天津地铁1号线列车编组4辆扩编为6辆工程

戴源廷，余泽军，贺丽伟，肖彦君

（1 中国铁道科学研究院 城市轨道交通中心，北京100081；2 天津市地下铁道运营有限公司，天津300022；3 中国北车集团 唐山轨道客车有限责任公司，河北唐山063050）

天津地铁1号线全长26.2 km，沿途共设22个站。其中，地下车站13座，高架车站8座，地面车站1座。设有一座车辆段和一座停车场。天津地铁1号线是由天津地铁既有线延伸改造完成的，改造后的1号线于2006年6月12日正式开通运营。

“4改6”扩编前，天津地铁1号线采用4辆、6辆编组混跑形式，共配置25组列车，其中，8列为6辆编组，17列为4辆编组。“4改6”扩编后25列车全部为6辆编组。目前，已全部改造完成，正式投入了运营。

1 实施扩编工程的必要性

天津地铁1号线自开通运营以来，客流量日益攀升。从运营初期的平均每天3～4万人次达到了2010年的14万人次，曾达到过21.2万人次的单日最高客运量。行车间隔也从运营初期的15 min缩短至高峰5 min。但高峰时期，车内依然拥挤。“4改6”工程能充分利用现有资源，在不改变列车运行图的情况下，使每列车改装后扩大50%的定员，增加运量。

设计初期，确定了1号线将采用初期4辆、6辆编组混跑，远期6辆编组的运营方式，所以，4辆编组的车辆本身为扩编工程预留了相关接口，车站站台有效长度、折返线长度、通信信号系统也满足扩编要求。

2 既有4辆编组列车概况

由于受到天津地铁既有线路隧道断面的限制，1号线采用非标准B型地铁车辆，车辆最大宽度2 750 mm，高度3 510 mm，比标准B型车小。采用铝合金焊接成的鼓形车体，Tc车司机室采用玻璃钢材质。每节车厢共设置8扇电动塞拉门，司机室还设有紧急疏散门。座席采用单侧纵向长座椅，中间设置了长扶手。

采用高强度低合金结构的轻量化无摇枕转向架。转向架固定轴距2 200 mm。一系悬挂采用橡胶弹簧，二系悬挂采用空气弹簧。

VVVF牵引逆变器的功率元件为IGBT；3电平逆变器；1C2 M（架控）的控制方式；牵引电机为180 k W三相鼠笼式交流异步电机。采用DC750 V第3轨上部受流方式，每节动车共设置4个受流器。

制动机采用KBGM－P型电气指令式空气制动机。所需制动力以再生制动优先，不足的制动力由空气制动补充。当网压大于900 V时制动斩波器投入使用，开始电阻制动。为防止制动时造成的滑行，设置了防滑装置。

列车装备了列车信息管理系统（TI MS），可以智能监视车辆状况，记录车辆使用信息及故障，便于管理和维护。

3 扩编技术方案

确定扩编技术方案的出发点是减少扩编工程量、降低技术难度、节省改造资金、提高效率。本次“4改6”工程的新造车辆由唐山轨道客车公司制造，采用原4辆编组的设计标准，对车辆原有缺陷进行了改进。新M1车客室及车下设备比照原M1车设计，T车比照Tc车设计。

原车为2 M2T车，1 M1T为一组基本单元。为缩减扩编工程量，减少对原有车辆的改动，确定将原来两组基本单元解编，在中间插入一组新单元，6辆编组列车为3 M3 T，动拖比与原车保持一致。地铁列车扩编在北京、上海等地曾经实施过，但各地地铁的各系统不尽相同，给扩编带来的问题也不一样。本次“4改6”工程解决了以下几个问题。

（1）高压母线问题

原4辆编组列车两个单元高压母线不贯通。为不改动车辆主电路，新加单元高压母线不与原车相连。为了不影响列车通过无电区，把拖车的高压母线通过BHB母线高速断路器与动车高压母线相连。一般情况，BHB处于断开状态，当动车处于无电区时，BHB闭合，由拖车受流器为动车供电，如图1所示。对于扩编车辆，这种模块化、单元化的设计是比较科学的。如果母线是贯通或半贯通，那么意味着在扩编过程中，不但要跨接高压母线，而且还要更改BHB控制逻辑，这无疑会给扩编工程带来很大难度。

图1 扩编示意图

（2）辅助电源扩展供电问题

车辆辅助供电采用集中供电方式，在每节拖车上设置了容量为145 k VA的静止逆变器SIV。同样采用IGBT功率器件，为3电平逆变器。正常情况，本单元的SIV只为本单元两辆车供电（处于无电区时，紧急负载由蓄电池供电）。在原4辆编组列车的 M1（2）车AC380 V列车线上设有RFK断路器，当任意单元SIV出现故障的情况时，均可以通过闭合RFK断路器进行扩展供电（故障单元与扩展供电单元负载均减半）。6辆编组下，如图2所示，若第1单元SIV故障，闭合RFK1，投入扩展供电，故障单元的负载由第2单元SIV供电；若第2单元SIV出现故障，依然闭合RFK1，第2单元负载由第1单元供电；若第3单元SIV故障，则闭合RFK2，第3单元负载由第2单元供电。这种扩展供电方式，不需要对原车做出改动，且中间单元扩展供电控制程序与第1单元一致，使扩编变得更加方便。

