電力蓄電池工程車市場運(yùn)用情況研究

蔣 鏹,鄧虹輝

（中車株洲電力機(jī)車有限公司,湖南 株洲 412001）

0 引言

電力蓄電池工程車采用電力驅(qū)動，其低噪聲、低振動及零排放等綠色環(huán)保性能可有效緩解地鐵車輛段上蓋物業(yè)開發(fā)所面臨的環(huán)保問題[1-2]。隨著國家對于碳達(dá)峰、碳中和的綠色環(huán)保要求，軌道工程車油改電進(jìn)程逐步加快，這必然會給電力蓄電池工程車的市場帶來蓬勃發(fā)展[3-4]。電力蓄電池工程車平臺構(gòu)建既需符合市場靈活性要求、又要滿足用戶多樣需求。強(qiáng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝、制造、市場、售后的聯(lián)動及一體化建設(shè)，為用戶提供安全、環(huán)保、綠色、智能、便于使用、便于維護(hù)和便于檢修的軌道工程車產(chǎn)品，打造面向市場的產(chǎn)業(yè)體系勢在必行。

1 技術(shù)特點(diǎn)

隨著技術(shù)的發(fā)展和市場需求的擴(kuò)展，電力蓄電池工程車技術(shù)平臺越來越豐富，出現(xiàn)了多源制、多流制、混合動力等新技術(shù)，可適用于多種地鐵線路條件及復(fù)雜工況要求，其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）動力系統(tǒng)可集成牽引接觸網(wǎng)/第三軌，蓄電池、柴油機(jī)、超級電容。

（2）整車限界涵蓋了地鐵A 型、B 型、C 型線路。

（3）牽引蓄電池類型包括鉛酸膠體蓄電池、鈦酸鋰電池[5]。

（4）整車速度等級涵蓋了65 km/h、80 km/h、120 km/h。

（5）受流制式包括：DC750 V、DC1 500 V、DC3 000 V、AC25 000 V。

（6）集成各套檢測設(shè)備如弓網(wǎng)檢測系統(tǒng)、軌道檢測系統(tǒng)、鋼軌探傷系統(tǒng)、隧道輪廓檢測系統(tǒng)等。

2 運(yùn)用情況

2.1 作業(yè)及充電管理模式

電力蓄電池工程車主電路采用雙電源供電系統(tǒng)，牽引工況下采用接觸網(wǎng)/第三軌或牽引蓄電池供電。當(dāng)蓄電池工程車處于電制動工況時(shí)，牽引電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)下的三相交流電通過逆變器的反向整流給牽引蓄電池反饋能量，當(dāng)反饋能量超過牽引蓄電池需要時(shí)，通過制動電阻消耗能量。

蓄電池的充電一般采用庫內(nèi)充電電纜和接觸網(wǎng)充電兩種模式：

2.1.1 庫內(nèi)充電電纜充電

以北京地鐵7 號線電力蓄電池工程車為例，其采用第三軌受流，庫內(nèi)接觸軌沒有電，一般采用庫內(nèi)充電。當(dāng)蓄電池電量低于60%時(shí)，停止出車返回庫內(nèi)充電，充電過程中定時(shí)巡視充電現(xiàn)場，觀察異音、異味等現(xiàn)象，約1 h 巡視一次，一般6～8 h 可充至85%以上。

2.1.2 DC1 500 V 接觸網(wǎng)充電

以長沙地鐵2 號線車輛段電力蓄電池工程車為例，配置了庫內(nèi)充電插座及充電電纜，但司機(jī)一般將工程車停到庫房外升弓充電。充電過程中安排人員巡視。充電時(shí)間上午到下午，6～8 h 可充至85%以上電量。

2.2 使用率

長沙、北京、寧波、蘇州、上海等地工程車目前大多數(shù)用于段內(nèi)調(diào)車。由于段內(nèi)調(diào)車作業(yè)任務(wù)量不大，且作業(yè)線路平直，對電力蓄電池工程車牽引、制動、續(xù)航等性能要求不高，整車性能不能得到充分利用和發(fā)揮。其牽引速度一般不超過15 km/h，牽引力發(fā)揮不到60%，牽引蓄電池容量消耗約3%～10%。對國內(nèi)外15 個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)研，工程車使用情況如表1 所示。

表1 工程車使用情況

蓄電池工程車的使用情況主要有以下兩個(gè)特點(diǎn)：

2.2.1 使用頻率高，但行駛千米數(shù)少

以北京7 號線焦化段電力蓄電池工程車為例，其車輛段有12 名內(nèi)燃車司機(jī)，均通過公司的培訓(xùn)并獲得操作證，全員都能操作駕駛電力蓄電池工程車。當(dāng)接到調(diào)車任務(wù)時(shí)，優(yōu)先選擇采用電力蓄電池工程車完成任務(wù)。北京地鐵7 號線僅采購了一臺電力蓄電池工程車，車輛僅用于段內(nèi)調(diào)車，平均每天執(zhí)行2 次調(diào)車任務(wù)，每次任務(wù)行駛1.3 km，月行駛千米數(shù)約80 km。

