戴源廷，余澤軍，賀麗偉，肖彥君

（1 中國鐵道科學研究院 城市軌道交通中心，北京100081；2 天津市地下鐵道運營有限公司，天津300022；3 中國北車集團 唐山軌道客車有限責任公司，河北唐山063050）

天津地鐵1號線全長26.2 km，沿途共設22個站。其中，地下車站13座，高架車站8座，地面車站1座。設有一座車輛段和一座停車場。天津地鐵1號線是由天津地鐵既有線延伸改造完成的，改造后的1號線于2006年6月12日正式開通運營。

“4改6”擴編前，天津地鐵1號線采用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，正式投入了運營。

1 實施擴編工程的必要性

天津地鐵1號線自開通運營以來，客流量日益攀升。從運營初期的平均每天3～4萬人次達到了2010年的14萬人次，曾達到過21.2萬人次的單日最高客運量。行車間隔也從運營初期的15 min縮短至高峰5 min。但高峰時期，車內(nèi)依然擁擠?！?改6”工程能充分利用現(xiàn)有資源，在不改變列車運行圖的情況下，使每列車改裝后擴大50%的定員，增加運量。

設計初期，確定了1號線將采用初期4輛、6輛編組混跑，遠期6輛編組的運營方式，所以，4輛編組的車輛本身為擴編工程預留了相關接口，車站站臺有效長度、折返線長度、通信信號系統(tǒng)也滿足擴編要求。

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號線采用非標準B型地鐵車輛，車輛最大寬度2 750 mm，高度3 510 mm，比標準B型車小。采用鋁合金焊接成的鼓形車體，Tc車司機室采用玻璃鋼材質(zhì)。每節(jié)車廂共設置8扇電動塞拉門，司機室還設有緊急疏散門。座席采用單側縱向長座椅，中間設置了長扶手。

采用高強度低合金結構的輕量化無搖枕轉(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；牽引電機為180 k W三相鼠籠式交流異步電機。采用DC750 V第3軌上部受流方式，每節(jié)動車共設置4個受流器。

制動機采用KBGM－P型電氣指令式空氣制動機。所需制動力以再生制動優(yōu)先，不足的制動力由空氣制動補充。當網(wǎng)壓大于900 V時制動斬波器投入使用，開始電阻制動。為防止制動時造成的滑行，設置了防滑裝置。

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。

3 擴編技術方案

確定擴編技術方案的出發(fā)點是減少擴編工程量、降低技術難度、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輛編組的設計標準，對車輛原有缺陷進行了改進。新M1車客室及車下設備比照原M1車設計，T車比照Tc車設計。

原車為2 M2T車，1 M1T為一組基本單元。為縮減擴編工程量，減少對原有車輛的改動，確定將原來兩組基本單元解編，在中間插入一組新單元，6輛編組列車為3 M3 T，動拖比與原車保持一致。地鐵列車擴編在北京、上海等地曾經(jīng)實施過，但各地地鐵的各系統(tǒng)不盡相同，給擴編帶來的問題也不一樣。本次“4改6”工程解決了以下幾個問題。

（1）高壓母線問題

原4輛編組列車兩個單元高壓母線不貫通。為不改動車輛主電路，新加單元高壓母線不與原車相連。為了不影響列車通過無電區(qū)，把拖車的高壓母線通過BHB母線高速斷路器與動車高壓母線相連。一般情況，BHB處于斷開狀態(tài)，當動車處于無電區(qū)時，BHB閉合，由拖車受流器為動車供電，如圖1所示。對于擴編車輛，這種模塊化、單元化的設計是比較科學的。如果母線是貫通或半貫通，那么意味著在擴編過程中，不但要跨接高壓母線，而且還要更改BHB控制邏輯，這無疑會給擴編工程帶來很大難度。

圖1 擴編示意圖

（2）輔助電源擴展供電問題

車輛輔助供電采用集中供電方式，在每節(jié)拖車上設置了容量為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（處于無電區(qū)時，緊急負載由蓄電池供電）。在原4輛編組列車的 M1（2）車AC380 V列車線上設有RFK斷路器，當任意單元SIV出現(xiàn)故障的情況時，均可以通過閉合RFK斷路器進行擴展供電（故障單元與擴展供電單元負載均減半）。6輛編組下，如圖2所示，若第1單元SIV故障，閉合RFK1，投入擴展供電，故障單元的負載由第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單元負載由第2單元供電。這種擴展供電方式，不需要對原車做出改動，且中間單元擴展供電控制程序與第1單元一致，使擴編變得更加方便。

