CRH38OB型動車組火災(zāi)報警系統(tǒng)功能可靠性研究

王斌

摘要：高速動車組列車以其安全、快捷、經(jīng)濟的優(yōu)點，依然成為我國高速鐵路發(fā)展的重要組成部分，在經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。作為保障行車安全必要的組成部分，動車組火災(zāi)報警系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，從而確保乘客的人身安全。文章在對CPtH38OB型動車組火災(zāi)報警系統(tǒng)原理充分理解的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一款便攜式煙霧發(fā)生器對動車組火災(zāi)報警系統(tǒng)功能進行測試，并借助大量數(shù)據(jù)追蹤設(shè)定煙霧值監(jiān)控閾值，動態(tài)控制煙霧探測器煙霧濃度，防止系統(tǒng)誤報警，影響正常鐵路運輸秩序。

關(guān)鍵詞：動車組;火災(zāi)報警;煙霧測試;閾值

中圖分類號：TP278 文獻標志碼：A

0引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進步，高速動車組列車以其安全、快捷、舒適、經(jīng)濟、環(huán)保等諸多優(yōu)點已成為目前人們中、遠程出行的首選交通方式。cRH3型動車組為固定編組，電氣集成化程度高，車體安裝有功能各異的電氣設(shè)備，鋪設(shè)有大量的電線電纜，車廂內(nèi)部人員密集，空間密封，且處于高速移動狀態(tài)，如果一旦發(fā)生火災(zāi)，施救工作非常困難，若未及時發(fā)現(xiàn)并采取必要措施，勢必會造成重大的人員和財產(chǎn)損失，引起不良社會影響，因此，加強動車組列車的防火安全，保證旅客乘坐安全、舒適是擺在我們面前的新課題。

使用高性能的煙火探測報警系統(tǒng)，確保對火災(zāi)進行早期的探測報警，及時采取適當(dāng)措施，可將損失降到最低。保證動車組火災(zāi)報警系統(tǒng)功能的可靠性對確保列車安全平穩(wěn)運行具有非常重要的作用，在充分了解火災(zāi)報警系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，定期對系統(tǒng)功能進行測試，并對相關(guān)部件進行清潔可有效預(yù)防誤報警引發(fā)的列車降速等影響行車秩序的工作。

1火災(zāi)報警系統(tǒng)原理

1.1火災(zāi)報警系統(tǒng)構(gòu)成

cRH38OB型動車組每輛車均搭載一套獨立的火災(zāi)報警系統(tǒng)，用于車上司機室、配電柜、衛(wèi)生間以及車下變流器等重要區(qū)域的火情監(jiān)測。該系統(tǒng)由一個控制單元（以下簡稱sDcu）、一個線性熱探測器（以下簡稱HD）和多個光學(xué)煙霧探測器（以下簡稱SD）組成，如圖1所示。

動車組SDCU與SD之間通過雙通道CAN總線構(gòu)成的冗余環(huán)形網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)，SDCU為SD和HD提供DC24V工作電源，如圖2所示?；诠馍⑸湓淼狞c型光電感SD對自身所處環(huán)境的煙霧濃度以及HD所處環(huán)境的溫度值進行實時測量，并將監(jiān)測信息通過CAN線傳輸

SDCU，由SDCU對整個火災(zāi)報警系統(tǒng)的運行、報警、故障信息進行實時監(jiān)控。此外車輛網(wǎng)絡(luò)部件KLIP可接受SDCU發(fā)出的信息并通過MVB總線傳輸給CCU，由CCU將報警信息通過人機交互界面反饋給列車乘務(wù)人員，進行必要的檢查處理。

1.2火災(zāi)報警電氣原理

分布于動車組司機室、配電柜、衛(wèi)生間以及車下變流器艙的煙霧探測器sD檢測到所處環(huán)境的煙霧值或溫度值超出閾值后，將信息反饋至火災(zāi)報警控制系統(tǒng)SDCU，SDCU接收到SD發(fā)出的報警信號，會自動發(fā)出脈沖信號使SDCU內(nèi)部與報警sD對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)觸點短時斷開，使動車組火災(zāi)報警系統(tǒng)相應(yīng)的線路接觸器失電，從而將報警信息反饋至動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)TCMS，進而控制動車組減速，其電氣原理如圖3所示。

圖3所示中K1-K7分別為PIS柜、衛(wèi)生間、司機室、變流器、配電柜等部位的火災(zāi)報警線路接觸器，當(dāng)動車組上述部位檢測到火情后，對應(yīng)的報警線路接觸器將斷開;K11為集中報警線路接觸器，當(dāng)動車組上述部位任意一處檢測到火災(zāi)時，K11將斷開;K9為火災(zāi)確認線路接觸器。例如，當(dāng)PIS柜煙霧探測器SDl監(jiān)測到PIS柜內(nèi)煙霧值超標時，SDCU內(nèi)部ld-lz觸點將短時斷開，使得K1失電，動車組TCMS通過K1常開觸點的斷開接收PIS柜火災(zāi)報警信息。若確認為誤報警或不影響動車組正常運行時，操作s9按鈕進行火災(zāi)報警確認，當(dāng)s9被操作時，K9得電，K9常開觸點閉合，進而使K1重新得電，動車組TCMS通過K1常開觸點的閉合接收火災(zāi)報警確認信息。

