電磁式道岔融雪裝置設計及干擾問題解決方案

崔寧寧

崔寧寧:中鐵第五勘察設計院集團有限公司 助理工程師 102600 北京

道岔融雪裝置是解決由于積雪或冰凍而導致道岔不能密貼的重要鐵路設備。道岔的密貼情況直接影響到鐵路的運輸安全，因此研究一套能夠有效融化積雪、自動化程度較高的道岔融雪設備勢在必行。

我國目前多在高鐵、客專線路、東北及青藏等鐵路上使用道岔融雪裝置，如京津城際鐵路使用電加熱方式的道岔融雪裝置，在基本軌軌腰安裝電加熱元件。根據現場應用情況，在冬季大雪時，道岔融雪裝置可以發揮較大作用，減輕鐵路工作人員的勞動強度。但電加熱道岔融雪裝置仍存在一些弊端，最主要的就是浪費能源、加熱速度慢等。針對這一問題，本文介紹另外一種新型融雪裝置:電磁式道岔融雪。這種方法在世界上如美國、日本等一些國家被使用。

1 電磁式道岔融雪裝置的設計

1.1 工作原理

道岔融雪系統主要由遠程控制端、車站控制終端和車站基礎層3個層次組成，其中最核心的部分是車站基礎層的加熱融雪裝置。電磁式道岔融雪裝置采用電磁感應加熱方式，主要由感應加熱單元、溫度檢測裝置等組成，其組成結構圖如圖1所示。

圖中，1為感應加熱單元，由①和②組成，①表示電磁感應加熱線圈;②表示加熱單元的控制電路及加熱電源;2為需加熱的鋼軌;3為溫度測試模塊。感應加熱單元主要由電磁盤、控制電路、感應加熱電源等組成。感應加熱單元利用電磁感應加熱的原理，由中高頻的交流電通過加熱線圈而產生交變的磁場，交變的磁場在負載鋼軌底部產生渦流，從而加熱鋼軌達到融雪的目的。

1.2 安裝設計

1.2.1 道岔

在道岔部位安裝融雪裝置，主要是針對基本軌、尖軌及可動心軌位置。

一些調研數據及現場試驗表明，當道岔融雪裝置只安裝在道岔的基本軌處時會造成基本軌的加熱溫度較高，而在尖軌處的溫度相對較低，此時如果雪量較大就會在尖軌滑床板處形成積雪，因此達不到融雪的目的。基于此種情況，應同時在道岔基本軌和尖軌處同時設置融雪裝置，使基本軌與尖軌同時加熱、溫度接近以達到良好的融雪效果。

圖1 電磁式道岔融雪裝置組成

道岔的可動心軌由兩側翼軌和可移動心軌兩部分組成，翼軌與可能心軌之間容易積雪積冰，由此可造成道岔不密貼，此時列車經過可能發生擠岔，嚴重時可造成側翻。鑒于此種情況，道岔的可動心軌需同時安裝融雪裝置。

1.2.2 轉轍機

動作桿與外鎖閉裝置是轉轍機的重要組成部分。轉轍機的動作桿直徑較小，不易積雪結冰，對道岔轉換的影響較小，道岔基本軌與尖軌本身的熱量可以傳導至動作桿，因此不需要對動作桿單獨設置融雪裝置。外鎖閉裝置處于兩根鋼軌與軌枕之間，容易積雪積冰，因此需要在外鎖閉裝置處設置融雪裝置，具體方法可以在外鎖閉裝置下方安裝加熱線圈。

2 現場試驗情況

融雪裝置的加熱線圈如圖2所示。加熱線圈設置于鋼軌的下方，兩段鋼軌下方均設置線圈。在加熱功率為3.7 kW，室外溫度為0℃的情況下，對一段1.5 m左右的鋼軌進行加熱，當加熱到27℃時需要42 s。此種方法在滿足道岔融雪的條件下預熱時間較短，在一定程度上比較節省能源。

圖2 加熱線圈

3 感應加熱干擾問題的分析及解決方案

電磁兼容一直是鐵路運輸中一個重大課題，電磁干擾時刻威脅著運輸安全。利用感應加熱的方法對道岔進行融雪可能會產生一些電磁干擾問題，現對一些問題進行分析并提出一系列的解決方案。