2.2.2 使用頻率低，行駛千米數(shù)少

以長沙地鐵2 號線蓄電池工程車為例，其目前僅用于段內(nèi)調(diào)車，平均每星期使用一次，平均每次調(diào)車任務(wù)大約耗時(shí)1 h，平均每月運(yùn)行為30 km，使用率較低。

以成都地鐵4 號線電力蓄電池工程車為例，為保障調(diào)車作業(yè)的冗余性，每次作業(yè)同時(shí)安排兩臺工程車，但月平均千米數(shù)也只有55.3 km。

2.3 故障及維修保養(yǎng)模式

以北京地鐵7 號線和長沙地鐵2 號線為例，車輛到段后主要故障如下：

2.3.1 北京地鐵7 號線電力蓄電池工程車

（1）壓縮機(jī)油出現(xiàn)過一次油量過低，補(bǔ)油后至今再未出現(xiàn)過油量過低的現(xiàn)象。

（2）牽引蓄電池容量較低時(shí)，在充電初期的恒流充電階段，充電機(jī)聲音比較大。分析為充電初期為大電流充電，斬波器大功率運(yùn)行，存在一定噪聲，屬于正?，F(xiàn)象。

（3）交車調(diào)試階段出現(xiàn)過牽引電機(jī)異音現(xiàn)象，更換電機(jī)后故障排除。

2.3.2 長沙地鐵2 號線電力蓄電池工程車

（1）由于使用率不高，電力蓄電池工程車長期存放也存在以下問題，如壓縮機(jī)油乳化、司機(jī)室長期封閉存在刺鼻異味。

（2）司機(jī)室風(fēng)扇出風(fēng)量少，司機(jī)頭部位置感覺不到有風(fēng)。增加回風(fēng)口并對風(fēng)扇葉片進(jìn)行換型后，風(fēng)量增大可滿足使用要求。

（3）中間繼電器=21-A11-K04 輔助觸點(diǎn)燒結(jié)，更換后未再出現(xiàn)同類故障。

目前工程車售后模式比較簡單，由于工程車采購數(shù)量不大，且分布于全國各城市，故各車輛段未配置專屬售后服務(wù)人員。用戶根據(jù)產(chǎn)品的維修手冊編制了機(jī)車月檢、半年檢、年檢規(guī)程，并按時(shí)對蓄電池工程車做了相應(yīng)的月檢、半年檢和年檢工作。

長沙地鐵2 號線司機(jī)及配置維護(hù)人員均為內(nèi)燃工程車原班人員，與前期推薦方案工程車司機(jī)及維護(hù)人員與地鐵車輛通用存在偏差。這與地鐵公司組織結(jié)構(gòu)有關(guān)，工程車跟地鐵車輛的管理不在同一個(gè)部門，跨部門間的資源調(diào)配和管理實(shí)施難度大。

成都地區(qū)工程車售后服務(wù)工作主要由成都機(jī)務(wù)段電力機(jī)車售后隊(duì)員承擔(dān)，截至2021年6月，成都地鐵系統(tǒng)共開通十二條運(yùn)營線路（后續(xù)還有多條地鐵線路開通），每條線路配備了蓄電池工程車2～4 臺。工程車數(shù)量較多，車輛段之間距離較遠(yuǎn)，加大了售后工作開展的難度。

3 產(chǎn)品使用體驗(yàn)

3.1 用戶體驗(yàn)

以北京地鐵7 號線項(xiàng)目為例，電力蓄電池工程車的主要優(yōu)勢如下：

（1）相對于內(nèi)燃車所采用的設(shè)備更高端，體驗(yàn)更舒適，如空調(diào)、座椅、操作臺面對比較明顯等。內(nèi)燃工程車采用王牌空調(diào)（民用空調(diào)），如圖1（a）所示。電力蓄電池工程車采用鐵路系統(tǒng)專用空調(diào)，如圖1（b）所示。

圖1 工程車用空調(diào)設(shè)備

（2）車輛啟動時(shí)，內(nèi)燃機(jī)車竄動較大，推背感明顯。電力蓄電池工程車啟動平穩(wěn)，無明顯推背感，

（3）內(nèi)燃車的司機(jī)室與柴油機(jī)之間雖然采用了雙層門隔離，但啟動柴油機(jī)后司機(jī)室還是有比較大的刺鼻氣味，且震動大，噪聲強(qiáng)。電力蓄電池工程車車內(nèi)外相對舒適得多，噪聲震動較小，且無異味，司機(jī)工作環(huán)境相對優(yōu)良。

