В Укрзализныце в последнее время все чаще говорят о необходимости модернизации и обновления парка МВПС. С этой проблемой сталкивались многие железнодорожные компании. В качестве примера решения такого вопроса в Великобритании, предлагаем рассмотреть модернизацию электропоездов серии 321/3, эксплуатируемых оператором Abellio Greater Anglia. Программа модернизации предусматривает замену электрооборудования и обновление салона.
Обновленные поезда получили название Renatus (лат. «рожденный заново»). Первый из 30 поездов этой серии, прошедших модернизацию в рамках программы, был возвращен в регулярную эксплуатацию в октябре 2016 г.
Владелец этих поездов — компания Eversholt Rail входит в число трех компаний подвижного состава (RoSCo), появившихся в результате приватизации Британских железных дорог (BR); ее клиентами являются операторы пассажирских и грузовых перевозок. Eversholt Rail инвестирует 65 млн ф. ст. в мероприятия по ремонту и модернизации поездов серии 321/3. Обновлением кузовов и салонов занимается компания Wabtec Faiveley UK. работы по замене тягового и вспомогательного электрооборудования, а также установке системы управления тормозами выполняет Kiepe Electric (дочернее предприятие Knorr-Bremse).
Первоначально предполагалось уже к октябрю 2016 г. ввести в эксплуатацию до десяти модернизированных поездов серии 321/3. Однако существенные изменения требований к оператору, появившиеся на стадии проектирования, потребовали пересмотра компоновки салона с целью выполнения условий по вместимости и установке розетки на напряжение 230 В в каждом ряду пассажирских кресел. Кроме того, с учетом внесения изменений в отраслевые стандарты пожарной безопасности потребовались переделка кресел и проведение их испытаний.
В результате сроки модернизации пришлось перенести примерно на 6 мес. После решения всех вопросов, касающихся обновления кузовов и салонов вагонов поезда, компания Wabtec Faiveley UK незамедлительно приступила к работе.
В декабре 2016 г. компании Eversholt Rail, Abellio Greater Anglia и Wabtec Faiveley UK представили на лондонском вокзале Ливерпуль-Стрит второй прошедший модернизацию четырехвагонный поезд серии 321/3.
Программа работ предусматривает мероприятия, способствующие повышению уровня комфорта пассажиров и улучшению эксплуатационных характеристик поезда. Она была разработана с учетом результатов проведенной в 2013 г. модернизации пилотного образца электропоезда серии 321 №448, не входящего в число 30 ед., обновляемых по программе Renatus. За 15 месяцев обновленный поезд прошел с пассажирами более 160 тыс. км. За это время от пассажиров поступило более 2,5 тыс. отзывов о его внутреннем оборудовании и рабочих характеристиках. Полученную информацию использовали при подготовке требований к модернизации партии из 30 поездов. В июле 2015 г. этот поезд был вновь выведен из эксплуатации для установки на нем нового тягового оборудования. В настоящее время он находится в депо Илфорд, компания-оператор использует его для обучения машинистов.
Программа Renatus состоит из двух этапов. Первый предусматривает ремонт кузова и переоборудование салона на современном заводе компании Wabtec Faiveley UK в Донкастере. Второй включает в себя монтаж нового тягового и вспомогательного оборудования на предприятии компании Kiepe Electric в Вулвертоне, Оба этапа выполняются параллельно на нескольких поездах.
В рамках первого этапа в вагонах перестилают полы, устанавливают новое остекление, монтируют розетки на напряжение 230 В в каждом ряду сидений. Меняется планировка салона — в частности, увеличивается площадь свободного пространства у дверей, что способствует ускорению посадки и высадки.
В салонах устанавливают кондиционеры, которыми можно управлять дистанционно, и энергосберегающие светодиодные светильники, обновляют теплоизоляцию и систему отопления. Вагоны оснащают беспроводным доступом в Интернет. Имеющийся в поезде санузел оборудуют вакуумной системой утилизации. В одном из вагонов устанавливают дополнительный санузел, доступный для пассажиров с ограниченными возможностями.
Пассажирские кресла в обновленном поезде размещаются в основном по схеме 3+2. В результате перепланировки салона суммарное число мест для сидения в поезде уменьшено с 305 до 281. Предусмотрены 16 мест в салоне первого класса, а также 4 откидных. Выделены места для двух инвалидных кресел и двух велосипедов. Стоя могут ехать 113 пассажиров из расчета 0,45 м2/чел. исключая салон первого класса и места для инвалидных кресел. Предложена также версия поезда с гибридным расположением пассажирских кресел (3+2 и 2+2), при этом для пассажиров первого класса предусмотрено 16 мест, второго — 250.
Кабины также частично переоборудуют, внося ряд изменений в расположение оборудования. Слева от машиниста находится тормозной кран, справа — контроллер для переключения тяговых позиций, левее — реверсивная рукоятка. В центральной части пульта расположена рукоятка для подачи предупреждающего звукового сигнала, слева от нее — кнопка повторного запуска системы безопасности AWS, справа — кнопки открывания и закрывания дверей. В центре наклонной панели размещается спидометр, слева — манометр с двойной шкалой для контроля давления в тормозной магистрали. Кнопки управления дверьми установлены также с левой и правой стороны наклонной панели.
