基于分時(shí)復(fù)用原理解決道岔融雪系統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)后電力容量不足的難題

金鑫

摘要：本文提出了道岔融雪系統(tǒng)由于功率補(bǔ)強(qiáng)帶來(lái)的各種問(wèn)題，介紹了一種通過(guò)增加基于分時(shí)復(fù)用原理的功率分配模塊，解決電力增容的難題的方案，并以18號(hào)單開(kāi)道岔加熱條配置方案為例，詳細(xì)說(shuō)明了功率分配模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、安裝方案，安裝前后輸出功率對(duì)比。

關(guān)鍵詞：電加熱道岔融雪系統(tǒng);隔離變壓器;功率分配模塊

1. 前言

電加熱道岔融雪系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)融雪系統(tǒng)）多年來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)遇到特大暴雪時(shí)岔區(qū)密貼檢查器、尖軌尾部頂鐵、芯軌人字軌等無(wú)電加熱元件部位易夾雪，造成道岔不能正常轉(zhuǎn)換到位。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)可解決上述問(wèn)題，但隨之帶來(lái)了原有道岔融雪隔離變壓器功率不足，電力容量不足需增容的難題，一方面造成大量工程投資;另一方面改造周期長(zhǎng)，施工難度大。本文通過(guò)研究一種功率分配模塊解決電力增容的難題，從而節(jié)約大量工程投資，縮短改造周期，大幅降低施工難度。

2.融雪系統(tǒng)工作原理

我國(guó)鐵路道岔融雪大量應(yīng)用電加熱道岔融雪系統(tǒng)，系統(tǒng)由遠(yuǎn)程控制中心工作站、車(chē)站控制終端、控制柜、隔離變壓器、電加熱元件等組成。其中電加熱元件安裝于基本軌、牽引點(diǎn)底部、鎖閉框等重要部位。融雪系統(tǒng)通過(guò)控制安裝在道岔上的加熱條工作狀態(tài)，輻射、傳導(dǎo)熱量到道岔上，使道岔上的積雪、積冰融化達(dá)到除雪、除冰的目的，防止道岔不能正常轉(zhuǎn)換到位。

3. 電加熱元件的配置

3.1 電加熱元件加熱功率配置原則

不同的地域，不同類(lèi)型的道岔所安裝加熱條的規(guī)格、型號(hào)、數(shù)量不同。道岔一般按道岔號(hào)碼區(qū)分，例如：12 號(hào)單開(kāi)道岔（內(nèi)鎖）、12 號(hào)單開(kāi)道岔（外鎖）、18 號(hào)單開(kāi)道岔（普速）、18 號(hào)單開(kāi)道岔（客專(zhuān)）等。地域一般分為：嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)、其它地區(qū)等。

根據(jù)上述條件，不同類(lèi)型的道岔所需求的加熱功率不同，例如18號(hào)單開(kāi)道岔（客專(zhuān)）在不同地域下的加熱功率（加熱功率是根據(jù)道岔所配置的電加熱元件總功率計(jì)算得來(lái)的）可參考下表1。

3.2 電加熱元件補(bǔ)強(qiáng)前、補(bǔ)強(qiáng)后的配置

以鄭徐客專(zhuān)18號(hào)客專(zhuān)線（07）009道岔尖軌為例，電加熱元件補(bǔ)強(qiáng)前主要加熱基本軌、鎖閉框等部位，具體配置如圖1;補(bǔ)強(qiáng)后增加了密貼檢查器、牽引點(diǎn)底部、尖軌尾部頂鐵等位置，具體配置如圖2。

3.3 補(bǔ)強(qiáng)前、后加熱功率的計(jì)算及帶來(lái)的難題

補(bǔ)強(qiáng)后，電加熱元件覆蓋了岔區(qū)全部動(dòng)作位置，解決了大到暴雪時(shí)岔區(qū)密貼檢查器、尖軌尾部頂鐵、芯軌人字軌等無(wú)電加熱元件部位易夾雪的問(wèn)題。同時(shí)補(bǔ)強(qiáng)帶來(lái)了加熱功率的增加，如表2。造成原有隔離變壓器功率不足，電力容量不足需增容的難題。如果更換對(duì)應(yīng)隔離變壓器、改造電力設(shè)備增加容量，一方面造成大量工程投資，另一方面改造周期長(zhǎng)，施工難度大。

