電加熱道岔融雪系統(tǒng)在京津城際鐵路的應(yīng)用

沈代軍 于穎蔚

（1．西安鐵路信號工廠，西安 710048；2．西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710077）

隨著國內(nèi)高速鐵路的大規(guī)模建設(shè)和鐵路系統(tǒng)自動化水平的提高，鐵道運輸對鐵路信號及輔助系統(tǒng)的功能和要求也越來越高。但在道岔清雪工作中，目前仍以人工掃雪為主，管理及人工成本高，影響行車工作，嚴重威脅車輛運行及人員安全，已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代鐵路高速、安全、正點和大密度運行的要求，因此運用新的清雪方式勢在必行。

作為我國第一條最高速度350 km/h的客運專線，京津城際高速鐵路既是我國鐵路快速發(fā)展的標志性和示范性工程，同時也是2008年北京奧運會交通配套工程。針對京津城際高速鐵路的氣候環(huán)境（每年1月的平均氣溫-5℃左右，最低氣溫可達-18℃，最大積雪厚度可達25 cm），大雪降溫天氣會使鐵路道岔積雪結(jié)冰，發(fā)生凍結(jié)，直接造成尖軌的端部和基本軌不密貼。為了解決尖軌部分因雨雪上凍不能密貼的難題，確保運輸安全暢通，我們對京津城際鐵路提出了道岔融雪的要求。

1 電加熱道岔融雪系統(tǒng)概述

電加熱道岔融雪系統(tǒng)由遠程控制中心、車站控制終端、融雪控制柜、隔離變壓器箱、氣象站、傳感器、接線盒、電加熱元件等組成。

1.1 技術(shù)特點

電加熱道岔融雪系統(tǒng)通過電加熱條加熱道岔前部的鋼軌使其達到一定溫度，實現(xiàn)融雪目的。該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，具有安全防護、數(shù)據(jù)測量、計數(shù)、故障報警、日志記錄、遠程自動監(jiān)測與控制等功能。系統(tǒng)具備故障診斷功能，運行可靠性高；全部采用工業(yè)級硬件，在-40℃仍可正常工作；并可根據(jù)用戶需求采取多種控制方案，包括現(xiàn)場控制柜人工控制、車站控制終端/遠程控制中心遠程控制或是全自動控制方式來進行融雪控制。

電加熱道岔融雪效果，如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)組成及工作原理

電加熱道岔融雪系統(tǒng)組成，如圖2所示。

控制柜設(shè)置在需要加熱的軌道旁邊，用于控制道岔加熱回路，每個控制柜設(shè)置1個軌道溫度傳感器，安裝在距離控制柜最近的道岔處，其主要作用是探測鋼軌當(dāng)前溫度。車站運轉(zhuǎn)控制室設(shè)置車站控制終端，車站控制終端用來設(shè)置相關(guān)參數(shù)，實現(xiàn)對本車站融雪設(shè)備的控制，同時完成與遠程控制中心的通訊，實現(xiàn)遠程控制。遠程控制中心設(shè)置在京津城際調(diào)度中心，通過遠程控制中心可以監(jiān)控京津城際全線5個車站和1個線路所融雪設(shè)備的運行情況。無論是車站控制終端還是遠程控制中心均可實現(xiàn)加熱控制。

正常情況下，當(dāng)天氣預(yù)報有雪時，車站工作人員會開啟本車站內(nèi)的控制柜，控制柜將采集到的鋼軌溫度信息，與系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的開啟/關(guān)閉加熱溫度值進行比較，當(dāng)?shù)陀谙到y(tǒng)設(shè)定的開啟溫度值時，控制柜接通輸出電源，對需要加熱的道岔進行加熱。當(dāng)加熱到符合關(guān)閉加熱的條件時，控制柜自動關(guān)閉輸出電源，停止加熱。

針對京津城際鐵路日常運行時，由于人員無法上道，導(dǎo)致無法采用現(xiàn)場控制柜人工控制方式。為了提高電加熱道岔融雪系統(tǒng)的可靠性，在車站控制終端設(shè)置了應(yīng)急加熱按鈕，當(dāng)車站控制終端出現(xiàn)故障或是控制柜內(nèi)控制模塊出現(xiàn)故障導(dǎo)致無法通過車站控制終端進行控制時，可以開啟應(yīng)急加熱按鈕完成控制柜接通輸出電源，對需要加熱的道岔進行加熱。

1.3 系統(tǒng)的主要功能

（1）控制功能

遠程控制中心、車站控制終端可以實現(xiàn)遠程自動控制和遠程人工控制，現(xiàn)場控制柜可以實現(xiàn)自動控制和現(xiàn)場人工控制。車站控制終端與控制柜通過通信線路連接，利用通訊協(xié)議從控制柜采集各種工作信息和監(jiān)控信息到車站控制終端，通過2 M的SDH環(huán)網(wǎng)與遠程控制中心接入TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。遠程控制中心作為主控實現(xiàn)對車站控制終端的操作控制，所有在車站控制終端可以完成的操作均可在遠程控制中心實現(xiàn)，在遠程控制中心可以任意操作加熱系統(tǒng)的開關(guān)和修改系統(tǒng)參數(shù)，實現(xiàn)個性化的遠程人工控制。

遠程控制中心、車站控制終端提供人性化的遠程控制界面站場地圖。

（2）安全的操作權(quán)限控制

該系統(tǒng)具有嚴格、安全的分級授權(quán)控制功能，不同人員有不同的操作權(quán)限。管理者設(shè)定操作權(quán)限后，可有效保證操作的權(quán)威性和安全性，避免違章和非法操作。同時，系統(tǒng)采取三級控制的方式，本著就近控制、保障安全的原則，現(xiàn)場控制柜的操作權(quán)限最高，車站控制終端操作權(quán)限次之，遠程控制中心的操作權(quán)限最低。

