“大趋势”其实可以和“更大的功率”划等号——只有功率足够大，后期的一列火车两万吨的“重载铁路”和时速350km/h的“高铁动车组”才有诞生的希望。

而获得更大功率的方法，就是从直流传动变成交流传动。

在当时，无论是东方还是西方，传统的电力机车基本都是直流传动，其大致的工作原理可以用下图来表示：

（直流传动电力机车原理图）

整个过程大致是：机车从接触网获得高压交流电，经过变压器降压后，再通过整流装置变为直流电驱动直流电机运转。当火车要加速的时候，就升高直流电机的电压，需要减速的时候，就去降低直流电机的电压。

而更先进的传动方式，则是“交直交传动”（交流传动），也就是所谓的“三相传动”——整流器输出的直流电并不直接作用于电动机，而是通过逆变器输出成为适合三相交流电机的交流电。

根据公式，牵引力=黏着系数 机车重量。但问题是，谁也不可能无限制增大机车重量，所以唯一的突破口就是改善黏着变量。而突破这一环的方法，就是“交流传动”——轴重不变的情况下，直流电机可以形成的黏着系数大约只有0.45，而交流电机最终能形成的黏着系数则高达0.9。最后的结果就是：直流电机拼了老命功率不过1000kw，交流电机功率突破1000kw毫无压力。

既然交流传动这么厉害，为什么早点不用呢？

不是大家不想用，而是技术上实在做不到。

交流传动的关键，在于控制技术，具体来说想点亮“交流传动”，就需要先点亮GTO以及后面的IGBT这些大功率电力电子器件和计算机控制技术——这些技术最早也到70年代末/80年代初才发展成熟。

（插图：80年代欧洲的Mark 120电力机车）

所以，对于80年代的全球机车车辆工程师们来说，交流传动技术是当年最最前沿的技术。

但当话题聚焦到中国，事情就变得尴尬了。

当年的工程师们面临着这样的客观现实：

首先，我们当时才刚刚掌握“韶山1型”这种直流传动电力机车的设计和制造，设计和制造能力都还很稚嫩——“韶山1型”的硅整流装置才刚刚玩儿明白，株洲所的“可控硅”也才刚刚试制成功，突然要我们去做GTO、做计算机控制，这显然有点“超纲”了。

其次，技术落后之外，我们还面临着巨大的运输压力——改革开放后经济发展速度极快，运输任务越来越多，运力非常紧张——1998年蒸汽机车都还在干线上活动，可想而知1980年代我们缺火车头得缺成什么样。

因此，对当时的中国铁路来说，优先级最高、可行性最强、需求最迫切的事情是尽快生产更成熟的”直流传动“电力机车，而不是研发更先进的”交流传动“电力机车。

1980 2000:“五十赫兹集团”

虽然我们的工程师们知道“交流传动”才是未来，但现实世界里，更急迫的任务是搞明白“直流传动”技术、研发更先进的直流机车。

我丝毫不怀疑我国工程技术人员的实力，给够时间，我们绝对可以独立研发出世界一流的直流传动电力机车。但你要知道此时是80年代，深圳蛇口工业园门口已经竖起了那个著名的“时间就是金钱，效率就是生命”的标语牌。而60年代技术的“韶山1型”我们才刚刚实现大规模量产，稍微先进一点的“韶山3型”还在试验阶段，后面挑大梁的“韶山4型”更是连设计图都没画完。

时间不等人，中国铁路此时需要的是尽快提高自己的运输能力，以填补越来越大的运力缺口。

（插图：标语牌）

1983年，我们派出了一个由国内电力机车专家们组成的考察团前往欧洲进行技术考察，主要研究欧洲发达国家的电力机车技术、生产、运用和维修等方面的情况，同时还深度比较了欧洲当时主流的几款电力机车，并实地考察了欧洲的线路和机车工厂。

最终，我们的结论是：如果想要尽快全面提高国产电力机车的水平，技术引进很有必要。于是，我们开始联系欧洲大厂，寻求订购对方成熟的电力机车。最终被铁道部选中的海外厂商，叫“五十赫兹集团”，合作的形式叫“技贸结合”。

“五十赫兹集团”并不是一家企业，它指的是由法国阿尔斯通、德国AEG、德国西门子、瑞士ABB等公司在内，多家专门生产50赫兹频率电机电器设备的企业组成的集团——这些企业至今仍在国际电力电气市场上有着举足轻重的重要地位。

我们最先引进的是法国阿尔斯通的电力机车产品——1985年3月27日，我们和五十赫兹集团前书了贸易合同和技术转让合同，约定购买150台8K电力机车（8轴可控硅电力机车），总价15亿人民币。1987年初开始交付，1987年底交付完毕——其中的两台车由五十赫兹集团与株洲电力机车厂合作完成。

除了整车之外，五十赫兹集团还要无偿向我们装让8K机车的全套图纸资料、机车零部件、制造工艺和检验方法，并且负责培训相关人员并派专家来中国进行指导。法国专家要来株洲工厂指导生产，株洲厂则需要派人到欧洲接受培训。

