崔寧寧

崔寧寧:中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 助理工程師 102600 北京

道岔融雪裝置是解決由于積雪或冰凍而導(dǎo)致道岔不能密貼的重要鐵路設(shè)備。道岔的密貼情況直接影響到鐵路的運(yùn)輸安全，因此研究一套能夠有效融化積雪、自動(dòng)化程度較高的道岔融雪設(shè)備勢(shì)在必行。

我國(guó)目前多在高鐵、客專線路、東北及青藏等鐵路上使用道岔融雪裝置，如京津城際鐵路使用電加熱方式的道岔融雪裝置，在基本軌軌腰安裝電加熱元件。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，在冬季大雪時(shí)，道岔融雪裝置可以發(fā)揮較大作用，減輕鐵路工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。但電加熱道岔融雪裝置仍存在一些弊端，最主要的就是浪費(fèi)能源、加熱速度慢等。針對(duì)這一問(wèn)題，本文介紹另外一種新型融雪裝置:電磁式道岔融雪。這種方法在世界上如美國(guó)、日本等一些國(guó)家被使用。

1 電磁式道岔融雪裝置的設(shè)計(jì)

1.1 工作原理

道岔融雪系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程控制端、車站控制終端和車站基礎(chǔ)層3個(gè)層次組成，其中最核心的部分是車站基礎(chǔ)層的加熱融雪裝置。電磁式道岔融雪裝置采用電磁感應(yīng)加熱方式，主要由感應(yīng)加熱單元、溫度檢測(cè)裝置等組成，其組成結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖中，1為感應(yīng)加熱單元，由①和②組成，①表示電磁感應(yīng)加熱線圈;②表示加熱單元的控制電路及加熱電源;2為需加熱的鋼軌;3為溫度測(cè)試模塊。感應(yīng)加熱單元主要由電磁盤、控制電路、感應(yīng)加熱電源等組成。感應(yīng)加熱單元利用電磁感應(yīng)加熱的原理，由中高頻的交流電通過(guò)加熱線圈而產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，交變的磁場(chǎng)在負(fù)載鋼軌底部產(chǎn)生渦流，從而加熱鋼軌達(dá)到融雪的目的。

1.2 安裝設(shè)計(jì)

1.2.1 道岔

在道岔部位安裝融雪裝置，主要是針對(duì)基本軌、尖軌及可動(dòng)心軌位置。

一些調(diào)研數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，當(dāng)?shù)啦砣谘┭b置只安裝在道岔的基本軌處時(shí)會(huì)造成基本軌的加熱溫度較高，而在尖軌處的溫度相對(duì)較低，此時(shí)如果雪量較大就會(huì)在尖軌滑床板處形成積雪，因此達(dá)不到融雪的目的?；诖朔N情況，應(yīng)同時(shí)在道岔基本軌和尖軌處同時(shí)設(shè)置融雪裝置，使基本軌與尖軌同時(shí)加熱、溫度接近以達(dá)到良好的融雪效果。

圖1 電磁式道岔融雪裝置組成

道岔的可動(dòng)心軌由兩側(cè)翼軌和可移動(dòng)心軌兩部分組成，翼軌與可能心軌之間容易積雪積冰，由此可造成道岔不密貼，此時(shí)列車經(jīng)過(guò)可能發(fā)生擠岔，嚴(yán)重時(shí)可造成側(cè)翻。鑒于此種情況，道岔的可動(dòng)心軌需同時(shí)安裝融雪裝置。

1.2.2 轉(zhuǎn)轍機(jī)

