電加熱道岔融雪系統(tǒng)加熱功率配置方案探討

陳 新

(天津鐵路信號有限責(zé)任公司，天津 300300)

1 概述

我國大部份地區(qū)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(zhuǎn)換，而鐵路道岔除雪方式多數(shù)為人工清除，效率低，效果差，易發(fā)生安全事故，阻礙道岔正常轉(zhuǎn)換。電加熱道岔融雪系統(tǒng)很好的解決了上述問題，通過電加熱元件將道岔轉(zhuǎn)換部位保持一定溫度，融化和蒸發(fā)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(tǒng)的關(guān)鍵零部件[1]。

電加熱元件是高耗能器件，應(yīng)根據(jù)不同氣候區(qū)域合理配置電加熱元件的加熱功率，才能達(dá)到較好融雪效果和節(jié)能降耗要求。但目前已發(fā)布的《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》只有電加熱元件的功率及設(shè)置應(yīng)根據(jù)道岔轍叉號以及地區(qū)的寒冷程度選定的要求，并沒有具體的規(guī)定[2]?！犊瓦\專線鐵路信號暫行技術(shù)條件-電加熱道岔融雪系統(tǒng)》只是規(guī)定不同類型道岔電加熱元件功率配置，并未明確地區(qū)進行寒冷程度的劃分，不利于產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計、施工驗收、運營維護[3]。

根據(jù)近幾年電加熱道岔融雪系統(tǒng)實踐經(jīng)驗，結(jié)合我國高速鐵路的特點，針對我國不同氣候區(qū)域，對如何配置電加熱元件的加熱功率提出并歸納設(shè)計方案，供電加熱道岔融雪系統(tǒng)工程設(shè)計人員探討[4]。

2 電加熱元件

2.1 性能指標(biāo)

1) 額定工作電壓：AC 220 V；

2) 額定功率偏差：-10%～+5%。

2.2 規(guī)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(yīng)影響道岔正常轉(zhuǎn)換。

為了適應(yīng)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(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電加熱元件外形結(jié)構(gòu)Fig.1 Electric heating component external structure

常用電加熱元件規(guī)格型號如表1所示。

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

表1 （續(xù)）

3 氣候區(qū)域劃分及加熱功率配置原則

3.1 氣候區(qū)域劃分

《鐵路信號設(shè)計規(guī)范》規(guī)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(shè)置道岔融雪裝置，宜采用電加熱方式。根據(jù)近些年工程設(shè)計的實際經(jīng)驗，為標(biāo)準(zhǔn)化我國不同氣候區(qū)域電加熱道岔融雪系統(tǒng)的加熱功率配置，以達(dá)到既滿足道岔加熱除雪目的又節(jié)約能源的要求，應(yīng)根據(jù)我國氣候區(qū)劃配置不同加熱功率。根據(jù)我國氣候區(qū)劃，一般分為嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、夏熱冬暖、溫和五個地區(qū)，為便于道岔融雪工程設(shè)計，將這些區(qū)域劃分為嚴(yán)寒、寒冷和其他3個地區(qū)。

1）嚴(yán)寒地區(qū)

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

2）寒冷地區(qū)

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

3）其他地區(qū)

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

3.2 加熱功率配置原則

在工程施工設(shè)計初期，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c，按照能滿足大到暴雪天氣下道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備正常轉(zhuǎn)換要求，各地區(qū)道岔加熱功率可參照以下原則配置[5，6]：

3.2.1 嚴(yán)寒地區(qū)

1）尖軌區(qū)域：尖軌尖端3～5 m區(qū)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(qū)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(qū)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(qū)

1）尖軌區(qū)域：尖軌尖端3～5 m區(qū)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(qū)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(qū)域：每個牽引點加熱功率不低于1 000 W。

3.2.3 其他地區(qū)

1）尖軌區(qū)域：單位平均加熱功率不低于300 W/m。

2）可心軌區(qū)域：單位平均加熱功率不低于350 W/m。

3）牽引點及外鎖閉區(qū)域：每個牽引點加熱功率不低于300 W。

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

1) 尖軌區(qū)域：加熱長度應(yīng)過最后一個頂鐵，防止頂鐵夾雪。

2) 可心軌區(qū)域：加熱長度應(yīng)過最后一個頂鐵，防止頂鐵夾雪。

3) 牽引點及外鎖閉區(qū)域：無砟道床加熱長度應(yīng)覆蓋整個牽引點上方道岔轉(zhuǎn)換設(shè)備的連接桿及兩側(cè)外鎖閉區(qū)域，有砟道床應(yīng)覆蓋到兩側(cè)外鎖閉區(qū)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(shè)計實例及融雪效果

4.1 工程設(shè)計實例

根據(jù)近幾年道岔融雪系統(tǒng)工程設(shè)計相關(guān)經(jīng)驗，結(jié)合京滬高鐵天津西站的相關(guān)設(shè)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(qū)域劃分，天津西站應(yīng)按寒冷地區(qū)加熱功率配置進行設(shè)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(jīng)過近些年電加熱道岔融雪系統(tǒng)的實際運行情況及電務(wù)部門的反饋，電加熱道岔融雪系統(tǒng)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(jīng)驗總結(jié)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(jīng)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(guān)設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，在工程設(shè)計、施工驗收等方面缺乏一致性，導(dǎo)致在產(chǎn)品質(zhì)量、后期維修和維護方面存在問題。建議鐵路相關(guān)部門根據(jù)道岔轍叉號的類型、安裝地區(qū)及道岔結(jié)構(gòu)實際情況制定道岔融雪加熱功率配置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，使工程設(shè)計人員在工程設(shè)計過程中有據(jù)可循。