哈大鐵路客運專線道岔融雪設計

郝騰飛

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司電信電化處，天津 300251)

1 項目設計背景

隨著鐵路客運專線運行速度的提高，密度不斷增加，正點率要求越來越高，為使道岔在雪天正常轉(zhuǎn)換，保證列車正常接發(fā)車作業(yè)。目前我國北方冬季道岔清雪工作采用人工清掃的方法，費工、費時、效率低下且有人身安全隱患。為保證高速列車安全、正點運行，需要提供更好的安全保障措施，道岔融雪即是保障措施之一。根據(jù)《高速鐵路設計規(guī)范(試行)》［1］的相關規(guī)定:在我國0℃等溫線(秦嶺－淮河)以北地區(qū)，且20年年平均降雪日在10d及以上的車站，接發(fā)動車組列車進路上的道岔應設置道岔融雪系統(tǒng)。以哈大鐵路客運專線道岔融雪設計為例，將道岔融雪設計總結如下。

2 系統(tǒng)構成及配置

道岔融雪系統(tǒng)由遠程控制中心設備、車站控制終端、電氣控制柜、軌溫傳感器及氣象站、隔離變壓器、接線盒和電加熱元件及卡具等組成。道岔融雪系統(tǒng)配置如圖1所示。

圖1 道岔融雪系統(tǒng)配置示意

電氣控制柜是整個系統(tǒng)的主要部件，內(nèi)置1個可編程控制的計算機。從接觸網(wǎng)或電力貫通線引入電力電源到控制柜，同時傳感器(溫度、濕度和雪檢測傳感器)將采集的相關信息傳送到控制柜，通過可編程控制計算機進行自動分析、處理。加熱電源從控制柜輸出，通過隔離變壓器變壓后送出，再根據(jù)現(xiàn)場道岔數(shù)量和其他具體情況，從隔離變壓器或分線盒(接續(xù)盒)到安裝在道岔鐵軌上的加熱條加熱道岔，從而達到融雪的目的。

2.1 遠程控制中心

遠程控制中心設備設置在調(diào)度中心，集中監(jiān)視、控制各站的道岔融雪設備，目前各項目該設備及通信通道均按照預留考慮。

2.2 車站控制終端

各車站、線路所分別設車站控制終端1套，對該車站的所有電氣控制柜及其加熱電路進行實時監(jiān)控。

2.3 電氣控制柜(圖2)

圖2 室外電器控制柜

控制柜容量為，總?cè)萘?80 kVA，每柜輸出控制隔離變壓器電源12路，每路最大電流不能超過40 A。每個控制柜可以控制9號道岔12組，12號普通道岔6組，12號可動心道岔4組?？瓦\專線:18號道岔4組，42號道岔2組，62號道岔1組。以上數(shù)據(jù)基于7 kVA(含)以下隔離變壓器可以2個變壓器一次側(cè)并聯(lián)后共用1個控制柜輸出回路，8 kVA以上隔離變壓器必須單獨使用1個控制柜輸出回路。

控制柜位置的選擇需與站場規(guī)模形狀統(tǒng)籌考慮，應選擇在所控道岔附近較為寬敞區(qū)域。

各控制柜串聯(lián)后進車站控制終端，規(guī)格為SPTYWPL23 8B，用6備2芯;

2.4 氣象站及軌溫傳感器(圖3、圖4)

圖3 氣象站

圖4 軌溫傳感器

每站按2個咽喉各配置1處或多處軌溫傳感器，哈大鐵路客運專線因站場規(guī)模較小，各咽喉兩端距離較近，溫度差異不大，2個咽喉各配置1處軌溫傳感器。其安裝于裝有電加熱元件基本軌軌底，具體位置距離尖軌尖端2～3 m處，用專用卡具固定，用于監(jiān)測加熱鋼軌的溫度情況。

軌溫傳感器接線盒至控制柜采用PTYL23型(4芯)電纜，用3備1芯。

2.5 隔離變壓器(圖5)

