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保型工程車的代表，在國內外得到大量的使用，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，主要應用于車輛段、停車場、隧道及地鐵線路等場所，進行段內調車、動力牽引、線路維護、救援等任務。

該車主要技術參數如表1。

表1 主要技術參數

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

2 蓄電池續航能力計算

牽引蓄電池采用進口德國陽光蓄電池，型號4EPzV 400 V0，蓄電池單體為膠體免維護鉛酸蓄電池，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%時將進行牽引封鎖。

近年來，杭州地區全年平均氣溫在15 ℃～23 ℃，冬季平均氣溫在2 ℃～9 ℃，最低溫度達-10 ℃，由于不同溫度對蓄電池放電能力影響不同，結合輔助系統功率消耗，可對續航能力進行估算，輔助負載功率消耗見表2。

主要輔助設備功率：

空氣壓縮機：1×9 kW(壓縮機為間歇工作，取0.25工作系數)

司機室空調： 3 kW(按照單臺情況計算)

暖風機： 3 kW(按照單臺情況計算)

輔助逆變器風機：1×2.4 kW

機械間通風機：3×0.06 kW

控制系統容量：約2 kW

表2 不同溫度下輔機運行及蓄電池容量影響情況分析

以9 ℃～22 ℃環境溫度下校核為例，根據《TB 1407-1998列車牽引計算規程》，對蓄電池工程車續航能力進行估算：

考慮到溫度影響，該工況下蓄電池工程車的續航里程為:(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。

其余環境溫度下的續航里程見表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。根據表3可知，在9 ℃～22 ℃溫度下，單機牽引60 t負載的理論續航能力為68.92 km，理論上可以實現全線施工。此外，若雙機牽引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，亦可以實現從五常車輛段行至姑娘橋停車場。

表3 單機牽引60 t負載續航能力

3 蓄電池工程車使用工況策略

目前，杭州5號線GCY450型內燃機車有4輛，內燃機車在正線施工時，為了避免發生故障影響返回，規定內燃機車在工作地點待命時，柴油機處于怠速狀態；而蓄電池工程車在待命時，需將輔助電氣系統部分設備打開，其余設備不需要啟動。

結合GCY450內燃機車使用工況，對最常用的幾種工況進行分析。

3.1 單機與軌道檢測車編組進行軌道、限界檢測

由于軌檢車自帶輔助發電機，GCY450內燃機車僅是作為牽引機車使用，此外，軌檢車自重約31t，根據蓄電池工程車續航能力進行估算，在該工況下，可以選擇蓄電池工程車進行代替。

3.2 雙機牽引軌道平車、攜吊平車編組進行運輸作業

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，以鋼軌調運為例，調運時長約為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 雙機與鋼軌打磨車編組進行鋼軌打磨作業

由于鋼軌打磨車作業時，會產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，則存在蓄電池短路的風險，同時打磨作業也會引起作業區間溫度上升，對電池容量也會有影響，鐵粉附著在車上各類高壓設備，對后續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 段場內調車作業

車輛段場內調車作業范圍有限，且大部分股道均有接觸網供電，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

地鐵線路開通前，需進行多次熱滑等測試任務，工程車則需要完成以下任務：①工程車行提前壓道作業。②在某些無電區域，需要工程車牽引電客車。③電客車救援準備工作。由于熱滑測試時接觸網為有電狀態，在該情況下，相比內燃機車，使用蓄電池工程車執行以上作業存在著不可比擬的優勢。

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燃機車。

4 施工分析與總結

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行統計分析，其中，鋼軌打磨施工作業占據目前總施工量的58%，正線調運及軌道動態檢測分別占據了21%和21%，如圖1所示。由于現階段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運貨物，參照1號線經驗，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。

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品，應逐步推進蓄電池工程車的使用，預計在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，隨著蓄電池工程車的運用成熟及使用范圍的擴大，柴油成本會進一步下降，最終達到成本的最優。