氫能源有軌電車車輛段工藝設(shè)計探討

　　摘 要：氫能源有軌電車是采用氫燃料電池作為動力源的有軌電車車輛，是未來發(fā)展的趨勢。首先，從供電制式、修程修制方面分析氫能源有軌電車的特點;然后，針對這些特點，分析氫能源有軌電車車輛段的功能、運(yùn)用檢修工藝流程;最后，研究車輛段主要生產(chǎn)設(shè)施如停車列檢庫、月檢庫、定臨修庫和加氫站的任務(wù)及工作范圍與配置，為類似項目工藝設(shè)計提供參考。

　　關(guān)鍵詞：城市軌道交通;氫能源有軌電車;車輛段;工藝設(shè)計;修程修制;加氫站

　　《能源基地建設(shè)》創(chuàng)于198年，由中國能源基地研究主辦，能源建設(shè)刊物。旨在宣傳國家關(guān)于能源基地開發(fā)建設(shè)的方針、政策，對能源基地建設(shè)中的綜合性、長遠(yuǎn)性、全局性重大理論與實踐問題進(jìn)行深入研究和探討。

　　1 概述

　　現(xiàn)代有軌電車是一種中低運(yùn)量的軌道交通制式，具有轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強(qiáng)、可與市政交通共享路權(quán)、車輛載客量大、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅速。截至2019年6月，我國現(xiàn)代有軌電車已開通運(yùn)營的線路長度為356.72 km，正在建設(shè)的線路長度約380 km，規(guī)劃線路長度約700 km。

　　氫能源電池技術(shù)的日益成熟，目前已在有軌電車領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如佛山市高明現(xiàn)代有軌電車試驗線已建成，氫能源有軌電車車輛已接車調(diào)試，佛山市里水有軌電車示范線工程已立項。氫能源有軌電車是采用氫燃料電池作為動力源的有軌電車車輛，具備續(xù)航里程長、零排放、無污染、噪聲低、全線無網(wǎng)等優(yōu)勢。

　　由于采用氫燃料電池系統(tǒng)，車輛段的工藝流程、維修設(shè)施設(shè)置、維修設(shè)備配置都與其他有軌電車項目有較大的不同，因此需要對車輛段工藝進(jìn)行研究。

　　2 特點

　　2.1 供電制式

　　氫能源有軌電車采用氫動力系統(tǒng)與鈦酸鋰電池供電，氫動力系統(tǒng)主要包括燃料電池子系統(tǒng)、儲氫子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、DC-DC電源裝置、動力電池和燃料電池能量控制系統(tǒng)等。其中，儲氫子系統(tǒng)為燃料電池供應(yīng)氫氣，包含氫氣的加注、儲存和供給。目前，氫能源有軌電車儲氫系統(tǒng)配置6個儲氫氣瓶，額定工作壓力為35 MPa，額定充裝體積為840 L，加滿后共儲存氫氣20 kg，續(xù)航里程可達(dá)80～100 km。

　　為防止儲氫瓶氫氣泄漏，儲氫系統(tǒng)具備超溫檢測、超壓檢測、溫度壓力檢測、限流保護(hù)、低壓放空、泄漏檢測、緊急關(guān)斷、防碰撞、防火災(zāi)、防氫氣聚集等安全措施。

　　2.2 修程修制

　　目前尚無氫能源有軌電車的修程修制，那么根據(jù)氫能源有軌電車車輛的維修手冊，建議的修程及檢修周期如表1所示。

　　3 功能

　　氫能源有軌電車車輛段是有軌電車車輛日常維護(hù)和保養(yǎng)的場所，主要承擔(dān)有軌電車車輛各修程的維修任務(wù)，另外還負(fù)責(zé)車輛段及全線的物資供應(yīng)、綜合維修、事故救援，并包含培訓(xùn)中心、控制中心等機(jī)構(gòu)。

　　氫能源有軌電車車輛由于需要加氫作業(yè)，因此需要設(shè)置加氫站。目前，加氫站的設(shè)置有2種方式：①設(shè)置在車輛段內(nèi)，因此車輛段還應(yīng)具備加氫功能;②利用社會化的加氫站(即加氫站不在車輛段內(nèi))。2種方式均需要在加氫站設(shè)置加氫股道。

