滬杭高鐵道岔融雪系統的工作原理及運用

何建林 上海鐵路局滬杭鐵路客運專線股份有限公司

滬杭高鐵道岔融雪系統的工作原理及運用

何建林 上海鐵路局滬杭鐵路客運專線股份有限公司

結合滬杭高鐵的具體情況，闡述高速鐵路電加熱道岔融雪裝置的組成、工作原理及功能。

滬杭高鐵；道岔融雪；電加熱；工作原理

1　背景和概況

1.1系統使用范圍

滬杭高鐵正線工程范圍包括上海虹橋站（不含）K0+150至杭州東站（不含）K158+691，新建線路長度158.541 km。正線新設：松江南、金山北、嘉善南、嘉興南、桐鄉、海寧西和余杭7個車站，另有七寶、春申、筧橋3個線路所（車站規模除嘉興南站3臺7線外，均為2臺4線，見圖1）。

圖1 滬杭高鐵線路示意圖

截至目前，滬杭高鐵除春申線路所至上海南段線路，其他工程已開通運營。

1.2系統投入的必要性

道岔是鐵路運輸設備的重要組成部分，在使用過程中對道岔的技術狀態要求極其嚴格，當尖軌尖端與基本軌有4 mm及以上的間隙時，聯鎖關系不能鎖閉進路和開放信號。在遇到冬季降雪時，如果對道岔不及時除雪，造成道岔內積雪或結冰，將會導致道岔尖軌尖端與基本軌不能可靠密貼，可直接影響車站接發車作業，嚴重時可造成鐵路運輸中斷，因此對道岔進行及時除雪處理成為影響滬杭高鐵冬季運輸安全的關鍵問題之一。

為保障滬杭高鐵冬季道岔轉轍設備的安全運行，根據《高速鐵路設計規范（暫行）》相關要求，滬杭高鐵正線范圍內的站/所接、發動車組列車進路上的道岔裝設道岔融雪系統。

2　道岔融雪裝置的工作原理

滬杭高鐵采用已在京津城際、武廣高鐵、鄭西高鐵等高鐵上廣泛使用的電加熱融雪裝置方案（見圖2），即在線路道岔的岔尖和岔心部位基本軌軌腰處安裝電加熱元件，由道岔融雪控制終端-控制電氣控制柜，經過隔離變壓器輸送加熱電源，通過加熱元件發熱、鋼軌進行熱傳導，達到融雪目的。

圖2 電加熱道岔融雪裝置工作原理圖

2.1系統組成

道岔融雪系統總體結構分為遠程監控、車站控制終端、室外控制柜三級控制系統，具體由遠程監控車站中心的控制終端、各車站安裝的車站獨立控制終端、室外控制柜、軌溫傳感器、環境監測裝置、隔離變壓器、接線盒、電加熱元件、電力電纜和信息通道等構成，具有手動、自動和遠程控制（滬杭高鐵暫未實現）三種方式，所有室外控制柜和車站控制臺通過CAN總線組成監控網絡。

2.2工作原理

室外控制柜是整個系統的核心部件，內置一個可編程控制的計算機PCU，PCU是整個系統的主要部件。系統將電力電源引入到室外控制柜，同時傳感器（包括鋼軌溫度、環境溫度和檢測傳感器）將采集的相關信息傳送至控制柜（見圖3），通過可編程計算機進行分析、處理。電力從控制柜輸出，通過變壓器箱變壓后引至分線盒，然后根據現場道岔數量和具體情況，從變壓器箱或分線盒引出線到安裝在道岔上的加熱條進行道岔加熱，進而實現對道岔融雪除雪的功能。

圖3 車站控制終端

圖4 室外控制柜

（1）電力工作原理

滬杭客專鐵路沿線有松江南站、嘉興南站及桐鄉站10 kV配電所，金山北站、嘉善南站、海寧西站、余杭站有2路10kV地方電源、筧橋線路所有1路10 kV地方電源，七寶線路所和春申線路所附近有1路10 kV地方電源。可對道岔融雪設備供電。

