郭浩

摘要：針對(duì)動(dòng)車組配電柜關(guān)鍵配線接線端子松脫在運(yùn)用中導(dǎo)致的的火災(zāi)隱患，從防火預(yù)警角度出發(fā)，結(jié)合RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，通過信息化、系統(tǒng)化等措施，達(dá)到動(dòng)車組關(guān)鍵配線接線端子防火預(yù)警的目的。經(jīng)過實(shí)車檢測(cè)試驗(yàn)，考核效果良好，可以將本系統(tǒng)作為通用的防火預(yù)警方案推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組;接線端子;射頻技術(shù);防火

中圖分類號(hào)：U279.3+24? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

國(guó)鐵集團(tuán)明確提出“加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)排查和隱患治理，保障機(jī)車車輛質(zhì)量良好，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)管控及應(yīng)急處置，堅(jiān)決守住高鐵和旅客列車安全萬無一失的政治紅線和職業(yè)底線”。動(dòng)車組的安全運(yùn)行尤其重要，而防火更是重中之重，動(dòng)車組任何部位的火災(zāi)隱患都可能迅速發(fā)展為重大故障，進(jìn)而引發(fā)重大事故，造成巨大人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。現(xiàn)有的和諧號(hào)動(dòng)車組及復(fù)興號(hào)動(dòng)車組在關(guān)鍵位置均安裝有煙霧檢測(cè)裝置，作為預(yù)防火災(zāi)故障的常規(guī)措施，但煙霧檢測(cè)裝置只能實(shí)現(xiàn)報(bào)警，尚不能對(duì)某一處具體位置（如配電柜關(guān)鍵配線接線端子）執(zhí)行精準(zhǔn)檢測(cè)預(yù)警。因此，采用更加先進(jìn)的“技防”手段來提升火災(zāi)隱患檢測(cè)效率，降低安全隱患已是迫在眉睫。

1 存在問題

動(dòng)車組電氣柜是保證鐵路車輛安全運(yùn)行的核心部件，配電柜運(yùn)行工況是影響鐵路車輛能否安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。高速動(dòng)車組列車電氣柜內(nèi)空氣開關(guān)、繼電器等電氣元件是車輛各部分電路運(yùn)行的基礎(chǔ)，是車輛安全穩(wěn)定行駛的必要保障，對(duì)車內(nèi)電氣柜的工作狀態(tài)檢測(cè)起著至關(guān)重要的作用。

車輛運(yùn)行過程中，由于存在端子壓接不良、安裝不到位、縮針、彎針等接觸不良情況，會(huì)造成接線端子局部接觸電阻過大。如果線路電流很大，當(dāng)接觸電阻過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使接線端子金屬變色甚至融化，破壞絕緣層，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)。

尤其是高速運(yùn)行的動(dòng)車組列車電氣柜內(nèi)接觸器、空開等電氣元件，多次發(fā)生過此類故障，嚴(yán)重影響列車運(yùn)行安全。如CRH5型動(dòng)車組客室空調(diào)控制板電加熱器接觸器K8、K9，由于接線端子虛接問題，造成接觸電阻增大，在天氣寒冷情況下，當(dāng)客室空調(diào)加熱器全部啟動(dòng)時(shí)，接線處會(huì)發(fā)生過流打火現(xiàn)象。

目前的修程要求是：在高級(jí)修的裝配階段，需通過目視檢查電氣柜內(nèi)各接線端子的接線狀態(tài);在調(diào)試階段，采用鉗形電流表對(duì)電氣柜內(nèi)線路電流進(jìn)行測(cè)量。但由于外界環(huán)境、接觸電阻等因素的不確定性，以及產(chǎn)生的熱量隨時(shí)間成正比增大，造成端子溫度（ 產(chǎn)生過流打火的直接因素） 無法準(zhǔn)確檢測(cè)。

2 常用松虛防火預(yù)警方案

為了更好地監(jiān)控電氣柜內(nèi)各接觸器、空開等電氣部件配線的安裝及工作狀態(tài)，降低由于虛接等原因造成電流過大等風(fēng)險(xiǎn)，鐵路部門采取了多種保障措施。

