Обновление электрооборудования на пригородных поездах в Португалии

В конце января 2016 г. в депо Амадора, расположенное в пригороде Лиссабона, был доставлен блок тягового оборудования, предназначенный для установки на модернизируемом электропоезде. Модернизации подлежат поезда серии 2300/2400 (рисунок), которые эксплуатируются на линии Лиссабон — Синтра железных дорог Португалии (Comboios de Portugal, CP). В составе блока тяговый преобразователь и узел управления им. После переоборудования в корпусе блока высвобождается место, которое ранее занимал прежний тяговый преобразователь на GTO-тиристорах (запираемых тиристорах). Это уже второй подобный комплект оборудования, который вводится в эксплуатацию в рамках программы модернизации тягового привода подвижного состава, получившей название Lusogate. В ходе выполнения программы парк электропоездов, эксплуатируемых на линии Лиссабон — Синтра, будет оборудован преобразователями на основе транзисторов IGBT. При этом стоимость такого переоборудования примерно в 3 раза меньше затрат, которые потребовались бы на проведение традиционной ремоторизации. В Амадоре находится штабквартира компании EMEF, осуществляющей техническое обслуживание подвижного состава CP. Предприятие расположено на территории бывшего завода компании Sorefame, на котором до 2005 г. собирали подвижной состав для Португалии и других стран. На производственных площадях EMEF размещается также специализирующееся на тяговом оборудовании подразделение NT Power компании Nomad Tech — совместного предприятия EMEF и британской компании Nomad Digital. Nomad Tech предлагает внедрение методов технического обслуживания, способствующих повышению надежности оборудования, и разрабатывает средства дистанционного контроля и диагностики под брендом NT Maintain. Кроме того, компания оказывает услуги в области управления энергопотреблением под брендом NT Eco. Реализуемая компанией NT Power программа улучшения энергетических показателей подвижного состава основана на замене тяговых преобразователей на основе GTO-тиристоров преобразователями на транзисторах IGBT. NT Power работает над созданием обновленных тяговых преобразователей с 2010 г., когда CP обратилась к EMEF с просьбой найти приемлемый с точки зрения требуемых затрат вариант обновления преобразователей на поездах, эксплуатируемых на линии Лиссабон — Синтра. Преобразователь на базе транзисторов IGBT был разработан EMEF с участием специалистов CP и Инженерного факультета Университета Порту еще до того, как CP приняла решение о выборе электропоездов серии 2300/2400 для проведения исследований по программе Lusogate.

Электропоезд серии 2300/2400

Электропоезд серии 2300/2400

Частичная замена оборудования

При замене преобразователя на GTO-тиристорах преобразователем на транзисторах IGBT на электропоездах серии 2300/2400 специалистам компании NT Power пришлось решать задачу максимально возможного сохранения существующей конструкции преобразователя и минимизации объема работ по адаптации имеющейся коммутационной аппаратуры и программного обеспечения системы управления. При этом необходимо было гарантировать, что показатели электромагнитной совместимости и уровень высших гармоник в результате перехода на новую элементную базу не ухудшатся. Отладка методологии модернизации требовала значительного времени, поэтому с момента начала реализации проекта до проведения эксплуатационных испытаний поезда, оснащенного новым оборудованием, прошло почти 5 лет. За это время специалисты компании NT Power провели всесторонние исследования, позволившие продемонстрировать наиболее существенную особенность предложенного подхода: после модернизации не требуется повторно получать разрешение на эксплуатацию подвижного состава или его тягового привода от надзорных органов. Обычно изготовители предлагают операторам подвижного состава полностью обновить оборудование тягового привода. Это вызывает необходимость получения повторного разрешения уполномоченного оператора инфраструктуры и органов, контролирующих безопасность движения. Однако в данном случае удалось найти более рациональное решение.

