某型动车组中央控制单元网关失效导致火警分析

某型动车组中央控制单元网关失效导致火警分析

邹颖[1] 赵佳颖 王剑

（中车唐山机车车辆有限公司 产品研发中心,河北 唐山 063035）

摘要：某型动车组网关卡故障，引发CCU主从转换，全列主断断开，施加紧急制动。CCU会发送信号告知空调控制器启动应急通风模式，车厢内及新风口处均为负压，在紧急制动过程中，闸片研磨子与制动盘在高速状态下摩擦产生“烟雾”，在车内负压状态下被吸入混合箱后，进入卫生间、PIS 柜触发烟火报警。通过优化控制逻辑，雨水管增加鸭嘴阀等技术方案和做好行车秩序维护，问题得到解决。

关键词：动车组；中央控制单元；网关失效；火警；分析

0 引言

我国高速铁路总里程已超过4万公里，每天开行4000多组，已经逐步形成贯通南北、衔接东西的“八纵八横”铁路运输网。2021年2月，中共中央、国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》，到2035年高速铁路运营里程将达到7万公里。

1 动车组控制

动车组网络控制系统采用TCN 网络通讯模式，由列车总线（WTB） 和车辆总线（MVB） 网络组成，中央控制单元（CCU）作为列车网络控制系统主要设备，主要实现重要设备的管理、运行信息采集、运行状态的监视和故障诊断，从而保证列车安全可靠的运行。

每4个车为一个牵引单元，每一牵引单元有冗余的WTB/MVB网关（集成在CCU中），负责牵引单元之间及重联时列车之间数据的交换。

2 故障概述

某列长编动车组运行途中全列自动施加紧急制动，主断路器断开，全列车厢均有烟雾，检查HMI 屏发现09 车报“从辅CCU 断开VCB”（代码：6346），“WTB 通讯而触发紧急制动”（代码：6402），“CCU2 失效”（代码：6052），自BCUM 的MVB-PD 通讯故障（代码：6159）；06 车、08 车触发火灾报警。断开9 车CCU2 控制空开后维持运行。

3 原因分析

09车网关卡故障，引起CCU主从转换，主断断开，WTB 网络重新进行配置，有制动请求时列车触发全列紧急制动。

当全列主断跳开，列车没有AC 440V电源，CCU会发送信号告知空调控制器，空调控制器在收到信号后会立即使空调系统进入应急通风模式，车厢内及新风口处均为负压。在紧急制动过程中，闸片研磨子与制动盘在高速状态下摩擦产生巨大热量，制动盘有杂物、油污附着时产生的“烟雾”，在车内负压状态下被吸入混合箱后，进入卫生间、PIS 柜，导致06 车卫生间、08 车检测烟雾值超限，触发烟火报警。

4 技术分析

4.1紧急制动触发原理

当主CCU 的网关卡故障引起主CCU 无法正常工作时，会触发CCU 主从切换。CCU 主从切换过程中，动车组WTB 网络重新进行配置，导致主断路器断开，有制动请求时列车触发全列紧急制动。

4.2 火警触发原理

当全列主断跳开，列车没有AC 440V电源，CCU会发送信号告知空调控制器，空调控制器在收到信号后会立即使空调系统进入应急通风模式，车厢内及新风口处均为负压。具体如下：

（1）空调系统所有交流负载停止工作；

（2）新风和废排风门保持打开状态；

（3）混合箱上回风门关闭，其他电动风门在最大开度；

（4）启动应急通风逆变器，使得全列废排风机和司机室蒸发风机工作。

动车组制动系统由空气制动和电制动联合作用，并以电制动为主。当电制动力不足时，由空气制动力按各车所占比例分配于各车。由于主断路器断开后电制动退出，纯空气制动所施加的制动时间增加。此时闸片研磨子与制动盘之间长时间、高压力、高速度摩擦产生了巨大热量，制动盘有杂物、油污附着时产生了“烟雾”现象，如图1所示。

