沪杭高铁道岔融雪系统的工作原理及运用

何建林 上海铁路局沪杭铁路客运专线股份有限公司

沪杭高铁道岔融雪系统的工作原理及运用

何建林 上海铁路局沪杭铁路客运专线股份有限公司

结合沪杭高铁的具体情况，阐述高速铁路电加热道岔融雪装置的组成、工作原理及功能。

沪杭高铁；道岔融雪；电加热；工作原理

1　背景和概况

1.1系统使用范围

沪杭高铁正线工程范围包括上海虹桥站（不含）K0+150至杭州东站（不含）K158+691，新建线路长度158.541 km。正线新设：松江南、金山北、嘉善南、嘉兴南、桐乡、海宁西和余杭7个车站，另有七宝、春申、笕桥3个线路所（车站规模除嘉兴南站3台7线外，均为2台4线，见图1）。

图1 沪杭高铁线路示意图

截至目前，沪杭高铁除春申线路所至上海南段线路，其他工程已开通运营。

1.2系统投入的必要性

道岔是铁路运输设备的重要组成部分，在使用过程中对道岔的技术状态要求极其严格，当尖轨尖端与基本轨有4 mm及以上的间隙时，联锁关系不能锁闭进路和开放信号。在遇到冬季降雪时，如果对道岔不及时除雪，造成道岔内积雪或结冰，将会导致道岔尖轨尖端与基本轨不能可靠密贴，可直接影响车站接发车作业，严重时可造成铁路运输中断，因此对道岔进行及时除雪处理成为影响沪杭高铁冬季运输安全的关键问题之一。

为保障沪杭高铁冬季道岔转辙设备的安全运行，根据《高速铁路设计规范（暂行）》相关要求，沪杭高铁正线范围内的站/所接、发动车组列车进路上的道岔装设道岔融雪系统。

2　道岔融雪装置的工作原理

沪杭高铁采用已在京津城际、武广高铁、郑西高铁等高铁上广泛使用的电加热融雪装置方案（见图2），即在线路道岔的岔尖和岔心部位基本轨轨腰处安装电加热元件，由道岔融雪控制终端-控制电气控制柜，经过隔离变压器输送加热电源，通过加热元件发热、钢轨进行热传导，达到融雪目的。

图2 电加热道岔融雪装置工作原理图

2.1系统组成

道岔融雪系统总体结构分为远程监控、车站控制终端、室外控制柜三级控制系统，具体由远程监控车站中心的控制终端、各车站安装的车站独立控制终端、室外控制柜、轨温传感器、环境监测装置、隔离变压器、接线盒、电加热元件、电力电缆和信息通道等构成，具有手动、自动和远程控制（沪杭高铁暂未实现）三种方式，所有室外控制柜和车站控制台通过CAN总线组成监控网络。

2.2工作原理

室外控制柜是整个系统的核心部件，内置一个可编程控制的计算机PCU，PCU是整个系统的主要部件。系统将电力电源引入到室外控制柜，同时传感器（包括钢轨温度、环境温度和检测传感器）将采集的相关信息传送至控制柜（见图3），通过可编程计算机进行分析、处理。电力从控制柜输出，通过变压器箱变压后引至分线盒，然后根据现场道岔数量和具体情况，从变压器箱或分线盒引出线到安装在道岔上的加热条进行道岔加热，进而实现对道岔融雪除雪的功能。

图3 车站控制终端

图4 室外控制柜

（1）电力工作原理

沪杭客专铁路沿线有松江南站、嘉兴南站及桐乡站10 kV配电所，金山北站、嘉善南站、海宁西站、余杭站有2路10kV地方电源、笕桥线路所有1路10 kV地方电源，七宝线路所和春申线路所附近有1路10 kV地方电源。可对道岔融雪设备供电。

①供电负荷分布及等级

在进行引接、改造外电源的同时，与设计、施工单位对供电负荷进行现场勘查（见表1）。

表1 各车站、线路所道岔融雪设备负荷分布表

道岔融雪设备为二级负荷。

②供电方案

在各车站两端咽喉区根据负荷大小，各设一座箱式变电站，分别对两端的道岔融雪设备供电；各线路所咽喉区根据负荷大小设一座箱式变电站。松江南、嘉兴南、桐乡站变电站10 kV电源由车站配电所提供，其余车站、线路所箱式变电站由车站、线路所由地方10 kV电源供电（见表2）。

表2 各车站、线路所道岔融雪供电情况

沪杭高铁道岔融雪装置实施过程中结合沪杭高铁道岔融雪装置施工实际情况，同时为保证装置正常启用，电力工程在实际实施中，通过采取调查车站负荷用电，变压器利用等情况，在确保车站负荷正常受电的情况下，充分利用车站变电所预留容量，在嘉兴南站等个别车站采取了从车站变电所接引馈出回路至道岔融雪装置控制柜的过渡措施，节省了外电增容、高压电缆敷设时间，在整体上，保证了在降雪前融雪装置的启用。

（2）各车站室外控制柜配置一个轨温传感器，在道岔融雪装置工作过程中，实时监测道岔的加热温升情况，当道岔加热到可满足融雪的温度时，系统将自动关闭加热电路；当温度降到门限值时再自动启动进行加热，延长了电加热元件的使用寿命、保障了现场高铁运输设备设施的安全。

（3）基于对高铁信号轨道电路和高铁作业人员的安全考虑，在各站室外控制柜（见图4）和电加热元件（见图5）的电路之间设立隔离变压器，室外控制柜的每个输出回路对应一个隔离变压器。

图5 加热元件

图6 接线盒

（4）为方便电加热元件的拆卸和与系统间的电气连接，对于可动芯轨道岔在隔离变压器和电加热元器件间设置接线盒（见图6）。

3　运用过程中的总结和体会

（1）高速道岔是高速铁路轨道结构、车站接发车作业关键设备的重要组成部分，其结构与状态对列车运行的安全性、稳定性以及旅客的舒适性具有重要影响。道岔融雪系统中的电加热元件是关键组成部件，直接影响到道岔融雪的效果和能耗，加热元件设计中最重要的是如何提高热效率和热传导速率。目前加热元件中加热条多为进口产品，供货周期长，对现场施工进度需求不能很好的满足，建议加快国产化的进程，在降低产品成本的同时满足施工周期要求。

（2）道岔融雪系统运行时电力需求巨大，特别是在大站会带来电力扩容等问题，同时对建设管理方的成本控制和工程进度管理带来挑战，建议在高铁项目初步设计阶段及时统筹考虑道岔融雪系统的建设问题。

（3）通过增大加热元件的加热部位接触面积可增大热传导通道的截面积，进而提高加热元件至道岔加热部位间热传导的速率，同时减小道岔需融雪部位达到融雪所需温度的时间，提高效率并可节约能耗。

4　结语

高速铁路的不断发展，使得冬季冰雪条件下的行车安全问题得到了进一步的重视，而以往普速铁路传统的人工扫雪方式进行道岔积雪扫除，无论从效率、安全管理和时效性等方面均不能满足高铁运营管理需求。在高速铁路道岔上装设具备电加热和远程操作的融雪装置，是目前解决冬季冰雪问题的最有效、最佳解决方法。当出现大雪冰冻时，可远程启动安装在各个道岔上的电加热条，使冰雪能够在最短的时间内融化，从根本上解决了冰雪天气条件下道岔不能正常转换的问题，确保了高速铁路的冬季行车安全和运输秩序的稳定。

责任编辑：王 华

来稿日期：2016-05-20