地鐵道岔融雪設備的應用

翁 紅 余 樂 劉世翔

(北京市市政工程設計研究總院 北京 100082)

1 道岔融雪設備應用于地鐵的必要性

北京冬天氣溫寒冷，夜間氣溫一般都在零度以下。隨著全球氣候異常日益頻繁，北京地區冬季降雪呈現降雪量大、分布不均勻、雪后回暖慢的特點。一旦遇到降雪天氣，如人工除雪不及時，地鐵露天道岔容易積雪、結冰，發生凍結，導致道岔尖軌端部與基本軌無法可靠密貼，影響道岔的可靠動作，對安全運營造成一定的隱患，直接影響軌道交通系統的運輸安全和效率。

據北京地鐵運營公司反映，2009年北京多場大雪對地鐵地面線路的運營安全造成了比較嚴重的影響，5號線、13號線、機場線等均多次發生由于道岔不密貼或無法扳動造成的線路、信號故障，嚴重影響了行車安全和行車組織。據統計，受大雪影響最嚴重的是露天終點折返線區段和露天咽喉道岔區段。

以上情況說明，應在新線項目上馬時，就將露天道岔融雪問題解決在設計階段。因此，在15號線的設計過程中，設計人員考慮在露天咽喉道岔區段加裝道岔融雪裝置，當發生降雪時系統可自動或人工啟動電加熱融雪電路，以保證在積雪天氣道岔設施的安全動作，并使其在新建線路運營時同步投入使用。

2 融雪設備概況與設置范圍

國外道岔融雪設備應用起步于20世紀70年代的歐洲，其融雪方式主要有:電加熱式、紅外線加熱式、燃氣加熱式、熱風式、壓縮空氣式、噴燈加熱式、溫水噴射式、溫水循環式和鹽水灑水式，其中應用最多的是電加熱式和燃氣加熱式兩種。我國鐵路道岔融雪設備的研發和應用起步較晚，從1996年至今處于推廣使用階段。而道岔融雪設備在地鐵建設項目中的應用更是很少，北京地鐵15號線工程首次在設計階段就將道岔融雪設備融入設計方案，采用的是電加熱的方式。

為確保列車安全、平穩、舒適和準點運行，經過現場調研和論證，確定在以下露天道岔區段加裝融雪裝置:一是應用在正線高架及地面線折返線、常用道岔區段，二是應用在車輛段及停車場咽喉道岔、進出段常用道岔。以北京地鐵15號線一期工程為例，在15號線高架車站后沙峪站北側、馬泉營車輛段、俸伯停車場3處共23組道岔處安裝了道岔融雪系統。

3 設計方案及其主要功能

3.1 道岔融雪設備組成

15號線道岔融雪設備主要由車站控制終端、電氣控制柜、隔離變壓器、接線盒、軌溫傳感器、雪傳感器和道岔加熱元件及其配套的電纜和信息通道等構成，詳見圖1。

3.2 設備選型及參數

3.2.1 控制終端

北京地鐵15號線工程共設置3套融雪裝置控制終端，分別安裝在后沙峪車站綜控室、車輛段綜合樓控制室、停車場綜合樓控制室。每套控制終端獨立設置，3套控制終端之間沒有數據傳輸和控制要求。

控制終端采用壁掛箱結構，使用19寸觸摸式液晶顯示器、嵌入式工控機及實時操作系統實現自動控制功能。

圖1 道岔融雪系統構成

3.2.2 電氣控制柜

電氣控制柜用于控制現場道岔加熱系統的啟停、信息采集及運行狀態監測，通過信號電纜與車站控制終端進行通信。電氣控制柜安裝在室外道岔旁，需要根據道岔的多少確定電氣控制柜的數量。

1)馬泉營車輛段，安裝電氣控制柜2臺。1#電氣控制柜控制6組7號道岔，總功率26.2 kW;2#電氣控制柜控制4組7號道岔，總功率17.5 kW。

2)后沙峪車站，安裝電氣控制柜1臺。電氣控制柜控制6組9號道岔，總功率32.82 kW。

3)俸伯停車場，安裝電氣控制柜1臺。電氣控制柜控制7組7號道岔，總功率30.59 kW。

3.2.3 電加熱元件

電加熱元件是道岔融雪系統的關鍵部件，通過它將電能轉化成熱能，傳遞給道岔需要融雪的部位，使溫度提高以融化積雪。電加熱元件的設計壽命不少于15年。

電加熱元件選用進口的加熱條，用專用的彈性鋼卡將其固定安裝在每組道岔的基本軌內側軌腰處，電加熱元件和鋼軌接觸面為面接觸，見圖2～圖3。電加熱元件外層導熱材料為不銹鋼，中心的電熱材料(電阻絲)為鎳鉻合金，電熱材料和外層導熱材料間為高壓氧化鎂絕緣層;額定工作電壓為AC 220V、50 Hz，電熱轉換效率不小于96%。

3.2.4 隔離變壓器

基于對軌道電路和人身安全的考慮，在電氣控制柜和道岔加熱元件之間設置隔離變壓器，安裝在道岔旁的變壓器箱內。變壓器輸入電壓AC380V，輸出電壓AC 220V，效率不低于96%。

3.2.5 軌溫、雪傳感器

軌溫傳感器安裝在離電氣控制柜最近的加熱道岔的軌底，雪傳感器安裝在軌旁。傳感器采集鋼軌溫度和降雪信息，通過電氣控制柜上傳至車站控制終端。每臺電氣控制柜配置一套軌溫、雪傳感器。

