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25T型客車火災(zāi)監(jiān)測現(xiàn)狀及改進(jìn)措施

文檔作者：劉長學(xué)1，武英強(qiáng)2，丁瑞志3，郝國良3，申宇燕4 文檔來源：濟(jì)南鐵路局客車處 2 濟(jì)南鐵路局濟(jì)南車輛段 3 北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司 4 中國鐵道科學(xué)研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月07日
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第36卷第2期
2016年4月
鐵道機(jī)車車輛
RAILWAY LOCOMOTIVE＆CAR
V01．36 No．2
Apr． 2016
文章編號：1008—7842(2016)02—0083—04
25T型客車火災(zāi)監(jiān)測現(xiàn)狀及改進(jìn)措施
劉長學(xué)1，武英強(qiáng)2，丁瑞志3，郝國良3，申宇燕4
(1 濟(jì)南鐵路局客車處，山東濟(jì)南250001；
2 濟(jì)南鐵路局濟(jì)南車輛段，山東濟(jì)南250001；
3 北京縱橫機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司，北京100094；
4 中國鐵道科學(xué)研究院機(jī)車車輛研究所，北京100081)
摘要闡述25T型客車火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀，針對運(yùn)用過程中因灰塵、水蒸氣等于擾因素造成的誤報警，提出技術(shù)
改進(jìn)措施，并通過實車試驗，驗證技術(shù)改進(jìn)措施的有效性。
關(guān)鍵詞防火監(jiān)測；迷宮式扇形擋板；診斷算法；光電感煙探測器
中圖分類號：U270．7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10．3969／j．issn．1008—7842．2016．02．21
客車是一個運(yùn)動的人員密集場所，車廂內(nèi)布置有復(fù)
雜的電氣線路及大功率電器設(shè)備，過流、短路、電容爆炸
等引起的電氣火災(zāi)，以及旅客抽煙等引發(fā)的人為火災(zāi)，
均對旅客列車安全運(yùn)營帶來了嚴(yán)重威脅。運(yùn)營列車內(nèi)
部空間較小，自身攜帶的消防滅火措施十分有限，且通
常遠(yuǎn)離地方消防力量，客車安裝火災(zāi)安全監(jiān)測系統(tǒng)可以
在較早的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，減少損失，保障旅客的生命
和財產(chǎn)安全。25T型客車火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，采用光電感煙
探測器，對列車重點部位的火情進(jìn)行實時監(jiān)測，并將報
警信息通過GPRS實時發(fā)送到地面監(jiān)控中心，在早期預(yù)
報火情，預(yù)防重大火災(zāi)事故中發(fā)揮了重要作用。但灰
塵、水蒸氣等干擾因素造成的誤報警，也給車輛段使用
人員帶來很大麻煩，本文對造成感煙探測器誤報警的因
素進(jìn)行分析，提出技術(shù)改進(jìn)措施，并通過實車試驗數(shù)據(jù)，
驗證技術(shù)改進(jìn)措施的有效性。
1火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)
1．1 火災(zāi)發(fā)展過程
火災(zāi)是在時問和空間上失去控制的燃燒現(xiàn)象，多數(shù)
火災(zāi)發(fā)展趨勢如圖1所示，大致經(jīng)歷初期(陰燃階段)、
增長期、旺盛期、衰減期4個階段。
在火災(zāi)發(fā)展的初期，會釋放出大量的煙霧，這一階
段大多發(fā)展比較緩慢，受可燃物性能、分布和通風(fēng)、散熱
等條件的影響，有可能形成火災(zāi)，也可能中途熄滅。增
長期燃燒范圍不斷擴(kuò)大，溫度升高，可燃物在高溫的作
用下，不斷分解釋放出可燃?xì)怏w；當(dāng)空間內(nèi)可燃物的表
面全部卷入燃燒的瞬變狀態(tài)，稱為轟燃，轟燃發(fā)生后，可
燃物出現(xiàn)全面燃燒，可燃物熱釋放速率很大，空間溫度
劉長學(xué)(1972一)男，工程師(收稿日期：2015 11 09)
急劇上升，火焰劇烈，溫度可達(dá)800℃～1 ooo。C，一旦發(fā)
展到此階段，施救已失去意義。
圈1火災(zāi)發(fā)展過程
1．2灰塵觸發(fā)探測器報警的原理
25T客車火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)采用的感煙類探測器為光