2.1、基于測(cè)溫膠貼的防火預(yù)警方案

測(cè)溫貼的原理顧名思義就是一種能夠測(cè)量溫度的測(cè)試紙，它是帶有自粘貼功能的測(cè)溫貼，能夠粘貼在被測(cè)物體表面，并可根據(jù)欲測(cè)量溫度的不同來選擇不同的測(cè)溫范圍，當(dāng)溫度達(dá)到某一溫度點(diǎn)時(shí)相對(duì)應(yīng)位置會(huì)發(fā)生不可逆的變色，達(dá)到超溫記錄的目的。目前，基于測(cè)溫膠貼的防火預(yù)警是鐵路部門的重要預(yù)警手段，常用有三類不同檢測(cè)范圍的測(cè)試膠貼，如下圖1所示：

2.2 基于紅外熱像儀的防火預(yù)警方案

紅外熱像儀是利用紅外探測(cè)器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)（目前先進(jìn)的焦平面技術(shù)則省去了光機(jī)掃描系統(tǒng)）接收被測(cè)目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測(cè)器的光敏元上，在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測(cè)器之間，有一個(gè)光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)對(duì)被測(cè)物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測(cè)器上，由探測(cè)器將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換或標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)通過電視屏或監(jiān)測(cè)器顯示紅外熱像圖。當(dāng)前，在電氣柜上的應(yīng)用如下圖2所示：

3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

研制基于RFID技術(shù)的動(dòng)車組關(guān)鍵配線接線端子防火預(yù)警系統(tǒng)，將動(dòng)車組關(guān)鍵部件，特別是配電柜關(guān)鍵配線接線端子松脫狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)預(yù)警。達(dá)到在動(dòng)車組擔(dān)當(dāng)運(yùn)行任務(wù)時(shí)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)、識(shí)別各關(guān)鍵接線端子松脫狀態(tài)，對(duì)出現(xiàn)松脫的螺栓進(jìn)行報(bào)警提醒，并整體分析動(dòng)車組配電柜關(guān)鍵配線接線端子的緊固性能狀態(tài)，為動(dòng)車組運(yùn)行安全、質(zhì)量提供更可靠的保障。

預(yù)警系統(tǒng)由基于RFID技術(shù)的防火預(yù)警檢測(cè)模塊、防火預(yù)警管理系統(tǒng)軟件等組成。

RFID電子標(biāo)簽：存儲(chǔ)動(dòng)車組關(guān)鍵配線接線端子的身份信息和溫度信息，并可以通過無線電訊號(hào)識(shí)別，讀寫相關(guān)數(shù)據(jù);

RFID讀寫設(shè)備：通過RFID讀寫設(shè)備輸出一定強(qiáng)度的無線電信號(hào)，以激活接線端子RFID電子標(biāo)簽進(jìn)入采集模式，記錄UHF RFID電子標(biāo)簽返回的有關(guān)接線端子對(duì)應(yīng)的工作溫度信息，并將采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)上傳應(yīng)用管理平臺(tái);

應(yīng)用管理平臺(tái)：應(yīng)用管理系統(tǒng)通過讀取接線端子RFID電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)來預(yù)警監(jiān)測(cè)接線端子超溫狀態(tài)，系統(tǒng)接收解析存儲(chǔ)溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)檢修作業(yè)進(jìn)行管理，并通過數(shù)據(jù)分析來判斷動(dòng)車組關(guān)鍵配線接線端子緊固整體情況。系統(tǒng)包括基礎(chǔ)信息管理模塊、作業(yè)管理模塊、設(shè)備管理模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊、系統(tǒng)管理模塊等。

4 RFID標(biāo)簽防松預(yù)警檢測(cè)原理

4.1 RFID技術(shù)簡(jiǎn)介

射頻識(shí)別，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：

超高頻射頻識(shí)別技術(shù)（UHF RFID）是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間電磁耦合實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到物體識(shí)別的技術(shù)。其主要技術(shù)特點(diǎn)有：

●閱讀距離遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)可達(dá)10m以上）;

●讀卡速度快，毫秒級(jí);

●無源型、免維護(hù)，使用壽命長(zhǎng)達(dá)10年以上，反復(fù)擦寫10萬次以上，性價(jià)比高，一致性好，適于大規(guī)模使用;

●采用有效的防沖突通訊協(xié)議，每秒可讀300張以上的識(shí)別卡;

●可全天候工作，不受刮風(fēng)、雨、雪、霧等天氣影響等;