動(dòng)作桿與外鎖閉裝置是轉(zhuǎn)轍機(jī)的重要組成部分。轉(zhuǎn)轍機(jī)的動(dòng)作桿直徑較小，不易積雪結(jié)冰，對(duì)道岔轉(zhuǎn)換的影響較小，道岔基本軌與尖軌本身的熱量可以傳導(dǎo)至動(dòng)作桿，因此不需要對(duì)動(dòng)作桿單獨(dú)設(shè)置融雪裝置。外鎖閉裝置處于兩根鋼軌與軌枕之間，容易積雪積冰，因此需要在外鎖閉裝置處設(shè)置融雪裝置，具體方法可以在外鎖閉裝置下方安裝加熱線圈。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況

融雪裝置的加熱線圈如圖2所示。加熱線圈設(shè)置于鋼軌的下方，兩段鋼軌下方均設(shè)置線圈。在加熱功率為3.7 kW，室外溫度為0℃的情況下，對(duì)一段1.5 m左右的鋼軌進(jìn)行加熱，當(dāng)加熱到27℃時(shí)需要42 s。此種方法在滿足道岔融雪的條件下預(yù)熱時(shí)間較短，在一定程度上比較節(jié)省能源。

圖2 加熱線圈

3 感應(yīng)加熱干擾問(wèn)題的分析及解決方案

電磁兼容一直是鐵路運(yùn)輸中一個(gè)重大課題，電磁干擾時(shí)刻威脅著運(yùn)輸安全。利用感應(yīng)加熱的方法對(duì)道岔進(jìn)行融雪可能會(huì)產(chǎn)生一些電磁干擾問(wèn)題，現(xiàn)對(duì)一些問(wèn)題進(jìn)行分析并提出一系列的解決方案。

3.1 對(duì)軌道電路的影響及解決措施

目前道岔融雪系統(tǒng)主要應(yīng)用于高鐵、客專及一些多雪寒冷地區(qū)鐵路上。下面針對(duì)電磁感應(yīng)道岔融雪裝置可能對(duì)軌道電路的影響分以下情況進(jìn)行分析。

3.1.1 普速鐵路

在普速鐵路中，路內(nèi)目前使用最普遍的方法是采用25Hz相敏軌道電路疊加ZPW-2000電碼化。當(dāng)列車進(jìn)入站內(nèi)時(shí)，列車上的機(jī)車信號(hào)接收線圈在采集鋼軌上的電碼化低頻信息時(shí)可能同時(shí)采集道岔融雪系統(tǒng)的電磁波信息，這樣會(huì)影響機(jī)車信號(hào)的顯示，從而危及行車安全。

針對(duì)這種情況可采取使用濾波器的方法。由于感應(yīng)加熱所形成的電磁波的頻率與電碼化信息頻率不同，相差較大，因此可以在機(jī)車信號(hào)主機(jī)箱中加入濾波器過(guò)濾融雪裝置的電磁波，消除其對(duì)機(jī)車信號(hào)的影響。

3.1.2 客運(yùn)專線

主要對(duì)C2級(jí)及C3級(jí)客運(yùn)專線進(jìn)行分析。C2級(jí)客運(yùn)專線的區(qū)間和站內(nèi)均采用ZPW-2000系列無(wú)絕緣軌道電路，列車控制系統(tǒng)基于軌道傳輸信息。車載軌道電路信息接收單元采集接收低頻控制信息碼來(lái)指導(dǎo)列車運(yùn)行，同普速鐵路相同，可在信息接收單元中增加濾波器，過(guò)濾掉融雪裝置的干擾頻率。這樣即可防止融雪裝置對(duì)于車載軌道信息帶來(lái)的干擾。

C3級(jí)列車控制系統(tǒng)基于無(wú)線傳輸信息。在C3列控模式下，無(wú)線閉塞中心的控制信息主要通過(guò)車載GSM-R電臺(tái)傳遞給列車。一般在列車頂部安裝GSM-R電臺(tái)接收天線，融雪裝置形成的磁場(chǎng)干擾已經(jīng)很微弱，對(duì)于GSM-R電臺(tái)接收控車信息幾乎沒(méi)有影響。當(dāng)列車運(yùn)行模式由C3模式轉(zhuǎn)變?yōu)镃2模式時(shí)，其防干擾方法同上。

