1、 广州地铁广佛线 型车大修后蓄电池紧急负载测试不达标问题分析王喆（广州地铁集团有限公司，广东 广州 ）摘要：广州地铁广佛线 型地铁车辆大修后多列车出现紧急负载应急启动测试不达标、蓄电池亏电的故障现象，分析了可能引起蓄电池亏电故障的多种原因，通过列车紧急负载设备功率及蓄电池容量核算、蓄电池供电回路设备排查、蓄电池充放电维护工艺排查、列车大修工艺流程排查，找到故障原因，针对存在的问题对蓄电池大修维护工艺提出优化建议。关键词：蓄电池；紧急负载；亏电；容量测试中图分类号：（，）：，：；收稿日期：引言广州地铁广佛线 型地铁车辆大修后，蓄电池经检修维护、容量测试、检验合格后装车使用，但多列车在大修验收调试
2、时仍出现蓄电池紧急负载测试不足 的情况。蓄电池紧急负载测试不达标，在特殊故障工况下，蓄电池无法提供足够的电量供列车紧急负载使用，可能导致乘客恐慌、受伤、被困无法疏散的情况，列车不符合上线运营条件。原因分析地铁列车在升弓有网压的情况下，由 充电机为低压设备供电，同时对蓄电池充电。当列车降弓或无网压的情况下，由蓄电池为列车低压设备供电。为保障在紧急情况下列车上负责维持秩序、疏散乘客的应急设备可以正常工作一定时间，设计时规定蓄电池容量需满足紧急负载设备至少正常工作 ，同时预留 的裕量。导致大修后蓄电池紧急负载测试不达标的原因可能有以下几点。新增设备功率超过原蓄电池设计容量列车经过大修技改后，新增弓网
3、、轨检及走形部智能监测系统，定频空调更换为变频空调，线路图技改为 动态地图，乘客信息系统整体升级换型，车门升级为智能门控，设备功率大幅度增加，而蓄电池并未更新升级，可能存在新增设备后列车紧急负载设备功率超过蓄电池可用容量的情况。蓄电池供电回路设备故障广州地铁广佛线 型地铁车辆采用组蓄电池并联（每组蓄电池有 个单体）为整列车低压负载供电，可能存在的蓄电池供电回路设备故障导致部分蓄电池组无法正常供电，紧急负载设备工作时间减少。蓄电池维护或使用不当导致容量衰减广州地铁广佛线 型地铁车辆采用荷贝克 型碱性镍铬蓄电池，其额定容量为 ，已使用 年，出现了设备老化、容量衰减的情况，需定期进行循环充放电维护作
4、业以恢复容量。蓄电池维护工艺缺陷会导致蓄电电工技术系统解决方案池容量衰减后恢复不到位情况。在列车大修后的调试及验收过程中，蓄电池使用不当会导致容量衰减亏电。故障排查 大修技改后设备功率及蓄电池容量核算在列车降弓或无网压情况下，蓄电池须在 内持续为空调紧急通风、客室应急照明、司机室照明、前照灯、尾灯、车侧灯、仪表灯、广播、无线电台、车门控制、火灾报警等应急负载供电。紧急负载测试时，低压用电设备及其功率见表。表紧急负载设备功率表序号低压用电设备负载功率 备注客室应急照明 改造为 司机室照明 空调紧急通风通风机 空调紧急通风司机室通风 空调紧急通风废排风机 车侧灯 门控器 升级为智能门控器 显示屏
5、制动控制 紧急报警 更换为津航科技 空调控制 空调改造为朗进变频空调 网络监控摄像机 更换为津航科技 客室扬声器 更换为津航科技 车门控制 技改为智能门控器 设备 无线通信 司机室广播控制机柜 更换为津航科技 客室广播控制机柜 更换为津航科技 司机室显示设备 更换为津航科技 火警系统 显示设备 改为 动态地图 司机室监控 更换为津航科技 车载走行部在线监测系统 新增 车载弓网在线监测系统 （高配）（标配）新增 新增 轨道几何参数钢轨断面检测系统 新增 线路状态巡检系统 新增 前照灯、尾灯、仪表灯、火警探头 合计高配：标配：走行部在线监测系统与高配弓网系统配置在不同车辆大修技改前广州地铁广佛线
6、型地铁车辆紧急负载设备功率为 ，大修后增加了 。蓄电池单体额定电压为，个单体组成的蓄电池组输出额定电压为 ，蓄电池单体放电终止电压为 ，则蓄电池组放电终止电压为 。蓄电池欠压保护继电器设置保护电压为。此处只计算功耗最大情况，即标配弓网加其他智能监测设备的情况下，蓄电池容量是否满足需求。同时考虑车门在应急情况下开关次，瞬间负载为 ，持续时间为，蓄电池容量需求约为 。因此 型地铁车辆大修技改后蓄电池容量需求计算如下：放电电流 ；放电时间 ；蓄电池浮充电效率影响系数为，老化衰减系数为，温度补偿系数为；单组蓄电池容量需求 ；蓄电池倍率 （选中倍率）。经过以上蓄电池容量计算，在标配弓网、轨检以及走形部系
