天津地鐵1號(hào)線列車編組4輛擴(kuò)編為6輛工程

戴源廷，余澤軍，賀麗偉，肖彥君

（1 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 城市軌道交通中心，北京100081；2 天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司，天津300022；3 中國(guó)北車集團(tuán) 唐山軌道客車有限責(zé)任公司，河北唐山063050）

天津地鐵1號(hào)線全長(zhǎng)26.2 km，沿途共設(shè)22個(gè)站。其中，地下車站13座，高架車站8座，地面車站1座。設(shè)有一座車輛段和一座停車場(chǎng)。天津地鐵1號(hào)線是由天津地鐵既有線延伸改造完成的，改造后的1號(hào)線于2006年6月12日正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

“4改6”擴(kuò)編前，天津地鐵1號(hào)線采用4輛、6輛編組混跑形式，共配置25組列車，其中，8列為6輛編組，17列為4輛編組。“4改6”擴(kuò)編后25列車全部為6輛編組。目前，已全部改造完成，正式投入了運(yùn)營(yíng)。

1 實(shí)施擴(kuò)編工程的必要性

天津地鐵1號(hào)線自開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，客流量日益攀升。從運(yùn)營(yíng)初期的平均每天3～4萬(wàn)人次達(dá)到了2010年的14萬(wàn)人次，曾達(dá)到過(guò)21.2萬(wàn)人次的單日最高客運(yùn)量。行車間隔也從運(yùn)營(yíng)初期的15 min縮短至高峰5 min。但高峰時(shí)期，車內(nèi)依然擁擠。“4改6”工程能充分利用現(xiàn)有資源，在不改變列車運(yùn)行圖的情況下，使每列車改裝后擴(kuò)大50%的定員，增加運(yùn)量。

設(shè)計(jì)初期，確定了1號(hào)線將采用初期4輛、6輛編組混跑，遠(yuǎn)期6輛編組的運(yùn)營(yíng)方式，所以，4輛編組的車輛本身為擴(kuò)編工程預(yù)留了相關(guān)接口，車站站臺(tái)有效長(zhǎng)度、折返線長(zhǎng)度、通信信號(hào)系統(tǒng)也滿足擴(kuò)編要求。

2 既有4輛編組列車概況

由于受到天津地鐵既有線路隧道斷面的限制，1號(hào)線采用非標(biāo)準(zhǔn)B型地鐵車輛，車輛最大寬度2 750 mm，高度3 510 mm，比標(biāo)準(zhǔn)B型車小。采用鋁合金焊接成的鼓形車體，Tc車司機(jī)室采用玻璃鋼材質(zhì)。每節(jié)車廂共設(shè)置8扇電動(dòng)塞拉門，司機(jī)室還設(shè)有緊急疏散門。座席采用單側(cè)縱向長(zhǎng)座椅，中間設(shè)置了長(zhǎng)扶手。

采用高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)的輕量化無(wú)搖枕轉(zhuǎn)向架。轉(zhuǎn)向架固定軸距2 200 mm。一系懸掛采用橡膠彈簧，二系懸掛采用空氣彈簧。

VVVF牽引逆變器的功率元件為IGBT；3電平逆變器；1C2 M（架控）的控制方式；牽引電機(jī)為180 k W三相鼠籠式交流異步電機(jī)。采用DC750 V第3軌上部受流方式，每節(jié)動(dòng)車共設(shè)置4個(gè)受流器。

制動(dòng)機(jī)采用KBGM－P型電氣指令式空氣制動(dòng)機(jī)。所需制動(dòng)力以再生制動(dòng)優(yōu)先，不足的制動(dòng)力由空氣制動(dòng)補(bǔ)充。當(dāng)網(wǎng)壓大于900 V時(shí)制動(dòng)斬波器投入使用，開(kāi)始電阻制動(dòng)。為防止制動(dòng)時(shí)造成的滑行，設(shè)置了防滑裝置。

列車裝備了列車信息管理系統(tǒng)（TI MS），可以智能監(jiān)視車輛狀況，記錄車輛使用信息及故障，便于管理和維護(hù)。

3 擴(kuò)編技術(shù)方案

確定擴(kuò)編技術(shù)方案的出發(fā)點(diǎn)是減少擴(kuò)編工程量、降低技術(shù)難度、節(jié)省改造資金、提高效率。本次“4改6”工程的新造車輛由唐山軌道客車公司制造，采用原4輛編組的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)車輛原有缺陷進(jìn)行了改進(jìn)。新M1車客室及車下設(shè)備比照原M1車設(shè)計(jì)，T車比照Tc車設(shè)計(jì)。

原車為2 M2T車，1 M1T為一組基本單元。為縮減擴(kuò)編工程量，減少對(duì)原有車輛的改動(dòng)，確定將原來(lái)兩組基本單元解編，在中間插入一組新單元，6輛編組列車為3 M3 T，動(dòng)拖比與原車保持一致。地鐵列車擴(kuò)編在北京、上海等地曾經(jīng)實(shí)施過(guò)，但各地地鐵的各系統(tǒng)不盡相同，給擴(kuò)編帶來(lái)的問(wèn)題也不一樣。本次“4改6”工程解決了以下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）高壓母線問(wèn)題

