25T型客车火灾监测现状及改进措施

刘长学， 武英强， 丁瑞志， 郝国良， 申宇燕

(1　济南铁路局 客车处， 山东济南 250001；2　济南铁路局 济南车辆段， 山东济南 250001；3　北京纵横机电技术开发公司, 北京 100094；4　中国铁道科学研究院　机车车辆研究所， 北京 100081)



25T型客车火灾监测现状及改进措施

刘长学1， 武英强2， 丁瑞志3， 郝国良3， 申宇燕4

(1济南铁路局 客车处， 山东济南 250001；2济南铁路局 济南车辆段， 山东济南 250001；3北京纵横机电技术开发公司, 北京 100094；4中国铁道科学研究院机车车辆研究所， 北京 100081)

阐述25T型客车火灾监测系统现状，针对运用过程中因灰尘、水蒸气等干扰因素造成的误报警，提出技术改进措施，并通过实车试验，验证技术改进措施的有效性。

防火监测； 迷宫式扇形挡板； 诊断算法； 光电感烟探测器

客车是一个运动的人员密集场所，车厢内布置有复杂的电气线路及大功率电器设备，过流、短路、电容爆炸等引起的电气火灾，以及旅客抽烟等引发的人为火灾，均对旅客列车安全运营带来了严重威胁。运营列车内部空间较小，自身携带的消防灭火措施十分有限，且通常远离地方消防力量，客车安装火灾安全监测系统可以在较早的时间内发现火灾，减少损失，保障旅客的生命和财产安全。25T型客车火灾监测系统，采用光电感烟探测器，对列车重点部位的火情进行实时监测，并将报警信息通过GPRS实时发送到地面监控中心，在早期预报火情，预防重大火灾事故中发挥了重要作用。但灰尘、水蒸气等干扰因素造成的误报警，也给车辆段使用人员带来很大麻烦，本文对造成感烟探测器误报警的因素进行分析，提出技术改进措施，并通过实车试验数据，验证技术改进措施的有效性。

1　火灾监测系统架构

1.1火灾发展过程

火灾是在时间和空间上失去控制的燃烧现象，多数火灾发展趋势如图1所示，大致经历初期(阴燃阶段)、增长期、旺盛期、衰减期4个阶段。

在火灾发展的初期，会释放出大量的烟雾，这一阶段大多发展比较缓慢，受可燃物性能、分布和通风、散热等条件的影响，有可能形成火灾，也可能中途熄灭。增长期燃烧范围不断扩大，温度升高，可燃物在高温的作用下，不断分解释放出可燃气体；当空间内可燃物的表面全部卷入燃烧的瞬变状态，称为轰燃，轰燃发生后，可燃物出现全面燃烧，可燃物热释放速率很大，空间温度

急剧上升，火焰剧烈，温度可达800℃～1 000℃，一旦发展到此阶段，施救已失去意义。

图1　火灾发展过程

1.2灰尘触发探测器报警的原理

25T客车火灾监测系统采用的感烟类探测器为光电感烟探测器，该类型探测器利用火灾烟雾对光产生的散射作用等来探测火灾，其核心部件为迷宫。

光电感烟探测器迷宫由红外发射二极管，红外接收二极管，以及迷宫塑料件组成，如图2所示。发射二极管和接收二极管之间的夹角在90°～135°之间，夹角越大，灵敏度越高。当迷宫腔内无烟雾时，发射二极管发射的一定波长的红外光直射在发射二极管对面的暗室壁上，而安装在侧壁上的接收二极管接收不到红外光。

当易燃材料阴燃以至燃烧过程中产生的烟雾进入迷宫腔，光线在前进过程中照射在不规则分布的烟雾粒子上，产生散射，散射光的不规则性使一部分散射光照射在接收二极管上。显然烟雾粒子越多，接收二极管接收到的散射光越强，产生的光电信号也越强，再经过后续放大电路、A/D转换电路处理得出的烟雾颗粒浓度也就越大。

图2　散射光式光电感烟探测器原理示意图

灰尘进入探测器迷宫后，红外发射二极管发射的红外光照射在不规则分布的灰尘颗粒上，同样会产生散射。部分散射光照射在接收二极管上，探测器计算的烟雾浓度就会增加。进入探测器的灰尘颗粒越多，则会导致因灰尘颗粒产生的散射光越强，探测器计算的烟雾浓度也就越大，高于报警门限，就可能会触发探测器报警。

