动车组烟火报警系统卫生间模拟试验平台设计与实现

杨红运，潘 文

（北京纵横机电科技有限公司，北京100094）

动车组烟火报警系统由探测器、回路模块、中央控制单元（主机）组成，探测器安装在车厢客室顶板、配电柜、卫生间、餐车操作间等动车组列车容易发生火灾的各个关键、重点处所，实时监控安全。火灾是动车组重要的安全监测项点之一，因此在动车组发展初期，烟火报警系统即随整车一同引入。新车型装载的烟火报警系统逐步实现了国产化，但安装、运用方式大多继承于引进车型，且各型号动车组烟火报警系统的探测器类型、安装位置、是否安装过滤棉等尚未形成统一要求，缺乏统一的测试规范和装车标准。

此外，各型号动车组自上线运行以来，卫生间发生多起火灾“误报警”问题，大多是由于乘客在卫生间内使用发胶、防晒喷雾、云南白药等喷剂，对列车运营秩序造成影响，并引发社会关注。目前，动车组烟火报警系统误报警发生后，需要技术人员实车复现故障，分析误报原因。在动车组高频次运行的背景下，实车试验难度颇大。

因此，迫切需要搭建动车组卫生间烟火报警系统模拟试验环境，以更好的测试其在卫生间复杂环境运用下的可靠性，复现现场故障，提高系统稳定性。另一方面，也可指导未来方案设计，促进烟火报警系统统一装车标准的形成。

1 试验平台设计

1.1 典型车型的选择

1.1.1 在线运营动车组烟火报警系统分析

动车组目前运用较多的车型为CR400AF和CR400BF，在动车组发展初期，烟火报警系统随整车一同引入。由于不同车型引进源头不同，各型号动车组烟火报警系统的探测器类型、安装位置、控制逻辑、是否安装过滤棉等均存在较大差异，火灾控制逻辑见表1。

表1 各系列动车组火灾控制逻辑

1.1.2 典型车型及其参数

基于在线运营的动车组烟火报警系统形式多样的背景，充分调研既有动车组烟火报警系统的装 车 和 误 报 警 情 况［1-3］，选 取 了CR400AF、CR400BF、CRH1E、CRH3A、CRH5系列动车组共5种典型车型的卫生间作为动车组卫生间烟火报警系统模拟试验间的建设原型。所选车型的重要参数见表2，所选车型卫生间烟火报警系统的实物图如图1~图5所示。

图1 CR400AF普通卫生间

图2 CR400BF普通卫生间

图3 CRH5普通卫生间

图4 CRH3A普通卫生间

图5 CRH1E普通卫生间

表2 典型车型重要参数列表

1.2 平台建设

1.2.1 主体结构及关键结构建设

模拟试验平台建设以实车卫生间为原型，但既有动车组产品众多，不同车型卫生间内流场、探测器位置均有差异，如果按照原型进行1∶1搭建，将造成试验间繁多，成本超支，不利于管理。因此，本试验平台抓住关键因素，搭建通用型的试验平台，高效地实现了试验环境。以下对可能影响火灾探测器报警的因素进行分析，明确试验室搭建过程中的关键项点。

（1）风流场

卫生间内有无新风、有无废排风、风量大小，新风废排风构成的卫生间内气流流向会影响烟雾的走向及烟雾浓度稀释情况。动车组卫生间通风系统是车内环境控制系统的一部分，它的作用是将车外新鲜空气吸入并与车内再循环空气混合，在滤清灰尘和杂质后，再押送到车内的各个区域，同时排出多余的污浊空气，以保证车内空气的洁净度以及合理的流动速度和气流组织。车内环境控制系统由空调机组、显示设定器、换气装置、风道和应急通风组成。其中，换气装置负责新风供给、车内废气排出和车内压力保护，它通过卫生间区域的风道实现卫生间的送风和回风。

①风向及风速

模拟试验平台用变频风机提供进风、回风压力，设立独立的风道，并根据各车型实际情况调整新风、废排风方向及大小。

②风口尺寸

联系主机厂提供与实车相同的格栅，通过更换顶板、侧板等方式实现不同车型模拟平台的模拟功能。

③内部设施

尽可能的按比例还原内部设施，以模仿内部气流走向。

（2）探测器安装位置

探测器安装位置周边的浓度及风速会影响探测器的检测情况。外露安装、内置安装或安装于废排风口内部等因素，对探测器报警会产生影响。需根据各车型实际情况调整探测器的安装位置。

（3）模拟试验间大小

在燃烧等量材料情况下，卫生间大小会影响空间内的烟雾浓度，但是，微小的空间大小变化对浓度影响并不明显。考虑到选取的典型车型卫生间大小在1.0~1.3 m2之间，通用型模拟试验间建设大小设计为1.12 m2。

1.2.2 净化设备

模拟平台在废排风道末端装有净化除尘设备。采用复合式废气净化器，采用干湿相结合的方法，首先采用进气扩散、减压减速、水雾喷淋，其次活性炭吸附分解氧化。该产品能有效去除烟尘（炭黑尘）、苯系物、氰化氢、硫化物、二恶英、一氧化碳和一些碳氢化合物。环保升级后排放物完全达到大气污染物综合排放标准（GB 16297-1996）的要求。通用模拟卫生间试验平台如图6所示，图6（a）为三维设计图，图6（b）为初步完成搭建的实物图。

图6 通用模拟卫生间试验平台

2 试验流程设计

2.1 试验目的

动车组卫生间烟火报警系统模拟试验平台建设目的主要为：

（1）不同流场及环境下，对车载感烟火灾探测器的灵敏度进行测试；

（2）不同流场及环境下，对车载感烟火灾探测器抗液态雾状颗粒干扰能力测试；

（3）不同流场及环境下，对车载感烟火灾探测器抗固体颗粒干扰能力测试；

（4）在发生火情时具备所需灵敏度的前提下，给出抵抗非火灾干扰因素的火灾探测器的加装方案。

2.2 试验设计

根据动车组卫生间烟火报警系统模拟试验平台的建设目的，设计试验流程如下：

（1）模拟测试卫生间内生活用品着火时，感烟火灾探测器的报警灵敏度；

（2）模拟测试发生电气火灾时，感烟火灾探测器的报警灵敏度；

（3）模拟测试乘客抽烟时，感烟火灾探测器的报警灵敏度；

（4）模拟测试乘客使用香水、花露水、防晒喷雾、清洗剂和啫喱水等液体喷雾时，感烟火灾探测器的抗干扰能力；

（5）模拟测试感烟火灾探测器抗灰尘干扰能力；

（6）模拟测试感烟火灾探测器报脏功能；

（7）模拟测试感烟火灾探测器在污染后的灵敏度。

3 结束语

各型号动车组运行以来，卫生间的火灾探测器发生了多起误报警事件，且不同车型卫生间进风位置、出风位置、火灾探测器安装方式迥异，导致误报难以高效归因。文中调研了在线运营动车组烟火报警系统运用情况，并选择覆盖四方厂、长客厂、唐山厂和BST这4家主机厂主力车型的5种典型车型作为试验平台搭建原型，设计了通用型动车组烟火报警系统卫生间模拟试验平台。平台可模拟实车流场环境，复现现场故障，研究喷雾、灰尘等干扰源对火灾探测器的影响，不同通风流场中火灾探测器灵敏度的情况。研究结果可用于分析动车组烟火报警系统在卫生间复杂环境运用下的可靠性，并指导未来方案设计。