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(tuán)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(yùn)量大、舒適便捷、建設(shè)周期短、成本低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，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(huì)和技術(shù)的發(fā)展，無(wú)接觸網(wǎng)供電技術(shù)成為現(xiàn)代有軌電車的發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái)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(guó)內(nèi)方面，2015年3 月19 日青島四方機(jī)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(xué)主持研發(fā)的氫燃料混合動(dòng)力有軌電車在唐車下線，2017年青島四方機(jī)車車輛股份有限公司研發(fā)設(shè)計(jì)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(yùn)營(yíng)［2］，其開通運(yùn)營(yíng)備受各界關(guān)注，尤其是車輛的安全運(yùn)營(yíng)成為了重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)。車輛日常檢修維保工作是保障車輛的安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵要素之一，選擇一套與氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)車輛相匹配、相適應(yīng)的檢修維保方法，對(duì)氫能源有軌電車運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的安全性、經(jīng)濟(jì)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(diǎn)，在日常維保修程、維保工藝、維保模式及人員配置等方面進(jìn)行探討。

1 佛山高明氫能源有軌電車示范線特點(diǎn)

1.1 項(xiàng)目特點(diǎn)

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(zhǎng)約6.57 km，設(shè)車站10 座，平均站間距約640 m，出場(chǎng)線全長(zhǎng)341.43 m，入場(chǎng)線全長(zhǎng)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(chǎng)1 座，并配套加氫站1 座，停車場(chǎng)用地面積約26000 m2，加氫站用地3000 m2。

1.2 車輛特點(diǎn)

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(jì)最高運(yùn)營(yíng)速度70 km／ h，初、近、遠(yuǎn)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(dòng)力，氫動(dòng)力系統(tǒng)主要包括燃料電池子系統(tǒng)、儲(chǔ)氫子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、DC－DC電源裝置、動(dòng)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(gè)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(chǔ)氫系統(tǒng)為燃料電池供應(yīng)氫氣，包含氫氣的加注、儲(chǔ)存和供給，一列車配置6 個(gè)儲(chǔ)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(chǔ)存氫氣18～20 kg，續(xù)航里程可達(dá)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(yùn)營(yíng)的氫能源有軌電車項(xiàng)目，目前尚無(wú)成熟的修程修制，結(jié)合國(guó)內(nèi)已開通有軌電車檢修維保經(jīng)驗(yàn)，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(jí)，分別是日檢、均衡修。日檢主要是針對(duì)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(xiàng)點(diǎn)和檢修頻次、各項(xiàng)點(diǎn)檢修所需人員、時(shí)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(diǎn)、部件特點(diǎn)、故障易發(fā)時(shí)間、高峰期等趨勢(shì)，將檢修工作量大致均分到12 個(gè)月中，編制每月的檢修項(xiàng)點(diǎn)、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(dòng)力源，結(jié)合氫燃料系統(tǒng)的特殊性，日常檢修維保的重點(diǎn)將放在燃料電池子系統(tǒng)、儲(chǔ)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(dòng)力系統(tǒng)部分檢修內(nèi)容及要求。

表2 氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)電檢修的部分日檢內(nèi)容及要求

表3 氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)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(chǎng)是車輛日常維護(hù)和保養(yǎng)的場(chǎng)所，主要承擔(dān)初期全線車輛停放和運(yùn)用管理、日常檢修任務(wù)、簡(jiǎn)易臨修、事故救援工作及車輛的清掃洗刷，還負(fù)責(zé)停車場(chǎng)及全線的物資供應(yīng)、綜合維修、事故救援，并包含培訓(xùn)中心、控制中心等機(jī)構(gòu)。同時(shí)配套加氫站1 座，實(shí)現(xiàn)氫氣加注。

