동일본 여객철도 651계 전동차
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1. 개요
651계 전동차는 동일본 여객철도(JR 동일본)에서 운행했던 교류/직류 겸용 특급형 전동차이다. 1989년 우에노와 센다이 간 특급 '슈퍼 히타치'에 처음 투입되었으며, 1958년부터 일본 철도 팬 클럽에서 수여하는 블루 리본상을 수상했다. 2012년 '슈퍼 히타치' 열차가 E657계 전동차로 대체되면서 운행에서 제외되었으나, 이후 E657계 개조 기간 동안 '후레시 히타치'에 투입되기도 했다. 2014년에는 1000번대 개조를 통해 '아카기'와 '구사츠' 등 다카사키선 계통의 특급 열차에 투입되었고, 2015년에는 '이즈 크레일'이라는 관광 열차로 개조되어 운행되기도 했다. 2023년 정기 운행이 종료되면서 모든 차량의 운행이 중단되었다.
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| 동일본 여객철도 651계 전동차 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 종류 | 전동차 |
| 서비스 시작 | 1989년 3월 11일 |
| 서비스 종료 | 2023년 3월 17일 (정기 서비스) |
| 제조 회사 | 가와사키 중공업 |
| 제조 공장 | 효고현 |
| 대체 대상 | 485 시리즈 |
| 대체 차량 | E657 시리즈 |
| 기술 사양 | |
| 차체 | 강철 |
| 차량 길이 | 21.5 m (선두차) 21.1 m (중간차) |
| 차량 폭 | 2,900 mm |
| 최고 속도 | 130 km/h |
| 가속도 | 1.95 km/h/s |
| 감속도 | 5.2 km/h/s |
| 구동 방식 | 사이리스터 드라이브 + 저항 제어 + 계자 시스템 중첩 계자 여자 제어 |
| 전력 공급 | 1,500 V DC / 20 kV AC (50 Hz) 가공 가선 |
| 집전 방식 | 팬터그래프 |
| 대차 | DT56 (모터), T241 (트레일러) |
| 운행 정보 | |
| 운영 주체 | JR 동일본 |
| 소속 기지 | 가쓰타 오미야 고즈 |
| 노선 | |
| 편성 | 4/7량 편성 |
| 기타 | |
| 건설 년도 | 1988–1992년 |
| 개조 | 2000년 10월 – 2002년 12월 |
| 폐차 년도 | 2013–2023년 |
| 제작 수량 | 99량 (18개 편성) |
| 보존 수량 | 없음 |
| 폐차 수량 | 99량 (18개 편성) |
2. 개발 배경 및 역사
조반선 특급 '히타치'에 사용되던 구형 485계 전동차를 대체하고, 당시 경쟁 관계에 있던 고속버스에 대한 경쟁력을 높이기 위한 목적으로 개발되었다[28]. 1988년부터 1992년까지 총 99량(기본 7량 편성 9개, 부속 4량 편성 9개)이 가와사키 중공업에서 제조되어 가쓰타 차량센터에 배치되었다.
1989년 3월 11일 시간표 개정과 함께 특급 '슈퍼 히타치'로 영업 운행을 시작했으며[1], 활주 재점착 장치 등을 탑재하여 일본 재래선 특급 열차로는 최초로 최고 속도 130 km/h의 영업 운행(우에노-히타치 구간)을 실현하며 큰 주목을 받았다[29][30]. 흰색을 기조로 한 세련된 외관 디자인은 '''턱시도 보디'''라는 별명을 얻었으며, 이러한 혁신성을 인정받아 1990년 철도우호회로부터 제33회 블루리본상을 수상했다[7]. 이는 JR 그룹의 신형 차량으로는 첫 수상이었다.
초기에는 '슈퍼 히타치' 전용으로 운행되었으나, 2002년 12월 1일 시간표 개정 이후에는 일부 '후레시 히타치' 열차에도 투입되었다[84]. 2000년부터는 좌석 개조, 조명 변경 등 실내 설비를 중심으로 한 갱신 공사가 순차적으로 진행되었다.
2010년 JR 동일본이 후속 차량인 E657계 도입 계획을 발표하면서[85], 651계는 2013년 3월 15일부로 조반선 특급 정기 운용에서 물러났다[2]. 다만, E657계 차량의 개조 공사 기간 동안 2013년 10월부터 2015년 3월까지 임시 '후레시 히타치' 열차로 잠시 운행을 재개하기도 했다[89][10][4].
조반선 운용 감소에 따라, 2014년 3월 15일부터는 다카사키선 계통의 특급 열차('스왈로 아카기', '아카기', '구사쓰')에 투입되기 시작했다[90]. 이를 위해 직류 구간 운행에 맞게 개조된 1000번대 차량이 등장했으며[91], 오미야 종합 차량센터로 소속을 옮겼다. 또한 2016년에는 4량 편성이 관광열차 '이즈 크레일'로 개조되어 이토선 등에서 운행되기도 했다[5].
'이즈 크레일'은 2020년 6월 운행을 종료했으며[13][14], 다카사키선 특급 운용 역시 2023년 3월 18일 시간표 개정으로 E257계 전동차로 대체되면서 651계의 모든 정기 운행이 종료되었다[16]. 첫 폐차는 2013년 9월 K203 편성을 시작으로[88] 순차적으로 진행되었고, 마지막까지 남아있던 OM201 편성이 2023년 10월 폐차 처리됨으로써[17][81] 651계 전동차는 34년 만에 완전히 퇴역하였다.
2. 1. 개발 배경
조반선 특급 히타치에 사용되던 485계 전동차를 대체하고, 경쟁 관계에 있던 고속버스에 대한 경쟁력을 높이기 위한 목적으로 개발되었다[28]. 1988년부터 가와사키 중공업에서 7량 편성 9개와 4량 편성 9개, 총 99량이 제조되었으며, 1989년 3월 11일 시간표 개정부터 영업 운전을 시작했다.가장 큰 특징은 최고 속도의 향상이었다. 활주 재점착 장치를 탑재하여 130 km/h의 속도에서 제동 거리를 규정된 600m 이내로 억제하는 데 성공함으로써, 재래선 특급 열차로서는 처음으로 최고 속도 130 km/h의 영업 운전을 우에노 - 히타치 구간에서 실현했다[29][30].
