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        160 km/h動力集中動車組煙火報警系統(tǒng)誤報警故障分析

        2020-11-05 16:33:30中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥車輛段
        上海鐵道增刊 2020年2期
        關(guān)鍵詞:感煙火警動車組

        王 路 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司合肥車輛段

        1 引言

        160 km/h動力集中動車組煙火報警器采用雙光源探測迷宮技術(shù)、智能算法及感溫電纜復(fù)合傳感器等新技術(shù),安裝在拖車的硬座客室、軟臥包間、硬臥間、四合一柜、衛(wèi)生間等部位,由各個防控區(qū)間的探測器與火災(zāi)報警控制器組成了分布智能的煙火報警系統(tǒng),為動車組的電氣防火運(yùn)用安全提供了有效保障。但在實際運(yùn)用中,出現(xiàn)了少量的誤報警,即無實際煙火而系統(tǒng)出現(xiàn)報警。本文從煙火報警系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作方式、報警原理、誤報案例等方面,對誤報警故障進(jìn)行了分析,提出了改進(jìn)措施,并對雙光源粒子感煙探測器運(yùn)用在普通25T型客車上的可能性進(jìn)行了探討。

        2 煙火報警系統(tǒng)的組成和工作原理

        2.1 本車報警組成和報警機(jī)制

        本車火災(zāi)報警系統(tǒng)由1個火災(zāi)報警控制器、17個(最多)感煙探測器、一個感溫電纜火災(zāi)探測器及感溫電纜組成,其中感煙探測器及感溫電纜火災(zāi)探測器由火災(zāi)報警控制器供電,感溫電纜火災(zāi)探測器可接感溫電纜。

        當(dāng)設(shè)置在防控區(qū)域的探測器感知到火情時,將火災(zāi)信號傳送至火災(zāi)報警控制器,控制器會自動判斷是否為本次火災(zāi)的首次報警,如果是首次報警,首先對火警信號進(jìn)行確認(rèn)處理,經(jīng)循環(huán)確認(rèn)后,若火警信號仍然存在,則顯示該部位火警狀態(tài)、亮火警燈、顯示首次報警時間、響火警音,并且實時將本節(jié)火警狀態(tài)上傳網(wǎng)關(guān)及其它車廂控制器。

        當(dāng)火災(zāi)報警控制器檢測到探測器發(fā)生故障、連線發(fā)生開路/短路時,顯示屏顯示故障信息、開啟液晶屏背光源及故障燈、響故障音,并且實時將本節(jié)火警狀態(tài)上傳網(wǎng)關(guān)及其它車廂控制器。

        2.2 全列聯(lián)網(wǎng)報警系統(tǒng)的組成和報警機(jī)制

        當(dāng)某一車廂有火警時,全列車廂火災(zāi)報警控制器都鳴火災(zāi)報警音、亮火警指示燈并顯示火警車廂號、火災(zāi)報警部位(即探測器編號)及火災(zāi)報警時間等。在此次火警之后,該車廂其他部位或其它車廂有火警時,全列車廂火災(zāi)報警控制器同樣都鳴火災(zāi)報警音、亮火警指示燈,并在前一條火警信息后按照統(tǒng)一格式顯示本次火警信息。

        當(dāng)火警車廂進(jìn)行消音時,火警車廂的火災(zāi)報警聲消除并向外發(fā)送消音信息,對整列車火警系統(tǒng)進(jìn)行消音;當(dāng)火警車廂進(jìn)行復(fù)位時,火警車廂的火災(zāi)報警聲、火災(zāi)報警指示燈顯示消除并向外發(fā)送復(fù)位信息,對整列車火警系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。任意非報警車廂進(jìn)行復(fù)位或消音時,只能復(fù)位或消音非報警車廂。

        當(dāng)某一車廂有故障時,如探測器與控制器之間有接觸不良或發(fā)生開路、短路故障,故障所在車廂的火災(zāi)報警控制器鳴故障音、亮故障指示燈并顯示故障車廂號、故障報警部位(即探測器編號)及故障報警時間等相關(guān)信息,其余非故障車廂的火災(zāi)報警控制器都亮故障指示燈并顯示故障報警信息,但不啟動報警音。

        整列火災(zāi)報警系統(tǒng)原理如圖1所示,通過RS485通訊將每節(jié)的火警系統(tǒng)連接,單節(jié)自成體系,可以互聯(lián)互通,可以自由編組,任意一個火警或故障全列都清楚并可查歷史記錄。

