杭州地铁5号线蓄电池工程车使用策略探讨

(杭州杭港地铁五号线有限公司，浙江 杭州 310000)

1 蓄电池工程车介绍

蓄电池工程车作为环保型工程车的代表，在国内外得到大量的使用，其中深圳、厦门、广州已批量化采购蓄电池工程车。该蓄电池工程车是株洲电力机车有限公司基于ZER4型工程车平台为杭州地铁5号线研制的，主要应用于车辆段、停车场、隧道及地铁线路等场所，进行段内调车、动力牵引、线路维护、救援等任务。

该车主要技术参数如表1。

表1 主要技术参数

本车主电路采用双电源供电系统，即接触网供电(DC1 500 V)和牵引蓄电池(800 V)供电。在接触网无电的情况下，可使用牵引蓄电池供电，且能保证正常牵引作业；工程车在接触网供电时，单机最高运行速度可达80 km/h；牵引蓄电池供电时，单机最高运行速度可达40 km/h。

2 蓄电池续航能力计算

牵引蓄电池采用进口德国阳光蓄电池，型号4EPzV 400 V0，蓄电池单体为胶体免维护铅酸蓄电池，每台蓄电池工程车配置8个蓄电池箱，每箱有48个单体蓄电池，单体电压2 V，容量400 Ah，蓄电池容量低于20%时将进行牵引封锁。

近年来，杭州地区全年平均气温在15 ℃～23 ℃，冬季平均气温在2 ℃～9 ℃，最低温度达-10 ℃，由于不同温度对蓄电池放电能力影响不同，结合辅助系统功率消耗，可对续航能力进行估算，辅助负载功率消耗见表2。

主要辅助设备功率：

空气压缩机：1×9 kW(压缩机为间歇工作，取0.25工作系数)

司机室空调： 3 kW(按照单台情况计算)

暖风机： 3 kW(按照单台情况计算)

辅助逆变器风机：1×2.4 kW

机械间通风机：3×0.06 kW

控制系统容量：约2 kW

表2 不同温度下辅机运行及蓄电池容量影响情况分析

以9 ℃～22 ℃环境温度下校核为例，根据《TB 1407-1998列车牵引计算规程》，对蓄电池工程车续航能力进行估算：

考虑到温度影响，该工况下蓄电池工程车的续航里程为:(400×0.8×0.9×0.9÷193.668)×51.5≈68.92 km，运行时间为68.92÷20≈3.44 h。

其余环境温度下的续航里程见表3。

杭州地铁5号线全长51.5 km，其中首通段正线全长17.76 km，后通段正线全长33.454 km。从五常车辆段行至姑娘桥停车场约37.5 km。根据表3可知，在9 ℃～22 ℃温度下，单机牵引60 t负载的理论续航能力为68.92 km，理论上可以实现全线施工。此外，若双机牵引197 t列车(一列杭州5号线地铁列车空车重量)，仅使用蓄电池供电模式，亦可以实现从五常车辆段行至姑娘桥停车场。

表3 单机牵引60 t负载续航能力

3 蓄电池工程车使用工况策略

目前，杭州5号线GCY450型内燃机车有4辆，内燃机车在正线施工时，为了避免发生故障影响返回，规定内燃机车在工作地点待命时，柴油机处于怠速状态；而蓄电池工程车在待命时，需将辅助电气系统部分设备打开，其余设备不需要启动。

结合GCY450内燃机车使用工况，对最常用的几种工况进行分析。

3.1 单机与轨道检测车编组进行轨道、限界检测

由于轨检车自带辅助发电机，GCY450内燃机车仅是作为牵引机车使用，此外，轨检车自重约31t，根据蓄电池工程车续航能力进行估算，在该工况下，可以选择蓄电池工程车进行代替。

3.2 双机牵引轨道平车、携吊平车编组进行运输作业

牵引轨道平车并不需要额外消耗蓄电池工程车的电池容量，故可以选择蓄电池工程车进行代替，而携吊平车需要蓄电池工程车对其供电，1台携吊平车的电动葫芦功率约6 kW，以钢轨调运为例，调运时长约为1 h，依此估算出此过程2台平板车电动葫芦消耗蓄电池容量约为15 Ah，对整车的续航能力影响不大，故在该工况下，亦可以选择蓄电池工程车代替。

3.3 双机与钢轨打磨车编组进行钢轨打磨作业

由于钢轨打磨车作业时，会产生火花及大量的铁粉，若采用蓄电池工程车与钢轨打磨车编组作业，则存在蓄电池短路的风险，同时打磨作业也会引起作业区间温度上升，对电池容量也会有影响，铁粉附着在车上各类高压设备，对后续的清洁工作也造成一定的难度，故在该工况下不建议使用蓄电池工程车。

3.4 段场内调车作业

车辆段场内调车作业范围有限，且大部分股道均有接触网供电，在该工况下，可以使用蓄电池工程车代替。

3.5 热滑等测试任务

地铁线路开通前，需进行多次热滑等测试任务，工程车则需要完成以下任务：①工程车行提前压道作业。②在某些无电区域，需要工程车牵引电客车。③电客车救援准备工作。由于热滑测试时接触网为有电状态，在该情况下，相比内燃机车，使用蓄电池工程车执行以上作业存在着不可比拟的优势。

综上分析，在大部分常见工况下，均可使用蓄电池工程车以代替内燃机车。

4 施工分析与总结

杭州地铁5号线首通段于2019年6月底开通，自2019年7月以来，对5号线工程车正线施工进行统计分析，其中，钢轨打磨施工作业占据目前总施工量的58%，正线调运及轨道动态检测分别占据了21%和21%，如图1所示。由于现阶段5号线还未全线开通，工程车正线施工多偏向于钢轨打磨和调运货物，参照1号线经验，在5号线全线贯通后，工程车正线施工亦会偏向于钢轨打磨作业。

图1 5号线工程车正线施工分析图

5号线作为杭州地铁第一条使用蓄电池工程车的线路，考虑到初次接触该产品，应逐步推进蓄电池工程车的使用，预计在5号线全线开通后，蓄电池工程车的使用会使明年柴油成本相比1号线减少22%左右，在未来2～3年内，随着蓄电池工程车的运用成熟及使用范围的扩大，柴油成本会进一步下降，最终达到成本的最优。