一种混合动力动车组火灾防控系统
阅读说明：本技术 一种混合动力动车组火灾防控系统 (Fire prevention and control system for hybrid power motor train unit ) 是由 陈广泰 付尧 李争 张越 刘正元 于志航 刘爱群 张敬韬 于 2019-10-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种混合动力动车组火灾防控系统,包括：采集单元、冷却降温单元、火灾抑制单元和执行器；所述采集单元,用于采集混合动力动车组的实时温度和火焰探测；所述冷却降温单元,用于根据所述实时温度判断所述混合动力动车组是否需要冷却降温,若是,则向执行器发送冷却指令；所述火灾抑制单元,用于根据所述实时火焰探测判断所述混合动力动车组是否需要火灾抑制,若是,则向执行器发送灭火指令。本发明火灾防控系统对动车组中动力包和动力电池进行分级保护,包括冷却降温单元、火灾抑制单元两部分。实现了在明火之前加以抑制,尽量避免明火发生,进而提高了动力系统的安全性。(The invention discloses a fire prevention and control system for a hybrid power motor train unit, which comprises: the system comprises a collecting unit, a cooling unit, a fire suppression unit and an actuator; the acquisition unit is used for acquiring real-time temperature and flame detection of the hybrid power motor train unit; the cooling unit is used for judging whether the hybrid power motor train unit needs cooling according to the real-time temperature, and if so, sending a cooling instruction to the actuator; and the fire suppression unit is used for judging whether the hybrid power motor train unit needs fire suppression according to the real-time flame detection, and if so, sending a fire extinguishing instruction to the actuator. The fire prevention and control system carries out graded protection on the power pack and the power battery in the motor train unit and comprises a cooling unit and a fire suppression unit. The suppression is realized before the open fire, the open fire is avoided as much as possible, and the safety of the power system is further improved.)
技术领域
本发明涉及机车防火技术领域，尤其涉及一种混合动力动车组火灾防控系统。
背景技术
随着技术的发展，高速铁路的动力系统逐渐从动力包(柴油机+主发电机+控制器)柴油单动力系统转变为动力包+动力电池油电混合动力系统，高速铁路技术的应用日臻成熟。人们在享受高速铁路带来的便利同时，对其安全性能要求也越来越高。2018年1月25日，由青岛开往杭州东的G281次列车发生电气故障，故障点为牵引变流器，该故障引起火灾造成京沪高铁上6趟列车停运。
动车组动力系统是非常庞大的系统，虽然可靠性较比其他部件要求更高，但由于本身能量密度很大，一旦发生火灾事故，若不加以抑制，势必扩散为会导致机破乃至人员伤亡的火灾，故动车组上动力系统应该作为火灾重点保护对象。然而，之前动车组上针对动力系统的火灾只采取火灾探测+停车+疏散人员安全模式，并没有火灾抑制设备，火灾只能等到消防队到达后才能抑制，由于火灾事故发生地点比较随机，这种模式很可能造成火灾抑制时间极度滞后，小火发展成大火，不但造成整车损坏严重，而且火灾完全抑制需要的灭火剂剂量也随着灭火介入时间的滞后而呈几何级数增加。
发明内容
本发明提供一种混合动力动车组火灾防控系统，以克服上述技术问题。
本发明混合动力动车组火灾防控系统，包括：
采集单元、冷却降温单元、火灾抑制单元和执行器；
所述采集单元，用于采集混合动力动车组的实时温度和火焰探测；
所述冷却降温单元，用于根据所述实时温度判断所述混合动力动车组是否需要冷却降温，若是，则向执行器发送冷却指令；
所述火灾抑制单元，用于根据所述实时火焰探测判断所述混合动力动车组是否需要火灾抑制，若是，则向执行器发送灭火指令。
进一步地，还包括：
报警单元，用于接收所述火灾抑制单元发送的火灾报警信号，进行火灾报警。
进一步地，所述冷却降温单元具体用于：
采用公式
T保护＝T失控-5℃
计算保护温度，若实时温度大于所述保护温度，则向冷却钢瓶发送启动信号，其中，所述T保护为保护温度，所述T失控为失控温度。
进一步地，所述冷却降温单元还具体用于：
根据实时温度对应的时间计算实时温度的变化率；
判断所述变化率是否大于阈值，若是，则向报警单元发送通信故障信号，进行故障报警。
进一步地，所述火灾抑制单元，还用于：
在向执行器发送灭火指令之前，向执行器发送关闭入风风机指令，阈值时间后向执行器发送关闭出风风机指令。
进一步地，还包括：
采集优化单元，用于通过采集单元的安装位置采用虚拟相机方式，根据监测火焰的面积对采集单元的位置进行调整。