속도 향상 외에도, 기존 철도 차량과는 차별화된 내외장 디자인이 높은 평가를 받았다. 흰색을 기조로 한 외장은 '''턱시도 보디'''라는 별명을 얻었으며, 이후 철도 차량 디자인의 다양화에 영향을 주었다. 이러한 속도 향상과 차별화된 내외장을 인정받아, 1990년 제33회 철도우호회 블루리본상을 수상했다. 이는 JR 그룹의 신설계 차량으로는 첫 블루리본상 수상이었다.
차량 형식은 국철 시대의 차량과는 다른 새로운 기술과 개념을 많이 도입한 신기축 차량이었기 때문에, 당시 사용되지 않던 600번대를 사용하여 "651계"로 명명되었다[28]. 디자인은 켄모치 디자인 연구소가 담당했다[31].
2. 2. 초기 도입 및 운용
조반선 특급 히타치에 운행되던 485계 전동차를 대체하고, 당시 경쟁 관계에 있던 고속버스에 대항하기 위한 목적으로[28] 개발되었다. 1988년부터 1990년 사이에 기본 7량 편성(4M3T) 9개와 부속 4량 편성(2M2T) 9개, 총 88량이 가와사키 중공업에서 제조되었으며, 1992년에 부속 4량 편성 1개(11량)가 추가되어 총 99량이 생산되었다. 모든 차량은 가쓰타 차량센터에 배치되었다.1989년 3월 11일 시간표 개정에 맞춰 우에노와 센다이를 잇는 새로운 특급 열차 ''슈퍼 히타치''로 첫 영업 운행을 시작했다.[1] 이 열차는 속도 향상에 중점을 두었는데, 활주 재점착 장치를 탑재하여 130 km/h에서의 제동 거리를 규정된 600m 이내로 억제하는 데 성공했다. 이를 통해 일본의 재래선 특급 열차로는 최초로 최고 속도 130 km/h의 영업 운행을 우에노 - 히타치 구간에서 실현하며 큰 주목을 받았다[29][30]. 비록 130 km/h 운행이 가능한 특급형 전동차로는 큐슈 여객철도(JR 큐슈)의 783계 전동차가 먼저 등장했지만, 해당 차량이 실제로 130 km/h 운행을 시작한 것은 1990년부터였다[83].
속도 향상 외에도 기존 철도 차량과 차별화된 내외장 디자인이 높은 평가를 받았다. 후부 표지등을 겸하는 LED 표시식 헤드 사인, 간접 조명, 각 좌석 독서등 채용 등 새로운 시도가 이루어졌으며, 특히 흰색을 기조로 한 외장은 '''턱시도 보디'''라는 별명을 얻으며 이후 철도 차량 디자인의 다양화에 영향을 주었다. 디자인은 켄모치 디자인 연구소가 담당했다[31]. 차량 형식은 일본국유철도(국철) 시대 차량과 다른 새로운 개념의 차량이라는 점에서, 당시 비어있던 600번대를 사용하여 651계로 명명되었다[28].
이러한 혁신성을 인정받아 1990년, 철도우호회가 수여하는 제33회 블루리본상을 수상했다[7]. 이는 JR 그룹의 신형 차량으로는 첫 블루리본상 수상 기록이다.
초기에는 조반선 특급 '슈퍼 히타치' 전용으로 운행되었으나, 2002년 12월 1일 시간표 개정 이후에는 일부 '후레시 히타치' 열차(주로 가쓰타행)에도 투입되기 시작했다. 당시 '후레시 히타치' 전용 E653계와 달리 651계는 보통차 출입문이 각 차량당 2곳이어서 승하차가 용이하다는 장점이 있었고, 이 때문에 일부 '후레시 히타치' 운행이 E653계에서 651계로 변경되기도 했다. 야간 우에노역 출발 쓰치우라역행 '후레시 히타치'와 같은 통근 수요 대응 열차에도 활용되었다. 651계로 운행하는 열차는 그린샤(특실)가 연결되어 있어 시간표상에서 쉽게 구분이 가능했다[84].
2000년부터는 실내를 중심으로 갱신 공사가 진행되었다. 좌석 개조, AV 서비스 유닛 철거, 간접 조명에서 직접 조명으로 변경, 선반 개조(포켓식 → 개방식), 팔걸이 형태 변경, 좌석 마감재 변경(백 셰일 → 모켓 턱), 머리 받침 형상 변경 등이 이루어졌다. 외관상 큰 변화는 없었으나, 홈통 추가 설치, 위성 안테나 철거, 연결기 커버 부착 등의 소소한 변경이 있었다.
2000년 12월 2일부터 그린샤(4호차)는 전 좌석 금연석으로 지정되었고[8], 2007년 3월 18일 시간표 개정부터는 전 객차가 금연 구역이 되었다[8]. 차량 내 음료 자판기는 2008년 3월 31일부로 운영이 중단되었다[8].
2. 3. 개량 및 추가 도입
1992년에 11량이 가와사키 중공업에서 추가로 제조되어[83], 기본 7량 편성(4M3T)과 부속 4량 편성(2M2T) 각 9개씩, 총 99량이 가쓰타 차량센터에 배치되었다.2000년부터는 실내를 중심으로 갱신 공사가 이루어졌다. 주요 내용은 다음과 같다.
- 좌석 개조
- AV 서비스 유닛 철거
- 간접 조명에서 직접 조명으로 변경
- 선반 개조 (포켓선반식에서 개방식으로)
- 팔걸이 부분 절단(컷)
- 좌석 등받이 커버(백 쉘)를 모켓 마감으로 변경
- 머리 받침 형상 변경
외관상으로는 홈통(물받이) 추가 설치, 위성 안테나 철거, 연결기 커버 부착 외에는 큰 변경은 없었다. 2007년부터는 전 차량이 금연 구역으로 지정되었다.