1.3点位布置

25T型客车火灾监测系统感烟探测器点位布置，根据车厢类型、车体结构以及车辆运行环境设计。

车辆客室内有强制循环空调，车厢内气流较大，一旦火灾形成，烟雾不会自然弥漫到客室顶棚上，所以按照传统的安装方法安装在顶棚上，火灾探测器不能及时可靠地探测到火灾。根据客室空气交换的规律，气流从进风口最终要汇集到回风口，所以不管是空气还是火灾烟雾都会向这一区域聚集。硬座车厢感烟探测器布置在车厢顶棚回风口处，可以早期探测到火情。

硬卧车厢和软卧车厢是封闭的格局，各个包厢都是相互封闭的，气流在包厢内自行流动，在每个包厢的顶棚上安装感烟探测器，对每个包厢内的烟雾浓度变化进行监测，可以早期探测火情，确保乘客和车辆的安全。

车辆配电柜内，布有高压电力线缆，复杂控制电路板或高压大功率电容等，过流、短路、电容爆炸等是引起机车电气火灾的主要原因，经过火灾模拟试验发现，在封闭柜体内加热易燃材料，如线缆、电路板等在阴燃以至燃烧的过程中，容易引起烟雾在柜体顶部的聚集，而感温探测器采集的温度基本没有变化。

图3　硬座和硬卧车厢感烟探测器点位布置

图4　柜体内线缆(左图)、电路板(右图)燃烧时，烟雾和温度变化曲线

在配电柜柜体顶部安装感烟探测器，可以早期探测到线缆阴燃、电路板过热、电容爆炸等产生的烟雾，预防重大火灾事故的发生。

1.4系统组成

列车上各火灾报警控制器间通过RS485总线进行数据交换，列车编组后，整列车的火灾报警控制器自成网络，总线上所有报警控制器(简称节点)在通讯权限上都是对等的，当某节车厢有火警发生时，全列车厢的火灾报警控制器都鸣火灾报警声，点亮火警指示灯，并显示火灾报警车厢号、火灾报警部位及火灾报警时间等，当此次火警之后，该车厢其他部位或其他车厢有火警时，全列车厢的火灾报警控制器同样都鸣火灾报警声，点亮火警指示灯并在前一条火警后按同一格式显示本次火警信息，总体拓扑结构如图5所示。

图5　拓扑结构图

每节车厢的火警控制器通过网关与监控系统进行通讯，及时将本节车的状态上传。

乘务员通过网络化管理平台可以查询整列车的火灾报警情况，一旦有火情，就近的乘务员可以及时处理，其他车厢的车务员也可以了解情况，做好准备工作，一旦火灾发生可以立即启动应急措施，有序的对人员进行疏散，把灾害化解掉。

2　运用过程中存在的问题

我国幅员辽阔，列车运行环境千差万别，沙尘暴、雾霾、灰尘等对火灾监测系统环境适应性提出了比建筑火灾监测更苛刻的要求。

25T型客车火灾监测系统采用的感烟探测器在运用过程中频繁发生误报，对Z105/Z106(济南-乌鲁木齐)4个编组的报警统计发现，2015年4月份共发生报警129条，除14条报警为停车检修测试外，其余基本分布在西北部风沙较大地区。2014年12月上线运行至2015年4月，报警条数呈线性增长趋势，如表1所示。

表1　2014～2015报警数量

针对西北部风沙较大的特点，在试验室用灰尘干扰脉冲试验验证风沙触发光电感烟探测器报警的现象。

西北部常年风沙较大，灰尘不断在设备表面及探测器防尘网外部累积，进入车厢的大风将设备表面的灰尘吹起，会引起灰尘干扰脉冲，而当灰尘干扰脉宽满足感烟探测器报警诊断条件时，就会引起感烟探测器误报。

探测器的零点，会随着灰尘的累积而向上漂移。这种漂移的长期累积，将改变探测器灵敏度甚至误报火警。为了降低灰尘累积导致的探测器零点漂移，需要根据灰尘缓慢累积的特性，对探测器的零点进行定时修正，即漂移补偿，如图7所示。

图6　灰尘干扰脉冲试验

图7　漂移补偿达到上限线前

由于探测器硬件(放大器、AD转换器、迷宫、工作电压等)的限制，探测器漂移补偿是有限度的，当探测漂移补偿达到上限时，灰尘继续累积，将压缩探测器报警诊断空间，提高探测器灵敏度，小的波动都可能诱发感烟探测器报警，如图8所示。