動車組列車運行速度快，密封性強，且車上設(shè)備多屬易燃物品，如果發(fā)生火災(zāi)，后果將十分嚴重。因此，各車廂火災(zāi)集中報警線路接觸器K11常閉觸點串聯(lián)組成了動車組火災(zāi)報警監(jiān)控回路，負責(zé)監(jiān)控列車火災(zāi)報警情況，并將監(jiān)控狀態(tài)實時反饋至列車司機及乘務(wù)人員，一旦動車組某一部位觸發(fā)火災(zāi)報警，火災(zāi)報警監(jiān)控環(huán)路將斷開，TCMS控制動車組封鎖牽引，降速運行。此外，TCMS將強制關(guān)閉觸發(fā)火警車廂空調(diào)系統(tǒng)，防止空調(diào)輸入的新風(fēng)對火情起到助燃作用。

2火災(zāi)報警系統(tǒng)可靠性測試

火災(zāi)報警系統(tǒng)在動車組運行中起到十分重要的作用，其運行可靠性直接影響動車組的運行安全。因此，定期對系統(tǒng)功能進行測試尤為重要。CRH380B型動車組火災(zāi)報警系統(tǒng)功能測試主要包括：SDCU功能測試和SD功能測試兩個方面。

2.1SDCU功能測試

對煙火報警控制系統(tǒng)的測試可通過操作司機室人機交互屏實現(xiàn)全列系統(tǒng)測試，也可以通過操作配電柜內(nèi)S13旋鈕進行本車煙火控制主機SDCU功能測試。電路原理如圖4所示。

通過Pc連接TCMS人機接口，給出火災(zāi)報警測試指令后，各車廂TCMS網(wǎng)絡(luò)觸點閉合，使K12得電，其輔助觸點吸合，SDCU接收到信號開始測試，對于單車SD-CU測試，可操作$12旋鈕使K12得電，SDCU收到信號開始測試。

2.2SD功能測試

對煙霧探測器功能測試需測試其煙霧值檢測性能，為此，本文設(shè)計了一款便攜式煙霧發(fā)生器進行測試。該煙霧發(fā)生器原理為液態(tài)煙油受熱后霧化形成煙霧。選用液態(tài)煙油的主要成分有純凈水、乙醇、甘油等組成，無味無毒，其產(chǎn)生的煙霧對作業(yè)人員、車內(nèi)設(shè)備無破壞、車內(nèi)環(huán)境無污染。

2.2.1設(shè)備構(gòu)成

圖5為本設(shè)計煙霧發(fā)生器模型，主要由儲油瓶、霧化器、煙道及電源等組成。

儲油瓶采用瓶口朝下的方式固定于T型支架，存儲于瓶內(nèi)的煙油可依靠自身重力流人下方的霧化器，儲油瓶口安裝節(jié)流閥用于調(diào)節(jié)煙油滴落量及截斷油流，為保證煙油供給的可靠性，選用一根貫穿節(jié)流閥的棉繩將儲油瓶里的煙油引流至霧化器。

霧化器是煙霧發(fā)生器的核心部件，其作用是將儲油瓶滴落的煙油加熱霧化產(chǎn)生煙霧，主要由電熱絲、接油盤、盛油瓶組成。接油盤用于存放儲油瓶滴落的煙油，供電熱絲霧化，為保證裝置的耐熱性，接油盤選用瓷質(zhì)材料;設(shè)置于接油盤下方的盛油瓶，用于存儲霧化過剩的煙油;電熱絲通電后產(chǎn)生熱量，用以霧化接油盤中的煙油。

煙道由聚氯乙烯材質(zhì)管道和風(fēng)扇組成，一方面對儲油瓶和霧化器起支撐作用，另一方面控制煙霧方向和提高煙霧流速。為滿足裝置能源及支撐需要，采用含電源組件的中空圓柱型支撐底座，本系統(tǒng)電源選用8節(jié)18650型可充電鋰電池串聯(lián)而成，其容量為18000mAh，輸出電壓為8.4V，可滿足系統(tǒng)持續(xù)工作2h。

2.2.2電路控制

本文所設(shè)計煙霧發(fā)生器電路控制系統(tǒng)主要由三檔船型開關(guān)、蓄電池及充電組件、霧化器發(fā)熱絲、風(fēng)扇、發(fā)光二極管及電阻組成，原理如圖6所示。

