杭州地鐵1號線七堡車輛段蓄電池間改造設(shè)計啟示

■ 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司機(jī)動院 王棟

地鐵車輛段內(nèi)通常設(shè)有蓄電池間，用于地鐵列車蓄電池的充放電作業(yè)。酸性蓄電池充電間的火災(zāi)危險性類別被劃分為甲類，但隨著蓄電池技術(shù)的進(jìn)步，部分做法和規(guī)定與實際情況有所偏離，筆者結(jié)合設(shè)計實踐，對相關(guān)問題進(jìn)行探索分析，供廣大同行參考。

項目背景

杭州地鐵1號線七堡車輛段于2012年開通運營，到2018年已運營滿5年，蓄電池進(jìn)入大規(guī)模的維護(hù)期，原設(shè)計已不能滿足使用需求，運營單位杭州杭港地鐵有限公司（以下簡稱“杭港公司”）提出了對蓄電池間進(jìn)行改造擴(kuò)能的要求。

改造方案

原設(shè)計方案

原設(shè)計方案中蓄電池檢修間考慮到電客車、工程車及段內(nèi)蓄電池叉車、公鐵兩用車等所用蓄電池的檢修，未考慮地鐵各系統(tǒng)，如通信、信號、綜合監(jiān)控、供電等系統(tǒng)所用蓄電池的檢修工作。

蓄電池檢修間由酸性蓄電池間、堿性蓄電池間、充電間和儲存間組成，蓄電池間層高7.8m，屋面板結(jié)構(gòu)厚度200mm，最大梁高1.1m，布置圖如圖1所示。

改造方案

根據(jù)杭港公司提供的蓄電池數(shù)量，1號線共有蓄電池超過16000節(jié)，除配屬的48列車輛蓄電池為堿性外，其余全部為酸性蓄電池。設(shè)計計算取17000節(jié)，設(shè)備利用不平衡系數(shù)取1.1，全年工作日250天，則蓄電池間規(guī)?？砂聪率接嬎悖?/p>

Qj=Qx*1.1/250

其中，Qj：蓄電池間每日充放電蓄電池數(shù)量，單位（節(jié)）；Qx：全線蓄電池保有量，單位（節(jié)）。

計算得出Qj=75節(jié)，即蓄電池間每日充放電蓄電池數(shù)量75節(jié)即可滿足需求。

根據(jù)杭港公司提供的蓄電池資料，各類蓄電池在充放電過程中只有少量氫氣及氧氣釋放。根據(jù)氫氣排放量計算，在控制荷貝克12V140Ah和12V100Ah型兩種蓄電池充電組數(shù)的情況下，每次作業(yè)內(nèi)氫氣含量小于1L/m3，且小于25m3，滿足《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014對可不按物質(zhì)危險特性確定生產(chǎn)火災(zāi)危險性類別表中對氫氣的限定值。故該項目未按照甲類生產(chǎn)廠房設(shè)計，但采取了以下措施防止氫氣局部聚集出現(xiàn)較高濃度：

圖1 蓄電池檢修間平面示意圖

一是設(shè)置了氫氣探測器，報警濃度設(shè)置為2%，報警信息發(fā)送到蓄電池檢修當(dāng)班人員手機(jī)；

二是設(shè)置了通風(fēng)設(shè)施以降低充電間氫氣濃度；

三是兩次充放電間保證2小時充分的通風(fēng)時間；

四是對荷貝克12V/140Ah、12V/100Ah型兩種電池的充放電進(jìn)行限制，同一時間只能充放電此兩種型號的電池中的一組（18節(jié)）；

五是環(huán)境溫度超過35℃時停止作業(yè)；

六是庫外設(shè)置嚴(yán)禁煙火及嚴(yán)禁吸煙標(biāo)識。

改造后的蓄電池檢修間酸性蓄電池間、堿性蓄電池間進(jìn)行了互換，其余不變。改造后蓄電池間配備設(shè)備表見表1。

表1 改造后蓄電池檢修間設(shè)備表

對地鐵車輛段蓄電池間設(shè)計的啟示

關(guān)于蓄電池間火災(zāi)危險性等級的探討

根據(jù)《鐵路工程設(shè)計防火規(guī)范》TB10063-2016附錄A中主要生產(chǎn)房屋的火災(zāi)危險性分類中規(guī)定，酸性蓄電池充電間火災(zāi)危險性為甲類，堿性蓄電池間火災(zāi)危險性為戊類。目前，各地鐵車輛段均參照此規(guī)范對酸性蓄電池充電間均按甲類生產(chǎn)廠房進(jìn)行設(shè)計，對堿性蓄電池間按戊類生產(chǎn)廠房進(jìn)行設(shè)計。

