佛山高明氫能源現(xiàn)代有軌電車日常維保探討

陳建邦

（佛山市鐵路投資建設(shè)集團有限公司，廣東佛山 528000）

0 引言

現(xiàn)代有軌電車作為一種新型綠色的公共交通方式，具有節(jié)能環(huán)保、載運量大、舒適便捷、建設(shè)周期短、成本低、適應(yīng)性強等特點，隨著城市的現(xiàn)代化建設(shè)和人口發(fā)展現(xiàn)狀，地面公共交通有軌電車需求巨大。

傳統(tǒng)有軌電車普遍采用接觸網(wǎng)供電，隨著社會和技術(shù)的發(fā)展，無接觸網(wǎng)供電技術(shù)成為現(xiàn)代有軌電車的發(fā)展趨勢。近年來隨著大功率燃料電池技術(shù)逐步成熟，并成功在現(xiàn)代有軌電車上得到了應(yīng)用。國內(nèi)方面，2015年3 月19 日青島四方機車車輛股份有限公司研制的氫能源有軌電車成功下線，2016年由西南交通大學主持研發(fā)的氫燃料混合動力有軌電車在唐車下線，2017年青島四方機車車輛股份有限公司研發(fā)設(shè)計的首列氫能有軌電車在佛山投產(chǎn)［1］。

2019年12 月30 日佛山高明氫能源有軌電車示范線投入商業(yè)運營［2］，其開通運營備受各界關(guān)注，尤其是車輛的安全運營成為了重點關(guān)注點。車輛日常檢修維保工作是保障車輛的安全運營的關(guān)鍵要素之一，選擇一套與氫燃料動力系統(tǒng)車輛相匹配、相適應(yīng)的檢修維保方法，對氫能源有軌電車運營和維護的安全性、經(jīng)濟性具有重要影響。因此本文根據(jù)高明氫能源有軌電車的特點，在日常維保修程、維保工藝、維保模式及人員配置等方面進行探討。

1 佛山高明氫能源有軌電車示范線特點

1.1 項目特點

佛山市高明區(qū)氫能源有軌電車示范線首期工程線路全長約6.57 km，設(shè)車站10 座，平均站間距約640 m，出場線全長341.43 m，入場線全長268.06 m，最小曲線半徑25 m，最大坡度12‰。首期工程設(shè)停車場1 座，并配套加氫站1 座，停車場用地面積約26000 m2，加氫站用地3000 m2。

1.2 車輛特點

高明有軌電車采用100%低地板、鉸接式現(xiàn)代有軌電車，列車設(shè)計最高運營速度70 km／ h，初、近、遠期均為3 模塊4 轉(zhuǎn)向架編組。車輛采用氫燃料電池作為牽引動力，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，燃料電池系統(tǒng)采用加拿大巴拉德公司生產(chǎn)的FCveloCity ?－ SFHD－200型200 kW大功率燃料電池，電池箱內(nèi)部由兩個100 kW燃料電池子模塊、空氣輸送模塊、冷卻液輸送模塊、通信控制模塊等組成；儲氫系統(tǒng)為燃料電池供應(yīng)氫氣，包含氫氣的加注、儲存和供給，一列車配置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18～20 kg，續(xù)航里程可達80～100 km，加氫口位于M1 車車頂兩側(cè)，方便加氫操作。

2 日常維保修程

作為投入商業(yè)運營的氫能源有軌電車項目，目前尚無成熟的修程修制，結(jié)合國內(nèi)已開通有軌電車檢修維保經(jīng)驗，先行制定日常維保修程及檢修周期如表1 所示。由表可知，高明氫能源有軌電車日常維保檢修規(guī)程分為2 級，分別是日檢、均衡修。日檢主要是針對車輛的安全性及完整性檢查；均衡修主要是在分析、綜合全年車輛檢修項點和檢修頻次、各項點檢修所需人員、時間的基礎(chǔ)上，分成固定檢修和可變檢修兩部分，再結(jié)合季節(jié)特點、部件特點、故障易發(fā)時間、高峰期等趨勢，將檢修工作量大致均分到12 個月中，編制每月的檢修項點、檢修要求、檢修方法，形成高效可控的維保方式［3］。

