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摘要：高速动车组列车以其安全、快捷、经济的优点，依然成为我国高速铁路发展的重要组成部分，在经济建设中发挥着越来越重要的作用。作为保障行车安全必要的组成部分，动车组火灾报警系统能够及时发现火灾，从而确保乘客的人身安全。文章在对CPtH38OB型动车组火灾报警系统原理充分理解的基础上，设计了一款便携式烟雾发生器对动车组火灾报警系统功能进行测试，并借助大量数据追踪设定烟雾值监控阈值，动态控制烟雾探测器烟雾浓度，防止系统误报警，影响正常铁路运输秩序。
关键词：动车组;火灾报警;烟雾测试;阈值
中图分类号：TP278 文献标志码：A
0引言
随着科学技术的飞速进步，高速动车组列车以其安全、快捷、舒适、经济、环保等诸多优点已成为目前人们中、远程出行的首选交通方式。cRH3型动车组为固定编组，电气集成化程度高，车体安装有功能各异的电气设备，铺设有大量的电线电缆，车厢内部人员密集，空间密封，且处于高速移动状态，如果一旦发生火灾，施救工作非常困难，若未及时发现并采取必要措施，势必会造成重大的人员和财产损失，引起不良社会影响，因此，加强动车组列车的防火安全，保证旅客乘坐安全、舒适是摆在我们面前的新课题。
使用高性能的烟火探测报警系统，确保对火灾进行早期的探测报警，及时采取适当措施，可将损失降到最低。保证动车组火灾报警系统功能的可靠性对确保列车安全平稳运行具有非常重要的作用，在充分了解火灾报警系统工作原理的基础上，定期对系统功能进行测试，并对相关部件进行清洁可有效预防误报警引发的列车降速等影响行车秩序的工作。
1火灾报警系统原理
1.1火灾报警系统构成
cRH38OB型动车组每辆车均搭载一套独立的火灾报警系统，用于车上司机室、配电柜、卫生间以及车下变流器等重要区域的火情监测。该系统由一个控制单元（以下简称sDcu）、一个线性热探测器（以下简称HD）和多个光学烟雾探测器（以下简称SD）组成，如图1所示。
动车组SDCU与SD之间通过双通道CAN总线构成的冗余环形网络实现互联，SDCU为SD和HD提供DC24V工作电源，如图2所示。基于光散射原理的点型光电感SD对自身所处环境的烟雾浓度以及HD所处环境的温度值进行实时测量，并将监测信息通过CAN线传输
SDCU，由SDCU对整个火灾报警系统的运行、报警、故障信息进行实时监控。此外车辆网络部件KLIP可接受SDCU发出的信息并通过MVB总线传输给CCU，由CCU将报警信息通过人机交互界面反馈给列车乘务人员，进行必要的检查处理。
1.2火灾报警电气原理
分布于动车组司机室、配电柜、卫生间以及车下变流器舱的烟雾探测器sD检测到所处环境的烟雾值或温度值超出阈值后，将信息反馈至火灾报警控制系统SDCU，SDCU接收到SD发出的报警信号，会自动发出脉冲信号使SDCU内部与报警sD对应的网络触点短时断开，使动车组火灾报警系统相应的线路接触器失电，从而将报警信息反馈至动车组网络控制系统TCMS，进而控制动车组减速，其电气原理如图3所示。
图3所示中K1-K7分别为PIS柜、卫生间、司机室、变流器、配电柜等部位的火灾报警线路接触器，当动车组上述部位检测到火情后，对应的报警线路接触器将断开;K11为集中报警线路接触器，当动车组上述部位任意一处检测到火灾时，K11将断开;K9为火灾确认线路接触器。例如，当PIS柜烟雾探测器SDl监测到PIS柜内烟雾值超标时，SDCU内部ld-lz触点将短时断开，使得K1失电，动车组TCMS通过K1常开触点的断开接收PIS柜火灾报警信息。若确认为误报警或不影响动车组正常运行时，操作s9按钮进行火灾报警确认，当s9被操作时，K9得电，K9常开触点闭合，进而使K1重新得电，动车组TCMS通过K1常开触点的闭合接收火灾报警确认信息。