        圖1 整列火災(zāi)報警系統(tǒng)原理圖

        2.3 煙火報警系統(tǒng)與動車組安全環(huán)路的關(guān)系和影響

        火災(zāi)報警系統(tǒng)觸發(fā)報警后,可使本車火警安全環(huán)觸點(diǎn)閉合,接通動力車安全環(huán)繼電器、蜂鳴器、指示燈得電回路,觸發(fā)動力車的火災(zāi)報警;同時火災(zāi)報警控制器通過列車Lonworks總線,將火災(zāi)報警信息傳送給動力車司機(jī)操縱臺顯示屏,提示司機(jī)發(fā)生火警?;馂?zāi)報警環(huán)路及網(wǎng)絡(luò)信號原理如圖2所示。

        圖2 火災(zāi)報警環(huán)路及網(wǎng)絡(luò)信號原理圖

        3 雙光源粒子感煙探測器在160 km/h動力集中動車組成功應(yīng)用

        3.1 光電感煙探測器防誤報迭代優(yōu)化過程

        目前,火災(zāi)報警系統(tǒng)使用的感煙探測器為光電感煙探測器(單光),利用火災(zāi)煙霧對光產(chǎn)生的散射作用來探測火災(zāi),響應(yīng)靈敏度高,可以迅速發(fā)現(xiàn)火情,但其缺點(diǎn)是不能區(qū)分火災(zāi)煙霧和灰塵、油霧等顆粒物,極易引起誤報警。針對誤報警問題開展了大量的研究和試驗,不斷進(jìn)行產(chǎn)品的持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)。

        基本過程可分為以下4個階段:

        第一階段,通過防火系統(tǒng)的軟件設(shè)計,使防火系統(tǒng)具備環(huán)境自適應(yīng)功能,隨著環(huán)境中的灰塵量緩慢增加,逐步提升防火系統(tǒng)的判定底值;

        第二階段,調(diào)整防火探測器靈敏度及延長判斷時間;第三階段,加裝防灰塵過濾裝置;

        第四階段,使用抗灰塵、水霧的新型雙光源粒子感煙探測器。經(jīng)過以上階段不斷迭代優(yōu)化,煙霧光電傳感器開始采用雙光源粒子感煙探測器。

        3.2 雙光源粒子感煙探測器

        3.2.1 煙霧粒子與灰塵粒子區(qū)別

        煙顆粒是指人的肉眼可見的燃燒生成物,其粒子直徑為0.01μm~2μm液體或固體微粒,大部分低于1μm,具有很大的流動性和凝并性;灰塵粒子全部大于2μm,一般在10μm以上。

        根據(jù)理論測試結(jié)果,煙霧粒子的聚合體分布直徑見圖3,煙霧粒子的尺寸分布直徑以0.2μm~2μm為主。

        圖3 煙霧粒子分形凝并尺寸分布

        3.2.2 雙光源探測器報警機(jī)理

        圖4 探測器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

        雙光源探測器采用獨(dú)特的光學(xué)迷宮設(shè)計,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示,迷宮內(nèi)部設(shè)有紅外發(fā)光管、藍(lán)光發(fā)光管和光敏接收管,利用藍(lán)光(可見光)與紅外光兩種光的波長不同而對不同顆粒的散射不同,1μm以下粒子對兩種光的散射積分?jǐn)?shù)據(jù)會隨著粒子濃度的增加而比值增加,當(dāng)1μm以下粒子濃度達(dá)到m=0.16 dB/m時,兩種光的散射積分?jǐn)?shù)據(jù)比值大于測量設(shè)置初始值,隨著1μm以下粒子濃度增加積分?jǐn)?shù)據(jù)比值會進(jìn)一步加大;灰塵顆粒是超過2μm以上的粒子,在藍(lán)光(可見光)與紅外光兩種光中散射的積分?jǐn)?shù)據(jù)比值基本為1:1,隨顆粒濃度增加采集的積分?jǐn)?shù)值都在增加,比值基本沒有變化,一般在一定范圍以下(不同設(shè)計方案數(shù)值不同但都有相對關(guān)系),以此通過兩種光散射的數(shù)值比例變化來區(qū)分煙霧及灰塵顆粒。

        160 km/h動力集中動車組使用的雙光源感煙探測器,m值的取值范圍為0.11 dB/m~0.21 dB/m,既提高現(xiàn)有動車組探測器的靈敏度,達(dá)到早期迅速報警,又可以防止灰塵等引起的誤報警。與早期型號單光源傳感器比較,性能在以下方面有顯著改善:

        (1)火災(zāi)靈敏度高

        在火災(zāi)陰燃階段就可以報警,無需采用延時、降低靈敏度手段;

        (2)防誤報能力強(qiáng)

        粒子感煙探測器具備抗灰塵、水霧及其他液體顆粒干擾功能;

        (3)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)

        粒子感煙探測器的工作溫度為-40℃~+85℃,相對于一般感煙探測器-40℃~+70℃的工作溫度來說更耐高溫;

