杭州地鐵5號線蓄電池工程車使用策略探討

(杭州杭港地鐵五號線有限公司，浙江 杭州 310000)

1 蓄電池工程車介紹

蓄電池工程車作為環(huán)保型工程車的代表，在國內(nèi)外得到大量的使用，其中深圳、廈門、廣州已批量化采購蓄電池工程車。該蓄電池工程車是株洲電力機(jī)車有限公司基于ZER4型工程車平臺為杭州地鐵5號線研制的，主要應(yīng)用于車輛段、停車場、隧道及地鐵線路等場所，進(jìn)行段內(nèi)調(diào)車、動力牽引、線路維護(hù)、救援等任務(wù)。

該車主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

本車主電路采用雙電源供電系統(tǒng)，即接觸網(wǎng)供電(DC1 500 V)和牽引蓄電池(800 V)供電。在接觸網(wǎng)無電的情況下，可使用牽引蓄電池供電，且能保證正常牽引作業(yè)；工程車在接觸網(wǎng)供電時，單機(jī)最高運行速度可達(dá)80 km/h；牽引蓄電池供電時，單機(jī)最高運行速度可達(dá)40 km/h。

2 蓄電池續(xù)航能力計算

牽引蓄電池采用進(jìn)口德國陽光蓄電池，型號4EPzV 400 V0，蓄電池單體為膠體免維護(hù)鉛酸蓄電池，每臺蓄電池工程車配置8個蓄電池箱，每箱有48個單體蓄電池，單體電壓2 V，容量400 Ah，蓄電池容量低于20%時將進(jìn)行牽引封鎖。

近年來，杭州地區(qū)全年平均氣溫在15 ℃～23 ℃，冬季平均氣溫在2 ℃～9 ℃，最低溫度達(dá)-10 ℃，由于不同溫度對蓄電池放電能力影響不同，結(jié)合輔助系統(tǒng)功率消耗，可對續(xù)航能力進(jìn)行估算，輔助負(fù)載功率消耗見表2。

主要輔助設(shè)備功率：

空氣壓縮機(jī)：1×9 kW(壓縮機(jī)為間歇工作，取0.25工作系數(shù))

司機(jī)室空調(diào)： 3 kW(按照單臺情況計算)

暖風(fēng)機(jī)： 3 kW(按照單臺情況計算)

輔助逆變器風(fēng)機(jī)：1×2.4 kW

機(jī)械間通風(fēng)機(jī)：3×0.06 kW

控制系統(tǒng)容量：約2 kW

表2 不同溫度下輔機(jī)運行及蓄電池容量影響情況分析

以9 ℃～22 ℃環(huán)境溫度下校核為例，根據(jù)《TB 1407-1998列車牽引計算規(guī)程》，對蓄電池工程車?yán)m(xù)航能力進(jìn)行估算：

考慮到溫度影響，該工況下蓄電池工程車的續(xù)航里程為:(400×0.8×0.9×0.9÷193.668)×51.5≈68.92 km，運行時間為68.92÷20≈3.44 h。

其余環(huán)境溫度下的續(xù)航里程見表3。

杭州地鐵5號線全長51.5 km，其中首通段正線全長17.76 km，后通段正線全長33.454 km。從五常車輛段行至姑娘橋停車場約37.5 km。根據(jù)表3可知，在9 ℃～22 ℃溫度下，單機(jī)牽引60 t負(fù)載的理論續(xù)航能力為68.92 km，理論上可以實現(xiàn)全線施工。此外，若雙機(jī)牽引197 t列車(一列杭州5號線地鐵列車空車重量)，僅使用蓄電池供電模式，亦可以實現(xiàn)從五常車輛段行至姑娘橋停車場。

表3 單機(jī)牽引60 t負(fù)載續(xù)航能力

3 蓄電池工程車使用工況策略

目前，杭州5號線GCY450型內(nèi)燃機(jī)車有4輛，內(nèi)燃機(jī)車在正線施工時，為了避免發(fā)生故障影響返回，規(guī)定內(nèi)燃機(jī)車在工作地點待命時，柴油機(jī)處于怠速狀態(tài)；而蓄電池工程車在待命時，需將輔助電氣系統(tǒng)部分設(shè)備打開，其余設(shè)備不需要啟動。