3.1.3 對(duì)于軌道電路檢查列車占用情況的影響

軌道電路是以鐵路的兩根鋼軌為導(dǎo)體來(lái)判斷軌道的占用情況。融雪裝置中的高頻磁場(chǎng)通過(guò)在鋼軌中產(chǎn)生渦電流而自身發(fā)熱，在鋼軌內(nèi)部這種渦電流只會(huì)形成閉合回路而不是定向移動(dòng)的電流，這樣就不會(huì)影響軌道繼電器的正常動(dòng)作。因此融雪裝置不會(huì)干擾軌道電路檢查列車占用情況。

3.2 對(duì)道床的影響及解決措施

目前，我國(guó)的鐵路基本為無(wú)砟軌道和有砟軌道兩種，這兩種軌道的組成部分中都含有鋼筋混凝土。當(dāng)設(shè)置在道岔的感應(yīng)加熱裝置工作時(shí)，軌道中的鋼筋混凝土可同時(shí)被電磁場(chǎng)加熱，受熱后鋼筋會(huì)膨脹，可使道岔道床變形。因此，道床的壽命可能會(huì)受到影響。

針對(duì)此問(wèn)題，可采用法拉第籠的解決方法。在安裝加熱線圈的鋼軌周圍可以鋪設(shè)一層金屬線網(wǎng)并引出匯集線接地，也可以與鐵路綜合接地系統(tǒng)相連接，這就構(gòu)成了法拉第籠。采用這種方法可以有效的防止融雪裝置對(duì)道床造成地影響。

3.3 對(duì)其他信號(hào)設(shè)備的影響

1．應(yīng)答器。應(yīng)答器一般設(shè)置在進(jìn)站信號(hào)機(jī)外方30 m，出站信號(hào)機(jī)內(nèi)方20 m，其距離融雪裝置較遠(yuǎn)，融雪裝置中加熱線圈的磁場(chǎng)衰耗較大，因此感應(yīng)加熱融雪裝置不會(huì)影響應(yīng)答器正常工作。

2．信號(hào)電纜。信號(hào)機(jī)、轉(zhuǎn)轍機(jī)及送受電電纜在過(guò)軌時(shí)可能會(huì)距離融雪裝置較近，但會(huì)有鋼管對(duì)過(guò)軌電纜進(jìn)行防護(hù)，可同時(shí)防護(hù)信號(hào)電纜不受加熱線圈的干擾。另外，其他沿電纜槽敷設(shè)的電纜帶有鋁護(hù)套，其護(hù)套也可屏蔽加熱線圈的干擾。因此，在信號(hào)電纜方面道岔融雪裝置的影響可以忽略。

3．地面信號(hào)機(jī)。地面信號(hào)是列車運(yùn)行時(shí)的重要憑證，地面信號(hào)機(jī)連接至聯(lián)鎖系統(tǒng)時(shí)，信號(hào)機(jī)電纜可以防止加熱線圈對(duì)其的影響，因此融雪裝置不會(huì)影響地面信號(hào)機(jī)的顯示。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)道岔融雪裝置的應(yīng)用尚處于發(fā)展階段，仍有著較大的發(fā)展空間。本文采用新型道岔融雪裝置，為融雪裝置的安裝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)融雪裝置的干擾問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出一系列解決方案，這將是道岔融雪系統(tǒng)的一個(gè)新的研究方向，但目前此種融雪裝置現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試較少，有待進(jìn)一步進(jìn)行各方面試驗(yàn)。

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［3］王相暉．RD1型電加熱道岔融雪系統(tǒng)介紹及應(yīng)用實(shí)例［J］．鐵路通信信號(hào)工程技術(shù)，2010．

［4］李凱，楊成達(dá)．青藏鐵路道岔融雪設(shè)備功能及方案研究［J］．中國(guó)鐵路，2005．