2014년 3월 15일 다이어 개정부터 다카사키선 계통의 특급열차 '스왈로 아카기', '아카기', '구사쓰'에 투입되어 기존의 185계를 대체하게 되었다.[90] 이를 위해 가쓰타 차량센터 소속 0번대 일부 편성이 오미야 종합 차량센터와 고리야마 종합 차량센터에서 개조되었다. 이 개조 차량들은 형식 변경 없이 651계 1000번대로 구분되며, 기본 7량 편성 6개와 부속 4량 편성 3개, 총 54량이 오미야 종합 차량센터에 배치되었다.
1000번대 개조 내용은 다음과 같다.[91]
- 직류화 개조: 직류 구간 운행을 위해 전동차를 직류화했다. 차량 중량 밸런스 등을 고려하여 교류 기기는 회로 분리만 하고 그대로 남겨두었다.
- 팬터그래프 교체: 모하 650형의 지붕 위 팬터그래프를 기존 PS26형에서 싱글암 방식의 PS33D형으로 교체했다.
- 교류 기기 일부 철거: 지붕 위의 교류 피뢰기 등 일부 교류 기기를 철거했다.
- 도색 변경: 측면 하단 중앙에 기존 라인 컬러와 같은 주황색 띠를 추가했다.
- 스노플라우 장착: 일부 편성(OM201, OM202 편성 제외)의 선두 차량(쿠하 651형, 쿠하 650형)에 스노플라우(snowplow, 제설기)를 장착했다.
- 공기 조절 장치 갱신: 공기 조절 장치의 인버터를 갱신했다.
2. 4. 1000번대 개조 및 운용
2014년 3월 15일 다이어 개정을 통해, 기존 다카사키선 계통의 특급열차에서 운용되던 노후 185계 전동차를 교체하기 위해 651계 전동차가 투입되었다[90][3][10]. 이를 위해 2013년 말부터 2014년 초까지 가쓰타 차량센터에 소속되어 있던 0번대 일부 편성을 대상으로 개조 작업이 이루어졌다. 개조는 오미야 종합 차량센터와 고리야마 종합 차량센터에서 진행되었으며, 개조된 차량은 형식 변경 없이 651계 1000번대로 구분되었다. 개조된 차량은 기본 7량 편성(4M3T) 6개와 부속 4량 편성(2M2T) 3개, 총 54량으로 모두 오미야 종합 차량센터에 배치되었다.주요 개조 내용은 다음과 같다.
- 직류화 개조: 다카사키선 등 직류 구간 운행을 위해 전동차의 직류화 개조가 이루어졌다. 다만 차량 중량 밸런스 등을 고려하여 기존의 교류 기기는 완전히 제거하지 않고 회로 분리만 시행한 채 남겨두었다[3].
- 팬터그래프 교체: 모하 650형 차량 지붕에 탑재된 팬터그래프를 기존의 PS26형에서 E233계 전동차에도 사용되는 싱글암 방식의 PS33D형으로 교체하였다[3].
- 기기 철거 및 외관 변경: 교류 피뢰기 등 지붕 위의 일부 교류 관련 기기를 철거하였다. 또한, 차체 측면 창문 아래 중앙 부분에 기존 라인 컬러와 동일한 주황색 띠를 추가하였다[3]. OM201, OM202 편성을 제외한 쿠하 651형과 쿠하 650형 선두차에는 스노 플로워가 장착되었다.
- 기타: 공기 조절 장치의 인버터가 갱신되었다[91]. 실내 설비에는 별다른 변경 사항이 없었다[3].
개조된 651계 1000번대 전동차는 2014년 3월 15일부터 특급 '스왈로 아카기', '아카기', '구사쓰' 열차에 투입되어 운행을 시작했다[90][3]. 이후 2018년에는 7량 편성인 K102편성도 추가로 1000번대 개조를 받았다[19].
2. 5. '이즈 크레일' 개조 및 운용
2015년 11월부터 2016년 4월 사이에 4량 편성 OM301이 ''Izu Craile''|이즈 크레일일본어이라는 이름의 리조트 열차로 개조되었다.[5] 이 이름은 "Cresciuto"(이탈리아어로 "성숙한"이라는 뜻), "train"(열차) 및 접미사 "-ile"을 조합한 혼성어이다.[12] 개조된 4량 편성 IR01(구 OM301)은 다음과 같이 구성되었으며, 2량의 전동차("M")와 2량의 무동력 객차("T")로 구성되었고, 1호차는 남쪽 끝에 위치한다.[5]
| 차량 번호 | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| 차량 구분 | Tsc2 | M'1 | Ms1 | Tsc |
| 차량 번호 | KuRo 650-1007 | MoHa 650-1007 | MoRo 651-1007 | KuRo 651-1101 |
| 이전 차량 번호 | KuHa 650-1007 | MoHa 650-1007 | MoHa 651-1007 | KuHa 651-1101 |
| 자중(t) | 36.3 | 41.1 | 37.8 | 31.1 |
| 좌석 정원 | 24 | - | 22 | 52 |
2호차에는 PS33D 싱글 암 팬터그래프가 1기 설치되었다.[5]
'이즈 크레일'은 2016년 7월 16일부터 이토선과 도카이도 본선의 오다와라역과 아타미역 사이 구간에서 운행을 시작했다.[5] [11] 1호차는 바다 쪽을 향한 카운터석이 있고, 2호차에는 바 카운터와 라운지가 있으며, 3호차에는 반개방형 칸막이가 있고, 4호차에는 일반적인 2+2 배열의 일방향 좌석이 있다. 열차는 고즈 차량기지에 배치되었다.[5]
2020년 1월 30일, E261계가 사피르 오도리코 서비스에 투입되면서, 동일본 여객철도는 '이즈 크레일' 서비스가 더 이상 필요하지 않으며 운행을 중단할 것이라고 발표했다. 이 열차는 2020년 6월 28일에 마지막 운행을 하였으며,[13][14] 2020년 10월에 폐차 처분을 위해 나가노 종합 차량 센터로 이송되었다.[15]
2. 6. 퇴역 및 폐차
2010년 12월, JR 동일본은 E657계 전동차를 2012년 봄에 도입하여 그 해 가을까지 651계를 모두 교체할 계획을 발표했다.[85] 교체 후 651계는 다른 구간의 임시 열차로 활용될 가능성이 시사되었다.[86][87]2013년 3월 15일을 끝으로 조반선 특급 '슈퍼 히타치'와 '후레시 히타치' 정기 운용에서 물러났으나,[2] E657계의 개조 공사로 인해 같은 해 10월 1일부터 2015년 3월까지 '후레시 히타치' 1왕복 운행에 임시로 다시 투입되었다.[89][10][4] 이 임시 운용에서는 LED 헤드 마크는 사용되지 않았다.[89]
2014년 3월 15일부터는 다카사키선 계통 특급 '스왈로 아카기', '아카기', '구사쓰'에 1000번대로 개조되어 투입되었으나,[90] 이 역시 2023년 3월 18일 시간표 개정을 통해 E257계로 교체되면서 651계의 모든 정기 운행이 종료되었다.[16]
651계의 폐차는 2013년 9월 11일 K203 편성을 시작으로 진행되었다.[88][73] 이후 각 편성들은 순차적으로 폐차되었으며, 주요 폐차 과정은 다음과 같다.