动车组列车运行速度快，密封性强，且车上设备多属易燃物品，如果发生火灾，后果将十分严重。因此，各车厢火灾集中报警线路接触器K11常闭触点串联组成了动车组火灾报警监控回路，负责监控列车火灾报警情况，并将监控状态实时反馈至列车司机及乘务人员，一旦动车组某一部位触发火灾报警，火灾报警监控环路将断开，TCMS控制动车组封锁牵引，降速运行。此外，TCMS将强制关闭触发火警车厢空调系统，防止空调输入的新风对火情起到助燃作用。
2火灾报警系统可靠性测试
火灾报警系统在动车组运行中起到十分重要的作用，其运行可靠性直接影响动车组的运行安全。因此，定期对系统功能进行测试尤为重要。CRH380B型动车组火灾报警系统功能测试主要包括：SDCU功能测试和SD功能测试两个方面。
2.1SDCU功能测试
对烟火报警控制系统的测试可通过操作司机室人机交互屏实现全列系统测试，也可以通过操作配电柜内S13旋钮进行本车烟火控制主机SDCU功能测试。电路原理如图4所示。
通过Pc連接TCMS人机接口，给出火灾报警测试指令后，各车厢TCMS网络触点闭合，使K12得电，其辅助触点吸合，SDCU接收到信号开始测试，对于单车SD-CU测试，可操作$12旋钮使K12得电，SDCU收到信号开始测试。
2.2SD功能测试
对烟雾探测器功能测试需测试其烟雾值检测性能，为此，本文设计了一款便携式烟雾发生器进行测试。该烟雾发生器原理为液态烟油受热后雾化形成烟雾。选用液态烟油的主要成分有纯净水、乙醇、甘油等组成，无味无毒，其产生的烟雾对作业人员、车内设备无破坏、车内环境无污染。
2.2.1设备构成
图5为本设计烟雾发生器模型，主要由储油瓶、雾化器、烟道及电源等组成。
储油瓶采用瓶口朝下的方式固定于T型支架，存储于瓶内的烟油可依靠自身重力流人下方的雾化器，储油瓶口安装节流阀用于调节烟油滴落量及截断油流，为保证烟油供给的可靠性，选用一根贯穿节流阀的棉绳将储油瓶里的烟油引流至雾化器。 雾化器是烟雾发生器的核心部件，其作用是将储油瓶滴落的烟油加热雾化产生烟雾，主要由电热丝、接油盘、盛油瓶组成。接油盘用于存放储油瓶滴落的烟油，供电热丝雾化，为保证装置的耐热性，接油盘选用瓷质材料;设置于接油盘下方的盛油瓶，用于存储雾化过剩的烟油;电热丝通电后产生热量，用以雾化接油盘中的烟油。
烟道由聚氯乙烯材质管道和风扇组成，一方面对储油瓶和雾化器起支撑作用，另一方面控制烟雾方向和提高烟雾流速。为满足装置能源及支撑需要，采用含电源组件的中空圆柱型支撑底座，本系统电源选用8节18650型可充电锂电池串联而成，其容量为18000mAh，输出电压为8.4V，可满足系统持续工作2h。
2.2.2电路控制
本文所设计烟雾发生器电路控制系统主要由三档船型开关、蓄电池及充电组件、雾化器发热丝、风扇、发光二极管及电阻组成，原理如图6所示。
三档船型开关是该电路的控制核心，开关位于三个不同档位时，分别对应烟雾发生器工作、充电和关闭三种模式。设置三档船型开关使系统充电模式与工作模式互异，即系统处于工作模式下，工作电路闭合，充电电路断开，充电模式下，充电电路闭合，工作电路断开，从而保证了系统工作的安全.性和可靠性。此外，在充电电路和工作电路中分别加入两路发光二极管用于显示系统当前工作状态，即系统处于工作模式时蓝色发光二极管点亮，处于充电模式时红色发光二极管点亮。
2.2.3烟雾测试
图7为验证本设计烟雾发生器的工作性能，选择1组CRH380B型动车组分别对司机室、PIS柜、卫生间等位置烟雾探测器进行3次功能测试。测试结果见表1所列。
由表1结果可以看出本文设计的便携式烟雾发生器所产生的烟雾能够正常触发动车组各部位的烟雾探测器，表明该烟雾发生器作为验证动车组烟雾探测传感器功能的试验工具具有良好的可靠性。
3火灾报警系统可靠性保障措施
在CRH380B型动车组日常检修运用中，仅靠定期对烟火报警主机、烟雾探测器进行功能测试并不能完全防止系统误报警故障的发生。
