CRH38OB型動車組火災報警系統功能可靠性研究

王斌

摘要：高速動車組列車以其安全、快捷、經濟的優點，依然成為我國高速鐵路發展的重要組成部分，在經濟建設中發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，動車組火災報警系統能夠及時發現火災，從而確保乘客的人身安全。文章在對CPtH38OB型動車組火災報警系統原理充分理解的基礎上，設計了一款便攜式煙霧發生器對動車組火災報警系統功能進行測試，并借助大量數據追蹤設定煙霧值監控閾值，動態控制煙霧探測器煙霧濃度，防止系統誤報警，影響正常鐵路運輸秩序。

關鍵詞：動車組;火災報警;煙霧測試;閾值

中圖分類號：TP278 文獻標志碼：A

0引言

隨著科學技術的飛速進步，高速動車組列車以其安全、快捷、舒適、經濟、環保等諸多優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備，鋪設有大量的電線電纜，車廂內部人員密集，空間密封，且處于高速移動狀態，如果一旦發生火災，施救工作非常困難，若未及時發現并采取必要措施，勢必會造成重大的人員和財產損失，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，確保對火災進行早期的探測報警，及時采取適當措施，可將損失降到最低。保證動車組火災報警系統功能的可靠性對確保列車安全平穩運行具有非常重要的作用，在充分了解火災報警系統工作原理的基礎上，定期對系統功能進行測試，并對相關部件進行清潔可有效預防誤報警引發的列車降速等影響行車秩序的工作。

1火災報警系統原理

1.1火災報警系統構成

cRH38OB型動車組每輛車均搭載一套獨立的火災報警系統，用于車上司機室、配電柜、衛生間以及車下變流器等重要區域的火情監測。該系統由一個控制單元（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總線構成的冗余環形網絡實現互聯，SDCU為SD和HD提供DC24V工作電源，如圖2所示。基于光散射原理的點型光電感SD對自身所處環境的煙霧濃度以及HD所處環境的溫度值進行實時測量，并將監測信息通過CAN線傳輸

SDCU，由SDCU對整個火災報警系統的運行、報警、故障信息進行實時監控。此外車輛網絡部件KLIP可接受SDCU發出的信息并通過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人員，進行必要的檢查處理。

1.2火災報警電氣原理

分布于動車組司機室、配電柜、衛生間以及車下變流器艙的煙霧探測器sD檢測到所處環境的煙霧值或溫度值超出閾值后，將信息反饋至火災報警控制系統SDCU，SDCU接收到SD發出的報警信號，會自動發出脈沖信號使SDCU內部與報警sD對應的網絡觸點短時斷開，使動車組火災報警系統相應的線路接觸器失電，從而將報警信息反饋至動車組網絡控制系統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、衛生間、司機室、變流器、配電柜等部位的火災報警線路接觸器，當動車組上述部位檢測到火情后，對應的報警線路接觸器將斷開;K11為集中報警線路接觸器，當動車組上述部位任意一處檢測到火災時，K11將斷開;K9為火災確認線路接觸器。例如，當PIS柜煙霧探測器SDl監測到PIS柜內煙霧值超標時，SDCU內部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按鈕進行火災報警確認，當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報警確認信息。

動車組列車運行速度快，密封性強，且車上設備多屬易燃物品，如果發生火災，后果將十分嚴重。因此，各車廂火災集中報警線路接觸器K11常閉觸點串聯組成了動車組火災報警監控回路，負責監控列車火災報警情況，并將監控狀態實時反饋至列車司機及乘務人員，一旦動車組某一部位觸發火災報警，火災報警監控環路將斷開，TCMS控制動車組封鎖牽引，降速運行。此外，TCMS將強制關閉觸發火警車廂空調系統，防止空調輸入的新風對火情起到助燃作用。

2火災報警系統可靠性測試

火災報警系統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，定期對系統功能進行測試尤為重要。CRH380B型動車組火災報警系統功能測試主要包括：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的測試可通過操作司機室人機交互屏實現全列系統測試，也可以通過操作配電柜內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，給出火災報警測試指令后，各車廂TCMS網絡觸點閉合，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，本文設計了一款便攜式煙霧發生器進行測試。該煙霧發生器原理為液態煙油受熱后霧化形成煙霧。選用液態煙油的主要成分有純凈水、乙醇、甘油等組成，無味無毒，其產生的煙霧對作業人員、車內設備無破壞、車內環境無污染。

2.2.1設備構成

圖5為本設計煙霧發生器模型，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，儲油瓶口安裝節流閥用于調節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，接油盤選用瓷質材料;設置于接油盤下方的盛油瓶，用于存儲霧化過剩的煙油;電熱絲通電后產生熱量，用以霧化接油盤中的煙油。

煙道由聚氯乙烯材質管道和風扇組成，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，本系統電源選用8節18650型可充電鋰電池串聯而成，其容量為18000mAh，輸出電壓為8.4V，可滿足系統持續工作2h。

2.2.2電路控制

本文所設計煙霧發生器電路控制系統主要由三檔船型開關、蓄電池及充電組件、霧化器發熱絲、風扇、發光二極管及電阻組成，原理如圖6所示。

三檔船型開關是該電路的控制核心，開關位于三個不同檔位時，分別對應煙霧發生器工作、充電和關閉三種模式。設置三檔船型開關使系統充電模式與工作模式互異，即系統處于工作模式下，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光二極管用于顯示系統當前工作狀態，即系統處于工作模式時藍色發光二極管點亮，處于充電模式時紅色發光二極管點亮。

2.2.3煙霧測試

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

由表1結果可以看出本文設計的便攜式煙霧發生器所產生的煙霧能夠正常觸發動車組各部位的煙霧探測器，表明該煙霧發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火災報警系統可靠性保障措施

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誤報警故障的發生。

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

當煙火探測器檢測到的當前環境煙霧值大于108時，將觸發火災報警，由于煙火探測器所在環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，當濃度大于108時，將導致火災誤報警，影響動車組正常運營秩序。

為預防火災系統誤報警，須定期清潔煙霧探測器探頭及周圍環境的灰塵。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據追蹤。共計170次，見表2所列。

對以上170次測量數值進行統計分析，結果如圖9所示，煙霧值主要分布在10—30區間內，且同一個煙霧探測器一個月內煙霧值上升最大值為20。在統籌考慮作業量及作業時間的基礎上，規定車組入二級修（30d）進行一次煙霧值檢測。

根據統計結果，煙感探頭正常情況下煙霧值檢測均小于50，運行一個監測周期（約30d）煙霧值上升最高20，故設定煙霧值監測閾值W=50+20=70。如發現探頭瞬時煙霧值超過70時，預防性清潔探頭表面及探頭周圍環境（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（該時間段西北地區多發揚塵天氣，環境中灰塵顆粒較多，試驗結果更具說服力），未發生火災誤報警情況。因此，通過動態監控煙霧濃度值清潔探頭，可有效預防煙火誤報警現象，目前已在所有配屬380B型動車組中推廣使用。

4結束語

CRH380B型動車組火災報警系統對監測環境煙霧濃度反應異常敏感，本設計的便攜式煙霧發生器可有效檢測系統煙霧探測器的功能，為車組火災報警系統的可靠性提供了強有力的技術保障，同時，采用大量數據采集，科學設定煙霧傳感器煙霧值濃度閾值，動態清潔探頭，有效預防了煙霧報警系統誤報警。