| 폐차 시기 | 편성 번호 | 소속/구분 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 2013년 9월 11일 | K203 | 가쓰타 / 0번대 부속 | 651계 첫 폐차[73] |
| 2015년 12월 12일 | K204 | 가쓰타 / 0번대 부속 | [74] |
| 2016년 3월 14일 | K202 | 가쓰타 / 0번대 부속 | 동일본 대지진으로 하라노마치역 유치 후 폐차[69][70][71][74] |
| 2017년 7월 20일 | OM303 | 오미야 / 1000번대 부속 | [75] |
| 2017년 9월 20일 | OM302 | 오미야 / 1000번대 부속 | [75] |
| 2018년 7월 28일 | K105 | 가쓰타 / 0번대 기본 | |
| 2019년 5월 20일 | K207 | 가쓰타 / 0번대 부속 | 아오모리 유치 후 폐차[76] |
| 2019년 8월 31일 | K103 | 가쓰타 / 0번대 기본 | 0번대 기본 편성 소멸 |
| 2020년 4월 3일 | K201 | 가쓰타 / 0번대 부속 | [77] |
| 2020년 6월 6일 | K205 | 가쓰타 / 0번대 부속 | 0번대 완전 소멸[77] |
| 2020년 10월 9일 | IR01 | 고즈 / 개조 부속 | 이즈 크레일 사양, 부속 편성 소멸 |
| 2022년 4월 16일 | OM202 | 오미야 / 1000번대 기본 | EF81-139 견인, 고리야마 종합 차량센터 회송 후 폐차[78][79] |
| 2023년 4월 3일 | OM203 | 오미야 / 1000번대 기본 | 정기 운용 종료 후 EF81-139 견인, 고리야마 회송 후 폐차[80] |
| 2023년 5월 9일 | OM204 | 오미야 / 1000번대 기본 | EF81-139 견인, 고리야마 회송 후 폐차[80] |
| 2023년 6월 17일 | OM205 | 오미야 / 1000번대 기본 | EF81-139 견인, 고리야마 회송 후 폐차[80] |
| 2023년 7월 27일 | OM206 | 오미야 / 1000번대 기본 | EF81-139 견인, 고리야마 회송 후 폐차[80] |
| 2023년 9월 28일 | OM207 | 오미야 / 1000번대 기본 | EF81-139 견인, 고리야마 회송 후 폐차[80] |
| 2023년 10월 26일 | OM201 (일부) | 오미야 / 1000번대 기본 | 마지막 편성. 쿠하 651-1001 제외 6량 고리야마 회송 후 폐차[17][81] |
651계는 교류 직류 양용 전동차이지만, 교류는 50Hz 구간만 대응한다.[35] 집전 장치로는 교류/직류 겸용인 PS26형 팬터그래프를 사용하며,[35] 센다이역까지 운용을 고려한 내한 구조를 갖추었으나, 강설량이 적은 조반선에서의 사용에 특화되어 내설 구조는 아니다.[35]
2020년 6월 K205 편성 폐차로 0번대가 모두 사라졌고,[77] 같은 해 10월에는 관광열차 '이즈 크레일'로 개조되었던 IR01 편성(구 OM301 편성)도 폐차되어 부속 편성이 완전히 소멸했다.
정기 운용에서 이탈한 1000번대 기본 편성들은 2023년 3월부터 9월까지 순차적으로 폐차되었으며,[80] 마지막까지 남아있던 OM201 편성이 2023년 10월 26일 고리야마 종합 차량센터로 회송되어 폐차 처리됨으로써(선두차 쿠하 651-1001 제외), 651계 전동차는 모든 운행을 마쳤다.[17][81]
3. 구조
주 회로 제어에는 계자첨가 여자제어를 채용하여 에너지 절약을 꾀했다.[35] 특히 교류 측 회로 정류기에 사이리스터 위상제어를 적용하여 교류 구간에서도 회생 제동을 사용할 수 있게 되었는데, 이는 일본의 교류/직류 겸용 전동차 중 최초이다.[35] 이후 등장한 직교류 겸용 차량은 모두 VVVF 인버터 제어를 채용했기 때문에, 651계는 계자첨가 여자제어를 사용한 유일한 직교류 겸용 차량으로 남았다.[35]
대차는 211계에 사용된 DT50형을 기반으로 고속 주행에 대비하여 요댐퍼 등을 추가한 경량형 볼스터리스 대차인 DT56형(동력대차)과 TR241형(부수대차)을 채용했다.[36][35]
운전대와 그린차 차장실에는 JR 동일본의 재래선 전동차 최초로 브라운관식 모니터 장치(MON3)가 설치되었다.[37][82] 이는 이후 TIMS로 발전하는 기술의 시초가 되었다.[82]
제조된 지 10년 이상 지나고, 당시 최신 차량이었던 E653계와 비교하여 객실 설비가 뒤떨어진다는 평가[43] 때문에, 2000년부터 고리야마 공장에서 실내 리프레시 공사를 시작했다.[43] 이 공사는 노후화된 설비를 개선하고 객실 환경을 향상시키는 것을 주 목적으로 하였으며,[43] 내장재 교체, 조명 방식 변경 등이 이루어졌다. 외관상으로는 빗물받이 추가, 위성 안테나 철거 등의 변화가 있었다.[43]
3. 1. 차체
차체는 고내후성 강판으로 제작되었으며, 지붕과 바닥판 일부에는 스테인리스강을 사용하고 있다.[28] 외관상 큰 특징으로는 대형 연속 창 구조를 들 수 있다.[28] 출입문은 그린차를 제외하고 각 차량의 한쪽 면에 2개씩 설치되어 있다.[28] 이는 시트 피치를 확보하고 정차 시간을 단축하기 위한 2도어 구조 채택에 따른 것으로, 이로 인해 중간차 기준 차체 길이는 기존 485계보다 600mm 긴 21100mm가 되었다.[32] 반면 차체 폭은 2900mm로 다소 좁아졌다.[32]
도색은 밀키 화이트 바탕색에 지붕 부분은 샌드 그레이로 하고, 차체 하단부에는 올리브 그린 띠가 둘러졌다.[28] 당시 특급형 차량과는 크게 다른 컬러링 때문에, 등장 당시에는 턱시도 바디의 굉장한 녀석이라는 캐치프레이즈가 붙었다.
