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ES81F型电力机车是桂兰国有铁道的双电流制电力机车车型之一，适用于供电制式为1500伏特直流电以及25千伏50赫兹工频单相交流电的电气化铁路。
原型为日本国铁EF81型电力机车，ES81F的首台车由日立制作所生产，其余车辆交由桂兰白桦重工和铠威重工生产。
型号“ES81F”中，“E”代表电力机车（Electric Locomotive），“S”代表硅半导体整流（Silicon），“81”代表双流电化直流传动机车（30/80-89的两位数是双流电化+直流传动），“F”代表动轴为六轴（在字母表中F排在第六位）。
ES81F型电力机车最初是为西海本线（北角本线、八马本线、八方本线等一系列沿着桂兰西海海岸行驶的路线的总称）设计的客货运通用电力机车，首台原型车于1968年底完成试制，并于1969年投入批量生产。
后来，又为奉临本线上“本星隧道”（连接本岛-星洲岛的铁路隧道）区间专门制造了300番台和400番台机车。1990年桂兰国铁分割民营化后，156台ES81F型电力机车由东桂兰旅客铁道（KR东桂兰）、西桂兰旅客铁道（KR西桂兰）、星洲岛旅客铁道（KR星洲岛）和桂兰货物铁道（KR货物）继承。1990年至1991年间，因应铁路货物运输量增加的需要，KR货物再度购置新的ES81F，命名为500番台和450番台机车。
20世纪60年代开始，桂兰国有铁道对北角本线进行复线电气化改造工程。根据桂兰地理测绘院的地磁观测，北角本线上地至举人坝之间只能采用交流电气化，而河源至上地、举人坝至鱼洞之间采用直流电气化。随着举人坝至鱼洞区段按计划于1969年10月完成直流电气化，同时亦代表着北角本线和鞍马本线全线完成电气化。
由于八马本线和八方本线也会在不久之后完成电气化改造，因此，连接新京和银森的“西海本线”将使用两种不同的牵引供电制式，包括1500伏特直流电（河源-上地[当然新京-大河之间一般走海西线，不绕行河源]、举人坝-江北）和25千伏50赫兹单相交流电（上地-大河-举人坝、江北-银森），因此，有必要引进一种可以适应多电流制的客货运通用电力机车。
1960年代桂兰就开始引进双流制式电力机车。国铁1960年开发了基于日本EF30型电力机车的ES30F型电力机车，用于本星隧道，是极东亚第一种双流制式电力机车。1962年，桂兰国铁引入了基于日本EF80型电力机车的ES80F型电力机车，用于东山线。但是ES80F在性能和维护等方面还不够成熟。
随着轨道车辆电力电子技术的成熟，桂兰已经于1965年代中期就在电力机车上使用晶闸管整流，因此对于新双流机车曾经考虑过两种技术方案。沿用既有的硅半导体整流+电阻控制（和国内6G/8G机车相同的控制方式）和晶闸管整流相控（和国内6K/8K机车相同的控制方式）。
但是晶闸管相控/斩波控制技术刚刚出现，是个新生事物，其可靠性还有待验证。为了求稳重，再加上新双流机车订单急于交付，国铁要求新机车最迟不能晚于1969年上线。因而国铁最终保守地仍然选择了传统的硅半导体整流+电阻控制作为新机车的技术方案。
1969年12月21日，首台ES81F型电力机车在日本日立制作所落成。ES81F型电力机车是在日本国铁EF81型电力机车的基础上，总结了日本之前EF65、ED75、ED78型电力机车的研制经验，并按照桂兰铁路的实际情况改进研制而成的新一代双流制干线电力机车。机车采用超多段电阻调压、牵引电动机串并联换接和磁场削弱的控制方式，并设有供交流区段使用的主变压器和油冷式硅整流器。其后，车辆以技术转让的方式在桂兰由白桦重工和铠威重工制造。
| 车号 | 制造商 | 生产年代 | 配属 |
| 1 | 日立 | 1969 | 西山第二机务段 |
| 2-28 | 铠威 | 1970 | 西山第二机务段 |
| 29-38 | 铠威 | 1970 | 西山第二机务段 |
| 39-41 | 铠威 | 1972 | 琵琶岛机务段 |
| 42-74 | 白桦、铠威 | 1972 | 江北机务段 |
| 75-93 | 白桦、铠威 | 1973 | 江北机务段（75-78）；西山第二机务段（79-81）；鹿丹村机务段（82-93） |