為了保證軌道電路正常工作和人身安全，系統(tǒng)在電氣控制柜與電加熱元件間設有隔離變壓器。在三相五線制供電條件下，隔離變壓器容量為5 kVA、6 kVA和7 kVA，7 kVA(含)以下隔離變壓器可以2個變壓器一次側(cè)并聯(lián)后共用1個控制柜輸出回路，8 kVA以上隔離變壓器必須單獨使用1個控制柜輸出回路。

圖5 隔離變壓器

2.6 加熱元件(圖6、圖7)

圖6 直型電加熱原件

圖7 L型電加熱原件

電加熱元件是道岔融雪系統(tǒng)的關鍵件，電加熱元件安裝在鋼軌內(nèi)側(cè)或滑床板邊，用于對道岔加熱除雪。電加熱元件截面為扁平狀，和鋼軌、滑床板等接觸面為平面。

電加熱原件功率的選擇，是決定隔離變壓器型號、電力電纜型號選擇的基礎，其選擇視各線自然條件決定。哈大鐵路客運專線為東北嚴寒地區(qū)第一條長大客運專線，為保證所選加熱元件功率能達到較好融雪效果，開展設計前選擇了自然條件較有代表性的夏家線路所作為試驗站以觀察融雪效果并結合蘭新線岌岌槽子站現(xiàn)場經(jīng)驗，最終選擇加熱條功率為每米大于750 W，外鎖閉裝置的加熱功率應按照每個牽引點800 W。

3 系統(tǒng)工作方式

系統(tǒng)以集中控制為主，現(xiàn)場控制為輔。正常工作時，通過車站控制終端與現(xiàn)場每個控制柜通信，從而控制每組道岔是否開啟融雪。緊急情況下，工作人員也可在現(xiàn)場控制柜上直接操作，從而控制開啟或關閉某組道岔的融雪設備。

車站控制終端安裝于綜合值班室，車站終端用8芯信號電纜，通過通道防雷后，聯(lián)至最近1臺現(xiàn)場控制柜。為保證安全，道岔融雪信號電纜不經(jīng)過聯(lián)鎖信號電纜分線盤連接到室外?，F(xiàn)場的各個控制柜通過8芯信號電纜串聯(lián)。

通常融雪系統(tǒng)方案預留遠動集中控制功能，設有車站集中控制的控制模式。根據(jù)天氣預報，雪天前由調(diào)度中心或車站人員手工開啟融雪系統(tǒng)，然后系統(tǒng)進入自動加熱狀態(tài)。雪天結束后由工作人員關閉系統(tǒng)。

采用上述控制方式，在滿足融雪需求的條件下，既能提高控制的效率，又能保證控制系統(tǒng)的可靠性。

4 道岔融雪設計

(1)電氣控制柜布置設計

布置控制柜是開展道岔融雪設計的第一步，首先應分咽喉計算好全站需要使用多少個控制柜。計算時可以按照每個控制柜可輸出控制隔離變壓器電源12路，9號道岔每個使用1路，12號普通道岔使用2路，18號道岔使用3路，42號道岔使用6路，62號道岔使用12路，以此類推，在條件允許的情況下盡量讓控制柜發(fā)揮出最大效用控制盡可能多的道岔。計算好所需控制柜個數(shù)后將其均勻布置在平面圖上，不要出現(xiàn)諸如第1個控制柜控制4個18號道岔而最后一個控制柜僅控制1組9號道岔的情況?？刂乒駪M量與信號樓同側(cè)，禁止放在線路中間，原則上放在所控各道岔中間位置可減少電力電纜的芯數(shù)，如同一咽喉含有多個控制柜的，最外方控制柜應放在靠近信號樓位置，以減少信號電纜長度。

(2)各種電源和控制電纜布置

控制柜至隔離變壓器之間供電電纜為2種，一種是7芯控制電纜KYJY23，一種是3芯電力電纜VV22。電纜控制距離按照表1執(zhí)行。

表1 電源和控制電纜規(guī)格

從車站運轉(zhuǎn)(控制)室融雪控制終端至站場兩端現(xiàn)場控制柜的信號傳輸電纜型號應為，SPT內(nèi)屏蔽數(shù)字信號電纜。其芯線使用規(guī)定為，計算機信息傳輸用芯線2芯，應急電路用芯線3芯，備用芯線應有1～2芯。