三檔船型開關(guān)是該電路的控制核心，開關(guān)位于三個不同檔位時，分別對應(yīng)煙霧發(fā)生器工作、充電和關(guān)閉三種模式。設(shè)置三檔船型開關(guān)使系統(tǒng)充電模式與工作模式互異，即系統(tǒng)處于工作模式下，工作電路閉合，充電電路斷開，充電模式下，充電電路閉合，工作電路斷開，從而保證了系統(tǒng)工作的安全.性和可靠性。此外，在充電電路和工作電路中分別加入兩路發(fā)光二極管用于顯示系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)，即系統(tǒng)處于工作模式時藍色發(fā)光二極管點亮，處于充電模式時紅色發(fā)光二極管點亮。

2.2.3煙霧測試

圖7為驗證本設(shè)計煙霧發(fā)生器的工作性能，選擇1組CRH380B型動車組分別對司機室、PIS柜、衛(wèi)生間等位置煙霧探測器進行3次功能測試。測試結(jié)果見表1所列。

由表1結(jié)果可以看出本文設(shè)計的便攜式煙霧發(fā)生器所產(chǎn)生的煙霧能夠正常觸發(fā)動車組各部位的煙霧探測器，表明該煙霧發(fā)生器作為驗證動車組煙霧探測傳感器功能的試驗工具具有良好的可靠性。

3火災(zāi)報警系統(tǒng)可靠性保障措施

在CRH380B型動車組日常檢修運用中，僅靠定期對煙火報警主機、煙霧探測器進行功能測試并不能完全防止系統(tǒng)誤報警故障的發(fā)生。

如圖8所示，使用Pc機與火災(zāi)報警控制單元（sD-CU）RS-232接口連接，通過煙火報警服務(wù)軟件可以查詢火災(zāi)報警控制單元和煙火探測器的硬、軟件版本號、ID、設(shè)備型號、狀態(tài)、CAN線狀態(tài)、煙霧探測器煙霧值、溫度值、LHD值以及故障描述等。

當(dāng)煙火探測器檢測到的當(dāng)前環(huán)境煙霧值大于108時，將觸發(fā)火災(zāi)報警，由于煙火探測器所在環(huán)境空氣中存在一定灰塵顆粒，運行過程中，部分灰塵將吸附于煙火探測器上，長時間運行后吸附的灰塵越來越多，當(dāng)濃度大于108時，將導(dǎo)致火災(zāi)誤報警，影響動車組正常運營秩序。

為預(yù)防火災(zāi)系統(tǒng)誤報警，須定期清潔煙霧探測器探頭及周圍環(huán)境的灰塵。為制定煙霧探測器清潔標準，選取4組CRH380B型動車組對其各部位煙霧值進行數(shù)據(jù)追蹤。共計170次，見表2所列。

對以上170次測量數(shù)值進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖9所示，煙霧值主要分布在10—30區(qū)間內(nèi)，且同一個煙霧探測器一個月內(nèi)煙霧值上升最大值為20。在統(tǒng)籌考慮作業(yè)量及作業(yè)時間的基礎(chǔ)上，規(guī)定車組入二級修（30d）進行一次煙霧值檢測。

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，煙感探頭正常情況下煙霧值檢測均小于50，運行一個監(jiān)測周期（約30d）煙霧值上升最高20，故設(shè)定煙霧值監(jiān)測閾值W=50+20=70。如發(fā)現(xiàn)探頭瞬時煙霧值超過70時，預(yù)防性清潔探頭表面及探頭周圍環(huán)境（主要是PIS柜）的灰塵，清潔方法為：

（1）拆卸煙火探測器;

（2）用無水酒精少許（抹布潮濕為好），擦洗探測器表面及底座表面灰塵;

（3）清洗完成后，安裝探測器，并檢測探測器報警功能是否正常。同時再次檢測其煙霧值若小于50為正常。

為驗證該預(yù)防措施的可靠性，選擇另外4組380B型動車組在3—6月開展驗證（該時間段西北地區(qū)多發(fā)揚塵天氣，環(huán)境中灰塵顆粒較多，試驗結(jié)果更具說服力），未發(fā)生火災(zāi)誤報警情況。因此，通過動態(tài)監(jiān)控?zé)熿F濃度值清潔探頭，可有效預(yù)防煙火誤報警現(xiàn)象，目前已在所有配屬380B型動車組中推廣使用。

4結(jié)束語

CRH380B型動車組火災(zāi)報警系統(tǒng)對監(jiān)測環(huán)境煙霧濃度反應(yīng)異常敏感，本設(shè)計的便攜式煙霧發(fā)生器可有效檢測系統(tǒng)煙霧探測器的功能，為車組火災(zāi)報警系統(tǒng)的可靠性提供了強有力的技術(shù)保障，同時，采用大量數(shù)據(jù)采集，科學(xué)設(shè)定煙霧傳感器煙霧值濃度閾值，動態(tài)清潔探頭，有效預(yù)防了煙霧報警系統(tǒng)誤報警。