전두부는 비관통형의 높은 운전대로, 정면에는 전조등과 일체화된 LED 표시식 헤드 사인을 철도 차량으로는 처음으로 채용했다.[28] 헤드 사인은 열차 애칭 외에도, 행선지나 발차 시각 등 자유로운 표시가 가능하며, 후부 표지등도 헤드 사인과 겸용하고 있다.[28] LED는 3색식이었으나, 후년에 일부 편성에서 풀 컬러 LED로 변경된 것도 등장했다.
2000년부터 실내를 중심으로 한 갱신 공사가 시행되었으나, 외관상으로는 빗물받이 추가 설치, 위성 안테나 철거, 연결기 커버 장착 외에 눈에 띄는 큰 변경은 없었다.
3. 2. 실내
일반차량은 2+2 배열에 시트 피치 970mm이며, 그린샤(특실)는 2+1 배열에 시트 피치 1160mm로 배치되었다.[28][1][6]
실내는 차분한 분위기를 연출하기 위해 초기에는 간접 조명을 사용했으나[28], 2000년부터 시작된 리프레시 공사[43]를 통해 커버가 있는 직접 조명 방식으로 변경되었다. 일반차량과 그린샤 모두 각 좌석에 독서등이 설치되어 있다.[28] 일반차량의 짐 선반은 개방형이며, 그린샤는 초기에는 덮개가 있는 해트 랙(hat rack) 방식을 채택했으나[28], 리프레시 공사 과정에서 개방형으로 변경되었다.[43] 바닥은 일반차량의 경우 통로 부분에만 타일 카펫을 깔았고, 그린샤는 바닥 전체에 타일 카펫을 깔았다.[28] 그린샤에는 과거 오디오와 액정 모니터를 설치하여 위성 방송 수신 서비스를 제공했으나, 1997년 방송 위성 갱신으로 서비스 제공이 불가능해지면서 옥상 안테나 돔과 좌석 액정 모니터는 철거되었다.
객실의 각 연결부 상단에는 LED 방식의 차내 안내 표시기가 설치되어 있다.[28] 차내 자동 방송 장치는 없으며, 차내 방송 차임은 신조 당시 485계 등과 같은 철도 노래 오르골이었으나, 1998년경 전자음 차임으로 교체되었다.
중간차 모하650-100에는 재래선 차량으로는 처음으로 다목적실 및 휠체어 대응 좌석이 설치되었다.[28] 이 부분의 객실 출입문은 휠체어 이용 편의를 위해 폭이 730mm에서 1000mm로 확장되었으며, 인접한 양식 화장실도 휠체어 대응 구조로 되어 있다.[28]
일반차는 2량마다 1곳, 그린샤는 객실 끝 부분에 여행 가방 등 대형 짐을 보관할 수 있는 짐 보관소를 갖추고 있다.[28] 비즈니스 승객 수요를 고려하여 기본 편성에는 3곳, 부속 편성에는 2곳에 카드식 공중 전화가 설치되었으나[28], 이후 모두 철거되었다.
공조 장치는 인버터 제어 방식의 미쓰비시 전기제 AU711형 집약 분산식 장치(출력 16.28 kW 〈14,000kcal/h〉)를 각 차량에 2대씩 탑재하고 있다(1량당 32.56 kW〈28,000kcal/h〉).[28][33][34]
2000년부터는 제조 후 10년 이상 경과하고, 당시 최신 차량이던 E653계와 비교하여 객실 설비가 뒤떨어진다는 점[43] 때문에 고리야마 공장에서 실내 리프레시 공사를 시작했다.[43] 주요 공사 내용은 좌석 등받이 마감 변경(수지 패널 → 천 마감), 천장 조명 변경(간접 → 직접), 그린샤 짐 선반 변경(해트 랙 폐지), 실내 타일 카펫 및 좌석 겉감, 커튼 교체, 화장실 변기 교체 등이다.[43] 또한 좌석의 오디오 유닛 철거, 팔걸이 및 머리 받침 형태 변경 등 내장재를 중심으로 한 갱신 공사가 이루어졌다.
2007년부터는 전 차량이 금연 구역으로 지정되었다.
3. 3. 기기류
교류 직류 양용 전동차이지만, 교류는 50 Hz 구간만 대응한다.[35] 집전 장치로는 교류/직류 겸용인 PS26형 팬터그래프를 탑재한다.[35] 센다이역까지 운용을 고려하여 내한 구조를 갖추고 있으나, 조반선은 강설량이 적은 지역이므로 내설 구조는 아니며, 주로 조반선에서의 사용에 특화된 사양이다.
