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摘要：通过对国内外道岔融雪设备发展现状进行对比分析，详细介绍了RD1型电加热道岔融雪系统的组成及工作原理，并且总结其在具体工程实施中的注意事项，最后指出系统应改进的部分。
关键词：道岔融雪；发展现状；电加热；RD1
1．引言
道岔是铁路运输设备重要的组成部分。大雪降温天气会使铁路道岔积雪结冰，发生冻结，直接造成尖轨的端部和基本轨不密贴，影响车站列车接发和调车作业，造成铁路运输晚点、停运，甚至发生人身及行车安全事故。
我国铁路传统的除雪方法是人工清扫道岔部分的积雪，但这种方法效率极低，而且随着列车运行速度的提高，行车密度的加大，容易发生危及人身安全的事故。因此，为了改善人工扫雪的繁重劳动状况，保证行车安全畅通，研究运用新型道岔融雪设备势在必行。
2．国内外道岔融雪设备的发展现状
2.1国外道岔融雪设备
国外道岔融雪系统起步比较早，技术已趋于成熟，普遍采用的道岔融雪方式主要有：电热式、红外线加热式、燃气加热式、热风式、压缩空气式、喷灯加热式、温水喷射式、温水循环式和洒水式等。其中应用最多、最广的是电加热方式。
德国WOLFF（沃尔夫）公司生产的道岔电加热融雪系统广泛应用于德国、奥地利、瑞士等阿尔卑斯山区及西班牙的高原地区。我国青藏铁路就引进了该系统。
荷兰PINTSCH ABEN公司生产的道岔加热系统广泛应用于俄罗斯、德国、荷兰等12个国家和地区。目前该公司在我国道岔加热领域内还没有实质性的业务开展。
上述两个公司融雪设备从功能、原理等方面都基本类似。通过钢轨温度、空气温度及湿度、积雪3个传感器采集的信号，自动控制道岔加热系统的工作，并可通过光缆实现远程集中监控，动态监测环境温度及湿度、铁轨温度、降雪状态和加热融雪系统的工作状态等参数，适应现代铁路高速、安全、高度自动化等要求。
2.2国内道岔融雪设备
国内在铁路道岔融雪设备的开发和应用起步较晚，到20世纪90年代，冬季道岔除雪基本是靠人工清扫的方式，在人员投入和管理成本上消耗巨大。1996年开始，国内一些企业就开始考虑利用融雪设备进行除雪，并开始了融雪设备的研制。
国内设备厂家吸取国际同行的经验教训，并结合国内铁路设备的现状，经过多年的对比研究试验得出结论：“电加热道岔融雪系统更适合在国内铁路上使用”。
目前，国内电加热道岔融雪系统常见的有两种，一种是沈阳铁路局吉林科学技术研究所研制的“道岔电热除雪装置”，另一种是中国铁路通信信号集团公司基础设备事业部（北京电铁通电务技术开发中心）研制的“RD1型电加热道岔融雪系统”。
“道岔电热除雪装置”，于1999年12月通过了铁道部组织的技术鉴定，并已在北方多雪地区推广使用。该装置由融雪滑床板组合件和除雪功能控制装置组合件两大部分组成，通过电加热管加热道岔前部的几对滑床板使其达到一定温度，从而实现融雪目的。其缺点主要体现在，第一是在滑床板上安装加热元件，使得加热源呈点状分布，加热不均匀，当外界气温较低时，融雪效果不理想；第二由于该装置采用人工开启方式，缺少自动及远程控制功能；第三设备无故障诊断功能，可靠性相对较低。
“RD1型电加热道岔融雪系统”，于2007年7月通过了铁路部组织的技术审查。RD1型电加热道岔融雪系统通过电加热条加热道岔岔尖基本轨和可动心轨，使其达到一定温度，实现融雪目的，其融雪效果較好。并且该系统具有远程监视、远程控制、故障报警等功能，基本适应了中国铁路安全高效的要求，因此该系统广泛应用于新建的高等级铁路线路上，如京津城际、京沪高铁等。本文主要介绍这种融雪系统。
3．RD1型电加热道岔融雪系统简介
3.1系统组成
电加热道岔融雪系统的构成框图如图1所示，由远程控制终端、车站控制终端、电气控制柜、隔离变压器、电加热元件及固定卡具、气象站、轨温传感器等组成。
图1 道岔融雪系统构成框图