　　4 工藝流程

　　氫能源有軌電車車輛在運(yùn)行過程中，需要根據(jù)運(yùn)行里程和時間補(bǔ)充氫氣。按目前45 MPa加氫站，加滿1列車(儲氫瓶容量840 L)需要10～15 min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)發(fā)車間隔3 min。另外，雖然車輛動力系統(tǒng)采用鈦酸鋰電池作為輔助，可單獨為列車提供牽引動力，維持列車運(yùn)行至加氫站加氫，但是為了不影響第2天的正常運(yùn)營，需要在當(dāng)天列車退出運(yùn)營回車輛段時，加滿氫氣后再入庫停放。

　　車輛檢修時，為保證檢修作業(yè)安全，需要將儲氫瓶的氫氣用氮氣置換，然后用公鐵兩用車牽引入庫檢修。

　　當(dāng)加氫站設(shè)置在車輛段內(nèi)時，車輛運(yùn)用、檢修作業(yè)流程如圖1所示。

　　當(dāng)加氫站設(shè)置在車輛段外時，車輛運(yùn)用、檢修作業(yè)流程如圖2所示。

　　5 設(shè)備設(shè)施配置

　　氫能源有軌電車車輛段的主要設(shè)施包括生產(chǎn)設(shè)施、輔助生產(chǎn)設(shè)施和生活辦公設(shè)施等。其中生產(chǎn)設(shè)施主要有停車列檢庫、月檢庫、定臨修庫、加砂庫、洗車庫、鏇輪庫、試車線、加氫站、綜合維修、物資總庫和輔跨車間等;輔助生產(chǎn)設(shè)施主要有牽引變電所、給水加壓站、污水處理站和特種材料庫;生活辦公設(shè)施主要有綜合辦公樓、食堂和浴室等。由于生產(chǎn)設(shè)施的加砂、洗車、鏇輪、試車線、綜合維修、物資總庫及輔助生產(chǎn)設(shè)施和生活辦公設(shè)施與普通車輛段的差別不大，本文不再詳細(xì)分析。大架修設(shè)施，除氫動力系統(tǒng)為特種裝備須委外檢修外，其他零部件檢修設(shè)施與既有大架修設(shè)施相同。

　　5.1 停車列檢庫

　　5.1.1 任務(wù)及工作范圍

　　(1)承擔(dān)有軌電車車輛的停放、運(yùn)用、整備作業(yè)。

　　(2)承擔(dān)列車進(jìn)、出庫的技術(shù)交接、檢查和測試工作。

　　(3)承擔(dān)車輛段運(yùn)用車輛司乘人員出、退勤技術(shù)交接工作。

　　(4)承擔(dān)車輛段運(yùn)用車輛的功能檢查、技術(shù)檢查和一般性臨時故障的處理工作。

　　(5)承擔(dān)車輛段運(yùn)用車輛的內(nèi)部清掃及定期消毒工作。

　　5.1.2 主要設(shè)備配置

　　(1)由于庫內(nèi)停放的都是充滿氫氣的有軌電車車輛，日檢人員在進(jìn)入庫內(nèi)作業(yè)前，需要進(jìn)行靜電消除，因此，在入庫端需設(shè)置靜電消除裝置。

　　(2)為確保日檢人員對車頂電氣設(shè)備及氫動力系統(tǒng)的巡檢，需要設(shè)置車頂作業(yè)平臺及氫氣檢測儀。

　　(3)為防止一般人員上車頂，需要在平臺上設(shè)置安全連鎖系統(tǒng)。為方便工作人員上下列車，每列位首尾均設(shè)置固定式司機(jī)上車平臺。

　　(4)檢查坑內(nèi)設(shè)帶防爆功能的安全照明、安全電壓照明插座及動力插座。

　　(5)庫內(nèi)設(shè)有線廣播，以方便作業(yè)調(diào)度并利于列車出入庫安全。庫內(nèi)適當(dāng)位置設(shè)拖布池，以便于車內(nèi)清掃及庫內(nèi)地面清潔作業(yè)。

　　5.2 月檢庫

　　5.2.1 任務(wù)及工作范圍

　　月檢庫承擔(dān)有軌電車車輛的雙周、三月檢工作。對車輛進(jìn)行全面技術(shù)檢查和必要的檢測，主要對司機(jī)室電器、車載通信信號設(shè)備、轉(zhuǎn)向架、控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、客室設(shè)施、空調(diào)、氫動力系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查、清潔，并對部分設(shè)備進(jìn)行檢測及更換易損件。