原4輛編組列車兩個(gè)單元高壓母線不貫通。為不改動(dòng)車輛主電路，新加單元高壓母線不與原車相連。為了不影響列車通過(guò)無(wú)電區(qū)，把拖車的高壓母線通過(guò)BHB母線高速斷路器與動(dòng)車高壓母線相連。一般情況，BHB處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)動(dòng)車處于無(wú)電區(qū)時(shí)，BHB閉合，由拖車受流器為動(dòng)車供電，如圖1所示。對(duì)于擴(kuò)編車輛，這種模塊化、單元化的設(shè)計(jì)是比較科學(xué)的。如果母線是貫通或半貫通，那么意味著在擴(kuò)編過(guò)程中，不但要跨接高壓母線，而且還要更改BHB控制邏輯，這無(wú)疑會(huì)給擴(kuò)編工程帶來(lái)很大難度。

圖1 擴(kuò)編示意圖

（2）輔助電源擴(kuò)展供電問(wèn)題

車輛輔助供電采用集中供電方式，在每節(jié)拖車上設(shè)置了容量為145 k VA的靜止逆變器SIV。同樣采用IGBT功率器件，為3電平逆變器。正常情況，本單元的SIV只為本單元兩輛車供電（處于無(wú)電區(qū)時(shí)，緊急負(fù)載由蓄電池供電）。在原4輛編組列車的 M1（2）車AC380 V列車線上設(shè)有RFK斷路器，當(dāng)任意單元SIV出現(xiàn)故障的情況時(shí)，均可以通過(guò)閉合RFK斷路器進(jìn)行擴(kuò)展供電（故障單元與擴(kuò)展供電單元負(fù)載均減半）。6輛編組下，如圖2所示，若第1單元SIV故障，閉合RFK1，投入擴(kuò)展供電，故障單元的負(fù)載由第2單元SIV供電；若第2單元SIV出現(xiàn)故障，依然閉合RFK1，第2單元負(fù)載由第1單元供電；若第3單元SIV故障，則閉合RFK2，第3單元負(fù)載由第2單元供電。這種擴(kuò)展供電方式，不需要對(duì)原車做出改動(dòng)，且中間單元擴(kuò)展供電控制程序與第1單元一致，使擴(kuò)編變得更加方便。

如果采用新加單元上不設(shè)置SIV而通過(guò)原車兩臺(tái)SIV對(duì)新車供電的方式，SIV容量與全列夏季最大負(fù)載大小基本相當(dāng)，沒(méi)有余量，無(wú)法應(yīng)對(duì)車輛啟動(dòng)瞬間的瞬時(shí)過(guò)載，這是不可行的。北京地鐵13號(hào)線車輛“4改6”時(shí)沒(méi)有額外增加SIV，但其SIV容量較大，為180 k VA。若天津地鐵采用與北京13號(hào)線一致的方案，必須將舊車SIV更換為更大容量的。這會(huì)使成本增加巨大，工期延長(zhǎng)，改裝會(huì)十分繁瑣。故天津地鐵依然采用原設(shè)計(jì)方案，雖然多一套SIV設(shè)備，但車輛運(yùn)行的可靠性得到提高。

圖2 SIV擴(kuò)展供電示意圖

（3）通信及信號(hào)系統(tǒng)

新車與老車的通信系統(tǒng)基本一致，對(duì)乘客信息系統(tǒng)（PIS）做了少許變更，增加了新車的緊急對(duì)講、LED顯示單元、移動(dòng)數(shù)字電視及CCTV監(jiān)控單元。

信號(hào)系統(tǒng)的改動(dòng)主要集中在車門控制信號(hào)上。天津地鐵1號(hào)線已在全線各車站安裝了安全門系統(tǒng)。車輛到站時(shí)，由司機(jī)操作控制列車車門開(kāi)關(guān)，安全門系統(tǒng)可根據(jù)列車傳出的信號(hào)自動(dòng)完成開(kāi)關(guān)門操作。在“4改6”前，1號(hào)線采用4、6輛編組混跑模式。由信號(hào)系統(tǒng)完成對(duì)車輛編組的判斷，在車站PIS顯示器上提示下次列車的編組數(shù)，并由車輛發(fā)出門控信號(hào)，并附帶車輛編組信息，打開(kāi)與列車相對(duì)應(yīng)的安全門。新車加裝后，需將開(kāi)關(guān)門信號(hào)改為6輛編組信號(hào)，以使安全門能正確打開(kāi)。

（4）輪徑匹配問(wèn)題

（5）牽引級(jí)位誤差問(wèn)題

實(shí)際情況表明，當(dāng)把司機(jī)控制器推到某一級(jí)位時(shí)，新車與老車顯示的牽引級(jí)位（百分?jǐn)?shù)）最大相差約3%，這是因?yàn)樗究仄鬏敵龅耐浑妷盒盘?hào)到達(dá)DCU后，新老車VVVF量化的值出現(xiàn)誤差。如果不解決這一問(wèn)題，在車輛間將會(huì)出現(xiàn)牽引力匹配不均問(wèn)題，不僅會(huì)給車鉤造成額外負(fù)擔(dān)，還會(huì)影響乘坐的舒適度。這一問(wèn)題已通過(guò)對(duì)PWM的占空比進(jìn)行微調(diào)，從而改變輸出電壓來(lái)得到解決。