3.1.1 远程控制终端
在调度中心安装远程控制终端，利用铁路专用信息通道与各站控制终端通信，实现对全线各站的融雪设备进行集中监控。
3.1.2 车站控制终端
每站设车站控制终端1套，对该车站的所有电气控制柜及其加热电路进行实时监控。同时在车站控制终端设备上配有应急操作盘，可用于自动控制系统故障时甩开自动控制，人工启停该站的融雪设备，以保证融雪设备在自动控制系统故障情况下能正常工作。
3.1.3 电气控制柜
电气控制柜根据安装的位置不同分为室内和室外两种。根据供电方式的不同，电气控制柜在内部结构上又可分为三相控制柜和单相控制柜。
一个控制柜设有12个分支回路，能控制多组道岔的加热。控制柜设有控制模式转换开关，可分别设定自动、手动和闭锁模式。
3.1.4 气象站
每个车站配置一个气象站，用来检测该站的雨雪、环境温度和湿度信息，实时上传给电气控制柜，作为控制系统判断道岔是否加热的一个重要依据。
3.1.5 轨温传感器
轨温传感器安装在加热道岔的轨底，用来实时检测加热道岔的温升情况。
3.1.6 隔离变压器
基于轨道电路和人身安全的考虑，在电加热道岔融雪系统的加热电路中设立隔离变压器。根据供电方式的不同，隔离变压器分为三相隔离变压器和单相隔离变压器。
3.1.7 电加热元件
电加热元件是道岔融雪系统的关键件，它安装在道岔的基本轨部分、可动心轨部分和外锁闭部分，用于对道岔加热除雪。为适应不同安装位置要求，电加热元件有多种规格。在形状上有直型和L型等规格，且加热条长度也有各种规格。
3.2系统工作原理
正常情况下，系统为自动工作模式，传感器采集到降雪信息和钢轨温度信息后，将信息传送到电气控制柜，电气控制柜把采集到的信息与系统预先设定的“门限”值（根据当地气温设定）进行比较。当低于系统所设定的“门限”值时，系统将自动启动预设的加热方案，对需要加热的道岔进行加热，当加热到符合停止加热的条件时，系统将自动切断加热电路。本地控制终端将把所在车站的详细检测信息实时传输给远程控制终端，远程控制终端可以实现对各车站融雪设备的实时监测和控制。
当自动控制系统由于故障失效时，可通过车站控制终端的应急操作盘人工启停该站的融雪设备，或者通过现场各个控制柜人工启停该控制柜的各个支路。
4．RD1型电加热道岔融雪系统在具体工程实施中的注意事项
4.1关于系统组成
道岔融雪系统组成部分中，远程控制终端、车站控制终端、气象站均为可选部分。在具体工程实施中，应根据铁路线路的级别、车站的数量规模以及业主的要求等来配置道岔融雪系统。比如，如果线路级别较低，车站数量少、规模小，可以取消远程控制终端配置。如果一个线路所只有一组或者两组道岔，现场只配置了一台控制柜，甚至可以不必配备车站控制终端，直接对该控制柜人工操作来启停融雪系统。
4.2关于轨温传感器
在融雪系统中，每台控制柜可以配置一台轨温传感器，每台控制柜根据自身配备的轨温传感器所采集的钢轨温度来判断是否进行加热。一个车站也可以只配置两台轨温传感器，每个咽喉区一台。以下行咽喉为例，轨温传感器安装于距离信号楼最近的道岔岔底，该传感器采集钢轨温度，通过控制柜上传至车站控制终端。车站控制终端根据该传感器采集的数值来判断是否对下行咽喉的所有道岔进行加热。
4.3关于电气控制柜
电气控制柜安装位置可分为室内和室外。当全站的电气控制柜集中安装于车站机械室内时，加热的动力电源可集中供给电气控制柜。电气控制柜输出动力电源通过电力电缆送至加热现场的隔离变压器。其优点是便于电力供电，也便于操作和维修。缺点是控制柜距离隔离变压器太远，需耗费大量的电力电缆。因此室内安装方式只适用于站场道岔较少的车站，其供电方式应采用电力贯通线三相供电方式。