（4）北京工程車每天消耗電池容量3%，約10 度電，相對內(nèi)燃機(jī)車耗油量成本更低。

3.2 制動機(jī)操作習(xí)慣

司機(jī)均為原班內(nèi)燃車司機(jī)。內(nèi)燃車采用JZ-7 制動機(jī)[如圖2（a）所示]，其小閘為位置閘，即設(shè)置緩解位后，實(shí)施制動緩解，操作簡單。電力蓄電池工程車采用的是DK-1 制動機(jī)[如圖2（b）所示]，其小閘為時(shí)間閘，制動緩解靠減壓時(shí)間操作內(nèi)燃車司機(jī)習(xí)慣JZ-7 的操作方式，對DK-1 制動機(jī)操作不熟練。在精準(zhǔn)停車制動時(shí)，由于操作不習(xí)慣易造成碰撞，該現(xiàn)象已在部分交車車輛段出現(xiàn)。

圖2 制動機(jī)

3.3 車鉤選型

北京地鐵7 號線電力蓄電池工程車采用的是與地鐵車輛一致的密接式車鉤[見圖3（a）]。地鐵車輛二系簧采用的是空氣簧，由于車輛進(jìn)段后無網(wǎng)壓停放一段時(shí)間后空氣簧高度下降，導(dǎo)致地鐵車輛的車鉤高度下降，從而導(dǎo)致工程車的車鉤高度與地鐵車輛的車鉤高度存在高度差。對鉤時(shí)密接式車鉤高度差調(diào)節(jié)能力差，致上述情況下對鉤困難，如采用13 號車鉤通過過渡車鉤[見圖3（b）]，牽引地鐵車輛可解決上述問題。

圖3 車鉤型號

4 車輛選型

目前ZER3、ZER4 為國內(nèi)主推電力蓄電池工程推廣平臺，通過調(diào)研及技術(shù)交流情況了解到國內(nèi)地鐵用戶更中意ZER4 型雙司機(jī)室電力蓄電池工程車。從用戶使用角度，ZER4 相對于ZER3 車型具備以下優(yōu)勢：

（1）ZER3 型車重聯(lián)整備時(shí)端部制動柜門大而且笨重，需要2 個(gè)人以上才能拆卸或安裝，且耗費(fèi)時(shí)間長。ZER4 型車制動柜設(shè)置在機(jī)械間內(nèi)，操作方便簡單。

（2）ZER3 司機(jī)室載員能力差，司機(jī)室不能容納8個(gè)人。ZER4 采用雙端司機(jī)室，且司機(jī)室空間大，可容納20 人左右。

（3）ZER3 設(shè)備集成能力差，檢修維護(hù)時(shí)操作空間有限。ZER4 型車機(jī)械間采用雙層布置，設(shè)備集成能力更強(qiáng)，檢修維護(hù)操作空間更大。

（4）蓄電池維護(hù)方式不一致，ZER3 型車整箱蓄電池檢修更換時(shí)需打開端部的機(jī)械間頂蓋，用吊機(jī)吊出。ZER4 型車可用叉車從車體側(cè)墻將整箱蓄電池取出。

（5）ZER3 型工程車受溫度限制更大，其蓄電池裝在車端部的機(jī)械間內(nèi)，外界環(huán)境高溫或低溫時(shí)直接影響蓄電池溫度。ZER4 型車蓄電池安裝在中間司機(jī)室，低溫時(shí)可加裝加熱裝置，高溫時(shí)可有效通風(fēng)。

5 結(jié)語

經(jīng)過多年的技術(shù)優(yōu)化、平臺建設(shè)、譜系完善，電力蓄電池工程車作為成熟的鐵路工程機(jī)械產(chǎn)品取得了較好的市場效益，其市場占有率逐步提高，國內(nèi)每條地鐵線路基本配備1 臺以上電力蓄電池工程車，但基本僅用于段內(nèi)調(diào)車。

車輛在運(yùn)營過程中依然會出現(xiàn)各種故障，工程車技術(shù)平臺以及產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)持續(xù)提升和優(yōu)化。工程車所在的城市及線路比較分散，數(shù)量比較少，難以組織現(xiàn)場售后服務(wù)隊(duì)。車輛出故障時(shí)，維護(hù)時(shí)間相對較長，需抽調(diào)城軌或機(jī)車售后服務(wù)隊(duì)員進(jìn)行處理。

基于電力蓄電池工程車市場運(yùn)用情況，提出以下建議：

（1）設(shè)計(jì)師與各地鐵公司以及設(shè)計(jì)院進(jìn)行充分廣泛地溝通和交流，有效引導(dǎo)用戶對工程車輛的選型。

（2）實(shí)時(shí)掌握用戶對車輛以及新技術(shù)應(yīng)用等需求情況，并結(jié)合工程車運(yùn)用情況，繼續(xù)完善工程車產(chǎn)品質(zhì)量及技術(shù)平臺。

（3）建議組建專業(yè)的電力蓄電池工程車維保隊(duì)，采用流動服務(wù)的方式及時(shí)解決沒有現(xiàn)場售后服務(wù)隊(duì)城市的工程車產(chǎn)品售后問題。