3.2 總體工藝分析

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

圖1 停車場(chǎng)平面布置

（1）工藝區(qū)主要以運(yùn)用庫(kù)為主體進(jìn)行布置，運(yùn)用庫(kù)由停車／列檢庫(kù)、月檢／臨修庫(kù)、運(yùn)轉(zhuǎn)綜合樓及鏇輪庫(kù)組成，設(shè)在場(chǎng)址東端，盡端式布置，西端與出入場(chǎng)線及牽出線連通。

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

（3）廠前區(qū)設(shè)綜合樓1 座，由運(yùn)營(yíng)用房、停車場(chǎng)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(yùn)用庫(kù)西北側(cè)。

3.3 日常檢修維保工藝分析

3.3.1 停車列檢庫(kù)

停車列檢庫(kù)長(zhǎng)58 m、寬19.5 m，由1 個(gè)4 線庫(kù)組成，共設(shè)置庫(kù)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(dān)氫能源有軌電車車輛的停放、運(yùn)用、整備作業(yè)；

（2）承擔(dān)車輛進(jìn)、出庫(kù)的技術(shù)交接、檢查和測(cè)試工作；

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

（4）承擔(dān)運(yùn)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(duì)車頂設(shè)備巡檢，設(shè)置車頂作業(yè)平臺(tái)；

（2）由于局部自然通風(fēng)條件較差、人員多、作業(yè)量大，庫(kù)頂設(shè)防爆型機(jī)械通風(fēng)裝置、庫(kù)內(nèi)設(shè)防爆型壁掛風(fēng)扇；

（3）由于庫(kù)內(nèi)停放的都是充有氫氣的有軌電車車輛，日檢人員在進(jìn)入庫(kù)內(nèi)作業(yè)前需要進(jìn)行靜電消除，在入庫(kù)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(dòng)力插座；

（5）為確保對(duì)車頂氫動(dòng)力系統(tǒng)檢修前的安全檢測(cè)，設(shè)置氫氣檢測(cè)儀；

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

3.3.1.3 主要檢修運(yùn)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(kù)完成，日檢主要針對(duì)車輛的安全性及完整性檢查，其規(guī)程分為有電檢查和無(wú)電檢查兩部分，兩部分內(nèi)容均由檢修維保人員執(zhí)行。無(wú)電檢查主要檢查車鉤、轉(zhuǎn)向架、制動(dòng)、客室內(nèi)裝、車頂設(shè)備等，有電檢查主要檢查車輛啟動(dòng)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(jìn)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(shí)，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(dá)到整備條件，檢查項(xiàng)點(diǎn)全面有序進(jìn)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(kù)

月檢／臨修庫(kù)在停車列檢棚的北側(cè)，庫(kù)長(zhǎng)57.6 m，寬15 m，由1 個(gè)2 線庫(kù)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(dòng)式架車機(jī)1 套（16 臺(tái)）、10 t電動(dòng)單梁橋式起重機(jī)1 臺(tái)，滿足3 模塊氫能源低地板有軌電車的簡(jiǎn)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(kù)承擔(dān)氫能源有軌電車車輛臨時(shí)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(kù)內(nèi)股道設(shè)置壁式檢查坑，坑內(nèi)設(shè)照明和動(dòng)力插座，檢修列位兩側(cè)設(shè)車頂作業(yè)平臺(tái)。

（2）由于局部自然通風(fēng)條件較差、人員多、作業(yè)量大，庫(kù)頂設(shè)防爆型機(jī)械通風(fēng)裝置、庫(kù)內(nèi)設(shè)防爆型壁掛風(fēng)扇。

（3）月檢庫(kù)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(kù)安全。

（4）為便于技術(shù)檢查、檢測(cè)、部件的更換和運(yùn)輸，月檢庫(kù)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(duì)車頂氫動(dòng)力系統(tǒng)檢修前的安全檢測(cè)，設(shè)置氫氣檢測(cè)儀。