주 회로 제어 방식으로는 205계나 211계에서 사용된 계자첨가 여자제어를 채용하여 전력 회생 제동이 가능하게 함으로써 에너지 절약을 도모했다.[35] 직류 구간에서의 시스템은 211계와 동일하지만, 교류 측 회로의 정류 장치에 사이리스터 위상제어를 채용하여 교류 구간에서도 회생 제동을 사용할 수 있게 되었다. 이는 교류/직류 겸용 전동차로서는 일본 최초로 회생 제동을 장비한 사례이다.[35] 이후 등장한 교류/직류 겸용 전동차는 모두 VVVF 인버터 제어 방식으로 제작되었기 때문에, 계자첨가 여자제어를 채용한 교류/직류 겸용 차량은 651계가 유일하다. 주 전동기는 MT61형을 사용하며, 기어비는 783계와 동일한 3.95이다.
대차는 205계에서 실적이 있는 볼스터리스 대차인 DT50 계열을 기본으로 하지만, 고속 성능 향상을 위해 요 댐퍼를 추가하는 등 개량을 거친 롤 고무 차축 지지 방식의 DT56형(동력대차)과 TR241형(부수대차)을 장착한다.[36][35] 기초 제동 장치로는 편압식 답면 브레이크를 사용하며, 부수대차에는 답면 브레이크와 함께 1축당 1장의 디스크 브레이크를 병용한다.[36] 초기에는 선두 대차에 스노 플라우를 장착했으나(1차차 한정), 나중에 철거되었다.[36]
실내등을 포함한 차내 전원 공급은 기존 차량들과 마찬가지로 전동 발전기(브러시리스 MG, 정격 출력 120 kVA)를 통해 이루어진다.[35] 이 때문에 데드 섹션 통과 시 가선으로부터 전원 공급이 중단되면, 축전지로 점등되는 예비등을 제외한 모든 조명이 소등된다. 교류와 직류 구간 전환은 운전사의 스위치 조작으로 이루어진다.
운전석은 높은 운전대 구조이며, 가로축 방식의 마스콘과 세로축 방식의 브레이크 조작기 등 205계와 유사한 배치를 따른다.[35] 속도계는 신칸센 100계 전동차와 동일하게 LED 램프가 옆으로 점등되는 막대 그래프식 주 속도계와 LED 디지털 표시의 보조 속도계를 채용했다(디지털 미터).[35] 속도 80 km/h 이상에서 유효한 정속 제어 기능과 속도 60 km/h 이상에서 유효한 억속 브레이크 기능을 갖추고 있다.[35]
본 계열에는 JR 동일본의 재래선 전동차 최초로 본격적인 모니터링 시스템(승무원 지원 모니터, '''MON3형 모니터 장치''')이 채용되었다.[37][82] 이는 기존의 고장 경고 및 기록 위주였던 모니터 장치의 기능을 승무원 지원, 검수원 지원, 승객 서비스 향상 등으로 대폭 확장한 것이다.[82][38] 승무원용 승무 운행표는 종이 대신 "업무 카드"라 불리는 IC 카드를 사용하여, 카드 리더기에 삽입하면 모니터 화면에 운행 정보 및 시간표가 표시되어 페이퍼리스화를 실현했다.[37][82][38] 주요 기능은 다음과 같다.[82][38]
(※ 표시는 본 형식에서 본격적으로 도입된 기능)
시스템은 양쪽 선두차에 중앙 장치(MON3A형), 중간차에 단말 장치(MON3C형 또는 MON3B형)를 탑재하고 모니터 전송 선로로 연결하는 방식으로 구성된다.[38] 차량 간 전송 속도는 9.6 kbps이다.[38] 승무원실과 그린샤의 차장실에는 브라운관(CRT) 모니터 표시기가 설치되었고, 터치 패널 입력을 채용하여 맨 머신 인터페이스를 향상시켰다.[37] CRT 모니터는 노후화에 따라 후년에 액정 모니터로 교체되었다.[82] 이 MON3 시스템에 제어 명령(가속·제동 동작 명령) 기능을 추가한 것이 209계에서 채용한 제어 전송 장치(MON8형)이며, 이를 더욱 발전시킨 것이 E231계에서 채용한 열차 정보 관리 장치 TIMS이다.[82]
2000년부터는 제조 후 10년 이상 경과하고 객실 설비가 당시 최신 차량이던 E653계에 비해 뒤떨어진다는 점 때문에 실내 리프레시 공사를 시작했다.[43] 주요 공사 내용은 다음과 같다.[43]
외관상으로는 빗물받이 추가 설치, 위성 안테나 철거, 연결기 커버 장착 외에 큰 변경은 없다.
4. 형식
651계 전동차는 크게 다음과 같은 형식으로 나뉜다.
- '''651계 0번대''': 1989년부터 제작된 초기형으로, 교류와 직류 구간 모두 운행 가능한 전동차이다. 7량 기본 편성 9개와 4량 부속 편성 9개가 제작되었다.
- '''651계 1000번대''': 0번대를 개조한 직류 전용 전동차이다. 7량 기본 편성 및 4량 부속 편성이 있다.
- '''이즈 크레일''': 0번대 부속 편성을 개조하여 2016년 7월 운행을 시작한 4량 편성의 관광열차이다.
4. 1. 0번대
'''모하 651형 0번대 (M)'''
제어 장치를 탑재한 전동차이다. 총 18량(1~18호)이 제작되었으며, 정원은 64명이다. 센다이 방면 차량 끝부분에는 화장실과 세면대가 설치되어 있었고, 카드식 공중전화 코너도 있었으나 후에 철거되었다. 모하 650형 0번대와 유닛을 이루어, 기본 편성의 6호차와 부속 편성의 10호차에 연결된다.
'''모하 650형 0번대 (M')'''
팬터그래프, 주변압기 등 정류 기기와 축전지를 탑재한 전동차이다. 총 18량(1~18호)이 제작되었으며, 정원은 68명이다. 센다이 방면 객실 끝부분에는 수하물 공간과 청량 음료 자동 판매기가 설치되어 있다. 모하 651형 0번대와 유닛을 이루며, 기본 편성의 5호차와 부속 편성의 9호차에 연결된다. 화장실 등의 설비가 없어 651계 전동차 중 가장 정원이 많다.
