電加熱道岔融雪系統加熱功率配置方案探討

陳 新

(天津鐵路信號有限責任公司，天津 300300)

1 概述

我國大部份地區冬季氣溫較低，冰雨、降雪時間比較長。鐵路運輸正點率要求雪天道岔能正常轉換，而鐵路道岔除雪方式多數為人工清除，效率低，效果差，易發生安全事故，阻礙道岔正常轉換。電加熱道岔融雪系統很好的解決了上述問題，通過電加熱元件將道岔轉換部位保持一定溫度，融化和蒸發落在道岔上的積雪。電加熱元件安裝在道岔基本軌、心軌（翼軌）的軌腰、軌坡或其他可利用位置，是電加熱道岔融雪系統的關鍵零部件[1]。

電加熱元件是高耗能器件，應根據不同氣候區域合理配置電加熱元件的加熱功率，才能達到較好融雪效果和節能降耗要求。但目前已發布的《鐵路信號設計規范》只有電加熱元件的功率及設置應根據道岔轍叉號以及地區的寒冷程度選定的要求，并沒有具體的規定[2]。《客運專線鐵路信號暫行技術條件-電加熱道岔融雪系統》只是規定不同類型道岔電加熱元件功率配置，并未明確地區進行寒冷程度的劃分，不利于產品研發、工程設計、施工驗收、運營維護[3]。

根據近幾年電加熱道岔融雪系統實踐經驗，結合我國高速鐵路的特點，針對我國不同氣候區域，對如何配置電加熱元件的加熱功率提出并歸納設計方案，供電加熱道岔融雪系統工程設計人員探討[4]。

2 電加熱元件

2.1 性能指標

1) 額定工作電壓：AC 220 V；

2) 額定功率偏差：-10%～+5%。

2.2 規格型號

電加熱元件為扁平管狀，通過各種卡具將其固定在鋼軌上，不應影響道岔正常轉換。

為了適應不同安裝位置和加熱功率要求，電加熱元件按外形分類可分為直把手直型、U把手直型等，按長度分類可分為5 200 mm、4 700 mm、3 720 mm等，外形結構如圖1所示。

圖1 電加熱元件外形結構Fig.1 Electric heating component external structure

常用電加熱元件規格型號如表1所示。

表1 常用電加熱元件規格型號Tab.1 Common electric heating component speci fi cations

表1 （續）

3 氣候區域劃分及加熱功率配置原則

3.1 氣候區域劃分

《鐵路信號設計規范》規定我國零度等溫線（秦嶺—淮河）以北、且20年年平均降雪日在10 d及以上的線路，可設置道岔融雪裝置，宜采用電加熱方式。根據近些年工程設計的實際經驗，為標準化我國不同氣候區域電加熱道岔融雪系統的加熱功率配置，以達到既滿足道岔加熱除雪目的又節約能源的要求，應根據我國氣候區劃配置不同加熱功率。根據我國氣候區劃，一般分為嚴寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖、溫和五個地區，為便于道岔融雪工程設計，將這些區域劃分為嚴寒、寒冷和其他3個地區。

1）嚴寒地區

嚴寒地區是指我國冬季零度等溫線以北、極度氣溫在-20 ℃以下的地區，包括我國東北、西北及西藏地區，應安裝電加熱道岔融雪系統。

2）寒冷地區

寒冷地區是指我國冬季零度等溫線以北、極度氣溫在-20 ℃以上的地區，包括華北、中原地區，建議安裝電加熱道岔融雪系統。

3）其他地區

其他地區是指除嚴寒、寒冷地區以外的地區，包括我國冬季0 ℃等溫線以南的廣大地區，根據實際情況考慮安裝電加熱道岔融雪系統。

3.2 加熱功率配置原則

在工程施工設計初期，結合當地氣候特點，按照能滿足大到暴雪天氣下道岔轉換設備正常轉換要求，各地區道岔加熱功率可參照以下原則配置[5，6]：

3.2.1 嚴寒地區

1）尖軌區域：尖軌尖端3～5 m區域，要求單位平均加熱功率不低于800 W/m，其余不低于450 W/m。

2）可心軌區域：要求單位平均加熱功率不低于350 W/m。

3）牽引點及外鎖閉區域：要求每個牽引點加熱功率不低于1 300 W。

3.2.2 寒冷地區

1）尖軌區域：尖軌尖端3～5 m區域，單位平均加熱功率不低于450 W/m，其余不低于300 W/m。

2）可心軌區域：要求單位平均加熱功率不低于350 W/m。

3）牽引點及外鎖閉區域：每個牽引點加熱功率不低于1 000 W。

3.2.3 其他地區

1）尖軌區域：單位平均加熱功率不低于300 W/m。

2）可心軌區域：單位平均加熱功率不低于350 W/m。

3）牽引點及外鎖閉區域：每個牽引點加熱功率不低于300 W。

各種類型道岔尖軌區域、可心軌區域、牽引點及外鎖閉區域加熱長度及部位參照以下原則。

1) 尖軌區域：加熱長度應過最后一個頂鐵，防止頂鐵夾雪。

2) 可心軌區域：加熱長度應過最后一個頂鐵，防止頂鐵夾雪。

3) 牽引點及外鎖閉區域：無砟道床加熱長度應覆蓋整個牽引點上方道岔轉換設備的連接桿及兩側外鎖閉區域，有砟道床應覆蓋到兩側外鎖閉區域。

3.3 部分類型道岔加熱功率參考值。

部分類型道岔加熱功率參考值如表2所示[7]。

表2 部分類型道岔加熱功率參考值Tab.2 Some switch heating power reference values

4 工程設計實例及融雪效果

4.1 工程設計實例

根據近幾年道岔融雪系統工程設計相關經驗，結合京滬高鐵天津西站的相關設計，以60 kg/m鋼軌12號提速單開道岔（專線4249）為例，重點介紹加熱功率配置方案[8]，如圖1所示。

按氣候區域劃分，天津西站應按寒冷地區加熱功率配置進行設計，專線4249尖軌長度12 400 mm，最后一個頂鐵位于岔枕號24和25之間，距尖軌尖端有效距離為10 000 mm，所以尖軌尖端部位配置直把手直型5 200 mm/2 400 W，平均加熱功率為462 W/m，其余部位配置直把手直型5 200 mm/2 000 W，平均加熱功率為385 W/m；專線4249為雙機牽引，每一牽引點配置兩塊直把手直型1 100 mm/350 W加熱板和直把手寬U條163 mm/150 W外鎖閉加熱框，加熱功率合計1 000 W，符合上述加熱功率配置原則。

專線4249加熱功率配置方案如圖2所示。

4.2 融雪效果

經過近些年電加熱道岔融雪系統的實際運行情況及電務部門的反饋，電加熱道岔融雪系統取得了良好的融雪效果，并未因融雪問題造成道岔故障，保證了鐵路運輸安全。

5 經驗總結及建議

圖2 專線4249加熱功率配置方案Fig.2 The scheme of dedicated railway 4249 heating power configuration

從已經實施的武廣、京滬、哈大、甘青、杭長、濟青客專工程來看，由于沒有相關設計規范和標準，在工程設計、施工驗收等方面缺乏一致性，導致在產品質量、后期維修和維護方面存在問題。建議鐵路相關部門根據道岔轍叉號的類型、安裝地區及道岔結構實際情況制定道岔融雪加熱功率配置相關標準，使工程設計人員在工程設計過程中有據可循。