4. 電力增容解決方案

4.1 岔區(qū)加熱工作原理分析

融雪系統(tǒng)電加熱元件工作電源來(lái)自隔離變壓器，隔離變壓器次級(jí)采用雙線圈，兩個(gè)線圈之間隔離，其初級(jí)輸入電源來(lái)自控制柜，電壓為AC380V，次級(jí)輸出電壓為AC220V并接入電加熱元件，安裝過(guò)程中遠(yuǎn)軌與近軌處安裝的加熱條分別接入次級(jí)兩個(gè)線圈，這樣可以避免因加熱條短路造成軌道電路短路，影響行車(chē)安全。

仔細(xì)分析，融雪系統(tǒng)的補(bǔ)強(qiáng)方案及其工作方式，可以發(fā)現(xiàn)融雪系統(tǒng)工作時(shí)采用周期性加熱的方式，加熱啟動(dòng)后岔區(qū)溫度由設(shè)置的“開(kāi)啟加熱溫度”加熱到“關(guān)閉加熱溫度”后關(guān)閉，如此周而復(fù)始，因此通過(guò)將單臺(tái)隔離變壓器內(nèi)接入的電加熱元件分時(shí)加熱，延長(zhǎng)加熱時(shí)間，那么只需在隔離變壓器內(nèi)做相應(yīng)更改，即可解決補(bǔ)強(qiáng)后原有隔離變壓器功率不足和電力容量不足需增容的難題。從而節(jié)約大量工程投資，有效縮短改造周期，大幅降低施工難度。

4.2 基于分時(shí)復(fù)用原理功率分配模塊的需求分析

針對(duì)上述分析，設(shè)計(jì)一種在隔離變壓器二次線圈分時(shí)開(kāi)關(guān)的功率分配模塊，控制同一時(shí)間內(nèi)所接通的電加熱元件不超過(guò)隔離變壓器的額定功率，即可實(shí)現(xiàn)隔離變壓器輸出功率的二次分配，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問(wèn)題包括：

4.2.1 隔離變壓器次級(jí)2個(gè)線圈同時(shí)間內(nèi)所帶負(fù)載要均衡，防止出現(xiàn)線圈間的不平衡問(wèn)題。

4.2.2 要確保遠(yuǎn)軌與進(jìn)軌所接電加熱元件接入隔離的電路，避免造成軌道電路短路。

4.2.3 選用高可靠性的大功率開(kāi)關(guān)元件，并做好散熱。

4.2.4 選用高可靠性的控制MCU，模塊整體做好三防處理。

4.3 大功率開(kāi)關(guān)元件的選擇

隔離變壓器安裝于道旁，使用環(huán)境較為惡劣，傳統(tǒng)的帶有機(jī)械觸點(diǎn)的繼電器、接觸器等不能滿足現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。因此固態(tài)繼電器（SSD）是較為合適選擇，原理如圖3，其除具有與電磁繼電器一樣的功能外，還具有兼容邏輯電路，高壽命，高可靠，輸入功率小，靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好等特點(diǎn)。由于沒(méi)有機(jī)械零部件，無(wú)觸點(diǎn)，因此能在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，安裝簡(jiǎn)易，具有良好的防潮防霉防腐蝕性能等諸多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于雙向控硅的正向降壓可達(dá)1～2V因此導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量也較大，安裝時(shí)需做好散熱。

4.4 功率分配模塊的工作原理

4.4.1 MCU按固定時(shí)序，控制4個(gè)固態(tài)繼電器，分時(shí)接通部分電加熱元件，確保在固定時(shí)間段內(nèi)隔離變壓器帶載功率不大于其額定功率，其原理圖4。

4.4.2 隔離變壓器增加功率分配模塊后輸出功率以鄭徐客專(zhuān)18號(hào)客專(zhuān)線（07）009道岔尖軌7KB及9KB隔離變壓器為例，如表3。

4.4.3 隔離變壓器增加功率分配模塊后其工作時(shí)序以鄭徐客專(zhuān)18號(hào)客專(zhuān)線（07）009道岔尖軌7KB及9KB隔離變壓器為例，如圖5、圖6。

5. 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)融雪系統(tǒng)工作原理、電加熱元件的配置的分析，通過(guò)研制一種新型的功率分配模塊方案，解決了由于融雪系統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)造成的電力容量不足需增容的難題，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，該方案在鄭徐客專(zhuān)應(yīng)用效果良好，節(jié)約大量工程投資，縮短改造周期，大幅降低施工難度。

參考文獻(xiàn)：

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[3]《中國(guó)鐵路總公司運(yùn)輸局關(guān)于京滬、京廣高鐵道岔融雪裝置補(bǔ)強(qiáng)方案的通知》（運(yùn)電信號(hào)電 [2016] 1763號(hào)）.