①供電負荷分布及等級

在進行引接、改造外電源的同時，與設計、施工單位對供電負荷進行現場勘查（見表1）。

表1 各車站、線路所道岔融雪設備負荷分布表

道岔融雪設備為二級負荷。

②供電方案

在各車站兩端咽喉區根據負荷大小，各設一座箱式變電站，分別對兩端的道岔融雪設備供電；各線路所咽喉區根據負荷大小設一座箱式變電站。松江南、嘉興南、桐鄉站變電站10 kV電源由車站配電所提供，其余車站、線路所箱式變電站由車站、線路所由地方10 kV電源供電（見表2）。

表2 各車站、線路所道岔融雪供電情況

滬杭高鐵道岔融雪裝置實施過程中結合滬杭高鐵道岔融雪裝置施工實際情況，同時為保證裝置正常啟用，電力工程在實際實施中，通過采取調查車站負荷用電，變壓器利用等情況，在確保車站負荷正常受電的情況下，充分利用車站變電所預留容量，在嘉興南站等個別車站采取了從車站變電所接引饋出回路至道岔融雪裝置控制柜的過渡措施，節省了外電增容、高壓電纜敷設時間，在整體上，保證了在降雪前融雪裝置的啟用。

（2）各車站室外控制柜配置一個軌溫傳感器，在道岔融雪裝置工作過程中，實時監測道岔的加熱溫升情況，當道岔加熱到可滿足融雪的溫度時，系統將自動關閉加熱電路；當溫度降到門限值時再自動啟動進行加熱，延長了電加熱元件的使用壽命、保障了現場高鐵運輸設備設施的安全。

（3）基于對高鐵信號軌道電路和高鐵作業人員的安全考慮，在各站室外控制柜（見圖4）和電加熱元件（見圖5）的電路之間設立隔離變壓器，室外控制柜的每個輸出回路對應一個隔離變壓器。

圖5 加熱元件

圖6 接線盒

（4）為方便電加熱元件的拆卸和與系統間的電氣連接，對于可動芯軌道岔在隔離變壓器和電加熱元器件間設置接線盒（見圖6）。

3　運用過程中的總結和體會

（1）高速道岔是高速鐵路軌道結構、車站接發車作業關鍵設備的重要組成部分，其結構與狀態對列車運行的安全性、穩定性以及旅客的舒適性具有重要影響。道岔融雪系統中的電加熱元件是關鍵組成部件，直接影響到道岔融雪的效果和能耗，加熱元件設計中最重要的是如何提高熱效率和熱傳導速率。目前加熱元件中加熱條多為進口產品，供貨周期長，對現場施工進度需求不能很好的滿足，建議加快國產化的進程，在降低產品成本的同時滿足施工周期要求。

（2）道岔融雪系統運行時電力需求巨大，特別是在大站會帶來電力擴容等問題，同時對建設管理方的成本控制和工程進度管理帶來挑戰，建議在高鐵項目初步設計階段及時統籌考慮道岔融雪系統的建設問題。

（3）通過增大加熱元件的加熱部位接觸面積可增大熱傳導通道的截面積，進而提高加熱元件至道岔加熱部位間熱傳導的速率，同時減小道岔需融雪部位達到融雪所需溫度的時間，提高效率并可節約能耗。

4　結語

高速鐵路的不斷發展，使得冬季冰雪條件下的行車安全問題得到了進一步的重視，而以往普速鐵路傳統的人工掃雪方式進行道岔積雪掃除，無論從效率、安全管理和時效性等方面均不能滿足高鐵運營管理需求。在高速鐵路道岔上裝設具備電加熱和遠程操作的融雪裝置，是目前解決冬季冰雪問題的最有效、最佳解決方法。當出現大雪冰凍時，可遠程啟動安裝在各個道岔上的電加熱條，使冰雪能夠在最短的時間內融化，從根本上解決了冰雪天氣條件下道岔不能正常轉換的問題，確保了高速鐵路的冬季行車安全和運輸秩序的穩定。

責任編輯：王 華

來稿日期：2016-05-20