表1 車輛日常修程及檢修周期

由于車輛采用氫燃料電池系統(tǒng)作為牽引動力源，結(jié)合氫燃料系統(tǒng)的特殊性，日常檢修維保的重點將放在燃料電池子系統(tǒng)、儲氫子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、DC－ DC 電源裝置等設(shè)備上，表2、表3 舉例列出了氫燃料動力系統(tǒng)部分檢修內(nèi)容及要求。

表2 氫燃料動力系統(tǒng)無電檢修的部分日檢內(nèi)容及要求

表3 氫燃料動力系統(tǒng)無電檢修的部分均衡檢內(nèi)容及要求

3 日常維保工藝布局

3.1 功能

高明氫能源有軌電車首期工程配置的智湖停車場是車輛日常維護和保養(yǎng)的場所，主要承擔初期全線車輛停放和運用管理、日常檢修任務(wù)、簡易臨修、事故救援工作及車輛的清掃洗刷，還負責停車場及全線的物資供應(yīng)、綜合維修、事故救援，并包含培訓中心、控制中心等機構(gòu)。同時配套加氫站1 座，實現(xiàn)氫氣加注。

3.2 總體工藝分析

停車場以運停車場總平面采用順向橫列式布置，整個廠區(qū)分為工藝區(qū)、氫氣加注區(qū)、廠前區(qū)3 個區(qū)域，具體如圖1 所示［4］，主要布置如下。

圖1 停車場平面布置

（1）工藝區(qū)主要以運用庫為主體進行布置，運用庫由停車／列檢庫、月檢／臨修庫、運轉(zhuǎn)綜合樓及鏇輪庫組成，設(shè)在場址東端，盡端式布置，西端與出入場線及牽出線連通。

（2）氫氣加注區(qū)設(shè)在新車裝卸場地南側(cè)，由月臺加氫機及其加氣機罩棚構(gòu)成，加氫機為雙槍，可為氫能有軌電車加氫，首期設(shè)2 座加氫機。

（3）廠前區(qū)設(shè)綜合樓1 座，由運營用房、停車場的生產(chǎn)管理用房、調(diào)度管理中心、材料間和綜合維修工區(qū)用房以及乘務(wù)員公寓及食堂等房屋合建，位于運用庫西北側(cè)。

3.3 日常檢修維保工藝分析

3.3.1 停車列檢庫

停車列檢庫長58 m、寬19.5 m，由1 個4 線庫組成，共設(shè)置庫線4 股道，均按一線兩列位布置，前端一列位為列檢列位，后端一列位為露天停車列位。

3.3.1.1 主要檢修維保任務(wù)