如果采用新加單元上不設置SIV而通過原車兩臺SIV對新車供電的方式，SIV容量與全列夏季最大負載大小基本相當，沒有余量，無法應對車輛啟動瞬間的瞬時過載，這是不可行的。北京地鐵13號線車輛“4改6”時沒有額外增加SIV，但其SIV容量較大，為180 k VA。若天津地鐵采用與北京13號線一致的方案，必須將舊車SIV更換為更大容量的。這會使成本增加巨大，工期延長，改裝會十分繁瑣。故天津地鐵依然采用原設計方案，雖然多一套SIV設備，但車輛運行的可靠性得到提高。

圖2 SIV擴展供電示意圖

（3）通信及信號系統(tǒng)

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

信號系統(tǒng)的改動主要集中在車門控制信號上。天津地鐵1號線已在全線各車站安裝了安全門系統(tǒng)。車輛到站時，由司機操作控制列車車門開關，安全門系統(tǒng)可根據(jù)列車傳出的信號自動完成開關門操作。在“4改6”前，1號線采用4、6輛編組混跑模式。由信號系統(tǒng)完成對車輛編組的判斷，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，并附帶車輛編組信息，打開與列車相對應的安全門。新車加裝后，需將開關門信號改為6輛編組信號，以使安全門能正確打開。

（4）輪徑匹配問題

（5）牽引級位誤差問題

實際情況表明，當把司機控制器推到某一級位時，新車與老車顯示的牽引級位（百分數(shù)）最大相差約3%，這是因為司控器輸出的同一電壓信號到達DCU后，新老車VVVF量化的值出現(xiàn)誤差。如果不解決這一問題，在車輛間將會出現(xiàn)牽引力匹配不均問題，不僅會給車鉤造成額外負擔，還會影響乘坐的舒適度。這一問題已通過對PWM的占空比進行微調(diào)，從而改變輸出電壓來得到解決。

（6）配件匹配及備品備件問題

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，不可避免地會出現(xiàn)兼容性問題。試驗中就曾出現(xiàn)過由于配件匹配問題導致燒毀部件的情況，同時，配件的不一致，也會給備品備件的管理帶來混亂。本次擴編工程中，影響運營安全的關鍵部件盡量與原車保持一致，對已停產(chǎn)的部分舊配件，通過車輛之間調(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）列車的維護及保養(yǎng)問題

由于舊車已經(jīng)運營了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不便，并且可能會影響到運營。例如，目前天津地鐵對大修并無定論。為此提出建議。按照大修規(guī)程，100萬km后必須對車輛進行返廠大修。改裝車的大修可能會根據(jù)新舊車里程差的大小來決定大修方式。若里程差相差小，就犧牲新車部分修程，與舊車一道大修，反之則不對新車進行大修，待到新車達到100萬km，再將車輛返廠大修。

天津地鐵1號線列車（6輛編組）主要參數(shù)如表1所示。

表1 天津地鐵1號線列車（6輛編組）主要參數(shù)

4 擴編工程主要程序及步驟

新造車輛由唐車公司制造完成后，列車進行重新編組。編組過程中，由于采用了半自動車鉤，機械連接與氣路管道可以方便地同時完成連接。隨后，完成跨接線等電氣連接完成后，先對TI MS系統(tǒng)進行更新，更新完成后，車輛即可進入靜調(diào)狀態(tài)。靜調(diào)時，對列車的空調(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)、制動系統(tǒng)和車載信號系統(tǒng)進行檢查和調(diào)試，并確認均必須滿足運營要求。列車靜調(diào)完成后，即進入試車線動調(diào)階段。擴編列車動調(diào)試驗與新車型式試驗基本一致，動調(diào)完成后即可進入200 km正線試運行階段，試驗完成后，經(jīng)月修檢查無誤后，即投入載客運營。

在實際過程中證實這套程序是合理的、可行的。靜調(diào)和動調(diào)均應包括車輛系統(tǒng)和車載信號系統(tǒng)兩個方面。對兩個系統(tǒng)的調(diào)試可以穿插進行。例如在完成車輛系統(tǒng)靜調(diào)后，即可開展車載信號系統(tǒng)靜調(diào)。隨后再依次進行車輛系統(tǒng)和信號系統(tǒng)的動調(diào)。這樣安排，即安全又可減少調(diào)試時間。

5 結束語

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

［1］俞展猷.東京都交通局10－300型列車擴編為10輛編組概要［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2011，（4）：111－114.

［2］李 毅.天津地鐵1號線地鐵列車［J］.機車電傳動，2006，（3）：55－58.

［3］徐惠林.北京地鐵八通線列車擴編設計［J］.城市軌道交通研究，2008，（4）：41－45.