如图8所示，使用Pc机与火灾报警控制单元（sD-CU）RS-232接口连接，通过烟火报警服务软件可以查询火灾报警控制单元和烟火探测器的硬、软件版本号、ID、设备型号、状态、CAN线状态、烟雾探测器烟雾值、温度值、LHD值以及故障描述等。
当烟火探测器检测到的当前环境烟雾值大于108时，将触发火灾报警，由于烟火探测器所在环境空气中存在一定灰尘颗粒，运行过程中，部分灰尘将吸附于烟火探测器上，长时间运行后吸附的灰尘越来越多，当浓度大于108时，将导致火灾误报警，影响动车组正常运营秩序。
为预防火灾系统误报警，须定期清洁烟雾探测器探头及周围环境的灰尘。为制定烟雾探测器清洁标准，选取4组CRH380B型动车组对其各部位烟雾值进行数据追踪。共计170次，见表2所列。
对以上170次测量数值进行统计分析，结果如图9所示，烟雾值主要分布在10—30区间内，且同一个烟雾探测器一个月内烟雾值上升最大值为20。在统筹考虑作业量及作业时间的基础上，规定车组入二级修（30d）进行一次烟雾值检测。
根据统计结果，烟感探头正常情况下烟雾值检测均小于50，运行一个监测周期（约30d）烟雾值上升最高20，故设定烟雾值监测阈值W=50+20=70。如发现探头瞬时烟雾值超过70时，预防性清洁探头表面及探头周围环境（主要是PIS柜）的灰尘，清洁方法为：
（1）拆卸烟火探测器;
（2）用无水酒精少许（抹布潮湿为好），擦洗探测器表面及底座表面灰尘;
（3）清洗完成后，安装探测器，并检测探测器报警功能是否正常。同時再次检测其烟雾值若小于50为正常。
为验证该预防措施的可靠性，选择另外4组380B型动车组在3—6月开展验证（该时间段西北地区多发扬尘天气，环境中灰尘颗粒较多，试验结果更具说服力），未发生火灾误报警情况。因此，通过动态监控烟雾浓度值清洁探头，可有效预防烟火误报警现象，目前已在所有配属380B型动车组中推广使用。
4结束语
CRH380B型动车组火灾报警系统对监测环境烟雾浓度反应异常敏感，本设计的便携式烟雾发生器可有效检测系统烟雾探测器的功能，为车组火灾报警系统的可靠性提供了强有力的技术保障，同时，采用大量数据采集，科学设定烟雾传感器烟雾值浓度阈值，动态清洁探头，有效预防了烟雾报警系统误报警。
关键词：动车组;火灾报警;烟雾测试;阈值
中图分类号：TP278 文献标志码：A
0引言
随着科学技术的飞速进步，高速动车组列车以其安全、快捷、舒适、经济、环保等诸多优点已成为目前人们中、远程出行的首选交通方式。cRH3型动车组为固定编组，电气集成化程度高，车体安装有功能各异的电气设备，铺设有大量的电线电缆，车厢内部人员密集，空间密封，且处于高速移动状态，如果一旦发生火灾，施救工作非常困难，若未及时发现并采取必要措施，势必会造成重大的人员和财产损失，引起不良社会影响，因此，加强动车组列车的防火安全，保证旅客乘坐安全、舒适是摆在我们面前的新课题。
使用高性能的烟火探测报警系统，确保对火灾进行早期的探测报警，及时采取适当措施，可将损失降到最低。保证动车组火灾报警系统功能的可靠性对确保列车安全平稳运行具有非常重要的作用，在充分了解火灾报警系统工作原理的基础上，定期对系统功能进行测试，并对相关部件进行清洁可有效预防误报警引发的列车降速等影响行车秩序的工作。
1火灾报警系统原理
1.1火灾报警系统构成
cRH38OB型动车组每辆车均搭载一套独立的火灾报警系统，用于车上司机室、配电柜、卫生间以及车下变流器等重要区域的火情监测。该系统由一个控制单元（以下简称sDcu）、一个线性热探测器（以下简称HD）和多个光学烟雾探测器（以下简称SD）组成，如图1所示。
动车组SDCU与SD之间通过双通道CAN总线构成的冗余环形网络实现互联，SDCU为SD和HD提供DC24V工作电源，如图2所示。基于光散射原理的点型光电感SD对自身所处环境的烟雾浓度以及HD所处环境的温度值进行实时测量，并将监测信息通过CAN线传输