（1）承擔氫能源有軌電車車輛的停放、運用、整備作業(yè)；

（2）承擔車輛進、出庫的技術(shù)交接、檢查和測試工作；

（3）承擔運用車輛的日常功能檢查、技術(shù)檢查和一般性臨時故障的處理工作；

（4）承擔運用車輛的內(nèi)部清掃及定期消毒工作。

3.3.1.2 主要檢修維保設(shè)備配置

（1）為確保日檢人員對車頂設(shè)備巡檢，設(shè)置車頂作業(yè)平臺；

（2）由于局部自然通風條件較差、人員多、作業(yè)量大，庫頂設(shè)防爆型機械通風裝置、庫內(nèi)設(shè)防爆型壁掛風扇；

（3）由于庫內(nèi)停放的都是充有氫氣的有軌電車車輛，日檢人員在進入庫內(nèi)作業(yè)前需要進行靜電消除，在入庫端需設(shè)置靜電消除裝置；

（4）檢修坑道設(shè)置帶防爆功能的安全照明、安全電壓照明插座及動力插座；

（5）為確保對車頂氫動力系統(tǒng)檢修前的安全檢測，設(shè)置氫氣檢測儀；

（6）為確保夏季檢修室內(nèi)作業(yè)溫度過高，設(shè)置便攜式防爆型風扇及線盤。

3.3.1.3 主要檢修運用工藝流程

高明氫能源有軌電車日檢工作主要在停車列檢庫完成，日檢主要針對車輛的安全性及完整性檢查，其規(guī)程分為有電檢查和無電檢查兩部分，兩部分內(nèi)容均由檢修維保人員執(zhí)行。無電檢查主要檢查車鉤、轉(zhuǎn)向架、制動、客室內(nèi)裝、車頂設(shè)備等，有電檢查主要檢查車輛啟動激活、PIS、車門、照明及故障記錄等。為了保障日檢工作安全有序完成，所有作業(yè)人員應(yīng)正確著裝，進入檢修廠房前須消除靜電，高空作業(yè)戴好安全帽、系好安全帶，接觸蓄電池、氫燃料系統(tǒng)時，須穿防靜電服、穿防靜電鞋套，不允許使用未經(jīng)絕緣處理的金屬工具，主要預(yù)防措施必須到位，人員、工具、車輛均達到整備條件，檢查項點全面有序進行。具體工藝流程如圖2 所示。

圖2 氫能源列車日檢工藝流程

3.3.2 月檢／臨修庫

月檢／臨修庫在停車列檢棚的北側(cè)，庫長57.6 m，寬15 m，由1 個2 線庫組成。設(shè)置月檢線1 條，帶普通壁式檢查坑，一線一列位，滿足3 模塊氫能源低地板有軌電車的均衡修作業(yè)要求；設(shè)臨修線1 條，帶普通壁式檢查坑，設(shè)移動式架車機1 套（16 臺）、10 t電動單梁橋式起重機1 臺，滿足3 模塊氫能源低地板有軌電車的簡易臨修、定修作業(yè)要求。

3.3.2.1 主要檢修維保任務(wù)

月檢／臨修庫承擔氫能源有軌電車車輛臨時停放作業(yè)和均衡修作業(yè)。

3.2.2.2 主要檢修維保設(shè)備配置

（1）月檢庫內(nèi)股道設(shè)置壁式檢查坑，坑內(nèi)設(shè)照明和動力插座，檢修列位兩側(cè)設(shè)車頂作業(yè)平臺。

（2）由于局部自然通風條件較差、人員多、作業(yè)量大，庫頂設(shè)防爆型機械通風裝置、庫內(nèi)設(shè)防爆型壁掛風扇。

（3）月檢庫內(nèi)設(shè)有線廣播，以方便作業(yè)調(diào)度并保證列車出入庫安全。

（4）為便于技術(shù)檢查、檢測、部件的更換和運輸，月檢庫內(nèi)配置了靜調(diào)電源柜、蓄電池叉車等設(shè)備。

（5）為便于有軌電車撒砂系統(tǒng)正常加砂，配置上砂設(shè)備。

（6）為確保對車頂氫動力系統(tǒng)檢修前的安全檢測，設(shè)置氫氣檢測儀。

（7）為確保夏季室內(nèi)檢修作業(yè)溫度過高，設(shè)置便攜式防爆型風扇及插座。

（8）為滿足3 模塊氫能源低地板有軌電車的簡易臨修、定修作業(yè)要求，設(shè)移動式架車機1 套（16 臺）、10 t 電動單梁橋式起重機1 臺。

3.3.2.3 主要檢修運用工藝流程

高明氫能源有軌電車均衡修工作主要在月檢／臨修庫完成，均衡修主要針對車輛進行一次較為全面的日常檢查，針對部分關(guān)鍵零部件，結(jié)合季節(jié)、運行里程、生命周期等特點，進行較為深入地檢查和更換易損易耗件。為了保障均衡修工作安全有序完成，所有作業(yè)人員需做好安全預(yù)防措施，車輛進入庫房后，需對車輛進行氫氣置換或?qū)鋲毫ο闹?.2 MPa 后方可開展作業(yè)，對車頂燃料電池、儲氫、冷卻設(shè)備檢修過程作業(yè)過程中，須穿防靜電服、穿防靜電鞋套，使用防爆型工器具。具體工藝流程如圖3 所示。