 图1 紧急制动产生烟雾

进入新风口的烟雾，通过混合空气箱、风道等进而进入车厢内部，如图2所示。

图2 烟雾进入车厢内部

由于此时废排风机的作用，使得车厢内气流都往排风口处及其周围聚集，卫生间和PIS柜均设置有排风口，并且连接排风道，卫生间和PIS柜排风口处附近均安装有火灾探测器，故如果客室内空气中含有烟雾，很容易触发卫生间和PIS柜上的探头报警，如图3所示。

图3 烟雾引发火灾报警

另外，由于混合箱上设置了雨水管，该管通车下（正好位于转向架区域），管内径为19mm，少量烟雾也可能通过该管进入混合箱和车内，如图4所示。

图4 烟雾通过雨水管进入车内

5 处理方案

5.1 行车秩序维护

纯空气制动可能导致产生“烟雾”进入客室引起火灾报警。运行途中，若主断断开（电

制动退出），列车触发紧急制动后，会增加闸片研磨子与制动盘的摩擦时间，可能产生“烟

雾”及烧糊味，有时会伴随火警故障。随车工作人员应知晓此类“烟雾”现象和火警故障的发

生原因，避免造成不必要的恐慌。

5.2 技术整改方案

5.2.1 优化空调控制逻辑

列车实施紧急制动时，网络向空调控制器发出紧急制动信号，空调控制器关闭新风、废排压力波风门和废排风机，持续5分钟。在此期间，如果列车440V电源有效，风门打开，空调系统正常工作；如果列车没有440V电源，空调系统暂不立即进入“紧急通风模式”，但保持压力波风门关闭。从空调控制器收到紧急制动信号起计算，5分钟后，风门打开，空调系统进入“紧急通风模式”。

5.2.2 车下混合箱雨水管增加鸭嘴阀

空调混合箱排水管有两种形式，包括单独排水和与机组冷凝腔雨水管合并排水。对于混合箱单独排水的排水管，外露管端直径为22mm， 在车下排水管端增加鸭嘴阀，如图5所示。

图5 车下单独排水管端增加鸭嘴阀

对于合并排水的混合箱排水管，外露管端直径为42mm， 新开发的鸭嘴阀，并增加在车下排水管端，如图6所示。

图6 车下混合排水管端增加鸭嘴阀

由于雨水管排水量较大，对鸭嘴阀的排水能力进行了验证，如图7所示，水龙头水量最大时，鸭嘴阀也能顺利将水排出，阀内无积水。

图7 鸭嘴阀排水能力验证

6 现车测试

空调软件增加紧急制动模式下的控制逻辑后，已经完成现车测试，分别通过制动手柄和紧急制动按钮两种方式施加紧急制动。

图8制动手柄                     图9紧急制动按钮

分别通过两种方式施加紧急制动后，空调风门关闭，列车440V电源正常时，其他部件工作正常，5min后，风门打开，其他部件继续正常工作；列车无440V电源时，5min后，风门打开，逆变器启动，系统进入应急通风模式。

7 总结

原有设计不足，未考虑到启动应急通风的所有条件中会有导致误报火警的情况，后续设计应查漏补缺。

参考文献

[1] 窗体顶端

[1]王磊，林鸿，CRH380B型动车组烟火报警系统设计[J].中国铁道学会车辆委员会动车、客车学术交流会论文集，2012

[2]刘杰，李人宪，陈琳，李树典，高速列车空调系统及车内流场分析[J].西南交通大学学报，2012(2)：127-132

[3] 刘成瑞，邹颖，基于TCN消息及过程数据实现WTB总线通信的网关程序设计[J].铁路计算机应用，2019(5)：46-49

[1]作者简介：邹颖（1984-），男，湖南浏阳人，工学学士学位，高级工程师。主要从事轨道车辆研发设计工作。