簡談融雪系統(tǒng)增加功率模塊的優(yōu)勢

齊雪梅

（西安鐵路信號有限責(zé)任公司，西安 710100）

道岔融雪系統(tǒng)是保證道岔設(shè)備正常轉(zhuǎn)換的輔助加熱裝置，是鐵路道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的基本組成之一，是目前國內(nèi)經(jīng)過中國國家鐵路集團(tuán)有限公司審核，允許上道使用的電加熱道岔融雪系統(tǒng)。雖然電加熱道岔融雪系統(tǒng)的使用方便了鐵路掃雪工作，保障了高速鐵路的正常運(yùn)營，但是能源消耗比較大，箱式變壓器的供電能力常常不能滿足加熱負(fù)載的需求，導(dǎo)致設(shè)備在使用期間箱變跳閘保護(hù)，不能實(shí)現(xiàn)融雪效果，耽誤行車，迫使用戶不得不對既有道岔融雪系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。受到既有道岔融雪系統(tǒng)的隔離變壓器容量及電力容量不足等因素限制，補(bǔ)強(qiáng)過程面臨改造工程投資大、施工周期長且施工難度極大的局面。道岔融雪功率模塊主要解決用戶在電加熱道岔融雪系統(tǒng)使用過程中提出的箱變功率不足的問題，保證負(fù)載的最大容量在箱變供電的允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1 電加熱道岔融雪系統(tǒng)

電加熱道岔融雪系統(tǒng)是通過熱輻射或熱傳導(dǎo)的方式使道岔上的積雪融化以達(dá)到除雪目的的道岔除雪設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)部件包含電氣控制柜、隔離變壓器及電加熱元件，三者的工作原理如圖1所示。

1.1 控制柜

控制柜為融雪系統(tǒng)的核心部分，采用智能模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：一方面能夠通過對兩相AC 380 V電壓的控制實(shí)現(xiàn)對道岔加熱系統(tǒng)的自動啟動和關(guān)閉操作。另一方面通過測量回路的實(shí)際電流值Q與標(biāo)稱電流值P進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對電加熱元件工作狀態(tài)的監(jiān)控。

1.2 隔離變壓器

隔離變壓器通過兩個(gè)二次側(cè)線圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使分別安裝在岔區(qū)不同位置的電加熱元件能夠同時(shí)加熱起到融雪效果，又可以有效防止融雪設(shè)備對軌道電路的干擾。

1.3 電加熱元件

電加熱元件包括加熱板、加熱條以及鎖閉框作為熱力來源，安裝在岔區(qū)的不同位置，依據(jù)不同類型道岔的結(jié)構(gòu)，按照長度和功率大小分為多種型號，可以按照現(xiàn)場不同的需求進(jìn)行配置。

1.4 融雪系統(tǒng)的工作原理

由電力部門的箱變提供三相AC 380 V交流電給控制柜，控制柜分相后將AC 380 V輸送給隔離變壓器，由隔離變壓器將AC 380 V轉(zhuǎn)換為兩個(gè)副線圈的AC 220 V供給安裝在岔區(qū)的多根電加熱元件進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)融雪效果。

控制柜輸出的每路AC 380 V為1個(gè)回路，通過控制安裝于回路中接觸器的吸合與斷開來實(shí)現(xiàn)對回路的控制。每個(gè)控制柜提前對本柜的多個(gè)回路設(shè)定固定不變的標(biāo)稱電流值P，同時(shí)通過電壓電流采集模塊（CVS模塊）監(jiān)控多個(gè)回路實(shí)時(shí)變化的實(shí)際電流值Q，并由控制柜內(nèi)的數(shù)據(jù)處理單元（PCU模塊）對P、Q的背離值進(jìn)行計(jì)算。若計(jì)算出來的背離值在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則認(rèn)定加熱系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。反之則認(rèn)定加熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障，同時(shí)發(fā)出故障報(bào)警。