В составе модернизированного электропоезда Renatus четыре вагона: два головных немоторных с кабиной машиниста, один из которых оборудован туалетом для пассажиров с ограниченными возможностями, промежуточный моторный с токоприемником и промежуточный немоторный с обычным туалетом. Программа модернизации тягового и вспомогательного электрооборудования поездов предусматривает установку на них новых тяговых двигателей, трансформаторов, преобразователей, зарядных устройств и т. д. На моторном вагоне расположен новый тяговый преобразователь, в составе которого четыре инвертора — по одному на каждый тяговый двигатель. Тяговые преобразователи и преобразователи питания собственных нужд поставляет завод компании Vossloh Kiepe в Дюссельдорфе.
Первоначально на моторном вагоне поезда серии 321/3 были установлены четыре тяговых двигателя постоянного тока, выпущенных компанией Brush. Они были соединены в две параллельные группы, каждая из которых состояла из двух двигателей мощностью по 268 кВт, постоянно включенных последовательно. Их заменяют новыми асинхронными, изготовленными компанией TSA (Австрия). Длительная мощность каждого из новых двигателей — 300 кВт. Тяговые двигатели специально разработаны таким образом, чтобы их можно было разместить, не изменяя существующей конструкции тележек и редукторов поезда. Ранее TSA принимала участие в программе замены тяговых двигателей электропоездов серии 455 британского оператора South-West Trains.
Новый главный трансформатор для поезда изготовлен компанией ABB Secheron в Швейцарии. Его размеры несколько больше по сравнению с установленным первоначально трансформатором компании Brush. Конструкция трансформатора оптимизирована для работы с современными тяговыми преобразователями на IGBTтранзисторах. Номинальная мощность нового трансформатора — 1370 кВ∙A, тогда как мощность прежнего трансформатора компании Brush была равна 1572 кВ∙A.
На головном вагоне, оборудованном для пассажиров с ограниченными возможностями, размещен преобразователь мощностью 2×50 кВ∙A с трехфазным выходным напряжением 400 В для питания системы кондиционирования воздуха, поставленной компанией Wabtec Faiveley, и зарядного устройства батареи мощностью 21 кВт и напряжением 110 В постоянного тока с резервированием. Резервирование источников питания способствует повышению надежности энергоснабжения оборудования поезда. Емкость аккумуляторной батареи составляет 120 А∙ч, что позволяет гарантировать работу оборудования при аварийных нагрузках.
За счет замены тягового привода, масса поезда снизилась на 2280 кг. Масса установленного первоначально трансформатора компании Brush, включая массу масла, составляла 3550 кг, в то время как масса нового трансформатора компании АВВ — 3163 кг. Тяговый преобразователь каждого вагона на 90 кг легче установленного первоначально. Масса новых тяговых двигателей и преобразователей для питания собственных нужд также стала меньше.
Замена тягового привода позволила увеличить тяговое усилие при пуске на 12%. Прежний тяговый привод компании Brush поездов серии 321 включал в себя двухступенчатые тиристорные выпрямительные мосты с управляемым углом сдвига фаз.
Замена прежнего тягового привода на новый компании Kiepe Electric позволила компенсировать увеличение массы поезда. При этом сила тяги на первых трех позициях примерно соответствует этому показателю поездов серии 321/3 при тех же условиях. Однако на четвертой позиции за счет применения нового привода сила тяги для четырехвагонного поезда возрастает с 87 до 100 кН. Увеличение силы тяги по сравнению с немодернизированным поездом достигается во всем диапазоне рабочих скоростей до максимального значения, равного 160 км/ч.
Поскольку в течение некоторого времени поезда Renatus будут работать по системе многих единиц в сцепе с еще не прошедшими модернизацию поездами серии 321, их максимальное ускорение существенно не увеличилось. Расчетное начальное ускорение порожнего поезда серии 321 на горизонтальном участке пути равно примерно 0,62 м/с2. С учетом увеличения массы вагонов и возрастания максимального тягового усилия до 100 кН максимальное расчетное начальное ускорение электропоездов, оборудованных новым тяговым приводом Kiepe Electric, составит приблизительно 0,64 м/с2.
Рассчитать, насколько снизится потребление энергии поездом Renatus за счет модернизации тягового привода, довольно непросто. Этот показатель в немалой степени будет зависеть от режима эксплуатации поезда. Однако исходя из обычного графика движения электропоездов серии 321 можно ожидать, что примерно 18% потребляемой энергии будет возвращаться в тяговую сеть за счет рекуперации. Кроме того, ожидается, что новый тяговый привод будет на 8% эффективнее, чем прежний, с тиристорным преобразователем и тяговыми двигателями постоянного тока, а коэффициент мощности увеличится и станет близким к единице.
Еще одним важным результатом установки нового тягового оборудования станет снижение трудоемкости технического обслуживания поезда. Для электрических машин переменного тока продолжительность межремонтного периода увеличена приблизительно на 50%.
К концу декабря 2016 г. на заводе в Донкастере шли работы по программе Renatus еше на четырех поездах серии 321. В течение 2017–2018 гг. подобную модернизацию должны пройти 30 поездов этой серии. В этот переходный период в эксплуатации будут находиться поезда. как прошедшие модернизацию, так и ожидающие своей очереди.
При полномасштабном развертывании программы модернизации одновременно будут идти работы в Донкастере по отделке кузова и салона на пяти поездах и в Вулвертоне — по замене электрооборудования на двух. Согласно графику замена тягового привода на поездах этой серии будет завершена к началу 2018 г, а полностью работа по программе Renatus должна быть закончена к лету 2018 г.
Реализация программы позволит продлить срок службы поездов серии 321 еще на 20 лет, т. е. последние из них могут быть списаны в 2037 или 2038 г. При этом компания Abellio Greater Anglia придерживается политики полной замены парка и считает, что электропоезда Renatus будут продолжать работать, пока их не вытеснят новые.