氫能源有軌電車車輛段工藝設計探討

　　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、運用檢修工藝流程;最后，研究車輛段主要生產設施如停車列檢庫、月檢庫、定臨修庫和加氫站的任務及工作范圍與配置，為類似項目工藝設計提供參考。

　　關鍵詞：城市軌道交通;氫能源有軌電車;車輛段;工藝設計;修程修制;加氫站

　　《能源基地建設》創于198年，由中國能源基地研究主辦，能源建設刊物。旨在宣傳國家關于能源基地開發建設的方針、政策，對能源基地建設中的綜合性、長遠性、全局性重大理論與實踐問題進行深入研究和探討。

　　1 概述

　　現代有軌電車是一種中低運量的軌道交通制式，具有轉彎半徑小、爬坡能力強、可與市政交通共享路權、車輛載客量大、節能環保等優勢，近年來發展迅速。截至2019年6月，我國現代有軌電車已開通運營的線路長度為356.72 km，正在建設的線路長度約380 km，規劃線路長度約700 km。

　　氫能源電池技術的日益成熟，目前已在有軌電車領域得到了應用。如佛山市高明現代有軌電車試驗線已建成，氫能源有軌電車車輛已接車調試，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，具備續航里程長、零排放、無污染、噪聲低、全線無網等優勢。

　　由于采用氫燃料電池系統，車輛段的工藝流程、維修設施設置、維修設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與鈦酸鋰電池供電，氫動力系統主要包括燃料電池子系統、儲氫子系統、冷卻子系統、DC-DC電源裝置、動力電池和燃料電池能量控制系統等。其中，儲氫子系統為燃料電池供應氫氣，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，續航里程可達80～100 km。

　　為防止儲氫瓶氫氣泄漏，儲氫系統具備超溫檢測、超壓檢測、溫度壓力檢測、限流保護、低壓放空、泄漏檢測、緊急關斷、防碰撞、防火災、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和保養的場所，主要承擔有軌電車車輛各修程的維修任務，另外還負責車輛段及全線的物資供應、綜合維修、事故救援，并包含培訓中心、控制中心等機構。

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

　　4 工藝流程

　　氫能源有軌電車車輛在運行過程中，需要根據運行里程和時間補充氫氣。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，遠遠大于系統發車間隔3 min。另外，雖然車輛動力系統采用鈦酸鋰電池作為輔助，可單獨為列車提供牽引動力，維持列車運行至加氫站加氫，但是為了不影響第2天的正常運營，需要在當天列車退出運營回車輛段時，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。

　　當加氫站設置在車輛段內時，車輛運用、檢修作業流程如圖1所示。

　　當加氫站設置在車輛段外時，車輛運用、檢修作業流程如圖2所示。

　　5 設備設施配置

　　氫能源有軌電車車輛段的主要設施包括生產設施、輔助生產設施和生活辦公設施等。其中生產設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;輔助生產設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;生活辦公設施主要有綜合辦公樓、食堂和浴室等。由于生產設施的加砂、洗車、鏇輪、試車線、綜合維修、物資總庫及輔助生產設施和生活辦公設施與普通車輛段的差別不大，本文不再詳細分析。大架修設施，除氫動力系統為特種裝備須委外檢修外，其他零部件檢修設施與既有大架修設施相同。

　　5.1 停車列檢庫

　　5.1.1 任務及工作范圍

　　(1)承擔有軌電車車輛的停放、運用、整備作業。

　　(2)承擔列車進、出庫的技術交接、檢查和測試工作。

　　(3)承擔車輛段運用車輛司乘人員出、退勤技術交接工作。

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

　　(5)承擔車輛段運用車輛的內部清掃及定期消毒工作。

　　5.1.2 主要設備配置

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

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

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

　　(4)檢查坑內設帶防爆功能的安全照明、安全電壓照明插座及動力插座。

　　(5)庫內設有線廣播，以方便作業調度并利于列車出入庫安全。庫內適當位置設拖布池，以便于車內清掃及庫內地面清潔作業。

　　5.2 月檢庫

　　5.2.1 任務及工作范圍

　　月檢庫承擔有軌電車車輛的雙周、三月檢工作。對車輛進行全面技術檢查和必要的檢測，主要對司機室電器、車載通信信號設備、轉向架、控制系統、制動系統、輔助電源系統、牽引系統、客室設施、空調、氫動力系統進行全面檢查、清潔，并對部分設備進行檢測及更換易損件。