7、统装同一台车时，蓄电池容量需求为 ，原中倍率 的蓄电池容量满足使用要求，但没有 的裕量冗余。按照荷贝克蓄电池使用 年后老化衰减系数为 计算，单组蓄电池容量需求 ；原中倍率 的蓄电池容量不满足使用要求。选用 蓄电池，按照老化衰减系数为 计算，最大支持紧急负载设备功率 。蓄电池供电回路设备检查对广州地铁广佛线 型地铁车辆蓄电池供电回路进行检查，对可能中断蓄电池供电输出的设备点进行排查。蓄电池组经过闸刀开关 、欠压保护继电器、蓄电池输出接触器 、供电母线对低压设备供电，同时蓄电池温度传感器也会影响蓄电池充电状态。检查蓄电池单体，电解液饱满，单体极性连接正确，短连片紧固、无松动，单组蓄电池总电压为，输
8、出电压正常。检查蓄电池闸刀开关 ，闸刀闭合输出电压为 且设备功能正常。检查蓄电池欠压继电器，其设置动作阈值为，实测动作阈值为，设备功能正常。检查 、蓄电池投入接触器，其动作闭合逻辑正常，设备功能正常。紧急负载设备运行情况下，蓄电池母线输出电流，与正常列车对比，均正常，无异常放电情况。读取辅助逆变器数据，蓄电池温度数据正常，蓄电池温度传感器对应温度下的阻值正常。经过蓄电池供电回路排查，排除供电回路设备故障，确定故障原因为装车蓄电池容量不足。重新更换蓄电池组后，紧急负载测试合格。蓄电池维护工艺及使用情况排查 紧急负载测试工艺排查紧急负载测试要求测试前需升弓充电，第一次测试不合格后，重新组织升弓充电
9、以上，但测试仍不合格，可排除蓄电池未充满即开展测试的可能。测试工艺流程经排查，无异常。蓄电池维护工艺排查蓄电池维护工艺缺陷可能导致大修后蓄电池容量未恢复至满电状态，因此检查大修中蓄电池的维护作业记录，排查大修中蓄电池充放电作业流程及工艺。规程工艺要求如下：清洁和测量蓄电池单体，清洁度达到 级，单体外观良好，蓄电池某一单体电压值与单体电压的平均值相差在 以内；蓄电池单体充满电量并静置后，在室温 下，检查单体电解液密度及液面高度，电解液密度为 ，且保证液面高度略低于 标记；检查蓄电池容量，更新不合格蓄电池组，要求蓄电池能以 电流放电超过，电池容量不小于额定容量的。系统解决方案电工技术 实际执行情况
10、如下：检查大修蓄电池检修记录及充放电记录，结果均合格，故障件均有更换。排查大修蓄电池充放电作业实际执行情况，发现存在以下问题：蓄电池充电维护时，环境温度较高，现场散热不足，充电时单体温度在 时，充电效率大幅度降低，约为 时的，如图所示；蓄电池充电维护时，单体电压、电流、温度等数据均需人工逐个测量，耗时、速度慢，无法及时掌握蓄电池状态。图镍铬碱性蓄电池电解液温度与容量的对应关系 蓄电池使用情况排查蓄电池使用不规范，出现深度放电的情况，可导致蓄电池容量损耗。列车大修静态调试作业时需使用蓄电池供电，调试时间较长，且不具备升弓充电条件，偶出现列车亏电情况。列车大修调试功能验证时，为证明列车功能正常，在
11、列车交付前，需进行次以上的紧急负载测试，每次紧急负载测试时均将蓄电池放电至 以下，出现蓄电池深度放电。结论经过全作业流程的全面排查，大修技改后广州地铁广佛线 型地铁车辆中多列车紧急负载测试不达标、蓄电池亏电的原因有以下几点。（）大修技改后改造、新增的设备功率增加导致原蓄电池容量在严格的条件下不满足设计要求。（）大修蓄电池充放电工艺存在缺陷，导致蓄电池充电效率降低，容量恢复不足。且人工采集数据效率低，无法及时发现异常充电状态。（）大修调试工艺流程存在缺陷，导致蓄电池维护合格后，多次深度放电，容量损耗。优化建议从系统设计至使用、维护，多个漏洞的存在导致问题的发生，针对以上问题提出优化建议。调整蓄电