●超寬工作頻段設(shè)計(jì)，采用跳頻工作模式，具有超強(qiáng)抗干擾能力。

4.2 防火檢測(cè)的原理

RFID防火預(yù)警檢測(cè)依托于高度集成的UHF RFID TAG集成電路，通過在既有UHF RFID芯片內(nèi)部嵌入智能控制電路，并集成高精度的溫度檢測(cè)模塊，使該芯片在使用過程中具備溫度檢測(cè)功能，并可通過標(biāo)準(zhǔn)的UHF RFID協(xié)議讀取溫度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，可用于本文所涉及關(guān)鍵配線接線端子的松虛預(yù)警檢測(cè)。

該產(chǎn)品可工作在極低的輸入功率信號(hào)，同時(shí)提供較大的反射信號(hào)，使標(biāo)簽可以在極低的RF功率下進(jìn)行高速讀寫操作。

5 RFID標(biāo)簽設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種粘貼式防火預(yù)警檢測(cè)結(jié)構(gòu)，如下圖4所示。RFID標(biāo)簽緊密粘貼在現(xiàn)有關(guān)鍵空開、接觸器等的外側(cè)，當(dāng)有關(guān)鍵配線發(fā)生松動(dòng)時(shí)，接觸點(diǎn)電阻會(huì)變大，溫度會(huì)隨之升高，而后可通過RFID的方式讀取實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度是否超過預(yù)定值來判定接線端子是否松動(dòng)的目的。

6 檢測(cè)試驗(yàn)

2019年7月在蘭州西動(dòng)車所組織了實(shí)車檢測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)環(huán)境如下：

試驗(yàn)時(shí)間：2019年7月～2019年9月，這個(gè)時(shí)間段正值暑運(yùn)高峰，動(dòng)車組空調(diào)等處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，溫度變化大;

試驗(yàn)線路：蘭新客運(yùn)專線;

試驗(yàn)車型：選取CRH5G作為試驗(yàn)車型;

試驗(yàn)位置：01車空調(diào)系統(tǒng)440V供電空開35A02Q01及K8、K9接觸器;

02車空調(diào)系統(tǒng)440V供電空開35A02Q01及K8、K9接觸器;

05車餐廳配電柜內(nèi)-QF5、-QF6、-QF7微波爐供電空開;

共安裝了9枚RFID防松虛預(yù)警測(cè)溫標(biāo)簽，如下圖6所示：

通過近3個(gè)月的跟車測(cè)試，詳細(xì)記錄了不同階段各試驗(yàn)位置對(duì)應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控溫度，如下圖7所示：

匯總跟蹤測(cè)試數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)分析曲線如下圖8所示。進(jìn)一步分析跟蹤數(shù)據(jù)，選取02車K8、K9接觸器溫度跟蹤曲線做深入對(duì)比分析，如下圖9所示：

通過近3個(gè)月的跟蹤測(cè)試，并分析跟蹤測(cè)試數(shù)據(jù)，可以得出如下信息：

（1）標(biāo)簽結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠，無破損情況;

（2）標(biāo)簽及檢測(cè)帶粘貼牢固，無脫落情況;

（3）標(biāo)簽溫度監(jiān)控功能正常，精度較高;

（4）軟件讀取標(biāo)簽信息正確;

（5）標(biāo)簽檢測(cè)范圍符合要求，軟件可一次性讀取所有標(biāo)簽信息;

（6）通過環(huán)比相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，可以有效分析出各運(yùn)行工況下接觸器、空開等的工作溫度變化趨勢(shì)，可及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)判出有超溫異常的關(guān)鍵配線，做到超前預(yù)警。

7 結(jié)語

通過在CRH5G型動(dòng)車組配電柜的關(guān)鍵配線上加裝基于RFID技術(shù)的防火檢測(cè)標(biāo)簽，經(jīng)過近3個(gè)月的檢測(cè)試驗(yàn)，所有標(biāo)簽粘貼牢固，標(biāo)簽檢測(cè)精度高，環(huán)境適應(yīng)好，可在動(dòng)車組運(yùn)行環(huán)境下保持良好工作性能;標(biāo)簽檢測(cè)信息可靠，能準(zhǔn)確檢測(cè)并傳遞關(guān)鍵配線接線端子的溫度狀態(tài);標(biāo)簽檢測(cè)性能優(yōu)異，隨車機(jī)械師通過檢測(cè)裝置可一次性檢測(cè)到每個(gè)配電柜中所有標(biāo)簽信息，能夠極大的減少作業(yè)者檢修強(qiáng)度。綜上所述，可以作為動(dòng)車組關(guān)鍵配線接線端子防火預(yù)警的檢測(cè)手段，有較好的推廣應(yīng)用前景，為動(dòng)車組行車安全提供有力的技術(shù)支撐。

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