如果采用新加单元上不设置SIV而通过原车两台SIV对新车供电的方式，SIV容量与全列夏季最大负载大小基本相当，没有余量，无法应对车辆启动瞬间的瞬时过载，这是不可行的。北京地铁13号线车辆“4改6”时没有额外增加SIV，但其SIV容量较大，为180 k VA。若天津地铁采用与北京13号线一致的方案，必须将旧车SIV更换为更大容量的。这会使成本增加巨大，工期延长，改装会十分繁琐。故天津地铁依然采用原设计方案，虽然多一套SIV设备，但车辆运行的可靠性得到提高。

图2 SIV扩展供电示意图

（3）通信及信号系统

新车与老车的通信系统基本一致，对乘客信息系统（PIS）做了少许变更，增加了新车的紧急对讲、LED显示单元、移动数字电视及CCTV监控单元。

信号系统的改动主要集中在车门控制信号上。天津地铁1号线已在全线各车站安装了安全门系统。车辆到站时，由司机操作控制列车车门开关，安全门系统可根据列车传出的信号自动完成开关门操作。在“4改6”前，1号线采用4、6辆编组混跑模式。由信号系统完成对车辆编组的判断，在车站PIS显示器上提示下次列车的编组数，并由车辆发出门控信号，并附带车辆编组信息，打开与列车相对应的安全门。新车加装后，需将开关门信号改为6辆编组信号，以使安全门能正确打开。

（4）轮径匹配问题

（5）牵引级位误差问题

实际情况表明，当把司机控制器推到某一级位时，新车与老车显示的牵引级位（百分数）最大相差约3%，这是因为司控器输出的同一电压信号到达DCU后，新老车VVVF量化的值出现误差。如果不解决这一问题，在车辆间将会出现牵引力匹配不均问题，不仅会给车钩造成额外负担，还会影响乘坐的舒适度。这一问题已通过对PWM的占空比进行微调，从而改变输出电压来得到解决。

（6）配件匹配及备品备件问题

旧车部分配件停产，只能用新配件替换。而新旧配件的匹配，不可避免地会出现兼容性问题。试验中就曾出现过由于配件匹配问题导致烧毁部件的情况，同时，配件的不一致，也会给备品备件的管理带来混乱。本次扩编工程中，影响运营安全的关键部件尽量与原车保持一致，对已停产的部分旧配件，通过车辆之间调配部件的方式保证每列车部件一致。以后出现的部件损坏将由新部件代替。

（7）列车的维护及保养问题

由于旧车已经运营了5年，新旧车的里程数、维修及大修期限都不相同，这为以后的管理带来不便，并且可能会影响到运营。例如，目前天津地铁对大修并无定论。为此提出建议。按照大修规程，100万km后必须对车辆进行返厂大修。改装车的大修可能会根据新旧车里程差的大小来决定大修方式。若里程差相差小，就牺牲新车部分修程，与旧车一道大修，反之则不对新车进行大修，待到新车达到100万km，再将车辆返厂大修。

天津地铁1号线列车（6辆编组）主要参数如表1所示。

表1 天津地铁1号线列车（6辆编组）主要参数

4 扩编工程主要程序及步骤

新造车辆由唐车公司制造完成后，列车进行重新编组。编组过程中，由于采用了半自动车钩，机械连接与气路管道可以方便地同时完成连接。随后，完成跨接线等电气连接完成后，先对TI MS系统进行更新，更新完成后，车辆即可进入静调状态。静调时，对列车的空调系统、蓄电池供电系统、照明系统、SIV供电系统、牵引系统、制动系统和车载信号系统进行检查和调试，并确认均必须满足运营要求。列车静调完成后，即进入试车线动调阶段。扩编列车动调试验与新车型式试验基本一致，动调完成后即可进入200 km正线试运行阶段，试验完成后，经月修检查无误后，即投入载客运营。

在实际过程中证实这套程序是合理的、可行的。静调和动调均应包括车辆系统和车载信号系统两个方面。对两个系统的调试可以穿插进行。例如在完成车辆系统静调后，即可开展车载信号系统静调。随后再依次进行车辆系统和信号系统的动调。这样安排，即安全又可减少调试时间。

5 结束语

“4改6”工程2010年10月启动，2011年9月22日最后一列完成。目前，新编列车在1号线运营情况良好，为1号线增加运量效果显著。本次扩编，是继北京八通线、13号线、上海1号线之后又一次扩编工程，相比前述几次扩编，本次扩编的实际情况和技术方案均有所不同。从本次工程可以看出，要想顺利实施扩编，其很重要的条件就是在线路的工程设计阶段，预留车辆扩编的一系列条件，扩编方案必须维持列车的动力性能，减少对牵引、制动系统的影响，尽量减少对车辆辅助供电系统的改造，只有这样才能显著减少扩编工程量，节约改造资金。希望本次工程能为以后可能实施的扩编工程提供参考。

［1］俞展猷.东京都交通局10－300型列车扩编为10辆编组概要［J］.现代城市轨道交通，2011，（4）：111－114.

［2］李 毅.天津地铁1号线地铁列车［J］.机车电传动，2006，（3）：55－58.

［3］徐惠林.北京地铁八通线列车扩编设计［J］.城市轨道交通研究，2008，（4）：41－45.