氫能源有軌電車(chē)車(chē)輛段工藝設(shè)計(jì)探討

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

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

　　《能源基地建設(shè)》創(chuàng)于198年，由中國(guó)能源基地研究主辦，能源建設(shè)刊物。旨在宣傳國(guó)家關(guān)于能源基地開(kāi)發(fā)建設(shè)的方針、政策，對(duì)能源基地建設(shè)中的綜合性、長(zhǎng)遠(yuǎn)性、全局性重大理論與實(shí)踐問(wèn)題進(jìn)行深入研究和探討。

　　1 概述

　　現(xiàn)代有軌電車(chē)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(chē)輛載客量大、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)發(fā)展迅速。截至2019年6月，我國(guó)現(xiàn)代有軌電車(chē)已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的線路長(zhǎng)度為356.72 km，正在建設(shè)的線路長(zhǎng)度約380 km，規(guī)劃線路長(zhǎng)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(chē)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。如佛山市高明現(xiàn)代有軌電車(chē)試驗(yàn)線已建成，氫能源有軌電車(chē)車(chē)輛已接車(chē)調(diào)試，佛山市里水有軌電車(chē)示范線工程已立項(xiàng)。氫能源有軌電車(chē)是采用氫燃料電池作為動(dòng)力源的有軌電車(chē)車(chē)輛，具備續(xù)航里程長(zhǎng)、零排放、無(wú)污染、噪聲低、全線無(wú)網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)。

　　由于采用氫燃料電池系統(tǒng)，車(chē)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(chē)項(xiàng)目有較大的不同，因此需要對(duì)車(chē)輛段工藝進(jìn)行研究。

　　2 特點(diǎn)

　　2.1 供電制式

　　氫能源有軌電車(chē)采用氫動(dòng)力系統(tǒng)與鈦酸鋰電池供電，氫動(dòng)力系統(tǒng)主要包括燃料電池子系統(tǒng)、儲(chǔ)氫子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、DC-DC電源裝置、動(dòng)力電池和燃料電池能量控制系統(tǒng)等。其中，儲(chǔ)氫子系統(tǒng)為燃料電池供應(yīng)氫氣，包含氫氣的加注、儲(chǔ)存和供給。目前，氫能源有軌電車(chē)儲(chǔ)氫系統(tǒng)配置6個(gè)儲(chǔ)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(chǔ)存氫氣20 kg，續(xù)航里程可達(dá)80～100 km。

　　為防止儲(chǔ)氫瓶氫氣泄漏，儲(chǔ)氫系統(tǒng)具備超溫檢測(cè)、超壓檢測(cè)、溫度壓力檢測(cè)、限流保護(hù)、低壓放空、泄漏檢測(cè)、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(wú)氫能源有軌電車(chē)的修程修制，那么根據(jù)氫能源有軌電車(chē)車(chē)輛的維修手冊(cè)，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(chē)車(chē)輛段是有軌電車(chē)車(chē)輛日常維護(hù)和保養(yǎng)的場(chǎng)所，主要承擔(dān)有軌電車(chē)車(chē)輛各修程的維修任務(wù)，另外還負(fù)責(zé)車(chē)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(chē)車(chē)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(chē)輛段內(nèi)，因此車(chē)輛段還應(yīng)具備加氫功能;②利用社會(huì)化的加氫站(即加氫站不在車(chē)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(chē)車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中，需要根據(jù)運(yùn)行里程和時(shí)間補(bǔ)充氫氣。按目前45 MPa加氫站，加滿1列車(chē)(儲(chǔ)氫瓶容量840 L)需要10～15 min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)發(fā)車(chē)間隔3 min。另外，雖然車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)采用鈦酸鋰電池作為輔助，可單獨(dú)為列車(chē)提供牽引動(dòng)力，維持列車(chē)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(yíng)，需要在當(dāng)天列車(chē)退出運(yùn)營(yíng)回車(chē)輛段時(shí)，加滿氫氣后再入庫(kù)停放。

　　車(chē)輛檢修時(shí)，為保證檢修作業(yè)安全，需要將儲(chǔ)氫瓶的氫氣用氮?dú)庵脫Q，然后用公鐵兩用車(chē)牽引入庫(kù)檢修。

　　當(dāng)加氫站設(shè)置在車(chē)輛段內(nèi)時(shí)，車(chē)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(chē)輛段外時(shí)，車(chē)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(chē)車(chē)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(chē)列檢庫(kù)、月檢庫(kù)、定臨修庫(kù)、加砂庫(kù)、洗車(chē)庫(kù)、鏇輪庫(kù)、試車(chē)線、加氫站、綜合維修、物資總庫(kù)和輔跨車(chē)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(kù);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(chē)、鏇輪、試車(chē)線、綜合維修、物資總庫(kù)及輔助生產(chǎn)設(shè)施和生活辦公設(shè)施與普通車(chē)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(dòng)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(chē)列檢庫(kù)

　　5.1.1 任務(wù)及工作范圍

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

　　(2)承擔(dān)列車(chē)進(jìn)、出庫(kù)的技術(shù)交接、檢查和測(cè)試工作。

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

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

　　(5)承擔(dān)車(chē)輛段運(yùn)用車(chē)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(kù)內(nèi)停放的都是充滿氫氣的有軌電車(chē)車(chē)輛，日檢人員在進(jìn)入庫(kù)內(nèi)作業(yè)前，需要進(jìn)行靜電消除，因此，在入庫(kù)端需設(shè)置靜電消除裝置。

　　(2)為確保日檢人員對(duì)車(chē)頂電氣設(shè)備及氫動(dòng)力系統(tǒng)的巡檢，需要設(shè)置車(chē)頂作業(yè)平臺(tái)及氫氣檢測(cè)儀。

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

　　(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(dòng)力插座。

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

　　5.2 月檢庫(kù)

　　5.2.1 任務(wù)及工作范圍

　　月檢庫(kù)承擔(dān)有軌電車(chē)車(chē)輛的雙周、三月檢工作。對(duì)車(chē)輛進(jìn)行全面技術(shù)檢查和必要的檢測(cè)，主要對(duì)司機(jī)室電器、車(chē)載通信信號(hào)設(shè)備、轉(zhuǎn)向架、控制系統(tǒng)、制動(dòng)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(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查、清潔，并對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)及更換易損件。