在这段时期里，除了8K之外，我们还向日本的川崎重工、苏联的诺伏切尔卡斯克工厂订购了不同数量的6K、8G电力机车。

（插图：6K/8G的图片）

现在回头看，我们必须感叹当时决策者们的洞察与远见——通过这场轰轰烈烈的技术引进运动，我们一步到位地吃透了数十项之前没有掌握的技术，搞懂了之前没有搞懂的一些问题。而且在执行这些项目的过程中，我们还学到了国外厂商先进的设计思想以及管理方法。最后的结果是，我们成功地实现了最开始的目的：吃透“直流传动”技术、研发更先进的直流机车——整个90年代，中国的电力机车开始呈现出井喷式的发展：

韶山5型和韶山6型，这是设计阶段就直接大量采用8K的技术的；

韶山4型改，这是在后续改进的过程中根据8K的技术升级的；

韶山7型及其BCD等改型以及韶山8型，这是直接借鉴了6K和8K技术的。

2000至今：关于技术引进的思考

在这些热火朝天的设计与建造之外，我们也不能忽略那些负责给中国电力机车探路的人——现实的压力让我们必须优先发展“直流传动”电力机车，但这并不代表我们就放弃了研发“交流传动”。

1971年德国人试验DE2500交流传动机车的时候，株洲所的工程技术人员们同时也开始了相关的研究。到了1989年，株洲所成立了交流传动研究室，率先在国内展开了交流传动技术的研究。彼时，株洲所一年的营收不到一亿元人民币，但为了突破交流传动技术，株洲所并不计较金钱的问题——做实验需要高压晶闸管，当时的价格是2000元/个，株洲所最高纪录是一天烧毁19个。整个项目做下来后，烧毁的晶闸管装满了一辆大卡车，总价值高达数百万元。

终于在1992年，株洲所攻克了交流传动技术，并于1996年成功制造出了中国第一台交流传动原型车AC4000——成功地为中国电力机车日后的崛起打下了技术基础。

等到时代进入2000年后，株洲所已经基本掌握了大功率交流传动电力机车的相关技术，那个年代的“奥星”“九方”等试验性质的电力机车以及“中华之星”动车组列车上搭载的都是株洲生产的交流传动系统——甚至在2003年，株洲所还出口给了哈萨克斯坦五台能够在中亚严寒冬天中使用的交流传动机车。因为这一系列的成功，株洲所在2005年的时候获得了国家科技进步二等奖。

（插图：奥星电力机车，图片来源见水印）

看到这里，不知道大家会不会有疑问：既然株洲所已经有了和可以和国际先进水平媲美的技术，那么为什么我们现在铁路上广泛使用的“HXD”系列电力机车中还是有那么多和外国厂商合作的车型呢？

路风教授的《新火》一书中提到了两个很关键但却难以被察觉的逻辑：

第一，我们有不错的技术不假，但经验上是欠缺的，而且没有时间和金钱让我们去练手——需要有人带一带。得让“老司机”带着我们过一遍，才能彻底知道这条路上到底有哪些坑需要躲开。

以“电力机车司机室”的设计来说——司机室的设计和制造不像芯片或者电机的设计制造，它不涉及什么高深莫测的技术，但它却非常考验经验——火车司机在工作中经常要在司机室里坐上好几个小时，如果司机室设计不合理，司机就会疲劳，严重时会导致事故发生。因此，在研制HXD1C电力机车的时候，我们就参考了欧洲标准化司机室的设计标准，最后证明HXD1C的司机室设计得非常合理且舒适，操作起来也心明眼亮。

（插图：HXD1C）

这还只是一个没有太多硬技术成分的司机室，电力机车上那么多高技术含量的地方，如果没有人带着我们走一遍，那么我们或许需要很长时间才能造出成熟可靠的大功率交流传动电力机车。。

第二，技术和制造是两回事，如果制造水平上不去，那么你的技术再强也没用——电力机车毕竟是一个复杂的装备，是一个系统性的工程。

举个最简单的例子，我小时候跟着家长去机务段里面玩，90年代车间里的环境非常恶劣，满地都是灰尘、油污、铁屑，各种工具堆放得乱七八糟，机床附近总是有着一摊厚重的油污。但现在，情况完全不同——车间里非常清爽，环氧树脂的地坪漆干净明亮，各种零部件整齐地摆放在专门的货架上。

这种改变，就是我们和外国先进厂商“联合设计生产”的结果——很多时候，我们就是需要一些外力去打破、清扫原来的障碍，让我们的企业得到改造。

因为在中国的社会里，铁路在很长一段时间里都是一个很神奇的行业——它简直是“半军事化”的。

从人事管理上来说吧，地方站段的领导由铁路局任命，铁路局的领导由铁道部任命，地方政府根本无权干涉——郑州铁路局在河南，但河南省和郑州市根本指挥不动郑州局。甚至早些年铁路小学、铁路幼儿园迎接领导检查的时候，来的都不是教育局的领导，而是铁路局的领导。