 Эффективность модернизации 

В марте 2015 г. первый переоборудованный электропоезд серии 2400 поступил в регулярную эксплуатацию. Четырехвагонный поезд, рассчитанный на питание от контактной сети переменного тока напряжением 25 кВ, частотой 50 Гц, был оснащен тяговыми преобразователями двух типов — обновленным на транзисторах IGBT и прежним — на GTO-тиристорах. Приступая к испытаниям, CP и оператор инфраструктуры REFER планировали оценить работу оборудования в течение всего года, в том числе в жаркий летний период, и сравнить характеристики двух различных тяговых преобразователей на одном поезде. Опытная эксплуатация поезда продемонстрировала ощутимую эффективность проведенной модернизации. Благодаря замене преобразователя на GTO-тиристорах преобразователем на транзисторах IGBT при работе в одинаковых условиях потребление энергии снизилось на 12,5 %. В рамках модернизации тягового привода компания Nomad Tech установила устройства, обеспечивающие диагностирование в режиме реального времени, что позволило организовать проведение технического обслуживания оборудования поезда на основе данных о его фактическом состоянии. Поскольку в систему управления изменения не вносили, преобразователь на базе транзисторов IGBT работает в том же низкочастотном диапазоне, что и замененный преобразователь на GTO-тиристорах. Из-за этого преимущества технологии IGBT используются не полностью, следовательно, ограничиваются возможности совершенствования характеристик поезда в целом. В то же время переход на транзисторы IGBT позволяет увеличить срок службы тягового привода и снизить массу преобразователя, а его электрическая схема проще по сравнению с заменяемым оборудованием на GTO-тиристорах. Предлагаемая компанией NT Power технология переоборудования эксплуатируемого парка электропоездов требует относительно небольших затрат, а вложенные средства достаточно быстро окупаются за счет снижения расходов на обслуживание оборудования и сокращения времени непроизводительного простоя подвижного состава. Отсутствие конкуренции среди изготовителей приводит к тому, что крупные поставщики склонны завышать стоимость модернизации подвижного состава, проводимой в середине срока его службы, за счет высоких цен на комплектующие, зачастую даже устаревшие. Кроме того, они настаивают на приобретении операторами новых преобразователей. Испытания модернизированного поезда на линии показали возможность более быстрого и требующего меньших затрат решения. Nomad Tech стремится отладить технологию модернизации подвижного состава, чтобы на проведение всех работ — от их начала до возвращения поезда в регулярную эксплуатацию требовалось не более 6 мес. В дальнейшем замену оборудования предполагается проводить по принципу plug-and-play, т. е. в ходе планового технического
обслуживания на подвижной состав будут устанавливать комплекты нового оборудования, которые сразу готовы к работе. При переоборудовании первого поезда пришлось решать ряд непредвиденных проблем. Ожидается, что в дальнейшем период от начала разработки концепции модернизации до начала регулярной эксплуатации обновленного поезда будет занимать менее года. При этом рынок переоборудования эксплуатируемого подвижного состава достаточно велик. Так, одна из появившихся недавно возможностей, которую в настоящее время рассматривает предприятие, — тендер на проведение капитального ремонта 475 локомотивов, оснащенных тяговыми преобразователями на транзисторах IGBT. Компанияоператор уже поставила условие, что после переоборудования локомотивов их повторная сертификация не потребуется.

Потенциал энергосбережения

 Компания Nomad Tech исследовала возможности внедрения энергосберегающих технологий на электрифицированных линиях CP, ведущих на север от Порту. Машинисты CP принимали непосредственное участие в разработке мероприятий по рациональному использованию энергии, как и в проводившихся работах в области технологий дистанционного диагностирования и технического обслуживания. Компания EMEF начала поиск путей снижения энергозатрат в 2009 г., в разгар финансового кризиса. За прошедшие годы EMEF и Nomad Tech разработали методику, основанную прежде всего на изменении стиля ведения поездов машинистами, а не на внедрении нового оборудования. Примерно треть энергии, потребляемой поездом, расходуется на собственные нужды, и здесь имеются существенные резервы энергосбережения. Первый этап сотрудничества с CP ориентирован на обучение машинистов соблюдению определенных принципов построения рабочего дня, в частности использования режима пониженного энергопотребления в ночное время. В числе других рассматриваемых аспектов — использование устройств освещения и кондиционирования во время уборки поездов. Например, было показано, что оставлять включенными устройства обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха во всех вагонах поезда в то время, когда в нем находится только один работник, занятый уборкой салона, нерационально. Данные, поступающие с установленных сотрудниками компании Nomad Tech бортовых устройств сбора данных и диагностирования, позволяют оценить действия машиниста и в дальнейшем могут использоваться при обучении экономичным методам ведения поезда. Наработки первого этапа экологической инициативы Nomad Tech, получившей название NT Eco, уже используются в повседневной эксплуатационной деятельности депо Сан-Бенту. Решения, которые предполагается внедрить в рамках второго этапа, разрабатываются с 2013 г. Новый этап предусматривает создание системы — советчика машиниста. Nomad Tech изначально разработала статичный, а не динамический инструмент, которым машинист оперирует посредством портативного планшета, а не через интерфейс в кабине. Тяговые характеристики подвижного состава используются для выдачи рекомендаций машинисту на основании действующего расписания, при этом при доработке интерфейса учитывается мнение персонала. Примерно половина предложений поступила непосредственно от машинистов. Кроме того, при разработке системы сотрудники CP могли настаивать на реализации дополнительных функций, среди которых, например, предоставление более подробных данных о местоположении, позволяющих давать указания машинистам, когда они оказываются в тумане, который является обычным явлением в окрестностях Порту. Машинисты могут менять режим работы системы-советчика, если этого требуют внешние факторы, — например, включать функцию отображения пропущенных вызовов со станции. Бортовое устройство, установленное компанией Nomad Tech, регистрирует информацию о тяговых и тормозных характеристиках при разгоне, пневматическом и электрическом торможении. Эта информация в дальнейшем используется для обучения машинистов. Выполненные в реальных условиях эксплуатации измерения показали, что за счет использования предложенных рекомендаций можно снизить расход энергии на 9,3 %. Предполагается, что на следующем этапе энергопотребление можно будет сократить на 7 – 15 %, что предварительно подтверждают результаты проведенных летом 2015 г. в течение 4 мес испытаний, в которых участвовали четыре электропоезда. Nomad Tech заинтересована в максимально быстрой окупаемости вложенных средств и ориентируется на продолжение сотрудничества с компанией-оператором, в том числе непосредственно с машинистами.

Материалы компаний Nomad Tech  и EMEF mKingsley. Railway Gazette International, 2016