SDCU，由SDCU对整个火灾报警系统的运行、报警、故障信息进行实时监控。此外车辆网络部件KLIP可接受SDCU发出的信息并通过MVB总线传输给CCU，由CCU将报警信息通过人机交互界面反馈给列车乘务人员，进行必要的检查处理。
1.2火灾报警电气原理
分布于动车组司机室、配电柜、卫生间以及车下变流器舱的烟雾探测器sD检测到所处环境的烟雾值或温度值超出阈值后，将信息反馈至火灾报警控制系统SDCU，SDCU接收到SD发出的报警信号，会自动发出脉冲信号使SDCU内部与报警sD对应的网络触点短时断开，使动车组火灾报警系统相应的线路接触器失电，从而将报警信息反馈至动车组网络控制系统TCMS，进而控制动车组减速，其电气原理如图3所示。
图3所示中K1-K7分别为PIS柜、卫生间、司机室、变流器、配电柜等部位的火灾报警线路接触器，当动车组上述部位检测到火情后，对应的报警线路接触器将断开;K11为集中报警线路接触器，当动车组上述部位任意一处检测到火灾时，K11将断开;K9为火灾确认线路接触器。例如，当PIS柜烟雾探测器SDl监测到PIS柜内烟雾值超标时，SDCU内部ld-lz触点将短时断开，使得K1失电，动车组TCMS通过K1常开触点的断开接收PIS柜火灾报警信息。若确认为误报警或不影响动车组正常运行时，操作s9按钮进行火灾报警确认，当s9被操作时，K9得电，K9常开触点闭合，进而使K1重新得电，动车组TCMS通过K1常开触点的闭合接收火灾报警确认信息。
动车组列车运行速度快，密封性强，且车上设备多属易燃物品，如果发生火灾，后果将十分严重。因此，各车厢火灾集中报警线路接触器K11常闭触点串联组成了动车组火灾报警监控回路，负责监控列车火灾报警情况，并将监控状态实时反馈至列车司机及乘务人员，一旦动车组某一部位触发火灾报警，火灾报警监控环路将断开，TCMS控制动车组封锁牵引，降速运行。此外，TCMS将强制关闭触发火警车厢空调系统，防止空调输入的新风对火情起到助燃作用。
2火灾报警系统可靠性测试
火灾报警系统在动车组运行中起到十分重要的作用，其运行可靠性直接影响动车组的运行安全。因此，定期对系统功能进行测试尤为重要。CRH380B型动车组火灾报警系统功能测试主要包括：SDCU功能测试和SD功能测试两个方面。
2.1SDCU功能测试
对烟火报警控制系统的测试可通过操作司机室人机交互屏实现全列系统测试，也可以通过操作配电柜内S13旋钮进行本车烟火控制主机SDCU功能测试。电路原理如图4所示。
通过Pc連接TCMS人机接口，给出火灾报警测试指令后，各车厢TCMS网络触点闭合，使K12得电，其辅助触点吸合，SDCU接收到信号开始测试，对于单车SD-CU测试，可操作$12旋钮使K12得电，SDCU收到信号开始测试。
2.2SD功能测试
对烟雾探测器功能测试需测试其烟雾值检测性能，为此，本文设计了一款便携式烟雾发生器进行测试。该烟雾发生器原理为液态烟油受热后雾化形成烟雾。选用液态烟油的主要成分有纯净水、乙醇、甘油等组成，无味无毒，其产生的烟雾对作业人员、车内设备无破坏、车内环境无污染。
2.2.1设备构成
图5为本设计烟雾发生器模型，主要由储油瓶、雾化器、烟道及电源等组成。
储油瓶采用瓶口朝下的方式固定于T型支架，存储于瓶内的烟油可依靠自身重力流人下方的雾化器，储油瓶口安装节流阀用于调节烟油滴落量及截断油流，为保证烟油供给的可靠性，选用一根贯穿节流阀的棉绳将储油瓶里的烟油引流至雾化器。 雾化器是烟雾发生器的核心部件，其作用是将储油瓶滴落的烟油加热雾化产生烟雾，主要由电热丝、接油盘、盛油瓶组成。接油盘用于存放储油瓶滴落的烟油，供电热丝雾化，为保证装置的耐热性，接油盘选用瓷质材料;设置于接油盘下方的盛油瓶，用于存储雾化过剩的烟油;电热丝通电后产生热量，用以雾化接油盘中的烟油。
