氢能源有轨电车涉氢检修管理

张锋

摘要：

氢能源有轨电车利用绿色能源氢气提供动力，与我国碳达峰碳中和政策方向一致。文章通过介绍氢能源有轨电车的运营维护过程中涉氢设备检修要点，介绍其重点的维护经验及要求，并以佛山市高明区氢能源有轨电车项目为例，阐述氢能源有轨电车的检修维护应用实践，以期为后续运营维护管理提供参考。

关键词：有轨电车；氢动力；涉氢区域；置换

随着能源革命的深入发展，轨道交通车辆的驱动方式逐步从蒸汽机、内燃机过渡到电动机，供能方式也从煤炭、石油向电力发展。在电气时代，轨道交通的供电方式在电网接触送电的基础上发展出了电容储能和燃料电池发电等新型供电方式。燃料电池发电相对接触送电和电容储能的供电方式有着电力设备投资少和不受牵引供电制约的技术特点，较为适用于行车密度不高的中小运量城市轨道交通，发展氢能源有轨电车是对有轨电车系统的有益补充。氢能源有轨电车的适用性关键表现在运营期，因而在运营阶段发现和掌握各设备系统维护的规律是当务之急。

本文根据佛山市高明区氢能源有轨电车的运营现状，围绕在车辆的氢动力系统相关的安全管理和设备维保等核心业务，在实践的基础上阐述氢动力系统的检修要求，总结经验。

一、工程概况

佛山市高明区现代有轨电车示范线项目首期工程线路起于沧江路路口北侧，止于广明高速前，沿荷富大道敷设，全线均为地面线。线路长约6.57 km，设车站10座，平均站间距约640 m，设有停车场1座、加氢站1座和调度指挥中心1处，位于荷富大道东侧智湖公园旁。本项目车辆系统采用的是氢燃料电池驱动的钢轮钢轨100%低地板现代有轨电车系统，与传统的有轨电车相比采用了氢燃料电池作为动力源。该车装有6个140L的储氢瓶，加注一次氢气可持续行驶约100公里，运行过程中无污染，全程“零排放”。

停车场内设运用库、镟轮库均属于甲类厂房，采用单层门式轻钢结构。

二、涉氢区域管理

根据 《建筑设计防火规范》GB 50016－2014（2018年版）3.1.1条的规定，对于使用或产生爆炸下限小于10%的气体的厂房，应定义其火灾危险性类别为甲类。氢能源有轨电车的检修库和停车列检棚，由于车辆检修过程中不可避免需要使用氢气，因此被定义为甲类库房管理。在检修过程中与传统有轨电车检修管理有着明确的特殊性。

涉氢区域根据爆炸性气体环境出现频次和持续时间，将运用库划分为1区和2区，其中检修平台及以上为1区，检修平台以下为2区，并制定进入相关区域的安全防范措施。并将运用库划为防爆区域并封闭管理，通过建立白名单制度卡控人员进出。

二、有轨电车氢动力系统简介

氢动力系统主要包括氢燃料电池、储氢模块、冷却模块、DC-DC 装置、牵引蓄电池等。为车辆提供持续安全稳定的动力来源。目前选用的氢燃料电池是加拿大Ballard公司提供的质子交换膜燃料电池模块，其理论使用寿命大约为12000小时。氢动力各个系统均与能量管理控制器进行实时信息交互，受整车能量控制器进行控制，根据不同工况，实现统一协调工作，为整车提供电能。

动力电池

图1氢动力转换示意图

四、有轨电车氢动力维护要求

氢能源有轨电车与传统有轨电车相比，车辆检修人员除需考取高、低压电工证、特种设备操作证、特种设备安全管理员证外，还需考取车用高压气瓶充装证、危险化学品经营单位生产管理人员证。同时根据运营单位要求全员接受氢能源专项安全培训和氢动力系统相关厂家培训。

1、涉氢部件

氢能源有轨电车涉氢部件件主要包括：燃料电池、储氢罐、组合瓶阀、减压阀、球阀、针阀、电磁阀、安全阀、过滤器、限流阀、单向阀、压力表、压力变送器等。

2、涉氢部件检修

检修线内登车顶使用手持式氢气探测仪和肥皂水检查各类涉氢部件进行捡漏，涉氢部件要求无松动、无裂缝、无污染等；瓶口电磁阀、供氢管路电磁阀、压力变送器等线束连接可靠，无破损现象，工作正常；车辆上电状态下，查看显示屏检查减压阀低压端压力在正常范围之内。涉氢部件相关的压力表、储氢罐等为特种设备均需按期送检。

3、长期停放时的维护、保养

储氢系统存放时，需要存放于远离明火、易燃易爆、可燃物及操作温度等于或高于燃点的设备，同时保证储氢系统处于通风状态；如不具备以上存储条件或长期存放，要求将储氢系统输出部位球阀关闭，将储氢系统中的氢气置换成氮气，保持储氢气瓶中氮气处于正压状态（0.1-0.2）Mpa。

5、氢氮气置换

（1）、需进行氮氢置换的作业：

a、新造、改造后的首次充装前；

b、镟轮作业；

c、氢气瓶更换、维保；

d、气瓶使用后剩余压力小于等于0.1Mpa后。

（2）、氮气置换的主要作用：

a、对气瓶、管路进行吹扫，清除杂质；

b、涉及动火或会产生火星等作业、储氢系统维保作业时对氢气进行排空。

(3)、氢气置换的主要作用：

排除储氢系统内的氮气及杂质，使气瓶及管路内的氢气浓度符合燃料电池使用要求。

五、总结与思考

目前氢能源列车的检修仍借鉴地铁的周期性检修模式，涉及氢动力系统设备的检修参考特种设备危化品的检修管理，对于氢能源列车的维护管理提出如下思考：

1、氢能源列车没有完善的检修标准借鉴参考，涉及列车氢动力系统设备的检修管理还需近一步探索。

2、针对运营特殊作业和重大事故工况（如救援联挂、车辆倾覆、相撞和脱轨等）及其引起的次生灾害，需明确相关处置原则和细化相关预案。

3、运营期间的涉氢运作管理无相关经验、研究、规章可循，如开放性甲类库房的安全管理措施、氢气泄露的应急处置方案、涉氢设备设施的维护保养等仍未明确。