電感煙探測器，該類型探測器利用火災(zāi)煙霧對光產(chǎn)生的
散射作用等來探測火災(zāi)，其核心部件為迷宮。
光電感煙探測器迷宮由紅外發(fā)射二極管，紅外接收
二極管，以及迷宮塑料件組成，如圖2所示。發(fā)射二極
管和接收二極管之間的夾角在90?！?35。之間，夾角越
大，靈敏度越高。當(dāng)迷宮腔內(nèi)無煙霧時，發(fā)射二極管發(fā)
射的一定波長的紅外光直射在發(fā)射二極管對面的暗室
壁上，而安裝在側(cè)壁上的接收二極管接收不到紅外光。
當(dāng)易燃材料陰燃以至燃燒過程中產(chǎn)生的煙霧進(jìn)入
迷宮腔，光線在前進(jìn)過程中照射在不規(guī)則分布的煙霧粒
子上，產(chǎn)生散射，散射光的不規(guī)則性使一部分散射光照
射在接收二極管上。顯然煙霧粒子越多，接收二極管接
收到的散射光越強(qiáng)，產(chǎn)生的光電信號也越強(qiáng)，再經(jīng)過后
萬方數(shù)據(jù)
鐵道機(jī)車車輛第36卷
I I ； I I煙霧{ J
圖2散射光式光電感煙探測器原理示意圖
續(xù)放大電路、A／D轉(zhuǎn)換電路處理得出的煙霧顆粒濃度
也就越大。
灰塵進(jìn)入探測器迷宮后，紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅
外光照射在不規(guī)則分布的灰塵顆粒上，同樣會產(chǎn)生散
射。部分散射光照射在接收二極管上，探測器計算的煙
霧濃度就會增加。進(jìn)入探測器的灰塵顆粒越多，則會導(dǎo)
致因灰塵顆粒產(chǎn)生的散射光越強(qiáng)，探測器計算的煙霧濃
度也就越大，高于報警門限，就可能會觸發(fā)探測器報警。
1．3點位布置
25T型客車火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)感煙探測器點位布置，根
據(jù)車廂類型、車體結(jié)構(gòu)以及車輛運(yùn)行環(huán)境設(shè)計。
車輛客室內(nèi)有強(qiáng)制循環(huán)空調(diào)，車廂內(nèi)氣流較大，一
旦火災(zāi)形成，煙霧不會自然彌漫到客室頂棚上，所以按
照傳統(tǒng)的安裝方法安裝在頂棚上，火災(zāi)探測器不能及時
可靠地探測到火災(zāi)。根據(jù)客室空氣交換的規(guī)律，氣流從
進(jìn)風(fēng)口最終要匯集到回風(fēng)口，所以不管是空氣還是火災(zāi)
煙霧都會向這一區(qū)域聚集。硬座車廂感煙探測器布置
在車廂頂棚回風(fēng)口處，可以早期探測到火情。
硬臥車廂和軟臥車廂是封閉的格局，各個包廂都是
相互封閉的，氣流在包廂內(nèi)自行流動，在每個包廂的頂
棚上安裝感煙探測器，對每個包廂內(nèi)的煙霧濃度變化進(jìn)
行監(jiān)測，可以早期探測火情，確保乘客和車輛的安全。
車輛配電柜內(nèi)，布有高壓電力線纜，復(fù)雜控制電路
板或高壓大功率電容等，過流、短路、電容爆炸等是引起
機(jī)車電氣火災(zāi)的主要原因，經(jīng)過火災(zāi)模擬試驗發(fā)現(xiàn)，在
封閉柜體內(nèi)加熱易燃材料，如線纜、電路板等在陰燃以
至燃燒的過程中，容易引起煙霧在柜體頂部的聚集，而
感溫探測器采集的溫度基本沒有變化。孑一固
圖3 硬座和硬臥車廂感煙探測器點位布置
0 100 200 300 400 500
Ⅱ·JI司／s
200 300 400 500
時fHl／s
圖4柜體內(nèi)線纜(左圖)、電路板(右圖)燃燒時，煙霧和溫度變化曲線
在配電柜柜體頂部安裝感煙探測器，可以早期探測
到線纜陰燃、電路板過熱、電容爆炸等產(chǎn)生的煙霧，預(yù)防
重大火災(zāi)事故的發(fā)生。
1．4系統(tǒng)組成
列車上各火災(zāi)報警控制器間通過RS485總線進(jìn)行
數(shù)據(jù)交換，列車編組后，整列車的火災(zāi)報警控制器自成
曬
姍伽瑚姍瑚啪㈣如
㈣枷圳湖瑚啪㈣∞o
萬方數(shù)據(jù)
第2期25T型客車火災(zāi)監(jiān)測現(xiàn)狀及改進(jìn)措施
網(wǎng)絡(luò)，總線上所有報警控制器(簡稱節(jié)點)在通訊權(quán)限上
都是對等的，當(dāng)某節(jié)車廂有火警發(fā)生時，全列車廂的火
災(zāi)報警控制器都鳴火災(zāi)報警聲，點亮火警指示燈，并顯
示火災(zāi)報警車廂號、火災(zāi)報警部位及火災(zāi)報警時間等，
當(dāng)此次火警之后，該車廂其他部位或其他車廂有火警
時，全列車廂的火災(zāi)報警控制器同樣都鳴火災(zāi)報警聲，
點亮火警指示燈并在前一條火警后按同一格式顯示本
次火警信息，總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖5拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
