時(shí)速160km/h 動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組拖車(chē)17 號(hào)煙報(bào)探頭優(yōu)化研究

康等連

（蘭州局集團(tuán)公司蘭州車(chē)輛段，甘肅 蘭州 730000）

1 研究背景

時(shí)速160km 動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組煙火報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)報(bào)警控制器主機(jī)JB-QB-16A(JT160)、感煙火災(zāi)探測(cè)器、感溫電纜火災(zāi)探測(cè)器、感溫電纜組成。火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)采用大屏幕液晶屏顯示各種信息，可顯示本車(chē)廂及其他各車(chē)廂的火災(zāi)報(bào)警及故障報(bào)警信息。可根據(jù)需要對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如校正當(dāng)前時(shí)間、修改探測(cè)器編號(hào)及探測(cè)器類型、修改本車(chē)廂號(hào)等。可對(duì)各車(chē)廂火災(zāi)報(bào)警紀(jì)錄、本車(chē)廂號(hào)及在線車(chē)廂號(hào)進(jìn)行信息查詢。每輛拖車(chē)設(shè)計(jì)8 個(gè)煙火探測(cè)器，其中17 號(hào)煙火探測(cè)器探測(cè)綜合控制柜干線溫度及綜合控制柜煙霧探測(cè)，屬于集感溫、感煙一體式復(fù)合探測(cè)器。而綜合控制柜作為動(dòng)車(chē)組的中樞控制單元，控制著動(dòng)車(chē)組供電、網(wǎng)絡(luò)、通訊、上服系統(tǒng)，因此為了保證動(dòng)車(chē)組安全運(yùn)行對(duì)綜合控制柜煙霧、主干線路溫度探測(cè)顯得尤為重要。

時(shí)速160km 動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組自2019 年1 月配屬蘭州局集團(tuán)公司蘭州車(chē)輛段后，頻繁發(fā)生火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)17 號(hào)煙報(bào)探頭開(kāi)路故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，動(dòng)車(chē)組自開(kāi)行至17 號(hào)煙火探頭改造前累計(jì)發(fā)生開(kāi)路故障50起，經(jīng)故障統(tǒng)計(jì)分析，故障原因均為感溫電纜與ZDR1、ZDR2 連接器接觸不良導(dǎo)致。在時(shí)速160km動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組中，煙火報(bào)警系統(tǒng)接入動(dòng)車(chē)組安全環(huán)路，關(guān)系到動(dòng)車(chē)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。為了解決17 號(hào)煙火探測(cè)器頻繁發(fā)生煙火探測(cè)器故障，基于動(dòng)車(chē)組運(yùn)用實(shí)際，研究其報(bào)警機(jī)理及探頭結(jié)構(gòu)，提出17 號(hào)煙火探頭接線端子改進(jìn)方案，從源頭解決17 號(hào)煙火探測(cè)器頻繁故障，確保動(dòng)車(chē)組運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

2 機(jī)理研究

2.1 煙火報(bào)警系統(tǒng)及工作機(jī)理

時(shí)速160km 動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組單車(chē)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由1 個(gè)火災(zāi)報(bào)警主機(jī)、1 個(gè)感溫感煙探頭、7 個(gè)感煙探頭及列車(chē)網(wǎng)關(guān)組成。火災(zāi)報(bào)警控制器負(fù)責(zé)把各個(gè)探測(cè)器的狀態(tài)顯示出來(lái)，在發(fā)生警情時(shí)提供聲光報(bào)警，同時(shí)把各探測(cè)器和自身的狀態(tài)上傳給PLC 控制器。感溫電纜探測(cè)器和感煙探測(cè)器負(fù)責(zé)管轄區(qū)域的警情，在探測(cè)到警情時(shí)，上傳給火災(zāi)報(bào)警控制器，煙火報(bào)警控制系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 時(shí)速160km 動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組煙火系統(tǒng)