12、池大修维护标准在大修技改设计联络之初，应充分评估蓄电池状态，关键系数的选择可能导致完全相反的结论。广州地铁广佛线 型地铁车辆蓄电池已使用 年以上，根据实际使用情况，其老化系数取 更合适。考虑到大修改造难度，同时避免蓄电池容量不足的风险，匹配容量计算报告中老化系数 的选择，建议修改蓄电池大修合格标准为：检查蓄电池容量，更新不合格蓄电池组，规定蓄电池用 电流放电时长大于，容量大于 为合格。优化蓄电池充放电工艺蓄电池充放电作业的目的是通过多次循环充放电恢复容量，因此在蓄电池容量恢复状态不理想的情况下，需认真排查其工艺流程。针对目前存在的环境温度高、散热不良导致的充电容量损耗，建议将充电作业时间调整为
13、夜间，同时作业场所增加散热风扇，控制蓄电池充放电时的环境温度。蓄电池充放电过程中，加大单体温度测量频次，当温度超过 时中断充电，待温度下降到 后再重启充电。使用智能化、数字化设备实时监控蓄电池状态引入或自主开发智能化、数字化设备实现蓄电池组充放电电流、电压、温度等关键参数的实时监测、数据自动采集、自动记录、实时分析、异常报警等功能，用来替代人工测量的维护方式。下面介绍一种自主开发的蓄电池充放电远程监控方案。蓄电池组充放电时，个蓄电池单体串联，通过设计单片机采集单体电压，通过双向电流霍尔传感器采集电流，通过 温度传感器采集温度，以上设备集成为蓄电池充放电数据采集设备，如图所示。将以上采集的数据通
14、过 卡在本地储存，同时通过蓝牙传输至手机，通过手机开发的小程序智能生产管理平台实现数据分析、异常报警等功能，同时技术人员可以在手机上便捷地掌握蓄电池单体状态，如图所示。图蓄电池充放电数据采集设备图蓄电池远程监控平台手机界面（下转第 页）电工技术系统解决方案 图函数值收敛曲线受自然因素的影响，水电站在丰水期和枯水期的水流量大不相同，故本文以某典型日的 点来水数据代表枯水期和丰水期来水量，如图所示。图陕南某地枯水期和丰水期的来水情况对不同时期水流量对出力的影响和进行消纳后出力情况进行模拟。对比图、图可知，进行消纳后的小水电站有明显的“削峰填谷”作用，通过联合运行减少了小水电弃水量，促进了水电消纳。
15、图未消纳水电站出力图消纳水电站出力 结语基于已有研究成果，把考虑小水电消纳经济性和可靠性引入算法模型，在促进小水电消纳的同时，降低其并网带来的系统运行风险，因此小水电消纳过程中，本文提出的消纳模型可兼顾经济性和可靠性，提高消纳能力。构建整体框架模型，将复杂的小水电群转化为打捆输送，基于系统不同时期运行状态，采用蒙特卡洛法评估系统可靠性，反映系统不同时期的可靠性水平，并结合考虑容错度的改进 算法实现模型求解。在一定程度上基于本文的优化模型，可为小水电消纳提供解决策略。参考文献 苗树敏，罗彬，刘本希考虑经济性与可靠性的大小水电短期协调消纳模型 电力系统自动化，（）：闫群民，张凤鸽，马瑞卿，等 参数
16、优化的小水电电能质量分析 华中科技大学学报，（）：沙志成，王艳，郑帅风火打捆比例对直流孤岛系统稳定性影响的研究电力系统保护与控制，（）：吴海涛，孙以泽，孟婥 粒子群优化模糊控制器在光伏发电系统最大功率跟踪中的应用中国电机工程学报，（）：徐玮，康重庆，夏清，等模糊性序列运算及其在电力外送能力分析中的应用中国电机工程学报，（）：荆朝霞，胡荣兴，袁灼新，等含风光抽水蓄能并计及负荷响应的海 岛 微 网 优 化 配 置电力系统 自动化，（）：纪昌明，苏学灵，周婷，等梯级水电站群调度函数的模型与评价电力系统自动化，（）：，：，（）：陈守煜 可变模糊集理论与模型及其应用 大连：大连理工大学出版社，：，（）：（上接第 页）严控低压调试时间，规范蓄电池使用大修作业生产节奏紧张，人员流动较大，部分人员对蓄电池使用规范掌握不到位，作业质量较差。建议加强作业质量管控，严格控制低压调试时间，规范蓄电池使用，严禁出现亏电的情况。优化功能验证流程在车辆检修过程中，应尽量避免过度维修，过度验证。针对大修验收中安排多次紧急负载测试导致蓄电池容量损 耗 的 问 题，优 化 流 程、缩 减 次 数，只 安 排次测试。参考文