每節(jié)車廂的火警控制器通過網(wǎng)關(guān)與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行
通訊，及時將本節(jié)車的狀態(tài)上傳。
乘務(wù)員通過網(wǎng)絡(luò)化管理平臺可以查詢整列車的火
災(zāi)報警情況，一旦有火情，就近的乘務(wù)員可以及時處理，
其他車廂的車務(wù)員也可以了解情況，做好準(zhǔn)備工作，一
旦火災(zāi)發(fā)生可以立即啟動應(yīng)急措施，有序的對人員進(jìn)行
疏散，把災(zāi)害化解掉。
2運(yùn)用過程中存在的問題
我國幅員遼闊，列車運(yùn)行環(huán)境千差萬別，沙塵暴、霧
霾、灰塵等對火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性提出了比建筑火
災(zāi)監(jiān)測更苛刻的要求。
25T型客車火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)采用的感煙探測器在運(yùn)
用過程中頻繁發(fā)生誤報，對Z105／Z106(濟(jì)南一烏魯木
齊)4個編組的報警統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，201 5年4月份共發(fā)生報
警129條，除14條報警為停車檢修測試外，其余基本分
布在西北部風(fēng)沙較大地區(qū)。2014年12月上線運(yùn)行至
2015年4月，報警條數(shù)呈線性增長趨勢，如表l所示。
表1 2014～2015報警數(shù)量
年月2014—12 2015 Ol 2015—02 2015-03 2015-04
報警數(shù)量4 28 22 78 129
針對西北部風(fēng)沙較大的特點，在試驗室用灰塵干擾
脈沖試驗驗證風(fēng)沙觸發(fā)光電感煙探測器報警的現(xiàn)象。
西北部常年風(fēng)沙較大，灰塵不斷在設(shè)備表面及探測
器防塵網(wǎng)外部累積，進(jìn)入車廂的大風(fēng)將設(shè)備表面的灰塵
吹起，會引起灰塵干擾脈沖，而當(dāng)灰塵干擾脈寬滿足感
煙探測器報警診斷條件時，就會引起感煙探測器誤報。
探測器的零點，會隨著灰塵的累積而向上漂移。這
種漂移的長期累積，將改變探測器靈敏度甚至誤報火
警。為了降低灰塵累積導(dǎo)致的探測器零點漂移，需要根
據(jù)灰塵緩慢累積的特性，對探測器的零點進(jìn)行定時修
正，即漂移補(bǔ)償，如圖7所示。
圖6灰塵干擾脈沖試驗
。煙霧濃度
————————r——一——
廠、
／＼
一／ ＼ 一
▲
圖7漂移補(bǔ)償達(dá)到上限線前
由于探測器硬件(放大器、AD轉(zhuǎn)換器、迷宮、工作
電壓等)的限制，探測器漂移補(bǔ)償是有限度的，當(dāng)探測漂
移補(bǔ)償達(dá)到上限時，灰塵繼續(xù)累積，將壓縮探測器報警
診斷空間，提高探測器靈敏度，小的波動都可能誘發(fā)感
萬方數(shù)據(jù)
86 鐵道機(jī)車車輛第36卷
煙探測器報警，如圖8所示。
f煙霧濃度報警閡值
漂移補(bǔ)償上限} +． 一
探洲器零點，
‘
、一
，
，
圖8 漂移補(bǔ)償達(dá)到上限后
這可以解釋Z105／Z106次列車上線運(yùn)行后，誤報
數(shù)量為什么呈現(xiàn)線性增長趨勢，就是由于進(jìn)入車廂的灰
塵不斷在探測器迷宮內(nèi)累積，感煙探測器零點逐漸向上
漂移，而又沒有得到及時清洗，導(dǎo)致感煙探測器的報警
診斷空間逐漸被壓縮，報警靈敏度逐漸提高，風(fēng)沙引起
的干擾脈沖觸發(fā)感煙探測器報警。
3火災(zāi)監(jiān)測子系統(tǒng)改進(jìn)措施
為了有效降低感煙探測器的誤報，提高感煙探測器
報警的準(zhǔn)確性，研制了專用活性炭防塵網(wǎng)、專用迷宮式
扇形擋板，減緩探測器的污染，降低外部灰塵、風(fēng)沙對感
煙探測器的影響。同時建立探測器維護(hù)檔案，定期清洗
感煙探測器，以避免因探測器清洗維護(hù)不及時導(dǎo)致的誤
報。
3．1 專用活性炭防塵網(wǎng)
為了阻擋粒徑較大的灰塵進(jìn)入探測器迷宮，提高進(jìn)
入探測器迷宮的煙霧純度，降低灰塵對感煙探測器報警
的干擾，同時延長感煙探測器的維護(hù)周期，設(shè)計了感煙
探測器專用活性炭防塵網(wǎng)，在過濾網(wǎng)處粘貼海綿網(wǎng)，纏
繞兩圈，海綿網(wǎng)材質(zhì)為活性炭，以濾除大粒徑灰塵，如圖
9所示。
圖9 專用活’陛炭防塵網(wǎng)
3．2 專用迷宮式扇形擋板
為降低外部風(fēng)沙侵入、空調(diào)開啟等對感煙探測器的
影響，將易被風(fēng)沙干擾區(qū)域的感煙探測器加裝專用迷宮
式扇形擋板，以降低灰塵干擾。專用迷宮式扇形擋板獨(dú)
立于探測器，為可選裝部件，但選擇加裝時，能與探測器
進(jìn)行一體化安裝，安裝簡便、牢固、可自由調(diào)整方向并定
位。擋風(fēng)板提供足夠的遮擋面積，定位后可在一定程度
上降低指定方向的灰塵對感煙探測器數(shù)據(jù)采集的影響，
