电加热道岔融雪系统加热功率配置方案探讨

陈 新

(天津铁路信号有限责任公司，天津 300300)

1 概述

我国大部份地区冬季气温较低，冰雨、降雪时间比较长。铁路运输正点率要求雪天道岔能正常转换，而铁路道岔除雪方式多数为人工清除，效率低，效果差，易发生安全事故，阻碍道岔正常转换。电加热道岔融雪系统很好的解决了上述问题，通过电加热元件将道岔转换部位保持一定温度，融化和蒸发落在道岔上的积雪。电加热元件安装在道岔基本轨、心轨（翼轨）的轨腰、轨坡或其他可利用位置，是电加热道岔融雪系统的关键零部件[1]。

电加热元件是高耗能器件，应根据不同气候区域合理配置电加热元件的加热功率，才能达到较好融雪效果和节能降耗要求。但目前已发布的《铁路信号设计规范》只有电加热元件的功率及设置应根据道岔辙叉号以及地区的寒冷程度选定的要求，并没有具体的规定[2]。《客运专线铁路信号暂行技术条件-电加热道岔融雪系统》只是规定不同类型道岔电加热元件功率配置，并未明确地区进行寒冷程度的划分，不利于产品研发、工程设计、施工验收、运营维护[3]。

根据近几年电加热道岔融雪系统实践经验，结合我国高速铁路的特点，针对我国不同气候区域，对如何配置电加热元件的加热功率提出并归纳设计方案，供电加热道岔融雪系统工程设计人员探讨[4]。

2 电加热元件

2.1 性能指标

1) 额定工作电压：AC 220 V；

2) 额定功率偏差：-10%～+5%。

2.2 规格型号

电加热元件为扁平管状，通过各种卡具将其固定在钢轨上，不应影响道岔正常转换。

为了适应不同安装位置和加热功率要求，电加热元件按外形分类可分为直把手直型、U把手直型等，按长度分类可分为5 200 mm、4 700 mm、3 720 mm等，外形结构如图1所示。

图1 电加热元件外形结构Fig.1 Electric heating component external structure

常用电加热元件规格型号如表1所示。

表1 常用电加热元件规格型号Tab.1 Common electric heating component speci fi cations

表1 （续）

3 气候区域划分及加热功率配置原则

3.1 气候区域划分

《铁路信号设计规范》规定我国零度等温线（秦岭—淮河）以北、且20年年平均降雪日在10 d及以上的线路，可设置道岔融雪装置，宜采用电加热方式。根据近些年工程设计的实际经验，为标准化我国不同气候区域电加热道岔融雪系统的加热功率配置，以达到既满足道岔加热除雪目的又节约能源的要求，应根据我国气候区划配置不同加热功率。根据我国气候区划，一般分为严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、温和五个地区，为便于道岔融雪工程设计，将这些区域划分为严寒、寒冷和其他3个地区。

1）严寒地区

严寒地区是指我国冬季零度等温线以北、极度气温在-20 ℃以下的地区，包括我国东北、西北及西藏地区，应安装电加热道岔融雪系统。

2）寒冷地区

寒冷地区是指我国冬季零度等温线以北、极度气温在-20 ℃以上的地区，包括华北、中原地区，建议安装电加热道岔融雪系统。

3）其他地区

其他地区是指除严寒、寒冷地区以外的地区，包括我国冬季0 ℃等温线以南的广大地区，根据实际情况考虑安装电加热道岔融雪系统。

3.2 加热功率配置原则

在工程施工设计初期，结合当地气候特点，按照能满足大到暴雪天气下道岔转换设备正常转换要求，各地区道岔加热功率可参照以下原则配置[5，6]：

3.2.1 严寒地区

1）尖轨区域：尖轨尖端3～5 m区域，要求单位平均加热功率不低于800 W/m，其余不低于450 W/m。

2）可心轨区域：要求单位平均加热功率不低于350 W/m。

3）牵引点及外锁闭区域：要求每个牵引点加热功率不低于1 300 W。

3.2.2 寒冷地区

1）尖轨区域：尖轨尖端3～5 m区域，单位平均加热功率不低于450 W/m，其余不低于300 W/m。

2）可心轨区域：要求单位平均加热功率不低于350 W/m。

3）牵引点及外锁闭区域：每个牵引点加热功率不低于1 000 W。

3.2.3 其他地区

1）尖轨区域：单位平均加热功率不低于300 W/m。

2）可心轨区域：单位平均加热功率不低于350 W/m。

3）牵引点及外锁闭区域：每个牵引点加热功率不低于300 W。

各种类型道岔尖轨区域、可心轨区域、牵引点及外锁闭区域加热长度及部位参照以下原则。

1) 尖轨区域：加热长度应过最后一个顶铁，防止顶铁夹雪。

2) 可心轨区域：加热长度应过最后一个顶铁，防止顶铁夹雪。

3) 牵引点及外锁闭区域：无砟道床加热长度应覆盖整个牵引点上方道岔转换设备的连接杆及两侧外锁闭区域，有砟道床应覆盖到两侧外锁闭区域。

3.3 部分类型道岔加热功率参考值。

部分类型道岔加热功率参考值如表2所示[7]。

表2 部分类型道岔加热功率参考值Tab.2 Some switch heating power reference values

4 工程设计实例及融雪效果

4.1 工程设计实例

根据近几年道岔融雪系统工程设计相关经验，结合京沪高铁天津西站的相关设计，以60 kg/m钢轨12号提速单开道岔（专线4249）为例，重点介绍加热功率配置方案[8]，如图1所示。

按气候区域划分，天津西站应按寒冷地区加热功率配置进行设计，专线4249尖轨长度12 400 mm，最后一个顶铁位于岔枕号24和25之间，距尖轨尖端有效距离为10 000 mm，所以尖轨尖端部位配置直把手直型5 200 mm/2 400 W，平均加热功率为462 W/m，其余部位配置直把手直型5 200 mm/2 000 W，平均加热功率为385 W/m；专线4249为双机牵引，每一牵引点配置两块直把手直型1 100 mm/350 W加热板和直把手宽U条163 mm/150 W外锁闭加热框，加热功率合计1 000 W，符合上述加热功率配置原则。

专线4249加热功率配置方案如图2所示。

4.2 融雪效果

经过近些年电加热道岔融雪系统的实际运行情况及电务部门的反馈，电加热道岔融雪系统取得了良好的融雪效果，并未因融雪问题造成道岔故障，保证了铁路运输安全。

5 经验总结及建议

图2 专线4249加热功率配置方案Fig.2 The scheme of dedicated railway 4249 heating power configuration

从已经实施的武广、京沪、哈大、甘青、杭长、济青客专工程来看，由于没有相关设计规范和标准，在工程设计、施工验收等方面缺乏一致性，导致在产品质量、后期维修和维护方面存在问题。建议铁路相关部门根据道岔辙叉号的类型、安装地区及道岔结构实际情况制定道岔融雪加热功率配置相关标准，使工程设计人员在工程设计过程中有据可循。