（6）配件匹配及備品備件問(wèn)題

舊車部分配件停產(chǎn)，只能用新配件替換。而新舊配件的匹配，不可避免地會(huì)出現(xiàn)兼容性問(wèn)題。試驗(yàn)中就曾出現(xiàn)過(guò)由于配件匹配問(wèn)題導(dǎo)致燒毀部件的情況，同時(shí)，配件的不一致，也會(huì)給備品備件的管理帶來(lái)混亂。本次擴(kuò)編工程中，影響運(yùn)營(yíng)安全的關(guān)鍵部件盡量與原車保持一致，對(duì)已停產(chǎn)的部分舊配件，通過(guò)車輛之間調(diào)配部件的方式保證每列車部件一致。以后出現(xiàn)的部件損壞將由新部件代替。

（7）列車的維護(hù)及保養(yǎng)問(wèn)題

由于舊車已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了5年，新舊車的里程數(shù)、維修及大修期限都不相同，這為以后的管理帶來(lái)不便，并且可能會(huì)影響到運(yùn)營(yíng)。例如，目前天津地鐵對(duì)大修并無(wú)定論。為此提出建議。按照大修規(guī)程，100萬(wàn)km后必須對(duì)車輛進(jìn)行返廠大修。改裝車的大修可能會(huì)根據(jù)新舊車?yán)锍滩畹拇笮?lái)決定大修方式。若里程差相差小，就犧牲新車部分修程，與舊車一道大修，反之則不對(duì)新車進(jìn)行大修，待到新車達(dá)到100萬(wàn)km，再將車輛返廠大修。

天津地鐵1號(hào)線列車（6輛編組）主要參數(shù)如表1所示。

表1 天津地鐵1號(hào)線列車（6輛編組）主要參數(shù)

4 擴(kuò)編工程主要程序及步驟

新造車輛由唐車公司制造完成后，列車進(jìn)行重新編組。編組過(guò)程中，由于采用了半自動(dòng)車鉤，機(jī)械連接與氣路管道可以方便地同時(shí)完成連接。隨后，完成跨接線等電氣連接完成后，先對(duì)TI MS系統(tǒng)進(jìn)行更新，更新完成后，車輛即可進(jìn)入靜調(diào)狀態(tài)。靜調(diào)時(shí)，對(duì)列車的空調(diào)系統(tǒng)、蓄電池供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、SIV供電系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和車載信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行檢查和調(diào)試，并確認(rèn)均必須滿足運(yùn)營(yíng)要求。列車靜調(diào)完成后，即進(jìn)入試車線動(dòng)調(diào)階段。擴(kuò)編列車動(dòng)調(diào)試驗(yàn)與新車型式試驗(yàn)基本一致，動(dòng)調(diào)完成后即可進(jìn)入200 km正線試運(yùn)行階段，試驗(yàn)完成后，經(jīng)月修檢查無(wú)誤后，即投入載客運(yùn)營(yíng)。

在實(shí)際過(guò)程中證實(shí)這套程序是合理的、可行的。靜調(diào)和動(dòng)調(diào)均應(yīng)包括車輛系統(tǒng)和車載信號(hào)系統(tǒng)兩個(gè)方面。對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試可以穿插進(jìn)行。例如在完成車輛系統(tǒng)靜調(diào)后，即可開(kāi)展車載信號(hào)系統(tǒng)靜調(diào)。隨后再依次進(jìn)行車輛系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)的動(dòng)調(diào)。這樣安排，即安全又可減少調(diào)試時(shí)間。

5 結(jié)束語(yǔ)

“4改6”工程2010年10月啟動(dòng)，2011年9月22日最后一列完成。目前，新編列車在1號(hào)線運(yùn)營(yíng)情況良好，為1號(hào)線增加運(yùn)量效果顯著。本次擴(kuò)編，是繼北京八通線、13號(hào)線、上海1號(hào)線之后又一次擴(kuò)編工程，相比前述幾次擴(kuò)編，本次擴(kuò)編的實(shí)際情況和技術(shù)方案均有所不同。從本次工程可以看出，要想順利實(shí)施擴(kuò)編，其很重要的條件就是在線路的工程設(shè)計(jì)階段，預(yù)留車輛擴(kuò)編的一系列條件，擴(kuò)編方案必須維持列車的動(dòng)力性能，減少對(duì)牽引、制動(dòng)系統(tǒng)的影響，盡量減少對(duì)車輛輔助供電系統(tǒng)的改造，只有這樣才能顯著減少擴(kuò)編工程量，節(jié)約改造資金。希望本次工程能為以后可能實(shí)施的擴(kuò)編工程提供參考。

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