電力蓄電池工程車市場運用情況研究

蔣 鏹,鄧虹輝

（中車株洲電力機車有限公司,湖南 株洲 412001）

0 引言

電力蓄電池工程車采用電力驅動，其低噪聲、低振動及零排放等綠色環保性能可有效緩解地鐵車輛段上蓋物業開發所面臨的環保問題[1-2]。隨著國家對于碳達峰、碳中和的綠色環保要求，軌道工程車油改電進程逐步加快，這必然會給電力蓄電池工程車的市場帶來蓬勃發展[3-4]。電力蓄電池工程車平臺構建既需符合市場靈活性要求、又要滿足用戶多樣需求。強化產品設計、工藝、制造、市場、售后的聯動及一體化建設，為用戶提供安全、環保、綠色、智能、便于使用、便于維護和便于檢修的軌道工程車產品，打造面向市場的產業體系勢在必行。

1 技術特點

隨著技術的發展和市場需求的擴展，電力蓄電池工程車技術平臺越來越豐富，出現了多源制、多流制、混合動力等新技術，可適用于多種地鐵線路條件及復雜工況要求，其主要技術特點如下：

（1）動力系統可集成牽引接觸網/第三軌，蓄電池、柴油機、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）集成各套檢測設備如弓網檢測系統、軌道檢測系統、鋼軌探傷系統、隧道輪廓檢測系統等。

2 運用情況

2.1 作業及充電管理模式

電力蓄電池工程車主電路采用雙電源供電系統，牽引工況下采用接觸網/第三軌或牽引蓄電池供電。當蓄電池工程車處于電制動工況時，牽引電機處于發電狀態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，當反饋能量超過牽引蓄電池需要時，通過制動電阻消耗能量。

蓄電池的充電一般采用庫內充電電纜和接觸網充電兩種模式：

2.1.1 庫內充電電纜充電

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，庫內接觸軌沒有電，一般采用庫內充電。當蓄電池電量低于60%時，停止出車返回庫內充電，充電過程中定時巡視充電現場，觀察異音、異味等現象，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，配置了庫內充電插座及充電電纜，但司機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用于段內調車。由于段內調車作業任務量不大，且作業線路平直，對電力蓄電池工程車牽引、制動、續航等性能要求不高，整車性能不能得到充分利用和發揮。其牽引速度一般不超過15 km/h，牽引力發揮不到60%，牽引蓄電池容量消耗約3%～10%。對國內外15 個項目進行調研，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特點：

2.2.1 使用頻率高，但行駛千米數少

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 名內燃車司機，均通過公司的培訓并獲得操作證，全員都能操作駕駛電力蓄電池工程車。當接到調車任務時，優先選擇采用電力蓄電池工程車完成任務。北京地鐵7 號線僅采購了一臺電力蓄電池工程車，車輛僅用于段內調車，平均每天執行2 次調車任務，每次任務行駛1.3 km，月行駛千米數約80 km。

2.2.2 使用頻率低，行駛千米數少

以長沙地鐵2 號線蓄電池工程車為例，其目前僅用于段內調車，平均每星期使用一次，平均每次調車任務大約耗時1 h，平均每月運行為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，為保障調車作業的冗余性，每次作業同時安排兩臺工程車，但月平均千米數也只有55.3 km。

2.3 故障及維修保養模式

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）壓縮機油出現過一次油量過低，補油后至今再未出現過油量過低的現象。

（2）牽引蓄電池容量較低時，在充電初期的恒流充電階段，充電機聲音比較大。分析為充電初期為大電流充電，斬波器大功率運行，存在一定噪聲，屬于正常現象。

（3）交車調試階段出現過牽引電機異音現象，更換電機后故障排除。

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，如壓縮機油乳化、司機室長期封閉存在刺鼻異味。

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

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

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人員。用戶根據產品的維修手冊編制了機車月檢、半年檢、年檢規程，并按時對蓄電池工程車做了相應的月檢、半年檢和年檢工作。

長沙地鐵2 號線司機及配置維護人員均為內燃工程車原班人員，與前期推薦方案工程車司機及維護人員與地鐵車輛通用存在偏差。這與地鐵公司組織結構有關，工程車跟地鐵車輛的管理不在同一個部門，跨部門間的資源調配和管理實施難度大。

成都地區工程車售后服務工作主要由成都機務段電力機車售后隊員承擔，截至2021年6月，成都地鐵系統共開通十二條運營線路（后續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。工程車數量較多，車輛段之間距離較遠，加大了售后工作開展的難度。

3 產品使用體驗

3.1 用戶體驗

以北京地鐵7 號線項目為例，電力蓄電池工程車的主要優勢如下：

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

圖1 工程車用空調設備

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

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

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

3.2 制動機操作習慣

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

圖2 制動機

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，由于車輛進段后無網壓停放一段時間后空氣簧高度下降，導致地鐵車輛的車鉤高度下降，從而導致工程車的車鉤高度與地鐵車輛的車鉤高度存在高度差。對鉤時密接式車鉤高度差調節能力差，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 為國內主推電力蓄電池工程推廣平臺，通過調研及技術交流情況了解到國內地鐵用戶更中意ZER4 型雙司機室電力蓄電池工程車。從用戶使用角度，ZER4 相對于ZER3 車型具備以下優勢：

（1）ZER3 型車重聯整備時端部制動柜門大而且笨重，需要2 個人以上才能拆卸或安裝，且耗費時間長。ZER4 型車制動柜設置在機械間內，操作方便簡單。

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

（3）ZER3 設備集成能力差，檢修維護時操作空間有限。ZER4 型車機械間采用雙層布置，設備集成能力更強，檢修維護操作空間更大。

（4）蓄電池維護方式不一致，ZER3 型車整箱蓄電池檢修更換時需打開端部的機械間頂蓋，用吊機吊出。ZER4 型車可用叉車從車體側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械間內，外界環境高溫或低溫時直接影響蓄電池溫度。ZER4 型車蓄電池安裝在中間司機室，低溫時可加裝加熱裝置，高溫時可有效通風。

5 結語

經過多年的技術優化、平臺建設、譜系完善，電力蓄電池工程車作為成熟的鐵路工程機械產品取得了較好的市場效益，其市場占有率逐步提高，國內每條地鐵線路基本配備1 臺以上電力蓄電池工程車，但基本僅用于段內調車。

車輛在運營過程中依然會出現各種故障，工程車技術平臺以及產品質量應持續提升和優化。工程車所在的城市及線路比較分散，數量比較少，難以組織現場售后服務隊。車輛出故障時，維護時間相對較長，需抽調城軌或機車售后服務隊員進行處理。

基于電力蓄電池工程車市場運用情況，提出以下建議：

（1）設計師與各地鐵公司以及設計院進行充分廣泛地溝通和交流，有效引導用戶對工程車輛的選型。

（2）實時掌握用戶對車輛以及新技術應用等需求情況，并結合工程車運用情況，繼續完善工程車產品質量及技術平臺。

（3）建議組建專業的電力蓄電池工程車維保隊，采用流動服務的方式及時解決沒有現場售后服務隊城市的工程車產品售后問題。