同時不影響探測器自身的報警功能，安裝效果如圖10
所示。
圈l船專用迷冒式扇形擋板
3．3建立探測器維護(hù)檔案
從圖7、圖8可以看出，感煙探測器漂移補(bǔ)償達(dá)到
上限后，迷宮內(nèi)灰塵繼續(xù)累積將導(dǎo)致探測器報警診斷空
間縮小，報警靈敏度提高，原本不能觸發(fā)探測器報警的
灰塵干擾都有可能觸發(fā)感煙探測器報警。因而，及時清
洗探測器顯得尤為必要。
為每節(jié)車廂的探測器建立維護(hù)檔案，記錄清洗時
間，運(yùn)行天數(shù)，當(dāng)達(dá)到運(yùn)行天數(shù)后對整節(jié)車廂的感煙探
測器進(jìn)行及時清洗。
4實車運(yùn)行數(shù)據(jù)
在2015年5月中旬在濟(jì)南車輛段將Z105／Z106
A、B、C、D 4組煙感探頭全部清理一遍，并全部加裝專
用活性炭防塵網(wǎng)，及選擇性加裝專用迷宮式擋板，對比
整改前后半個月的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，報警數(shù)量顯著下降，如圖
11所示。
圖11 煙感探頭整改前后數(shù)據(jù)對比
5結(jié)束語
基于25T型客車火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)長期運(yùn)用過程中出
現(xiàn)的問題，通過數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)場調(diào)研，試驗?zāi)M，為感煙
探測器設(shè)計了專用活性炭防塵網(wǎng)、專用迷宮式扇形擋
板，從物理上減緩探測器污染；建立探測器維護(hù)檔案，定
期清洗探測器，保持探測器的清潔，從而實現(xiàn)25T客車
火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的改進(jìn)，整改前后的運(yùn)用情況來看，報警
數(shù)量大大降低，有效提高了25T客車火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的
報警靈敏度。
(下轉(zhuǎn)第111頁)
萬方數(shù)據(jù)
第2期CZl70型跨坐式單軌作業(yè)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)分析與測試111
Analysis and Test of Bogie Frame Structure for CZl70
Straddle-type Monorail Vehicle
LJ Xujuan，MIAO Bingrong，SHI Yanmin，CHEN Jianzheng，TAN Shifa
(Traction Power State Key Laboratory，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031 Sichuan，China)
Abstract：This paper mainly introduces the stress test aiming at CZl 70 straddle-type monorail vehicle．The stress test of bogie frame
was performed according to the type monorail transportation design specification GB50458—2008，and the strength test and analysis
was conducted using the theory of stress and strain．The stress values were obtained including static state conditions，straight road con—
ditions，bend road conditions，downhill conditions．By the relevant material properties Of bogie material Q345A and the static strength
evaluation method based on the structure of rolling stock，the results were evaluated．The test results show that the stress of the weld
position between the bogie frame longitudinal beam and the end beam has greater value in extraordinary conditions，the maximum stress
value does not exceed the allowable stress value，and the frame structure can meet the stress requirements．