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫氣體積與房間容積的比值小于1L/m3且標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氫氣體積小于25m3時，該建筑可不按物質(zhì)危險特性確定生產(chǎn)火災(zāi)危險性類別，對于地鐵蓄電池檢修間，只要充放電時釋放的氫氣體積不大于蓄電池間容積的1‰且釋放氫氣體積小于25m3時，即可不按照甲類生產(chǎn)廠房設(shè)計。

根據(jù)在此改造項目中杭港公司提供的蓄電池組基礎(chǔ)資料，蓄電池一個常規(guī)充放電作業(yè)時間（12小時）氫氣的釋放量見表2。

根據(jù)計算分析可知，當(dāng)同時對5組荷貝克12V/140Ah蓄電池組或12V/100Ah蓄電池組 （滿足同時80節(jié)的需求）進(jìn)行充放電時，在40℃時，氫氣濃度分別為0.494%和0.353%，超過 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》 GB50016-2014對可不按物質(zhì)危險特性確定生產(chǎn)火災(zāi)危險性類別表中對氫氣的允許值 （0.1%），但濃度也遠(yuǎn)小于氫氣的爆炸濃度下限 （10%）。只對1組荷貝克12V/140Ah蓄電池組或12V/100Ah蓄電池組進(jìn)行充放電時，氫氣濃度分別為0.0988%和0.0706%，均小于0.1%。在35℃ （設(shè)計工作環(huán)境溫度上限）以下時，氫氣濃度會進(jìn)一步降低。事實上，隨著蓄電池技術(shù)的進(jìn)步，中小型閥控鉛酸蓄電池在充放電中氫氣釋放量并不大，某些品牌的蓄電池組幾乎沒有氫氣釋放量。而堿性蓄電池也有氫氣釋放，不加以限制時，也有可能濃度超標(biāo)，但總的來說氫氣釋放量很低。

關(guān)于蓄電池檢修間設(shè)置的探討

以杭州地鐵6號線電客車蓄電池維護(hù)為例，6號線電客車蓄電池采用DTM-200-3W密封膠體蓄電池。蓄電池維護(hù)檢修等級分為日檢、月檢、半年檢、年檢、架修、大修，基本與電客車檢修修程一致。

正常使用情況下，壽命周期內(nèi)無需添加電液，為確保蓄電池使用壽命，蓄電池組應(yīng)每兩年進(jìn)行一次充放電維護(hù)，充放電維護(hù)可不下車。

根據(jù)蓄電池維護(hù)檢修修程可知，隨著蓄電池技術(shù)的進(jìn)步，在通常情況下，電客車蓄電池在一個架修周期內(nèi)可不下車檢修。其他各系統(tǒng)所用蓄電池檢修周期也大約是5年。定修車輛段內(nèi)是否需要設(shè)置蓄電池檢修間，值得進(jìn)一步探討。為此，筆者建議在大架修車輛基地內(nèi)設(shè)置蓄電池檢修間，負(fù)責(zé)線網(wǎng)內(nèi)車輛及各系統(tǒng)所用蓄電池的維護(hù)工作，定修車輛段內(nèi)不設(shè)蓄電池檢修間。

蓄電池間設(shè)置規(guī)模及設(shè)備配備的探討

蓄電池間每日充放電蓄電池數(shù)量根據(jù)線網(wǎng)蓄電池保有量計算，新線建設(shè)時，數(shù)量可按500節(jié)/km估算。蓄電池間可由蓄電池充放電間、電源室、值班室、存放間等組成，層高為7.8m。

目前，主流蓄電池已是免維護(hù)蓄電池，在壽命周期內(nèi)不需加液，只需進(jìn)行充放電，且無酸霧、堿霧釋放。因此，蓄電池檢修間的設(shè)備配備可大幅精簡。設(shè)備配備可按表3進(jìn)行配置。

表2 氫氣釋放量計算表

表3 蓄電池檢修間設(shè)備表（建議）

結(jié)論

根據(jù)上述分析，筆者建議，地鐵定修車輛段內(nèi)不再設(shè)置蓄電池檢修間，大架修車輛段內(nèi)設(shè)置蓄電池檢修間，負(fù)責(zé)線網(wǎng)的蓄電池充放電工作。地鐵車輛以及各系統(tǒng)全面采用膠體蓄電池組，蓄電池間按戊類廠房設(shè)計。因此，蓄電池間對地鐵車輛段特別是需進(jìn)行上蓋開發(fā)的車輛段總平面布置以及廠房組合的影響和限制將不復(fù)存在，這有利于車輛段平面的布置、有利于蓋上物業(yè)開發(fā)平面的布置，也有利于縮減車輛段用地，減少對城市土地資源的占用。