在防火區(qū)域的探測(cè)器感知到火災(zāi)信號(hào)后，發(fā)送到控制器，控制器自動(dòng)判斷是否為首次報(bào)警，如果是首次火警，則首先對(duì)火警信號(hào)進(jìn)行確認(rèn)處理，當(dāng)有煙火探測(cè)器火災(zāi)報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，控制器在10s內(nèi)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警聲、光信號(hào)。液晶屏同時(shí)顯示首次火警及后續(xù)火警的報(bào)警部位（即探測(cè)器編號(hào)）及報(bào)警時(shí)間。當(dāng)探測(cè)器與控制器之間有接觸不良或發(fā)生開(kāi)路、短路故障時(shí)，控制器報(bào)故障音。故障燈亮，顯示故障報(bào)警部位（即探測(cè)器編號(hào)）。故障音可用“消音鍵”手動(dòng)消音，但不影響下次報(bào)警，顯示屏有消音標(biāo)志。若某部位當(dāng)前有故障報(bào)警，同時(shí)另一部位經(jīng)確認(rèn)有火警信號(hào)，則故障部位顯示保持，同時(shí)顯示火警部位，火警音取代故障音，即火警優(yōu)先。在動(dòng)車(chē)組發(fā)生火情時(shí)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信息，斷開(kāi)火災(zāi)報(bào)警安全環(huán)路，提示司機(jī)和隨車(chē)機(jī)械師進(jìn)行處理。在煙火探測(cè)器發(fā)生故障時(shí)，煙火主機(jī)報(bào)警，同時(shí)故障信息通過(guò)列車(chē)網(wǎng)絡(luò)傳輸至隨車(chē)機(jī)械師電氣監(jiān)控屏及司機(jī)屏，提示司機(jī)及隨車(chē)機(jī)械師進(jìn)行處理。

時(shí)速160km 動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組火災(zāi)報(bào)警主機(jī)與感煙探頭之間連線采用兩線制，與感溫探頭之間通訊連線采用RS485，感煙探頭及感溫探頭由火災(zāi)報(bào)警主機(jī)提供DC24V 電源，監(jiān)視狀態(tài)小于2W，報(bào)警狀態(tài)小于5W。感煙報(bào)警動(dòng)作閾值(m)：m=0.16±0.04 dB/m；感溫報(bào)警動(dòng)作閾值：定溫，B 類，70℃（69～85℃）。而拖車(chē)綜合控制柜17 號(hào)煙火探測(cè)器為感溫和感煙復(fù)合型探頭，探頭連接PHSC-220-EPC 型感溫電纜，感溫電纜由兩根包裹具有絕緣性能PVDF材料的鍍鋅鋼絲組成。正常情況下兩根感溫電纜處于絕緣狀態(tài)，當(dāng)綜合控制柜感溫電纜周?chē)h(huán)境溫度上升至105℃左右時(shí)，感溫電纜外部包裹的絕緣層PVDF 材料因高溫發(fā)生破裂，兩根鋼絲發(fā)生短路，觸發(fā)火災(zāi)報(bào)警將火災(zāi)信息傳輸至火災(zāi)報(bào)警主機(jī)，火災(zāi)報(bào)警主機(jī)發(fā)出報(bào)警信息并上傳至網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)，將信息傳輸至電氣監(jiān)控屏及司機(jī)屏。當(dāng)感溫電纜發(fā)生高溫報(bào)警，PVDF 材料因高溫發(fā)生破裂后，感溫電纜永久短路不可恢復(fù)。火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸組成如圖2 所示。

圖2 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸

2.2 17 號(hào)煙火探測(cè)器工作機(jī)理

17 號(hào)煙火探測(cè)器同時(shí)具備感溫、感煙功能，其中感溫功能通過(guò)感溫電纜實(shí)現(xiàn)。感溫電纜通過(guò)ZDR接線端子連接煙火探測(cè)器，煙火探測(cè)器經(jīng)過(guò)RS485通訊線將煙火信息傳輸至煙火主機(jī)，完成對(duì)綜合控制柜內(nèi)主干線路溫度檢測(cè)及柜內(nèi)煙霧探測(cè)，其組成部件如圖3 所示。