Key words：straddle-type monorail vehicle；bogie frame；stress test；static strength evaluation method
葶啦薄祭零琴豸弛潞祭撰撰牙她薄鶘鶘葶醵瀑笞電器苔啦莽g沁昏器啦鼢牙現(xiàn)薄牙氈彝牙氈S苔電器苔鷲§苕啦孓芬弛器零祭笞墟$笞氈潞零撰牙弛孓牙弛§
(上接第86頁)
參考文獻(xiàn)
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準(zhǔn)出版社，2005．
Status and Improvement Measures of Fire Monitoring for 25 T Train Coach
LJU Changxuel，ⅣU Yingqiang 2，DJNG Ruizhi 3，HAO Guoliang 3，SHEN Yuyan
4
(1 Affairs office of Train Coach，Jinan Railway Bureau，Jinan 250001 Shandong，China；
2 Jinan Car Depot，Jinan Railway Bureau，Jinan 250001 Shandong，China；
3 Beijing Zongheng Electro—Mechanical Technology Development Co．，Beijing 100094，China；
4 Locomotive&amp;amp;Car Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China；)
Abstract：This paper expounds the present situation of 25T train coach’S fire monitoring system，puts forward the technical improve—
ment measures against the false alarm caused by dust and water vapor，and verifies the effectiveness of the improvement measures
through the test of real vehicles． ’
Key words：fire monitoring；labyrinth fan damper；diagnosis algorithm；photoelectric smoke detector
芬迎皋牙氈皋牙弛皋牙弛器苕弛孓芬迎摹牙迎潞努迎薄牙弛孓葶弛簿芬墟薄牙弛孓苕弛潞葶弛≠迎孓琴墟黔芬圪黯牙甥風(fēng)芬址凈牙墟潞a》苔她孓零祭鵜牙氈淞a§
(上接第100頁)
參考文獻(xiàn)
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[J]．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，(9)：兒一12．
Research on Auxiliary Power Supply System for Suspended Monorail Train
ZHANG Maofa．1，L工U Yao 2，WANG Kongmin91，YANG Meichuan 2，YANG Wenrui 3
(1 China Railway Eryuan Engineering Group Co．，Ltd．，Chengdu 610031 Sichuan，China：
2 School of Mechanical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031 Sichuan，China：
3 Nanchang Rail Transit Co．，Ltd．，Nanchang 330000 Jiangxi，China)
Abstract：Aiming at the special case of suspended monorail train，this paper makes research about the auxiliary power supply system
from two aspects of system capacity and power supply mode，and introduces the auxiliary power system's structure，input power sup—
ply，AC power supply，DC power supply，power supply of fault state and SO on．
Key words：suspended monorail train；auxiliary power supply system；system capacity；auxiliary inverter

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02-21