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

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

3.3.2.3 主要檢修運(yùn)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(kù)完成，均衡修主要針對(duì)車輛進(jìn)行一次較為全面的日常檢查，針對(duì)部分關(guān)鍵零部件，結(jié)合季節(jié)、運(yùn)行里程、生命周期等特點(diǎn)，進(jìn)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(jìn)入庫(kù)房后，需對(duì)車輛進(jìn)行氫氣置換或?qū)?chǔ)氫壓力消耗至0.2 MPa 后方可開展作業(yè)，對(duì)車頂燃料電池、儲(chǔ)氫、冷卻設(shè)備檢修過(guò)程作業(yè)過(guò)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(tái)，配置2 座加氫機(jī)，滿足有軌電車加氫需要。同時(shí)考慮到部分維保作業(yè)安全，需要在加氫區(qū)將儲(chǔ)氫瓶的氫氣用氮?dú)庵脫Q，置換作業(yè)完成后，用公鐵兩用車將車輛牽引入庫(kù)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(xiàng)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(yùn)營(yíng)商開通運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)較少等，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)營(yíng)有軌電車檢修維保經(jīng)驗(yàn)，高明氫能源有軌電車日常維保采用了委外修模式，通過(guò)引入社會(huì)專業(yè)化維保單位，實(shí)現(xiàn)最大化的綜合效益［5］。同時(shí)運(yùn)營(yíng)商考慮到車輛日常維修操作的合理性、高效性，將停車場(chǎng)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(jìn)行維保和操作使用，如公鐵兩用車、不落輪鏇床、架車機(jī)、起重機(jī)、各類叉車、各類搬運(yùn)車等。

根據(jù)日常維保檢修規(guī)程和維保范圍，結(jié)合運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)充分調(diào)研和測(cè)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(zé)

5 維保實(shí)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(yùn)營(yíng)1 周年，5 列車共計(jì)運(yùn)營(yíng)里程124496 km，期間共計(jì)進(jìn)行車輛日檢365 次、均衡修12 次，檢修維保計(jì)劃執(zhí)行率達(dá)到99%以上，各類運(yùn)營(yíng)指標(biāo)、安全指標(biāo)總體穩(wěn)定并持續(xù)提升。項(xiàng)目開通初期車輛運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)存在不穩(wěn)定性，故障問(wèn)題主要發(fā)生在燃料電池、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)日常檢修維保、現(xiàn)場(chǎng)故障處置、技術(shù)加改、產(chǎn)品升級(jí)等措施提升了車輛運(yùn)用的安全性和穩(wěn)定性。

作為全國(guó)采用氫燃料電池作為牽引動(dòng)力的有軌電車示范線，車輛設(shè)置有儲(chǔ)氫罐、停車場(chǎng)設(shè)置有加氫站，這對(duì)車輛檢修維保工藝和安全防護(hù)提出了更高的要求，建議：（1）持續(xù)規(guī)范車輛安全維護(hù)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(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)核心部件的修程修制；（3）加快推進(jìn)儲(chǔ)氫系統(tǒng)、氫燃料電池國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，推進(jìn)氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵部件自主檢修維保。

6 結(jié)束語(yǔ)

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(jìn)步，當(dāng)?shù)卣畬⒋罅Πl(fā)展氫能源產(chǎn)業(yè)，通過(guò)支持氫能源有軌電車投產(chǎn)應(yīng)用，帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈在當(dāng)?shù)匦纬梢欢ǖ囊?guī)模效應(yīng)，為新一輪的產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供基礎(chǔ)。此次佛山高明氫能源有軌電車項(xiàng)目成功開通運(yùn)營(yíng)，為當(dāng)?shù)貧淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支撐，對(duì)當(dāng)?shù)亟煌ōh(huán)境的改善發(fā)揮了重要作用。本文通過(guò)探討和實(shí)施有軌電車日常檢修維保，確保了車輛的安全運(yùn)營(yíng)，對(duì)氫能源有軌電車制式地推廣應(yīng)用具有重要的示范意義。