图8　漂移补偿达到上限后

这可以解释Z105/Z106次列车上线运行后，误报数量为什么呈现线性增长趋势，就是由于进入车厢的灰尘不断在探测器迷宫内累积，感烟探测器零点逐渐向上漂移，而又没有得到及时清洗，导致感烟探测器的报警诊断空间逐渐被压缩，报警灵敏度逐渐提高，风沙引起的干扰脉冲触发感烟探测器报警。

3　火灾监测子系统改进措施

为了有效降低感烟探测器的误报，提高感烟探测器报警的准确性，研制了专用活性炭防尘网、专用迷宫式扇形挡板，减缓探测器的污染，降低外部灰尘、风沙对感烟探测器的影响。同时建立探测器维护档案，定期清洗感烟探测器，以避免因探测器清洗维护不及时导致的误报。

3.1专用活性炭防尘网

为了阻挡粒径较大的灰尘进入探测器迷宫，提高进入探测器迷宫的烟雾纯度，降低灰尘对感烟探测器报警的干扰，同时延长感烟探测器的维护周期，设计了感烟探测器专用活性炭防尘网，在过滤网处粘贴海绵网，缠绕两圈，海绵网材质为活性炭，以滤除大粒径灰尘，如图9所示。

图9　专用活性炭防尘网

3.2专用迷宫式扇形挡板

为降低外部风沙侵入、空调开启等对感烟探测器的影响，将易被风沙干扰区域的感烟探测器加装专用迷宫式扇形挡板，以降低灰尘干扰。专用迷宫式扇形挡板独立于探测器，为可选装部件，但选择加装时，能与探测器进行一体化安装，安装简便、牢固、可自由调整方向并定位。挡风板提供足够的遮挡面积，定位后可在一定程度上降低指定方向的灰尘对感烟探测器数据采集的影响，同时不影响探测器自身的报警功能，安装效果如图10所示。

图10　专用迷宫式扇形挡板

3.3建立探测器维护档案

从图7、图8可以看出，感烟探测器漂移补偿达到上限后，迷宫内灰尘继续累积将导致探测器报警诊断空间缩小，报警灵敏度提高，原本不能触发探测器报警的灰尘干扰都有可能触发感烟探测器报警。因而，及时清洗探测器显得尤为必要。

为每节车厢的探测器建立维护档案，记录清洗时间，运行天数，当达到运行天数后对整节车厢的感烟探测器进行及时清洗。

4　实车运行数据

在2015年5月中旬在济南车辆段将Z105/Z106 A、B、C、D 4组烟感探头全部清理一遍，并全部加装专用活性炭防尘网，及选择性加装专用迷宫式挡板，对比整改前后半个月的数据发现，报警数量显著下降，如图11所示。

图11　烟感探头整改前后数据对比

5　结束语

基于25T型客车火灾监测系统长期运用过程中出现的问题，通过数据分析，现场调研，试验模拟，为感烟探测器设计了专用活性炭防尘网、专用迷宫式扇形挡板，从物理上减缓探测器污染；建立探测器维护档案，定期清洗探测器，保持探测器的清洁，从而实现25T客车火灾监测系统的改进，整改前后的运用情况来看，报警数量大大降低，有效提高了25T客车火灾监测系统的报警灵敏度。

[1]谢启源，袁宏永，宋立巍.烟气流速对感烟火灾探测器性能的影响[J].安全与环境学报.2004,4(1):62-65.

[2]GB 4715-2005 点型感烟火灾探测器 [S]. 北京:中国标准出版社，2005.

Status and Improvement Measures of Fire Monitoring for 25T Train Coach

LIUChangxue1,WUYingqiang2,DINGRuizhi3,HAOGuoliang3,SHENYuyan4

(1Affairs office of Train Coach, Jinan Railway Bureau, Jinan 250001 Shandong, China；2Jinan Car Depot, Jinan Railway Bureau, Jinan 250001 Shandong, China；3Beijing Zongheng Electro-Mechanical Technology Development Co., Beijing 100094, China;4Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China; )

This paper expounds the present situation of 25T train coach's fire monitoring system, puts forward the technical improvement 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.

fire monitoring; labyrinth fan damper; diagnosis algorithm; photoelectric smoke detector

1008-7842 (2016) 02-0083-04

��)男，工程师(

2015-11-09)

U270.7

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.02.21