圖3 17 號(hào)煙火探測(cè)器組成

17 號(hào)煙火探測(cè)器感溫電纜為兩根包裹絕緣層PVDF 材料的鍍鋅鋼絲，17 號(hào)煙火探測(cè)器感溫的端子引出兩根普通線纜連接到ZDR2 連接器的一端，另一端連接感溫電纜，感溫電纜在綜合控制柜內(nèi)沿電纜走線，對(duì)主線路進(jìn)行超溫保護(hù)，另一端連接300Ω 的終端電阻接線端子ZDR1。正常情況下，兩根感溫電纜是不導(dǎo)通的，當(dāng)檢測(cè)的主路電纜溫度超過(guò)設(shè)定溫度值時(shí)，感溫電纜外部絕緣層破裂，感溫電纜導(dǎo)通，觸發(fā)17 號(hào)煙火探測(cè)器，發(fā)生煙火報(bào)警，17 號(hào)煙火探測(cè)器感溫電纜優(yōu)化前接線方式如圖4 所示。

圖4 優(yōu)化前接線方式

3 故障現(xiàn)象

在動(dòng)車(chē)組運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的17 號(hào)煙火探測(cè)器故障，動(dòng)車(chē)組入庫(kù)后檢測(cè)探頭功能正常，網(wǎng)絡(luò)通訊功能正常。經(jīng)過(guò)隨車(chē)機(jī)械師跟蹤發(fā)現(xiàn)，在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中煙火主機(jī)報(bào)17 號(hào)煙火探測(cè)器故障后，重新緊固ZDR 接線端子后故障消除。

4 故障原因分析

為了徹底解決17 號(hào)煙火探測(cè)器頻繁報(bào)探頭故障，利用動(dòng)車(chē)組入庫(kù)檢修時(shí)間，對(duì)動(dòng)車(chē)組17 號(hào)煙火探測(cè)器進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)ZDR1、ZDR2 接線端子進(jìn)行插拔試驗(yàn)，故障重現(xiàn)，在設(shè)計(jì)端子虛接故障后，故障重現(xiàn)。在故障部位確定后，為了進(jìn)一步研究故障形成原因，對(duì)17 號(hào)煙火探測(cè)器端子盒以及插件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。

4.1 端子盒連線易松脫

對(duì)17 號(hào)炭火探測(cè)器感溫電纜端子盒進(jìn)行分解檢查，分析ZDR1、ZDR2 端子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)原端子盒在感溫電纜與端子壓接處采用螺絲直接壓接的方式進(jìn)行固定，感溫電纜由于采用鍍鋅鋼絲，鍍鋅鋼絲具有光滑、質(zhì)硬、回彈力大的特點(diǎn)，即便是在緊固螺絲擰緊的情況下，在長(zhǎng)期振動(dòng)環(huán)境中也會(huì)出現(xiàn)螺絲松動(dòng)的現(xiàn)象，從而引起感溫電纜端頭與底座之間出現(xiàn)虛接的情況，導(dǎo)致17 號(hào)煙火探測(cè)器發(fā)生開(kāi)路故障報(bào)警。

4.2 插接結(jié)構(gòu)易松動(dòng)

對(duì)17 號(hào)煙火探測(cè)器的ZDR1 和ZDR2 插件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解分析，發(fā)現(xiàn)ZDR1、ZDR2 分析外表相似，底座主體通用，而在ZDR1 保險(xiǎn)絲支架內(nèi)焊接300Ω 終端電阻，ZDR2 保險(xiǎn)絲支架內(nèi)焊接短連導(dǎo)線與底座以插接型式組成一體。在分析ZDR1 及ZDR2 插針時(shí)發(fā)現(xiàn)，其插針采用軟銅材質(zhì)，在插件與座體連接處插針和座體銅片形成線接觸，在有微小位移量的情況下，插針與座體銅片分離，極易造成虛接。而在動(dòng)車(chē)組運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)，因振動(dòng)容易造成插件插針位移，從而產(chǎn)生插件插針與座體虛接，引發(fā)17 號(hào)煙火探測(cè)器開(kāi)路故障，導(dǎo)致在煙火主機(jī)液晶顯示屏上報(bào)17 號(hào)煙火探測(cè)器故障。原有端子盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 原有端子盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)