这和军队的那套逻辑实在是太相似了。

这种内部的闭环，在现实里会产生很多问题——这么多年咱们都是这么过下来的，自然而然就形成了一套体系和行为习惯，但这种旧体系和旧习惯却未必是适应新局面的，严重的时候甚至会阻碍产品制造和产品质量。

结尾：追赶世界先进水平，分几步？

纵观中国电力机车几十年的发展史，我们可以归纳总结出一条清晰明了的发展脉络：

电力机车技术发展的总趋势是不断提高牵引功率，最终实现“客运高速”和“货运重载”。在这个过程之中，第一阶段是直流传动，相关设备是直流电机、引燃管/硅整流器、调压开关；第二阶段还是直流传动，但相关设备升级为晶闸管/GTO和相控调压；第三阶段是交流传动，相关设备升级为三相异步电机、IGBT、计算机控制，如今各种自动控制车辆的技术也在试验之中——在功率提升的同时，车辆控制也变的越来越轻松智能了。

在实践这个技术路线的过程中，最开始我们一无所有，从苏联引进、学习的全套技术，这套技术让我们打下了基础，并成功走过了第一个阶段——这个阶段问题是，我们“从无到有”的技术引进最后只能让我们保留一个下限，上限很低，最终必然是要落后的。

第二个阶段里，我们开始引进8K/6K/8G等车辆和技术，这让我们得以在第一阶段的经验上进行知识的升级，最终使得我们可以开启“韶山时代”——这个阶段的问题是，我们处在一个上不去下不来的尴尬期，技术确实是升级了，但是也没能力更进一步——说强吧，技术研发能力差了外国很多；说弱吧，又确实能扎扎实实拿出很多好东西。

第三阶段，我们完全拿下直流传动相关技术，同时也自研了交流传动技术，再配合与国际先进厂商的“引进先进技术、联合设计生产、打造中国品牌”，最终使得我们的电力机车制造水平达到了世界第一梯队——这个阶段就好办了，基本上已经和外国巨头没有什么“代差”了，而且商业上也有了很强的竞争力，和外国巨头已经“有来有回”了——某些技术我们比他们厉害，某些技术他们比我们厉害。

其实，这个路线我们也可以套用在其他很多行业上——工程机械、武器装备、化工……这条路线，其实就是一个落后的工业国如何一步步追赶世界先进水平的路线。

而对我们来说，当我们拿出了专供神朔铁路的“神24型”电力机车的时候，这条路线就差不多走到尽头了——这台车总计有六节，长度达到了106米，总功率达到了惊人的28800kw，牵引力2280千牛。这也使得它可以在千分之十二的坡道上牵引万吨级别的重载货运列车。同时，“神24型”彻底刷新了全球轨道交通装备功率的世界纪录，而此前这个纪录——也是我们的。

在电力机车的世界里，在“大功率”这条路上，我们终于登峰造极了。

其实从中国电力机车“从无到有”“从弱到强”的过程也可以看出——如果没有其他的补充手段，单纯的“市场换技术”只是一厢情愿——掌握先进技术的外国厂商绝对不可能心甘情愿地去进行技术转移。

十几年前，中国的一次汽车产业论坛上曾经爆发过极其激烈的争论——一位德高望重的院士对台下的汽车行业的“大佬们”直言：“中国搞了那么多年汽车产业“市场换技术”，但是汽车产业依旧很落后，核心零部件大量受制于人，而宇宙飞船、战斗机这些无法引进技术的行业，中国坚持自力更生，反倒世界领先了。”

在过去的燃油汽车时代中，我们曾经大规模地推广“市场换技术”的模式，但结果证明这种路线并没有想象中那么有效，虽然成立了合资汽车企业，但本土汽车企业并未参加核心的设计环节，仅仅只是参与空调、内饰等非核心零部件的研发或仅仅负责生产——品牌、技术、核心零部件上都受制于外商。不论是80年代我们和美国麦道公司合作的客机组装项目还是上广电和日本NEC的液晶面板项目，最终都以失败告终，我们并没有在这些领域获得本质上的进步，反而是被直接拖垮。

北大的路风教授指出，世界上根本不存什么“引进、消化、吸收、再创新”的模式，因为世界上不存在不进行自主开发就可以“消化、吸收”的可能，如果引进方自己没有技术能力的基础，引进技术不过就是获得了一些技术使用权罢了——这就好像学霸给学渣讲题，学渣哪怕能够把解题步骤背下来，那么也就只是会做这么一道题而已，换一道题继续抓瞎。

中国的电力机车虽然后期大量引进西方技术但最终却掌握核心技术、取得成功，是因为以株洲厂和株洲所为代表的中国电力机车从业者们始终没有间断过自己的电力机车研发工作。

在这个全球化的时代，我们引进别人的技术或者别人引进我们的技术都是正常操作，学习世界先进水平、加强国际技术交流也是发展国产替代的重要方式。只是在这个过程之中，我们一定要坚持独立自主的原则——用外国的设计、用外国的品牌，虽然能在短时间内赚到钱，但并不能学到真本事。