3.1 對軌道電路的影響及解決措施

目前道岔融雪系統主要應用于高鐵、客專及一些多雪寒冷地區鐵路上。下面針對電磁感應道岔融雪裝置可能對軌道電路的影響分以下情況進行分析。

3.1.1 普速鐵路

在普速鐵路中，路內目前使用最普遍的方法是采用25Hz相敏軌道電路疊加ZPW-2000電碼化。當列車進入站內時，列車上的機車信號接收線圈在采集鋼軌上的電碼化低頻信息時可能同時采集道岔融雪系統的電磁波信息，這樣會影響機車信號的顯示，從而危及行車安全。

針對這種情況可采取使用濾波器的方法。由于感應加熱所形成的電磁波的頻率與電碼化信息頻率不同，相差較大，因此可以在機車信號主機箱中加入濾波器過濾融雪裝置的電磁波，消除其對機車信號的影響。

3.1.2 客運專線

主要對C2級及C3級客運專線進行分析。C2級客運專線的區間和站內均采用ZPW-2000系列無絕緣軌道電路，列車控制系統基于軌道傳輸信息。車載軌道電路信息接收單元采集接收低頻控制信息碼來指導列車運行，同普速鐵路相同，可在信息接收單元中增加濾波器，過濾掉融雪裝置的干擾頻率。這樣即可防止融雪裝置對于車載軌道信息帶來的干擾。

C3級列車控制系統基于無線傳輸信息。在C3列控模式下，無線閉塞中心的控制信息主要通過車載GSM-R電臺傳遞給列車。一般在列車頂部安裝GSM-R電臺接收天線，融雪裝置形成的磁場干擾已經很微弱，對于GSM-R電臺接收控車信息幾乎沒有影響。當列車運行模式由C3模式轉變為C2模式時，其防干擾方法同上。

3.1.3 對于軌道電路檢查列車占用情況的影響

軌道電路是以鐵路的兩根鋼軌為導體來判斷軌道的占用情況。融雪裝置中的高頻磁場通過在鋼軌中產生渦電流而自身發熱，在鋼軌內部這種渦電流只會形成閉合回路而不是定向移動的電流，這樣就不會影響軌道繼電器的正常動作。因此融雪裝置不會干擾軌道電路檢查列車占用情況。

3.2 對道床的影響及解決措施

目前，我國的鐵路基本為無砟軌道和有砟軌道兩種，這兩種軌道的組成部分中都含有鋼筋混凝土。當設置在道岔的感應加熱裝置工作時，軌道中的鋼筋混凝土可同時被電磁場加熱，受熱后鋼筋會膨脹，可使道岔道床變形。因此，道床的壽命可能會受到影響。

針對此問題，可采用法拉第籠的解決方法。在安裝加熱線圈的鋼軌周圍可以鋪設一層金屬線網并引出匯集線接地，也可以與鐵路綜合接地系統相連接，這就構成了法拉第籠。采用這種方法可以有效的防止融雪裝置對道床造成地影響。

3.3 對其他信號設備的影響

1．應答器。應答器一般設置在進站信號機外方30 m，出站信號機內方20 m，其距離融雪裝置較遠，融雪裝置中加熱線圈的磁場衰耗較大，因此感應加熱融雪裝置不會影響應答器正常工作。

2．信號電纜。信號機、轉轍機及送受電電纜在過軌時可能會距離融雪裝置較近，但會有鋼管對過軌電纜進行防護，可同時防護信號電纜不受加熱線圈的干擾。另外，其他沿電纜槽敷設的電纜帶有鋁護套，其護套也可屏蔽加熱線圈的干擾。因此，在信號電纜方面道岔融雪裝置的影響可以忽略。

3．地面信號機。地面信號是列車運行時的重要憑證，地面信號機連接至聯鎖系統時，信號機電纜可以防止加熱線圈對其的影響，因此融雪裝置不會影響地面信號機的顯示。

4 結束語

我國道岔融雪裝置的應用尚處于發展階段，仍有著較大的發展空間。本文采用新型道岔融雪裝置，為融雪裝置的安裝進行了設計，對融雪裝置的干擾問題進行了分析，并提出一系列解決方案，這將是道岔融雪系統的一個新的研究方向，但目前此種融雪裝置現場測試較少，有待進一步進行各方面試驗。

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