2 功率模塊的原理

功率模塊安裝于隔離變壓器中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括電源供電單元和功率分配單元，具體原理框如圖2所示。電源供電單元對從隔離變壓器輸出的AC220V經(jīng)分壓、變壓、整流、濾波后，給功率模塊提供工作電源，功率分配單元實(shí)現(xiàn)變壓器對加熱條分時(shí)供電，保證系統(tǒng)總功率需求在箱變供電范圍內(nèi)。其中可控硅單元A1控制負(fù)載加熱元件A，可控硅單元A2控制負(fù)載加熱元件B，可控硅單元B1控制負(fù)載加熱元件C，可控硅單元B2控制負(fù)載加熱元件D。4個(gè)可控硅單元A1、A2、B1、B2通過軟件來實(shí)現(xiàn)A1、B1同時(shí)導(dǎo)通/斷開，A2、B2同時(shí)導(dǎo)通/斷開，來實(shí)現(xiàn)對4個(gè)回路的導(dǎo)通與斷開，進(jìn)而控制電加熱元件A、B、C、D的工作狀態(tài)。

3 功率模塊的主要創(chuàng)新點(diǎn)

功率模塊首次在融雪系統(tǒng)中采用分時(shí)加熱的方式，分時(shí)段間隔加熱保證隔離變壓器帶載能力，以解決現(xiàn)場電力不足的問題，在不增加箱變電力容量的情況下隔離變壓器盡可能多的增加帶載量。功率模塊的研制填補(bǔ)了現(xiàn)有鐵路融雪系統(tǒng)隔離變壓器負(fù)載調(diào)節(jié)的空白。

功率模塊選用ARM控制芯片，采用融雪系統(tǒng)末端控制技術(shù)，根據(jù)可控硅電氣性能優(yōu)良、控制速度快的特點(diǎn), 首次在融雪系統(tǒng)中采用固態(tài)繼電器進(jìn)行加熱控制。

此功率模塊設(shè)計(jì)采用電磁兼容技術(shù)，對電源供電單元、控制單元、功率輸出單元進(jìn)行有效隔離，保證功率模塊在隔離變壓器強(qiáng)磁場環(huán)境中也能可靠工作。

4 融雪系統(tǒng)增加功率模塊的優(yōu)勢

對比既有融雪系統(tǒng)添加功率模塊前后的變化，可以得出融雪系統(tǒng)增加功率模塊有如下優(yōu)勢。

融雪系統(tǒng)未添加功率模塊時(shí)，單個(gè)回路內(nèi)的所有電加熱元件總功率不能超過變壓器的額定功率，例如8 KB型的隔離變壓器負(fù)載電加熱元件總功率最大為8 kW；增加功率模塊后，單個(gè)回路內(nèi)的所有電加熱元件總功率得到擴(kuò)大，8 KB型的隔離變壓器負(fù)載電加熱元件總功率最大為16 kW。

融雪系統(tǒng)未添加功率模塊時(shí)，單個(gè)回路內(nèi)的所有電加熱元件均處于同一狀態(tài)（即同時(shí)開啟加熱或同時(shí)停止加熱）；添加功率模塊后，單個(gè)回路內(nèi)的所有電加熱元件依據(jù)分時(shí)加熱分為兩部分，兩部分交替加熱。

融雪系統(tǒng)未添加功率模塊時(shí)，單個(gè)回路內(nèi)的所有電加熱元件均正常工作時(shí)，回路實(shí)時(shí)電流值為一個(gè)常態(tài)數(shù)值；添加功率模塊后，單個(gè)回路內(nèi)的所有電加熱元件均正常工作時(shí)，受分時(shí)加熱狀態(tài)的影響分為兩部分，回路實(shí)時(shí)電流值為兩個(gè)常態(tài)數(shù)值。

功率模塊安裝于隔離變壓器中，能夠融合到既有融雪系統(tǒng)中，解決了補(bǔ)強(qiáng)過程中改造工程投資大、施工周期長且施工難度極大的局面。

5 結(jié)語

隨著鐵路系統(tǒng)的飛速發(fā)展，結(jié)合既有融雪系統(tǒng)的電力情況，融雪系統(tǒng)增加功率模塊后能增大負(fù)載加熱元件的總功率。與既有設(shè)備改造工程相比較，具有易操作、投資小、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)。