通過車站控制終端或是遠程控制中心，操作者在自己權(quán)限內(nèi)可以對系統(tǒng)進行各種操作，修改系統(tǒng)參數(shù)等。所有操作都必須在操作者登錄成功后進行，操作結(jié)束后，操作者可以注銷登錄，注銷后，系統(tǒng)只有監(jiān)視功能，沒有控制功能。同時系統(tǒng)提供自動注銷功能，通過設(shè)置自動注銷時間來實現(xiàn)，當(dāng)操作者登錄并操作完成后，沒有主動注銷登錄時，系統(tǒng)會在一定時間內(nèi)自動注銷登錄（該時間的長短可由操作者自行設(shè)置），最大限度地保證系統(tǒng)安全性。

（3）故障診斷、報警功能

系統(tǒng)對電加熱元件故障、接觸器故障、各回路斷路器故障、電源電壓或頻率超限、電源斷電、電源缺相、傳感器故障、控制柜門的開啟、下雪信息及其他故障等能夠進行自動故障診斷、報警。

（4）日志查詢功能

系統(tǒng)運行過程中所有的報告信息/故障信息/參數(shù)信息/控制命令等歷史記錄均保存在數(shù)據(jù)庫中，便于查詢和追溯?？梢园磿r間、車站、控制柜、事件名稱、操作人員、操作地點等進行查詢，查詢結(jié)果可打印或?qū)С隽泶鏋槲谋疚募?/p>

（5）智能化多極節(jié)能控制模式

系統(tǒng)自動運行時，鋼軌溫度是控制系統(tǒng)開啟/關(guān)閉的重要條件，系統(tǒng)采用智能化多極節(jié)能控制模式，通過設(shè)置環(huán)境溫度≥0℃時開啟/關(guān)閉溫度、環(huán)境溫度-20℃時開啟/關(guān)閉溫度以及基本加熱溫度5個參數(shù)，可以實現(xiàn)在不同的環(huán)境溫度時，控制系統(tǒng)開啟/關(guān)閉的軌溫參數(shù)也不同，從而實現(xiàn)節(jié)能目的。

如圖3所示，環(huán)境溫度≥0℃時開啟溫度為3℃，關(guān)閉溫度為7℃；環(huán)境溫度-20℃時開啟溫度為13℃、關(guān)閉溫度為17℃；基本加熱溫度為-10℃。當(dāng)環(huán)境溫度≥0℃，系統(tǒng)的開啟/關(guān)閉溫度設(shè)置較低，即達到了融雪效果又節(jié)約了電能；當(dāng)環(huán)境溫度在-20～0℃之間時，如圖3所示，開啟/關(guān)閉溫度是粗灰線和細灰線當(dāng)前環(huán)境溫度時的軌溫值，該值隨環(huán)境溫度的降低而升高，也就是說環(huán)境溫度越低，需要加熱的時間越長，從而確保融雪效果；基本加熱溫度設(shè)置為-10℃，當(dāng)環(huán)境溫度低于-10℃時系統(tǒng)處于一直加熱狀態(tài)。

2 京津城際電加熱道岔融雪系統(tǒng)工程簡介

京津城際電加熱道岔融雪系統(tǒng)在7站1所安裝了道岔融雪設(shè)備，在調(diào)度中心安裝了遠程控制中心。其中正線5站1所接入2 M SDH環(huán)網(wǎng)，可以通過遠程控制中心進行監(jiān)控，柳村線路所和南倉直通場只安裝了車站控制終端，未接入2 M SDH環(huán)網(wǎng)。

整個工程包括35個控制柜、347臺隔離變壓器、1 060余根加熱條、7個車站控制終端及1個遠程控制中心的安裝調(diào)試。

2.1 融雪加熱元件的安裝

加熱元件安裝示意如圖4所示，現(xiàn)場安裝如圖5所示。在基本軌上安裝有2根加熱條，通過加熱條安裝裝置將加熱條固定在道岔鋼軌上。

加熱條的安裝采用夾具式安裝，這樣既便于安裝，又便于導(dǎo)熱和維護。由于道岔的軌型結(jié)構(gòu)多，安裝也不盡相同，因此需要針對具體的道岔形式和特點，進行具體的安裝方式和夾具設(shè)計，京津城際加熱條的安裝共使用了10多種夾具。

2.2 隔離變壓器箱的安裝

為了保證電加熱道岔融雪系統(tǒng)不影響軌道電路的正常工作，增加了隔離變壓器箱，內(nèi)裝隔離變壓器，如圖6所示，實現(xiàn)了2根鋼軌加熱元件間的電隔離。經(jīng)過分析及實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，電加熱道岔融雪系統(tǒng)不影響軌道電路的信息傳輸、分路靈敏度、極限長度、防雷性能和道碴漏泄電阻變化，同時不會導(dǎo)致紅光帶，因此隔離變壓器實現(xiàn)了最大安全，保證了鐵路信號系統(tǒng)不受道岔融雪系統(tǒng)影響。

3 結(jié)束語

分析電加熱道岔融雪系統(tǒng)，對電加熱道岔融雪系統(tǒng)在使用時對既有軌道電路影響進行闡述，認為電加熱道岔融雪系統(tǒng)技術(shù)先進、可靠性高、穩(wěn)定性強、功能全、操作簡單、便于維護，特別適合于不便清掃的道岔，為鐵路的提速和安全正點運行提供了解決方案，可在我國冬季降雪較多的北方地區(qū)使用。