        (4)安全環(huán)路控車穩(wěn)定

        單光源感煙探測器總是誤報,無法進(jìn)行安全環(huán)路控車,雙光源粒子感煙探測器解除了這方面的憂慮。

        4 典型誤報警故障分析

        4.1 因煙火報警器主機(jī)傳感器探頭不適應(yīng)新的工作環(huán)境引起的誤報警

        在160 km/h動力集中動車組中某些探測器位于空調(diào)口等容易產(chǎn)生水蒸氣的位置易誤報警,用空氣加濕器產(chǎn)生水蒸氣進(jìn)行反復(fù)試驗,發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律:

        (1)探頭越靠近加濕器,水蒸氣濃度越大的地方反而不容易報警,探頭離加濕器較遠(yuǎn),水蒸氣濃度低的地方容易報警,說明加濕器產(chǎn)生的水蒸氣粒子大小在變化,離出口近的地方水蒸氣粒子直徑大,探頭可以區(qū)分出而不易產(chǎn)生誤報火警。

        (2)隨著水蒸氣遠(yuǎn)離加濕器噴口,水蒸氣粒子的直徑在變小,接近煙霧的粒子大小,探頭難以區(qū)分,易發(fā)生誤報火警現(xiàn)象。

        因此,應(yīng)科學(xué)合理布局傳感器安裝位置,確保工作環(huán)境符合工況要求。

        4.2 因傳感器探頭安裝不當(dāng)引起的誤報警

        配屬某局的160 km/h動力集中動車組,發(fā)生臥車包間4位煙火探頭誤報警。對事件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)臥車包間回風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)如圖5所示,其中最左邊的就是回風(fēng)腔,右邊是十個包間前走廊進(jìn)風(fēng)口,除了進(jìn)風(fēng)口和回風(fēng)口外,整個回風(fēng)裝置是長度為22 m的玻璃鋼密封通道。當(dāng)空調(diào)工作時,從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的空氣溫度和回風(fēng)裝置內(nèi)的空氣溫度存在較大差值,會產(chǎn)生冷凝水,并隨著氣流流向回風(fēng)腔處,從而導(dǎo)致安裝在回風(fēng)腔內(nèi)的煙火探頭出現(xiàn)誤報警。

        圖5 拖車風(fēng)道布置示意圖

        因此,應(yīng)重新科學(xué)布局拖車煙火報警器探頭位置,將4位傳感器移出回風(fēng)腔。

        4.3 因報警協(xié)議不兼容使數(shù)據(jù)無篩選引起的誤報警

        160 km/h動力集中動車組開行以來,TCDS系統(tǒng)頻發(fā)傳遞煙火報警信息。2019年1月23日至2月23日,合肥車輛段支配使用的6005、6006兩列動車組TCDS系統(tǒng)煙火誤報警達(dá)119次,分析發(fā)現(xiàn)監(jiān)控軟件對持續(xù)不到20 ms的突發(fā)報警信號沒有過濾,直接傳遞給車電網(wǎng)關(guān)和TCDS監(jiān)控主機(jī),被TCDS系統(tǒng)不經(jīng)篩選以報警信息的形式傳遞給平臺網(wǎng)頁造成虛警。因此,可借鑒軸溫報警器的報警模式,修改煙火報警器監(jiān)控軟件,統(tǒng)一通訊協(xié)議,從而進(jìn)行三次信號持續(xù)確認(rèn)并以消除閃報。

        5 現(xiàn)有25T型客車火災(zāi)報警系統(tǒng)改進(jìn)措施

        160 km/h動力集中動車組火災(zāi)報警系統(tǒng)是基于25T型客車火災(zāi)報警系統(tǒng),進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn):

        一是增加安全環(huán)路控車功能、車輛授時功能,保持與列車時間同步;

        二是采用雙光源感煙探測器,有效降低誤報警;

        三是增加了探測器數(shù)量,由原來12個(最多)增加到現(xiàn)在17個(最多);

        四是在四合一電器柜里安裝了1個感溫電纜復(fù)合探測器,在柜內(nèi)安裝了105度的感溫電纜。

        對于25T型客車改造可以借鑒160 km/h動力集中動車組火災(zāi)報警系統(tǒng),該系統(tǒng)是向下兼容的,符合TJ/CL 425-2014鐵道客車火災(zāi)報警系統(tǒng)暫行技術(shù)條件,控制器不需要更換,僅更換探測器即可。

        6 結(jié)束語

        160 km/h動力集中動車組火災(zāi)報警系統(tǒng)因探測器采用了雙光源光學(xué)迷宮設(shè)計,有效提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性,降低了誤報率,且可兼容25T型客車火災(zāi)報警系統(tǒng),為旅客列車及動車組的電氣防火運(yùn)用安全提供了有效保障。

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