| 94-105 | 白桦、铠威 | 1974 | 鹿丹村机务段（94）；西山第二机务段（95-97）；江北机务段（98-100）；抚川页第二机务段（101-105） |
| 106-126 | 白桦、铠威 | 1974 | 抚川页第二机务段 |
| 127-129 | 铠威 | 1975 | 江北机务段（127-128）；西山第二机务段（129） |
| 130-134 | 白桦 | 1976 | 江北机务段 |
| 135-136 | 铠威 | 1976 | 江北机务段 |
| 137-152 | 铠威 | 1979 | 东亦庄机务段 |
| 301-304 | 白桦 | 1973 | 海宁机务段 |
| 401-408 | 铠威 | 1986 | 海宁机务段 |
| 409-414 | 铠威 | 1987 | 鸟栖机务段 |
| 451-455 | 白桦 | 1991 | 海宁机务段 |
| 501-503 | 铠威 | 1990 | 西山第二机务段 |
1969年，ES81F型电力机车的首批38台量产车集中配属西山第二机务段，同年9月北角本线举人坝至鱼洞间电气化开业，ES81F型电力机车亦正式投入担当货物列车的牵引任务，当时的使用区段为金艮川至亦庄编组站。
虽然ES81F型电力机车是为西海本线而设计制造，但由于这种多电流制电力机车的制造成本相对较高，同时为了避免长期长距离运行导致机车寿命缩短，因此ES81F型电力机车投入运用初期较少担当西海本线的长距离交路，直流区段仍然主要采用既有的ER15F、ER58F、ER65F型电力机车，而交流区段则主要采用ES70F（北角本线）、EM71D、ET75D型电力机车（东北本线）。
1972年，随着八马本线完成电气化改造，新造的35台EF81型电力机车配属江北机务段。
1974年，为配合海西线柴湾至临海今津区段开通运营，新造的26台ES81F型电力机车配属抚川页第二机务段。同时，ES81F型电力机车的使用范围逐步扩大，开始广泛用于担当西海本线新京至谷仓间诸多卧铺特急和夜行急行等优等列车，以及其他普通列车和货物列车的牵引任务。
1977年，当时使用于西海本线的ES81F型电力机车共计有123台，其中江北机务段51台、西山第二机务段45台、抚川页第二机务段27台。
1979年，东亦庄机务段配属16台新造的ES81F型电力机车，并投入西海本线的定期运用。此后，江北机务段的ES81F型电力机车数量逐步减少。1980年代起，由于旧式单一直流和交流的电力机车逐渐被淘汰，桂兰国铁为了提高机车运用效率，ES81F型电力机车担当的西海本线一机直达长交路直通运转的比重有所增加。
1985年3月14日，由于江北机务段和江北客货车区合并成立江北运输区，所配属的ES81F型电力机车全部转配属新建立的琵琶岛机务段。
1986年11月1日，ES81F型电力机车亦开始投入八方本线谷仓至银森区段运用，至此，新京至银森间全长1023.5公里的一机直达长交路正式拉通。此时，西海本线使用的ES81F型电力机车分别配属琵琶岛机务段（50台）、西山第二机务段（44台）、抚川页第二机务段（16台）。
1973年，新造的13台ES81F型电力机车（82-94）配属到果海特别市的鹿丹村机务段，担当东北本线春日河至大江间的货物列车牵引任务，同时鹿丹村机务段的ES80F型电力机车退出东北本线方面的定期运用。
1979年，海宁机务段的两台ES81F型300番台机车（301、302）和西山第二机务段的两台ES81F型基本番台机车（80、81）转配属海高机务段，与ES80F型电力机车投入到东山线共同运用。
1982年10月1日，江北机务段（75-78）、西山第二机务段（79、95）、抚川页第二机务段（96、97）的八台基本番台机车投入东山线系统运用，其中海高机务段增配6台（75-79、97），鹿丹村机务段增配2台（95、96）。
此后，随着更多ER65F型1000番台电力机车和ET75D型电力机车投入东北本线，鹿丹村机务段的ES81F型电力机车亦逐步转投东山线系统运用，从而加快了ES80F型电力机车的淘汰速度。
1982年11月，两台300番台机车（301、302）由海高机务段转配属鹿丹村机务段。
1983年，经由东山线运行的夜行急行列车在山阳镇至长湴间的牵引任务开始由ES80F、ES81F型电力机车共同担当。