'''쿠하 651형 0번대 (Tc)'''
센다이 방면 제어차이다. 전동 발전기(MG)와 공기 압축기(CP)를 탑재했으며, 총 9량(1~9호)이 제작되었다. 정원은 56명이다. 우에노 방면 객실 끝부분에 수하물 공간이 있다. 기본 편성의 7호차에 연결된다.
'''쿠하 650형 (Tc')'''
우에노 방면 제어차로, 전동 발전기(MG)와 공기 압축기(CP)를 탑재했다. 총 18량(1~18호)이 제작되었으며, 정원은 52명이다. 센다이 방면 차량 끝부분에는 화장실, 세면소, 전화 코너가 설치되어 있다. 기본 편성의 1호차와 부속 편성의 8호차에 연결된다. 부속 편성에 사용되는 차량(짝수 번호)에는 카드식 공중전화가 설치되어 있었다.
'''사로 651형 (Ts)'''
그린샤(특실)이며, 기본 편성의 4호차에 연결된다. 651계 전동차 중 유일한 부수차로, 총 9량(1~9호)이 제작되었다. 객실 양쪽 끝부분에 수하물 공간이 있으며, 센다이 방면 차량 끝부분에는 화장실, 세면소, 카드식 공중전화가 설치되어 있다. 또한 차장실과 업무용 휴게실도 갖추고 있다.
좌석 배치는 2+1 배열이며, 등장 당시 정원은 33명이었다. 과거에는 위성 방송 수신 서비스가 제공되었으나, 1997년 방송 위성 변경으로 서비스가 불가능해지면서 지붕의 안테나 돔과 좌석의 액정 모니터는 철거되었다. 오디오 패널 등 기타 설비도 후에 철거되었다. 2001년 리뉴얼 공사 시 좌석 구조가 변경되면서 좌석 뒷면의 마감재가 모켓(직물)으로 바뀌었다. 초기에는 흡연석과 금연석 사이에 칸막이가 있었으나, 2002년 12월 2일 시간표 개정으로 그린샤 전체가 금연석이 되면서 칸막이는 철거되고 빈 공간은 우에노 방면으로 옮겨졌다. 2004년 여름, 이 빈 공간에 좌석 3석을 추가 설치하여 정원이 36명으로 늘어났다.
4. 2. 1000번대
2013년 말부터 2014년 초까지, 다수의 651계 0번대 전동차 편성이 1000번대로 개조되었다. 이는 2014년 3월 15일 시간표 개정부터 노후된 185계 전동차를 대체하여 특급 열차인 ''아카기''와 ''구사쓰''에 투입하기 위함이었다.[3][10] 2018년에는 7량 편성인 K102편성도 추가로 개조되었다.[19]개조 내용은 기존의 교류 전기 장비의 연결을 해제하고(완전 제거는 아님), 기존의 PS26 하부교차형 팬터그래프를 E233계 근교형 전동차에 사용되는 PS33D 싱글 암 팬터그래프로 교체하는 것이었다. 또한, 차체 측면 창문 아래에 주황색 띠를 추가하는 도색 변경이 이루어졌다.[3] 실내 설비에는 큰 변경이 없었다.[3]
2015년 10월 1일 기준으로, 1000번대 차량은 7량 편성 6개(OM201~OM206)와 4량 편성 3개(OM301~OM303)로 구성되어 있으며, 모두 오미야 차량 센터에 배치되어 있다.[4]
각 형식별 개조 내용은 다음과 같다.
- '''모하 651형'''
- '''1000번대(M1)''': 0번대 10량(1·2·5·9·12·13·15 - 18)이 개조되었다. 탑재 기기, 유닛 구성, 차내 설비는 0번대와 동일하다. 기본 편성의 6호차, 부속 편성의 10호차에 연결된다.
- '''1100번대(M2)''': 0번대 100번대 7량(101·102·104·106 - 109)이 개조되었다. 탑재 기기, 유닛 구성, 차내 설비는 0번대 100번대와 동일하다. 기본 편성의 3호차에 연결된다.
- '''모하 650형'''
- '''1000번대(M'1)''': 0번대 10량(1·2·5·9·12·13·15 - 18)이 개조되었다. 지붕 위 팬터그래프를 PS26형에서 PS33D형 싱글 암 팬터그래프로 교체하고, 교류 피뢰기 등 일부 교류 기기를 철거했다. 탑재 기기, 유닛 구성, 차내 설비는 0번대와 동일하다. 기본 편성의 5호차, 부속 편성의 9호차에 연결된다.
- '''1100번대(M'2)''': 0번대 100번대 7량(101·102·104·106 - 109)이 개조되었다. 1000번대와 마찬가지로 팬터그래프를 교체하고 일부 교류 기기를 철거했다. 탑재 기기, 유닛 구성, 차내 설비는 0번대 100번대와 동일하다. 기본 편성의 2호차에 연결된다.
- '''쿠하 651형''' (만자·카자와구치, 마에바시 방면 제어차)
- '''1000번대(Tc1)''': 0번대 7량(1·2·4·6 - 9)이 개조되었다. 탑재 기기와 차내 설비는 0번대와 동일하며, 기본 편성의 7호차에 연결된다.
- '''1100번대(Tc)''': 0번대 100번대 3량(106·108·109)이 개조되었다. 탑재 기기와 차내 설비는 0번대 100번대와 동일하며, 부속 편성의 11호차에 연결된다.
- '''쿠하 650형''' (우에노 방면 제어차)
- '''1000번대(Tc2)''': 0번대 10량(1·2·5·9·12·13·15 - 18)이 개조되었다. 탑재 기기와 차내 설비는 0번대와 동일하며, 기본 편성의 1호차와 부속 편성의 8호차에 연결된다.