結(jié)合GCY450內(nèi)燃機(jī)車使用工況，對最常用的幾種工況進(jìn)行分析。

3.1 單機(jī)與軌道檢測車編組進(jìn)行軌道、限界檢測

由于軌檢車自帶輔助發(fā)電機(jī)，GCY450內(nèi)燃機(jī)車僅是作為牽引機(jī)車使用，此外，軌檢車自重約31t，根據(jù)蓄電池工程車?yán)m(xù)航能力進(jìn)行估算，在該工況下，可以選擇蓄電池工程車進(jìn)行代替。

3.2 雙機(jī)牽引軌道平車、攜吊平車編組進(jìn)行運輸作業(yè)

牽引軌道平車并不需要額外消耗蓄電池工程車的電池容量，故可以選擇蓄電池工程車進(jìn)行代替，而攜吊平車需要蓄電池工程車對其供電，1臺攜吊平車的電動葫蘆功率約6 kW，以鋼軌調(diào)運為例，調(diào)運時長約為1 h，依此估算出此過程2臺平板車電動葫蘆消耗蓄電池容量約為15 Ah，對整車的續(xù)航能力影響不大，故在該工況下，亦可以選擇蓄電池工程車代替。

3.3 雙機(jī)與鋼軌打磨車編組進(jìn)行鋼軌打磨作業(yè)

由于鋼軌打磨車作業(yè)時，會產(chǎn)生火花及大量的鐵粉，若采用蓄電池工程車與鋼軌打磨車編組作業(yè)，則存在蓄電池短路的風(fēng)險，同時打磨作業(yè)也會引起作業(yè)區(qū)間溫度上升，對電池容量也會有影響，鐵粉附著在車上各類高壓設(shè)備，對后續(xù)的清潔工作也造成一定的難度，故在該工況下不建議使用蓄電池工程車。

3.4 段場內(nèi)調(diào)車作業(yè)

車輛段場內(nèi)調(diào)車作業(yè)范圍有限，且大部分股道均有接觸網(wǎng)供電，在該工況下，可以使用蓄電池工程車代替。

3.5 熱滑等測試任務(wù)

地鐵線路開通前，需進(jìn)行多次熱滑等測試任務(wù)，工程車則需要完成以下任務(wù)：①工程車行提前壓道作業(yè)。②在某些無電區(qū)域，需要工程車牽引電客車。③電客車救援準(zhǔn)備工作。由于熱滑測試時接觸網(wǎng)為有電狀態(tài)，在該情況下，相比內(nèi)燃機(jī)車，使用蓄電池工程車執(zhí)行以上作業(yè)存在著不可比擬的優(yōu)勢。

綜上分析，在大部分常見工況下，均可使用蓄電池工程車以代替內(nèi)燃機(jī)車。

4 施工分析與總結(jié)

杭州地鐵5號線首通段于2019年6月底開通，自2019年7月以來，對5號線工程車正線施工進(jìn)行統(tǒng)計分析，其中，鋼軌打磨施工作業(yè)占據(jù)目前總施工量的58%，正線調(diào)運及軌道動態(tài)檢測分別占據(jù)了21%和21%，如圖1所示。由于現(xiàn)階段5號線還未全線開通，工程車正線施工多偏向于鋼軌打磨和調(diào)運貨物，參照1號線經(jīng)驗，在5號線全線貫通后，工程車正線施工亦會偏向于鋼軌打磨作業(yè)。

圖1 5號線工程車正線施工分析圖

5號線作為杭州地鐵第一條使用蓄電池工程車的線路，考慮到初次接觸該產(chǎn)品，應(yīng)逐步推進(jìn)蓄電池工程車的使用，預(yù)計在5號線全線開通后，蓄電池工程車的使用會使明年柴油成本相比1號線減少22%左右，在未來2～3年內(nèi)，隨著蓄電池工程車的運用成熟及使用范圍的擴(kuò)大，柴油成本會進(jìn)一步下降，最終達(dá)到成本的最優(yōu)。