烟道由聚氯乙烯材质管道和风扇组成，一方面对储油瓶和雾化器起支撑作用，另一方面控制烟雾方向和提高烟雾流速。为满足装置能源及支撑需要，采用含电源组件的中空圆柱型支撑底座，本系统电源选用8节18650型可充电锂电池串联而成，其容量为18000mAh，输出电压为8.4V，可满足系统持续工作2h。
2.2.2电路控制
本文所设计烟雾发生器电路控制系统主要由三档船型开关、蓄电池及充电组件、雾化器发热丝、风扇、发光二极管及电阻组成，原理如图6所示。
三档船型开关是该电路的控制核心，开关位于三个不同档位时，分别对应烟雾发生器工作、充电和关闭三种模式。设置三档船型开关使系统充电模式与工作模式互异，即系统处于工作模式下，工作电路闭合，充电电路断开，充电模式下，充电电路闭合，工作电路断开，从而保证了系统工作的安全.性和可靠性。此外，在充电电路和工作电路中分别加入两路发光二极管用于显示系统当前工作状态，即系统处于工作模式时蓝色发光二极管点亮，处于充电模式时红色发光二极管点亮。
2.2.3烟雾测试
图7为验证本设计烟雾发生器的工作性能，选择1组CRH380B型动车组分别对司机室、PIS柜、卫生间等位置烟雾探测器进行3次功能测试。测试结果见表1所列。
由表1结果可以看出本文设计的便携式烟雾发生器所产生的烟雾能够正常触发动车组各部位的烟雾探测器，表明该烟雾发生器作为验证动车组烟雾探测传感器功能的试验工具具有良好的可靠性。
3火灾报警系统可靠性保障措施
在CRH380B型动车组日常检修运用中，仅靠定期对烟火报警主机、烟雾探测器进行功能测试并不能完全防止系统误报警故障的发生。
如图8所示，使用Pc机与火灾报警控制单元（sD-CU）RS-232接口连接，通过烟火报警服务软件可以查询火灾报警控制单元和烟火探测器的硬、软件版本号、ID、设备型号、状态、CAN线状态、烟雾探测器烟雾值、温度值、LHD值以及故障描述等。
当烟火探测器检测到的当前环境烟雾值大于108时，将触发火灾报警，由于烟火探测器所在环境空气中存在一定灰尘颗粒，运行过程中，部分灰尘将吸附于烟火探测器上，长时间运行后吸附的灰尘越来越多，当浓度大于108时，将导致火灾误报警，影响动车组正常运营秩序。
为预防火灾系统误报警，须定期清洁烟雾探测器探头及周围环境的灰尘。为制定烟雾探测器清洁标准，选取4组CRH380B型动车组对其各部位烟雾值进行数据追踪。共计170次，见表2所列。
对以上170次测量数值进行统计分析，结果如图9所示，烟雾值主要分布在10—30区间内，且同一个烟雾探测器一个月内烟雾值上升最大值为20。在统筹考虑作业量及作业时间的基础上，规定车组入二级修（30d）进行一次烟雾值检测。
根据统计结果，烟感探头正常情况下烟雾值检测均小于50，运行一个监测周期（约30d）烟雾值上升最高20，故设定烟雾值监测阈值W=50+20=70。如发现探头瞬时烟雾值超过70时，预防性清洁探头表面及探头周围环境（主要是PIS柜）的灰尘，清洁方法为：
（1）拆卸烟火探测器;
（2）用无水酒精少许（抹布潮湿为好），擦洗探测器表面及底座表面灰尘;
（3）清洗完成后，安装探测器，并检测探测器报警功能是否正常。同時再次检测其烟雾值若小于50为正常。
为验证该预防措施的可靠性，选择另外4组380B型动车组在3—6月开展验证（该时间段西北地区多发扬尘天气，环境中灰尘颗粒较多，试验结果更具说服力），未发生火灾误报警情况。因此，通过动态监控烟雾浓度值清洁探头，可有效预防烟火误报警现象，目前已在所有配属380B型动车组中推广使用。
4结束语
CRH380B型动车组火灾报警系统对监测环境烟雾浓度反应异常敏感，本设计的便携式烟雾发生器可有效检测系统烟雾探测器的功能，为车组火灾报警系统的可靠性提供了强有力的技术保障，同时，采用大量数据采集，科学设定烟雾传感器烟雾值浓度阈值，动态清洁探头，有效预防了烟雾报警系统误报警。