杭州地铁1号线七堡车辆段蓄电池间改造设计启示

■ 中铁二院工程集团有限责任公司机动院 王栋

地铁车辆段内通常设有蓄电池间，用于地铁列车蓄电池的充放电作业。酸性蓄电池充电间的火灾危险性类别被划分为甲类，但随着蓄电池技术的进步，部分做法和规定与实际情况有所偏离，笔者结合设计实践，对相关问题进行探索分析，供广大同行参考。

项目背景

杭州地铁1号线七堡车辆段于2012年开通运营，到2018年已运营满5年，蓄电池进入大规模的维护期，原设计已不能满足使用需求，运营单位杭州杭港地铁有限公司（以下简称“杭港公司”）提出了对蓄电池间进行改造扩能的要求。

改造方案

原设计方案

原设计方案中蓄电池检修间考虑到电客车、工程车及段内蓄电池叉车、公铁两用车等所用蓄电池的检修，未考虑地铁各系统，如通信、信号、综合监控、供电等系统所用蓄电池的检修工作。

蓄电池检修间由酸性蓄电池间、碱性蓄电池间、充电间和储存间组成，蓄电池间层高7.8m，屋面板结构厚度200mm，最大梁高1.1m，布置图如图1所示。

改造方案

根据杭港公司提供的蓄电池数量，1号线共有蓄电池超过16000节，除配属的48列车辆蓄电池为碱性外，其余全部为酸性蓄电池。设计计算取17000节，设备利用不平衡系数取1.1，全年工作日250天，则蓄电池间规模可按下式计算：

Qj=Qx*1.1/250

其中，Qj：蓄电池间每日充放电蓄电池数量，单位（节）；Qx：全线蓄电池保有量，单位（节）。

计算得出Qj=75节，即蓄电池间每日充放电蓄电池数量75节即可满足需求。

根据杭港公司提供的蓄电池资料，各类蓄电池在充放电过程中只有少量氢气及氧气释放。根据氢气排放量计算，在控制荷贝克12V140Ah和12V100Ah型两种蓄电池充电组数的情况下，每次作业内氢气含量小于1L/m³，且小于25m³，满足《建筑设计防火规范》GB50016-2014对可不按物质危险特性确定生产火灾危险性类别表中对氢气的限定值。故该项目未按照甲类生产厂房设计，但采取了以下措施防止氢气局部聚集出现较高浓度：

图1 蓄电池检修间平面示意图

一是设置了氢气探测器，报警浓度设置为2%，报警信息发送到蓄电池检修当班人员手机；

二是设置了通风设施以降低充电间氢气浓度；

三是两次充放电间保证2小时充分的通风时间；

四是对荷贝克12V/140Ah、12V/100Ah型两种电池的充放电进行限制，同一时间只能充放电此两种型号的电池中的一组（18节）；

五是环境温度超过35℃时停止作业；

六是库外设置严禁烟火及严禁吸烟标识。

改造后的蓄电池检修间酸性蓄电池间、碱性蓄电池间进行了互换，其余不变。改造后蓄电池间配备设备表见表1。

表1 改造后蓄电池检修间设备表

对地铁车辆段蓄电池间设计的启示

关于蓄电池间火灾危险性等级的探讨

根据《铁路工程设计防火规范》TB10063-2016附录A中主要生产房屋的火灾危险性分类中规定，酸性蓄电池充电间火灾危险性为甲类，碱性蓄电池间火灾危险性为戊类。目前，各地铁车辆段均参照此规范对酸性蓄电池充电间均按甲类生产厂房进行设计，对碱性蓄电池间按戊类生产厂房进行设计。

根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014，标准状态下氢气体积与房间容积的比值小于1L/m3且标准状态下氢气体积小于25m3时，该建筑可不按物质危险特性确定生产火灾危险性类别，对于地铁蓄电池检修间，只要充放电时释放的氢气体积不大于蓄电池间容积的1‰且释放氢气体积小于25m3时，即可不按照甲类生产厂房设计。

根据在此改造项目中杭港公司提供的蓄电池组基础资料，蓄电池一个常规充放电作业时间（12小时）氢气的释放量见表2。

根据计算分析可知，当同时对5组荷贝克12V/140Ah蓄电池组或12V/100Ah蓄电池组 （满足同时80节的需求）进行充放电时，在40℃时，氢气浓度分别为0.494%和0.353%，超过 《建筑设计防火规范》 GB50016-2014对可不按物质危险特性确定生产火灾危险性类别表中对氢气的允许值 （0.1%），但浓度也远小于氢气的爆炸浓度下限 （10%）。只对1组荷贝克12V/140Ah蓄电池组或12V/100Ah蓄电池组进行充放电时，氢气浓度分别为0.0988%和0.0706%，均小于0.1%。在35℃ （设计工作环境温度上限）以下时，氢气浓度会进一步降低。事实上，随着蓄电池技术的进步，中小型阀控铅酸蓄电池在充放电中氢气释放量并不大，某些品牌的蓄电池组几乎没有氢气释放量。而碱性蓄电池也有氢气释放，不加以限制时，也有可能浓度超标，但总的来说氢气释放量很低。

关于蓄电池检修间设置的探讨

以杭州地铁6号线电客车蓄电池维护为例，6号线电客车蓄电池采用DTM-200-3W密封胶体蓄电池。蓄电池维护检修等级分为日检、月检、半年检、年检、架修、大修，基本与电客车检修修程一致。

正常使用情况下，寿命周期内无需添加电液，为确保蓄电池使用寿命，蓄电池组应每两年进行一次充放电维护，充放电维护可不下车。

根据蓄电池维护检修修程可知，随着蓄电池技术的进步，在通常情况下，电客车蓄电池在一个架修周期内可不下车检修。其他各系统所用蓄电池检修周期也大约是5年。定修车辆段内是否需要设置蓄电池检修间，值得进一步探讨。为此，笔者建议在大架修车辆基地内设置蓄电池检修间，负责线网内车辆及各系统所用蓄电池的维护工作，定修车辆段内不设蓄电池检修间。

蓄电池间设置规模及设备配备的探讨

蓄电池间每日充放电蓄电池数量根据线网蓄电池保有量计算，新线建设时，数量可按500节/km估算。蓄电池间可由蓄电池充放电间、电源室、值班室、存放间等组成，层高为7.8m。

目前，主流蓄电池已是免维护蓄电池，在寿命周期内不需加液，只需进行充放电，且无酸雾、碱雾释放。因此，蓄电池检修间的设备配备可大幅精简。设备配备可按表3进行配置。

表2 氢气释放量计算表

表3 蓄电池检修间设备表（建议）

结论

根据上述分析，笔者建议，地铁定修车辆段内不再设置蓄电池检修间，大架修车辆段内设置蓄电池检修间，负责线网的蓄电池充放电工作。地铁车辆以及各系统全面采用胶体蓄电池组，蓄电池间按戊类厂房设计。因此，蓄电池间对地铁车辆段特别是需进行上盖开发的车辆段总平面布置以及厂房组合的影响和限制将不复存在，这有利于车辆段平面的布置、有利于盖上物业开发平面的布置，也有利于缩减车辆段用地，减少对城市土地资源的占用。