- '''사로 651형'''
- '''1000번대(Ts)''': 0번대 7량(1·2·4·6 - 9)이 개조되었다. 그린차로 기본 편성 4호차에 연결되며, 탑재 기기와 차내 설비는 0번대와 같다.
'''기본 편성 (OM200번대)'''
7량 편성인 OM201 ~ OM207편성은 다음과 같이 편성되었다. 4량의 동력차("M")와 3량의 무동력 부수차("T")로 구성되며, 1호차가 우에노(남쪽) 방면이다.[4][3]
- 2호차(모하 650-1100)와 5호차(모하 650-1000)에는 각각 1개의 PS33D 싱글 암 팬터그래프가 장착되었다.[4]
- 1, 3, 4, 6호차에는 화장실이 설치되었다.[4]
'''부속 편성 (OM300번대)'''
4량 편성인 OM301 ~ OM303편성은 다음과 같이 구성되었다. 2량의 동력차("M")와 2량의 무동력 부수차("T")로 구성되며, 8호차가 우에노(남쪽) 방면이다.[4][3]
5. 운용 노선
651계 전동차는 주로 조반선과 다카사키선 계통의 특급 열차로 운용되었다. 1989년 3월 11일 다이어 개정을 통해 조반선의 특급 '슈퍼 히타치'로 처음 영업 운행을 시작했으며, 이는 기존의 485계를 대체하기 위한 목적이었다. 당시 재래선 특급으로는 처음으로 영업 최고 속도 시속 130km 운행(우에노역-히타치역 구간)을 실현하여 큰 주목을 받았다.[83]
초기에는 '슈퍼 히타치' 등급에만 투입되었으나, 2002년부터는 일부 '후레시 히타치' 등급에도 사용되기 시작했다.[84] 이후 E657계가 도입되면서 2013년 3월 15일을 끝으로 조반선 특급 정기 운용에서는 일단 물러났지만[85], E657계의 개조 공사로 인해 2013년 10월부터 2015년 3월까지 '후레시 히타치' 일부 열차에 임시로 다시 투입되기도 했다.[89]
2014년 3월 15일부터는 일부 편성이 1000번대로 개조되어 다카사키선 계통(조에쓰선, 아가쓰마선 등)으로 활동 무대를 옮겼다. 이 노선에서는 185계를 대체하여 특급 '스왈로 아카기', '아카기', '구사쓰' 등의 운용을 담당했다.[90] 이 외에도 정규 운행 외에 다양한 노선에서 임시 열차 및 단체 열차로 운행된 기록이 있다.
5. 1. 현재 운행 노선
(2014년 4월 4일 오미야 역)]]
0번대는 2013년 10월부터 2015년 3월까지 아래 노선에서 정기 운용이 예정되어 있었으나[89], 2015년 3월 이후로는 정규 운용이 없다.
- 조반선
- * 특급 '후레시 히타치' 61호·4호
1000번대는 2014년 3월 15일부터 아래 노선에서 정기 운용에 사용되고 있다.[95][96]
5. 2. 과거의 운용
1989년 3월 11일 다이어 개정으로 조반선 특급 '슈퍼 히타치'(우에노역-센다이역)로 영업 운행을 시작했다.[1] 이 열차는 제33회 블루 리본상을 수상했다.[7] 등장 초기에는 '슈퍼 히타치'에만 사용되었으나, 2002년 12월 1일 다이어 개정 이후 가쓰타역 발착 일부 '후레시 히타치'에도 투입되기 시작했다.[84] 당시 '후레시 히타치' 전용이었던 E653계 대신 651계가 투입된 열차도 있었으며, 야간 쓰치우라역행 '후레시 히타치' 같은 통근 특급 열차에도 사용되었다. 651계로 운용하는 열차는 그린차가 연결되어 있어 시각표상에서도 쉽게 구분할 수 있었다.[84]2011년 3월 11일 동일본 대지진 발생 이전까지는 이와키역 - 하라노마치역 · 센다이역 구간에서 4량 편성 또는 7량 편성으로 운행되었다. 2012년 3월 17일 시간표 개정으로 새로운 E657계 전동차가 도입되면서 651계의 운행이 줄어들기 시작했고,[9] 2013년 3월 16일 다이어 개정으로 '슈퍼 히타치'와 '후레시 히타치'의 정기 운용은 모두 E657계로 교체되어 종료되었다.[2]
다만, E657계의 개조 공사 때문에 2013년 10월 1일부터 2015년 3월 13일까지 '후레시 히타치' 1왕복(우에노 발 하행 61호, 가쓰타 발 상행 4호) 운용에 임시로 다시 투입되었다.[89][10][4] 이 임시 운용에서는 LED 표시식 헤드 사인을 사용하지 않았다.[61]
2017년 7월 22일부터는 4량 편성이 이와키 - 다쓰타역 간 보통 열차 2왕복 운행에 투입되었으며,[62] 같은 해 10월 21일부터는 운행 구간이 이와키 - 도미오카역으로 연장되었다.[63][64] 이 보통 열차 운용은 2020년 3월 14일 다이어 개정으로 E531계로 통일되면서 종료되었다.
한편, 2014년 3월 15일 다이어 개정부터는 185계를 대체하기 위해 개조된 1000번대가 다카사키선 계통(조에쓰선, 아가쓰마선 등)의 특급 '스왈로 아카기', '아카기', '구사쓰'에 투입되었다.[90][3][95][96] 이 열차들은 오미야 종합 차량센터에 배치되었다.
(2014년 4월 4일 오미야 역)
초기에는 11량 편성(기본 7량 + 부속 4량)으로 운행하는 열차도 있었으나, 2015년 3월 14일 이후로는 모든 정기 열차가 7량 편성으로 운행되었다.[65] 노후화로 인해 2023년 3월 18일 시간표 개정으로 E257계 2500번대 및 5500번대로 대체되면서 다카사키선 계통의 정기 운용도 모두 종료되었다.[67][68]
5. 3. 임시 투입 노선
(2017년 6월까지는 이와키역 출발)(2016년 해변 공원 네모필라호, 2017년 개칭)
(2017년부터 오후나역 발착으로 변경)