进一步地，所述采集单元包括：温度传感器、烟温复合探测器和火焰探测器。
本发明火灾防控系统对动车组中动力包和动力电池进行分级保护，包括冷却降温单元、火灾抑制单元两部分。实现了在明火之前加以抑制，尽量避免明火发生，进而提高了动力系统的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明混合动力动车组火灾防控系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明混合动力动车组火灾防控系统结构示意图，如图1所示，本实施例的系统可以包括：
采集单元101、冷却降温单元102、火灾抑制单元103和执行器104；
所述采集单元，用于采集混合动力动车组的实时温度和火焰探测；
所述冷却降温单元，用于根据所述实时温度判断所述混合动力动车组是否需要冷却降温，若是，则向执行器发送冷却指令；
所述火灾抑制单元，用于根据所述实时火焰探测判断所述混合动力动车组是否需要火灾抑制，若是，则向执行器发送灭火指令。
进一步地，还包括：
报警单元105，用于接收所述火灾抑制单元发送的火灾报警信号，进行火灾报警。
具体而言，本实施例火灾防控系统对动车组中动力包和动力电池两部分进行保护：冷却降温单元和火灾抑制单元。进一步地，所述采集单元包括：温度传感器、烟温复合探测器和火焰探测器。执行器主要由冷却剂106/灭火剂107存储钢瓶、瓶头阀、电磁阀、手动阀、管路、喷头组成。
冷却降温单元首先通过对试验对象(电池/动力包)进行加热，找到研究对象产生明火或者烟气时的温度点，该温度点即定义为失控温度点，该温度点是冷却剂钢瓶作用点的重要参考，由于温度过高的报警信号到冷却剂存储钢瓶动作信号之间有时间差，所以将保护点温度进行回调，因此，采用公式
T保护＝T失控-5℃
计算保护温度，其中，所述T保护为保护温度，所述T失控为失控温度。
本实施例通过TCMS采集温度传感器中的温度数据，当采集单元监测到的实时温度数据，本实施例温度采样周期为1s。连续5个周期采集的温度数据均大于T保护时，控制器发出冷却剂钢瓶动作信号，冷却剂喷出对设备进行降温冷却。
火灾抑制单元根据实时火焰探测，若连续20次向报警单元发送火灾报警信号，则确定火灾真实发生，否则判断为误报，重新计算连续报警次数。若判断为火灾真实发生，则控制灭火剂存储钢瓶阀门打开，灭火剂经过管路和喷头释放在动力包表面。同时，控制器通过声光报警装置通知司机停车并疏散人员。
进一步地，所述冷却降温单元还具体用于：
根据实时温度对应的时间计算实时温度的变化率；
判断所述变化率是否大于阈值，若是，则向报警单元发送通信故障信号，进行故障报警。
具体而言，由于动车组电池箱中电池数量庞大，需要采集的温度数据很多，为防止由于通信故障造成通信异常，进而造成冷却剂钢瓶误喷，防控系统控制器在软件方面加入了对温度变化率的计算，若温度突然大于T保护，但是温度上升斜率大于5℃/s,则认定通信故障，该路通道采集数据为坏数据，防控系统控制器向TCMS发送建议信息：温度采集不准确，建议检查/更换相关采集设备；
进一步地，所述火灾抑制单元还用于：
在向执行器发送灭火指令之前，向执行器发送关闭入风风机指令，阈值时间后向执行器发送关闭出风风机指令。
具体而言，风机108联动进行火灾抑制：在火灾防控系统控制器软件中，定义若干变量，分别代表火灾报警信号变量m_fire_alarm，入风风机控制变量m_inlet_fan_ctrl，出风风机控制变量m_outlet_fan_ctrl以及风机转速反馈变量m_fan_rotation_rate，一旦该信号连续10次产生，则视为火灾确定发生。由于动力设备一般同时配置有入风风机和出风风机，故首先关闭入风风机，保证氧气不再大量涌入保护设备中，控制火势，同时，由于出风风机持续工作，将保护设备内空气带出设备中，设备内形成一定负压。2s后，同时关闭出风口风机，并在1s后迅速释放灭火剂，保证灭火剂在空间负压作用下迅速填充到整个保护区域，并且由于空气的减少，间接增加了灭火剂浓度。本专利中，风机的开启和闭合控制有两个方式：a.火灾防控系统控制器将火灾信号传递给TCMS，TCMS再进行内部逻辑处理后，产生控制信号控制风机的关闭。此方式为优选方式，可以保证设备风机控制单元只有一个。b.在风机供电电路中加入断路器，断路器通断由火灾防控系统控制器直接控制。此方式为次选方式，作为前一个方式的冗余控制形式：在TCMS给出风机控制信号后，若风机速度反馈没有下降，则视为方式一中通讯回路故障，需要方式二介入，控制风机关闭。两种冗余方式显著提高了风机控制的可靠性。故灭火过程中，通过控制动力系统风机停止工作可显著提高灭火效率，进而提高产品安全性。
进一步地，还包括：
采集优化单元，用于通过采集单元的安装位置采用虚拟相机方式，根据监测火焰的面积对采集单元的位置进行调整。
具体而言，由于火焰探测器对紫外光辐射进行探测，试验过程发现，中间遮挡会对探测结果产生较大影响，故本系统在设计过程中，通过在模型中架设虚拟摄像机的方式对火焰探测器位置进行优化：在虚拟相机选项卡中，根据火焰探测器实际参数设置相机的焦距、视角，可视化距离参数，并在三维模型中加入虚拟火焰模型，调整火焰探测器位置观察火焰模型在产品内部的遮挡情况，对探测器的位置进行优化。这与传统在安装阶段通过手动调节位置，实时观察探测效果的方式相比，显著缩短了研发时间，并在一定程度上降低了人工成本。
对于探测器的位置优化还需考虑，由于保护设备上开有风机安装孔并配置风机，故设备本身IP等级(防水防尘等级)不高，设备内部容易积攒灰尘，遮挡火焰探测器镜头，影响火焰探测器观测效果，故需要定期对火焰探测器进行清灰处理，故火焰探测器需要安放在维修面，便于操作和维修。
动车组中的动力电池和动力包内部有些区域由于设计缺陷，长期温度较高，相对于其他位置更容易发生火灾，定义为火灾重点防护区域。针对该区域，从不同角度架设两个以上火焰探测器，实现火灾的冗余探测，防止由于通信故障等原因造成火灾漏报。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。