5 優(yōu)化方案

為了保證動(dòng)車(chē)組運(yùn)行品質(zhì)，對(duì)17 號(hào)煙火探測(cè)器原理及ZDR1、ZDR2 端子內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)通過(guò)接線盒結(jié)合端子內(nèi)部結(jié)構(gòu)改進(jìn)，在保證滿足17 號(hào)煙火探測(cè)器需求的情況下改進(jìn)端子結(jié)構(gòu)，可以減少17 號(hào)煙火探測(cè)器故障率，具體優(yōu)化方案如下：

5.1 端子盒優(yōu)化

改進(jìn)由ZDR1、ZDR2 接線端子和接線端子底座構(gòu)成的型號(hào)為WK4TKG/U 的端子盒更換為內(nèi)部鑲嵌300Ω 終端電阻的WAGO280-901 端子盒，感溫線纜端部壓上米勒端子頭，從而將原螺絲擰緊壓線的方式改為彈簧壓接感溫電纜的方式，提高壓接可靠性，如圖6 所示。

圖6 優(yōu)化后接線方式

5.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化

更換端子盒后，原有兩個(gè)ZDR2 無(wú)需單獨(dú)插接短連導(dǎo)線，端子盒內(nèi)部即為導(dǎo)通；ZDR1 端子盒內(nèi)部焊接安裝300Ω 電阻，由原有插接式直接改為焊接結(jié)構(gòu)。大幅提升連接可靠性。優(yōu)化后接線方式見(jiàn)圖4，優(yōu)化后端子盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

圖7 優(yōu)化后端子盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)

6 應(yīng)用效果

該改進(jìn)方案經(jīng)過(guò)研討后，為了驗(yàn)證優(yōu)化后的效果，選定1 組動(dòng)車(chē)組作為試驗(yàn)車(chē)體，對(duì)試驗(yàn)動(dòng)車(chē)組17 號(hào)煙火探測(cè)器實(shí)施全列改造，并對(duì)改造后的動(dòng)車(chē)組進(jìn)行為期一個(gè)月的跟蹤，在改造后動(dòng)車(chē)組運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，未再次發(fā)生17 號(hào)煙火探測(cè)器故障。運(yùn)行一個(gè)月后，對(duì)改造后的動(dòng)車(chē)組17 號(hào)煙火探測(cè)器的接線端子盒進(jìn)行分解檢查，發(fā)現(xiàn)分解后的端子盒內(nèi)部各部件及終端電阻狀態(tài)良好，感溫電纜線連接處未出現(xiàn)松動(dòng)情況，改造效果良好。對(duì)改造后的試驗(yàn)動(dòng)車(chē)組進(jìn)行3 個(gè)月的煙火探測(cè)器故障統(tǒng)計(jì)，未再次出現(xiàn)17 號(hào)探煙火探測(cè)器，對(duì)接線端子盒進(jìn)行分解檢查，發(fā)現(xiàn)端子盒內(nèi)部各器件及終端電阻狀態(tài)良好，感溫電纜信號(hào)線連接未出現(xiàn)松動(dòng)情況，改造效果良好。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證該優(yōu)化方案效果良好，隨后組織供貨商對(duì)配屬的14 組動(dòng)車(chē)組進(jìn)行全部改造，改造完成后，17 號(hào)煙火探測(cè)器由接線端子引起的開(kāi)路故障未再次發(fā)生。該方案供貨商會(huì)同主機(jī)廠對(duì)全路所有時(shí)速160km 動(dòng)力集中動(dòng)車(chē)組進(jìn)行批量整改，并將該方案應(yīng)用于后期新造動(dòng)車(chē)組。