設計成果舉例如圖8所示。

(3)車站室內(nèi)控制設備設計

車站控制終端安裝在運轉(zhuǎn)室內(nèi)，需2 mm2的安裝面積;控制終端需提供穩(wěn)定可靠的AC220V 50 Hz 500 W電源;地線接入室內(nèi)綜合接地網(wǎng)。

(4)通信通道設計

車站控制終端位于各車站運轉(zhuǎn)室內(nèi)，遠動控制終端與車站控制終端通過既有干線光纖分配的2 M光纖通道相連，控制終端設備與通信機械室的RJ45端口之間需新敷設網(wǎng)線進行連接;線路所沒有配置控制終端時，并入鄰站終端進行控制;線路所配置控制終端時，按照一般車站入網(wǎng)方式遠動控制［6］。設計成果舉例如圖9所示。

圖8 道岔融雪平面布置

圖9 通信通道接口

(5)用電設計

①道岔融雪用電要求

車站道岔融雪系統(tǒng)屬二級負荷，應有一路和信號聯(lián)鎖用電分開設置的融雪專用動力變壓器獨立供電。各站根據(jù)上下型咽喉配置融雪設備的道岔數(shù)量和型號計算所需電源容量，由電力專業(yè)將電源分別送至上、下行咽喉區(qū)控制柜。

車站控制中心用電從信號電源屏引出。

②加熱功率的配置(表2)

表2 不同類型道岔電加熱元件功率配置［7］

5 注意事項

(1)非動車組列車接發(fā)車進路上的道岔，不應裝備道岔融雪裝置。

(2)軌溫傳感器應在同一車站的2個咽喉各設1處，互為備用(熱備)。

(3)信號樓至控制柜8芯信號電纜，控制柜至控制柜8芯信號電纜，盡量避免串接迂回，可采用4分線盒進行轉(zhuǎn)接。

(4)電纜過軌應結合室外綜合管線做好預埋，信號電纜與電力電纜不可同溝敷設。

(5)控制柜應盡量與信號樓同側(cè)，原則上放在所控各道岔中間位置可減少電力電纜的芯數(shù)，如同一咽喉含有多個控制柜的，第1個控制柜應放在靠近信號樓位置以減少信號電纜長度。

(6)融雪控制終端、控制柜、隔離變壓器都需要將其設備外殼及有關地線就近引接至車站綜合地網(wǎng)和現(xiàn)場的貫通地線。

6 結語

哈大鐵路客運專線為東北嚴寒地區(qū)第一條長大客運專線，介紹了道岔融雪系統(tǒng)構成及配置、系統(tǒng)工作方式，結合哈大客運專線相關設計，重點總結了道岔融雪工程設計有關內(nèi)容，以使得系統(tǒng)達到經(jīng)濟、高效的目的，可供其他嚴寒地區(qū)同類設計的研究和參考。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB 10621—2009 高速鐵路設計規(guī)范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［2］樊海濱.國外融雪材料在冬季除雪中的適用［J］.筑路機械與施工機械化，2002(11)

［3］李向東.大秦線電加熱道岔融雪系統(tǒng)介紹［J］.科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，2008(20)

［4］李凱.楊成達.青藏鐵路道床融雪設備功能及方案研究［J］.中國鐵路2005(11)

［5］朱小松.基于PLC和工業(yè)以太網(wǎng)的道岔融雪系統(tǒng)［J］.微計算機信息，2009(4)

［6］鐵道部運輸局.運基信號［2010］411號 無砟軌道安裝道岔融雪設備紀要［S］.北京:鐵道部運輸局，2010.

［7］鐵道部科學技術司.科技運［2008］36號 客運專線鐵路信號產(chǎn)品暫行技術條件電加熱道岔融雪系統(tǒng)設備［S］.北京:鐵道部科學技術司，2008.