高明有轨电车储氢系统简介及故障分析

高明有轨电车储氢系统简介及故障分析

陈映湘

佛山中车四方轨道车辆有限公司 528500

摘要：本文对高明有轨电车储氢系统构成及原理进行了简单介绍，对运营中出现的储氢系统故障进行分析。

关键词：储氢、燃料、电磁阀

1. 前言

高明有轨电车首期线路长6.5km,设有十座车站，高明有轨电车站点连接佛山高明新旧城区，是世界第一条商业运营氢能源有轨电车，运行过程中实现污染零排放，具有技术先进、安全可靠、绿色环保、零排放、大运量等特点。储氢系统是氢能源有轨电车关键的子系统，其工作的稳定性直接影响车辆运营指标。本文对储氢系统构成、工作原理、操作等进行介绍，并对典型故障进行分析，并提出改进措施。

2、储氢系统简介

2.1储氢系统的构成及原理

储氢系统安装在氢能源有轨电车上，包含氢气的加注、储存、供给功能子系统。储存子系统主要作用是存储高压氢气；供给子系统主要作用是根据实际应用需求将氢气安全供给到燃料电池系统；加注子系统主要作用是实现压缩氢气的加注。

2.2储氢系统原理

高压氢气通过加氢口加注到储氢气瓶内，存储氢气。系统处于加氢状态时，储氢系统处于断电状态，此时瓶口组合阀相当于单向阀，气体经过瓶口组合阀进入储氢气瓶，同时供氢模块电磁阀关闭，供给管路不通。系统在正常工作状态时，供氢模块电磁阀开启，气瓶内的气体经瓶口组合阀进入供给管路，经减压阀减压后通过与燃料电池的供氢接口输送至燃料电池系统。储氢系统原理图如图1所示：

图1

2.3储氢系统主要参数

额定工作压力：35MPa（环境温度15℃）

最大工作压力：42MPa（环境温度15℃）

额定工作温度：-40～85℃

储氢气瓶数量：6个

额定充装体积：840L

有效储氢量：18Kg（环境温度15℃）

最大储氢量：20.2Kg（环境温度15℃）

2.4储氢系统的操作

2.4.1储氢系统操作安全须知

（1）储氢系统操作人员需经过专业人员培训后方可操作压缩气态氢系统；

（2）禁止非压缩气态氢系统操作人员操作压缩气态氢系统；

（3）操作压缩气态氢系统前操作人员应采用人体静电放电检测仪、静电泄放器或静电泄放球灯去除自身携带的静电；

（4）操作人员应穿戴符合GB12014 要求的阻燃、防静电服和符合GB4385要求的防静电鞋，严禁携带火源和非防爆电子设备；

（5）操作人员应严格按照操作流程操作压缩气态氢系统,严禁违规操作压缩气态氢系统；

（6）操作过程中出现意外或紧急状况时，应按照GB4962的要求采取处理措施；

（7）压缩气态氢系统处在检修期或者出现安全隐患时，应在系统明显部位做出安全警示，严禁操作处于安全隐患的压缩气态氢系统。

2.4.2储氢系统使用操作流程

（1）在系统启动之前，请确认球阀为开启状态；

（2）依次打开蓄电池；

（3）检查系统有无气体泄漏；

（4）打开动力电池开关及氢燃料电池开关。

2.4.3储氢系统使用操作注意事项

（1）在非特殊情况下严禁关闭瓶口组合阀上的手动截止阀；

（2）瓶尾和瓶口PRD口应保持通畅，不应该有物体妨碍气体排出；

（3）为了系统安全性在每天关闭燃料电池后关闭供气模块上的手动截止球阀；

（4）严禁随意调整减压阀出口压力；

（5）严禁随意调整泄压阀，且泄压阀出口不应有物体阻碍气体排出；

（6）严禁随意打开排空针阀。

3、储氢系统典型故障及分析.

