Модернизация электропоездов серии 321/3 в Великобритании

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.