1985年3月14日，山城货物站和海高机务段撤销，原配属海高机务段的10台ES81F型电力机车，分别转配属鹿丹村机务段（5台）、鸟栖机务段（1台）和琵琶岛机务段（4台）。
1985年8月，经由东山线运行的卧铺特急列车在山阳镇-长湴间的机车交路正式交由ES81F型电力机车担当，结束了该列车由ES80F型电力机车牵引的历史。
1986年1月，鹿丹村机务段的两台300番台机车（301、302）转配属海宁机务段，以替换在本星隧道区段使用的ES30F型电力机车。
1973年9月，因应本星隧道区间的列车增发需要，两台新造的ES81F型300番台配属海宁机务段，与ES30F型电力机车共同担当奉临本线下山至海宁间的列车牵引任务，其中货物列车主要采用双机重联牵引，而旅客列车和行包列车则采用单机牵引。另外两台追加的300番台机车分别于1974年4月和1975年2月交付使用。
1979年3月，由于1978年10月国铁运行图调整后经过本星隧道区间的列车数量减少，海宁机务段的两台300番台机车（301、302）转配属海高机务段。
1986年1月，鹿丹村机务段的两台300番台机车（301、302）转配属海宁机务段，以替换日渐老化的ES30F型电力机车。
1986年3月，为了加快淘汰老旧的ES30F型电力机车，西山第二机务段（40-42）、鹿丹村机务段（49-54、75）、琵琶岛机务段（128、130-132）的14台ES81F型基本番台机车，开始分批转配属海宁机务段（8台）和鸟栖机务段（6台），并进行加装重联控制设备以便重联运用，完成改造后这批机车改称为ES81F型400番台机车。至1987年（昭和62年）3月，本星隧道区段的牵引任务全部交由ES81F型电力机车担当，ES30F型电力机车全部被淘汰。
1990年4月1日桂兰国铁分割民营化后，156辆各番台的ES81F型电力机车被新成立的东桂兰旅客铁道、西桂兰旅客铁道、星洲岛旅客铁道和桂兰货物铁道继承。
KR东桂兰继承了78台ES81F，担当诸多从果海始发的卧铺特急列车及KR货物委托的货物列车牵引任务。2010年夏季，KR东桂兰的EA510F型500番台电力机车（参见：KR货物EA510F型电力机车）开始投入运用，并分别从同年6月25日和7月14日起替代ES81F型电力机车，担当天琴座号列车和双子座号列车的牵引任务，此后鹿丹村机务段的ES81F型电力机车仅用于牵引货物列车。2010年12月4日起，所有定期货物列车的牵引任务亦转交EA510F型电力机车担当，鹿段的ES81F型电力机车不再牵引定期列车并且开始陆续报废。
时至今日KR东桂兰仍然保有14台ES81F，其中鹿丹村机务段6台（80、81、95、97、98、133）、银森机务段4台（136、137、138、139）、琵琶岛机务段4台（134、140、141、151）。
KR西桂兰继承了16台ES81F，担当诸多从新京始发的卧铺特急列车，包括新京-银森的西海号列车以及新京-哈尔乌口的森林号列车的牵引任务。其中森林号列车的ES81F（103 104 113 114号机车，后来追加43 44号机车）涂装与车底相同，为高阻绿色配黄色色带的涂装。而牵引西海号列车的ES81F（106 108号机车）仍然保留全红色涂装。
随着西海号列车停驶，森林号列车改为季节性列车，其余的机车在2017年报废解体，仅剩113号高阻绿涂装机车在运，担当森林号列车的牵引任务。其中的103号机车在平安京铁道博物馆作为展品展示。
113号机车的交路：从新京出发，一机直达银森，随后换挂，而113号机车在KR东桂兰管内的银森机务段短暂驻留。待对向列车（哈尔乌口-新京）到达银森之后，113号机车再挂上车底，一机直达新京。
KR星洲岛继承了6台ES81F，全部为400番台，担当本星隧道区间旅客列车的牵引任务。但随着高铁的发展，星洲岛往本岛方向的卧铺旅客列车开始减少，仅剩少数几对季节性运行的列车沿用本型机车牵引。
KR货物继承了56台ES81F，主要担当西海本线和本星隧道之间的列车牵引任务。如今随着EA500H和EA510F新型机车上线，本型机车开始逐步退役报废。
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