3.1故障现象

2021年2月，高明有轨电车在明湖公园上行报“氢系统燃料电池系统A堆/B堆故障”，列车显示氢量剩余7.2MPa，燃料电池无法正常工作。

3.2故障原因分析

3.2.1故障分析

列车显示储氢瓶内有氢气，但是燃料电池因供氢不足，导致无法正常工作，主要由以下原因导致：

1. 储氢系统电磁阀故障或未开启；

2. 减压过滤器堵塞；

3. 管路过滤器堵塞。

3.2.2故障排除

1. 车辆回库后通过PTU查看列车数据，发现氢系统低压压力存在异常波动。

2. 检查减压过滤器，未发现异常；

3. 检查管路过滤器，未发现异常；

4. 检查电磁阀，测试电磁阀电阻为23.6欧，电阻未见异常，拆开赫斯曼接头壳体固定螺栓，发现螺栓有生锈现象，更换电磁阀，车辆功能恢复正常。

拆开电磁阀，发现电磁阀内部弹簧垫片和弹簧锈蚀（图一）。

3.3故障件分析

3.3.1电磁阀结构

高明氢能源有轨电车电磁阀生产厂家为美国Circle-seal,型号为 SV461T2NC8P43D,该电磁阀属于两位两通常闭直动型，驱动电压DC28V，如图一。

图一

电磁阀主要由电器接头螺栓、赫斯曼接头壳体（母）、赫斯曼接头插件（母）、赫斯曼接头插座（公）、线圈固定螺栓、赫斯曼接头密封件、电磁阀线圈外壳、电磁阀线圈体、弹簧垫片、弹簧、弹簧垫片、弹簧、阀体等部件组成，电磁阀解剖图如图二。

图二

1、电器接头螺栓 2、赫斯曼接头壳体（母）3、赫斯曼接头插件（母）4、赫斯曼接头插座（公）5、线圈固定螺栓 6、赫斯曼接头密封件 7、电磁阀线圈外壳 8、电磁阀线圈体 9、弹簧垫片 10、弹簧 11、弹簧垫片12、弹簧 13、阀体

3.1.2故障件分析

（1）拆解电磁阀，螺栓1和连接螺母处有轻微锈蚀，电磁阀壳体内部有锈蚀（图三）、弹簧垫片和弹簧锈蚀现象（图四）。

图三

图四

2. 通过对故障件的拆解分析，电磁阀失效的主要原因是阀体进水导致内部零部件生锈，特殊是弹簧严重锈蚀，导致弹簧动作不灵活或卡滞，造成电磁阀打不开。

（3）电磁阀进水的位置从结构上分析可能存在3个位置：赫斯曼接头的固定螺栓处、赫斯曼接头与本体插座的连接处、赫斯曼本体插座与电磁阀壳体的连接处（图五）。

图五：电磁阀进水位置

2. 现场拆开赫斯曼接头插座，可以看到赫斯曼接头插件和插座连接处有明显的的水渍。确定进水位置应为赫斯曼接头的螺栓处（位置1）或赫斯曼接头和插座连接的缝隙（位置2）。水透过赫斯曼接头进入到电磁阀内部导致零部件生锈。

3.1.3应对措施

为保证有轨电车的运行安全，为预防水渍与杂质进入电磁阀线圈外壳内，在图五中1.2.3处使用腻子进行密封，从根本上杜绝水汽进入电磁阀内。定期检查外壳腻子情况，若出现脱落需进行更换。

4、小结

本文对高明有轨电车储氢系统进行简要概述，通过对储氢系统故障的分析和措施验证，保证了高明有轨电车的运行安全。

参考文献

[1]杨帆.沈海仁.郑传祥 氢气安全保障报警研究 化工装备技术 2010

[2]成长聘.王新华.张立新 燃料电池车载储氢系统的技术发展与应用现状 太阳能学报 2005

[3]T/SDAS 184—2020 燃料电池轨道车辆车载氢系统技术条件