圖3 氫能源列車均衡修、臨修工藝流程

3.3.3 加氫線

為確保有軌電車氫氣加注和氫氣置換，在氫氣區(qū)設(shè)置3 條加氫軌道。由于車輛加氫口位于車頂，需要在加氫股道間設(shè)置加氫月臺，配置2 座加氫機，滿足有軌電車加氫需要。同時考慮到部分維保作業(yè)安全，需要在加氫區(qū)將儲氫瓶的氫氣用氮氣置換，置換作業(yè)完成后，用公鐵兩用車將車輛牽引入庫檢修。

4 維保模式及人員配置

鑒于高明氫能源有軌電車示范項目采用PPP 建設(shè)模式，首期工程線路較短、配置車輛數(shù)較少、運營商開通運營經(jīng)驗較少等，結(jié)合目前國內(nèi)已運營有軌電車檢修維保經(jīng)驗，高明氫能源有軌電車日常維保采用了委外修模式，通過引入社會專業(yè)化維保單位，實現(xiàn)最大化的綜合效益［5］。同時運營商考慮到車輛日常維修操作的合理性、高效性，將停車場內(nèi)與車輛相關(guān)的工藝設(shè)備一并委托同一家維保單位進行維保和操作使用，如公鐵兩用車、不落輪鏇床、架車機、起重機、各類叉車、各類搬運車等。

根據(jù)日常維保檢修規(guī)程和維保范圍，結(jié)合運營現(xiàn)狀，經(jīng)過充分調(diào)研和測算，開通穩(wěn)定后配置18 人，具體人員分工內(nèi)容如表4 所示。

表4 委外公司人員配置及崗位職責

5 維保實施情況及建議

截止2020年12 月30 日高明氫能源有軌電車已正式開通試運營1 周年，5 列車共計運營里程124496 km，期間共計進行車輛日檢365 次、均衡修12 次，檢修維保計劃執(zhí)行率達到99%以上，各類運營指標、安全指標總體穩(wěn)定并持續(xù)提升。項目開通初期車輛運行過程中系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性，故障問題主要發(fā)生在燃料電池、儲氫系統(tǒng)、制動系統(tǒng)，通過日常檢修維保、現(xiàn)場故障處置、技術(shù)加改、產(chǎn)品升級等措施提升了車輛運用的安全性和穩(wěn)定性。

作為全國采用氫燃料電池作為牽引動力的有軌電車示范線，車輛設(shè)置有儲氫罐、停車場設(shè)置有加氫站，這對車輛檢修維保工藝和安全防護提出了更高的要求，建議：（1）持續(xù)規(guī)范車輛安全維護操作、完善安全作業(yè)區(qū)域及防爆要求；（2）持續(xù)完善氫燃料動力系統(tǒng)相關(guān)核心部件的修程修制；（3）加快推進儲氫系統(tǒng)、氫燃料電池國產(chǎn)化進程，推進氫燃料動力系統(tǒng)關(guān)鍵部件自主檢修維保。

6 結(jié)束語

隨著氫能的推廣應(yīng)用，尤其是氫燃料電池技術(shù)的發(fā)展和進步，當?shù)卣畬⒋罅Πl(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)，通過支持氫能源有軌電車投產(chǎn)應(yīng)用，帶動上下游產(chǎn)業(yè)鏈在當?shù)匦纬梢欢ǖ囊?guī)模效應(yīng)，為新一輪的產(chǎn)業(yè)升級提供基礎(chǔ)。此次佛山高明氫能源有軌電車項目成功開通運營，為當?shù)貧淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐，對當?shù)亟煌ōh(huán)境的改善發(fā)揮了重要作用。本文通過探討和實施有軌電車日常檢修維保，確保了車輛的安全運營，對氫能源有軌電車制式地推廣應(yīng)用具有重要的示范意義。