3.3 控制功能

3.3.1 系統控制功能

1)自動控制功能。道岔融雪系統能自動檢測環境條件，下雪時自動啟動加熱功能，當雪停且道岔處積雪已融化就能自動停止加熱。

當系統處于自動模式工作狀態時，系統通過雪傳感器及軌溫傳感器采集到降雪和鋼軌溫度信息后，將信息傳送到電氣控制柜，控制柜把采集到的信息與系統預先設定“門限”值進行比較。當低于系統所設定的“門限”值時，系統將自動啟動預設的加熱方案，對道岔進行加熱;當加熱到符合停止加熱的條件時，系統將自動停止加熱。

操作者可以在自己權限下對系統進行各種操作，如控制各加熱回路的開關、參數的設定和改變、系統各種參數和工作狀態的監測。

當自動系統出現故障需要轉到手動控制功能時，系統能發出聲光報警，提醒值班員。聲光報警可人工投入或撤銷。

2)手動控制功能。操作者可以將系統切換到手動加熱模式，手動啟動或關閉加熱系統，包括啟動或關閉任意一組道岔加熱。此功能在軟件系統出現故障的情況下使用。

操作者可以在融雪裝置控制終端實現遠程加熱功能。操作者既可以在室外電氣控制柜上強行打開或關閉整個系統，也可以對任意回路進行開關控制，便于維修人員檢查檢修。

3.3.2 自動溫度控制功能

加熱后控制柜可實時對鋼軌溫度進行測試，當達到設定溫度后自動停止加熱，低于設定溫度后自動啟動加熱，既可節能，又延長了電加熱元件的使用壽命。

3.3.3 過流、漏電保護功能

控制柜設置了漏電保護開關和過流保護開關，在設備發生故障時，可以對設備本身和操作人員進行保護，以免造成更大的損失。

關鍵部件采用了漏電保護器、變壓器保護器和防雷設計，同時對加熱及用電設備進行電流和電壓的監控。當發生突變時，系統自動切斷電源，防止電路起火及燒壞器件，保護設備和人身安全。

3.3.4 系統擴展功能

15號線的融雪系統工程共安裝了4臺室外電氣控制柜，每臺控制柜均預留了2個備用回路。例如，后沙峪站，有6組道岔需要安裝融雪設備，控制系統按8組道岔(實用6組、預留2組)進行設計和控制。

3.3.5 監測功能

降雪狀態及傳感器工作狀態監測;供電電源的電壓、頻率監測;總消耗功率、電流監測;各道岔加熱回路消耗功率監測;各回路接觸器的工作狀態監測。

3.3.6 優先級功能

在現場將控制柜設置為本地手動狀態，在車站應只能查詢運行數據和報警信息，遠程加熱控制此時失效(本地控制優先于遠程控制);在非手動狀態時，可通過遠程進行狀態轉換。

3.3.7 遠程設置與修改控制柜參數功能

在系統終端能夠設置或修改各種參數。

3.4 接口設計要求

1)道岔融雪設備按二級負荷設計，從400 V低壓柜引一路380 V、50 Hz電源。

2)道岔融雪系統控制終端預留遠程控制方式接口。

3)所有融雪設備與軌道距離及安裝高度等均滿足限界要求。控制柜柜門打開時，也不得侵入限界，不得影響司機瞭望。

4)在車輛段、停車場具有信號系統軌道電路的位置安裝道岔融雪設備，融雪設備的供電不得影響信號系統軌道電路的正常工作。

5)道岔融雪設備的安裝不得與轉轍機動作范圍內的動作軌發生沖突，不得影響道岔轉轍機的動作，且不能與轉轍機設備產生電氣連接。

3.5 使用效果

2011年10月底，道岔融雪設備在北京地鐵15號線安裝調試完成并投入應用，運轉穩定可靠，操控方便，融雪效果明顯。23組道岔均未發現異常，未發生因積雪引發的行車故障。

4 結語

道岔融雪設備能夠實現道岔的快速融雪，達到良好的融雪效果。近年來，由于北方城市在冬季時常會出現惡劣的天氣，為防患于未然，確保城市地鐵安全運營，道岔融雪設備值得在冬季有冰雪城市的地鐵工程中推廣應用。

北京地鐵運營公司正在多條已運營線路中加裝道岔融雪設備，由于只能在夜間施工，不僅施工組織難度加大，也容易給日常運營安全埋下隱患。建議在建設項目設計初期，同步考慮道岔融雪系統的設計方案，預留足夠的用電容量，與軌道、供電、信號等專業配合，在設備的選型、布置、電纜敷設等方面綜合考慮，合理規劃設計方案，滿足設備系統技術標準和要求，從而減輕運營階段二次資金、設備及人力投入的負擔。

［1］董玉英，陳永剛，王亞軍.RD1道岔融雪系統的可靠性研究［J］.鐵道運營技術，2012(1):41-43.

［2］駱新光，劉建國.CRHT型鋼軌道岔融雪系統在新疆鐵路的應用［J］.中國鐵路，2008(9):67-71.

［3］李向東.大秦線電加熱道岔融雪系統介紹［J］.科技情報開發與經濟，2008，18(20):188-189.

［4］田宇，肖培龍，盧哲.高速鐵路道岔融雪裝置的工作原理與應用［J］.電氣化鐵道，2010(6):34-36.

［5］王相暉.RD1型電加熱道岔融雪系統介紹及應用實例［J］.鐵路通信信號工程技術，2010，7(1):48-49.

［6］沈代軍，馬繼紅.淺談道岔融雪系統［J］.鐵道通信信號，2010，46(9):49-51.

［7］北京市市政工程設計研究總院.北京地鐵15號線工程道岔融雪設備用戶需求書［G］.北京，2010.