当电气控制柜分散安装于需加热的道岔现场时，动力电源分别送至各控制柜，控制柜的输出动力电源通过电力电缆送至各隔离变压器。由于控制柜距离隔离变压器近，因此其优点是节省大量电力电缆，缺点是由于控制柜分散露天安装，对控制柜的防护等级要求较高，且不便于维护。因此室外安装方式适用于站场道岔较多的的车站，其供电方式可采用电力贯通线三相供电方式，或者电气控制柜附近的接触网经过变压后供电给控制柜使用。
每个控制柜输出设有12个分支回路。每个控制柜总输出功率和每个分支回路输出功率都是有限的，应根据道岔类型和布局确定控制柜位置及电缆走向。由于受道岔布局限制，控制柜供电回路可能出现空闲回路。每个回路为单相， 1、4、7、10回路使用A相电, 2、5、8、11回路使用B相电, 3、6、9、12使用C相电，加热元件应尽可能均衡地分配在三相上，以使三相电流尽可能均衡。
4.4关于隔离变压器
隔离变压器具体型号分为A型和B型。A型是指其二次側为单线圈，B型是指其二资侧为双线圈。安装于道岔岔尖部位两侧基本轨的加热条应连接至隔离变压器二次侧的不同线圈。这样可以实现供电电源、各组道岔加热元件以及每组道岔不同轨道间的电气隔离，保证轨道电路正常工作和人身安全。
在寒冷地区和严寒地区，相同类型道岔配置的加热条数量及功率是不同的。在寒冷地区，加热条电缆一般可全部直接连接至隔离变压器输出端子。在严寒地区，大号码道岔需要配备更多的加热条，如果隔离变压器孔径太细不足以让全部加热条进入其孔内时，可采取外扩分向盒的办法。一部分加热条电缆连接至分向盒，再通过一根电缆连接至隔离变压器的输出端子。
将某个道岔的所有隔离变压器的一次侧电缆由远及近（根据隔离变压器与电气控制柜的距离）串联起来，通过一根电缆连接至控制柜二次侧输出端子，可极大地节省电力电缆的长度，从而节省工程造价。
4.5关于施工组织
由于道岔融雪系统电缆数量较多，因此道岔融雪系统电缆埋设应与其他信号工程施工同步进行，避免后续工程施工时挖断已实施工程电缆。
5．存在的不足
目前RD1电加热道岔融雪系统正处于试验推广阶段，尚没有形成一套定型化的标准配置。因此应尽快确定该系统在寒冷地区、严寒地区等不同地区道岔融雪系统的结构组成，以及加强不同地区各种类型道岔配置的加热条的结构造型、数量及功率配置、安装方式等标准化建设，以利于标准化生产，标准化施工，标准化维护。
另外，电加热道岔融雪系统运行时电力需求巨大，特别是在严寒地区，配置的加热条数量多，功率大，在大站会带来电力扩容等问题，同时对使用部门的成本预算管理带来压力。建议进一步优化加热功率配置。
注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看
关键词：道岔融雪；发展现状；电加热；RD1
1．引言
道岔是铁路运输设备重要的组成部分。大雪降温天气会使铁路道岔积雪结冰，发生冻结，直接造成尖轨的端部和基本轨不密贴，影响车站列车接发和调车作业，造成铁路运输晚点、停运，甚至发生人身及行车安全事故。
我国铁路传统的除雪方法是人工清扫道岔部分的积雪，但这种方法效率极低，而且随着列车运行速度的提高，行车密度的加大，容易发生危及人身安全的事故。因此，为了改善人工扫雪的繁重劳动状况，保证行车安全畅通，研究运用新型道岔融雪设备势在必行。
2．国内外道岔融雪设备的发展现状
2.1国外道岔融雪设备
国外道岔融雪系统起步比较早，技术已趋于成熟，普遍采用的道岔融雪方式主要有：电热式、红外线加热式、燃气加热式、热风式、压缩空气式、喷灯加热式、温水喷射式、温水循环式和洒水式等。其中应用最多、最广的是电加热方式。
德国WOLFF（沃尔夫）公司生产的道岔电加热融雪系统广泛应用于德国、奥地利、瑞士等阿尔卑斯山区及西班牙的高原地区。我国青藏铁路就引进了该系统。
荷兰PINTSCH ABEN公司生产的道岔加热系统广泛应用于俄罗斯、德国、荷兰等12个国家和地区。目前该公司在我国道岔加热领域内还没有实质性的业务开展。
上述两个公司融雪设备从功能、原理等方面都基本类似。通过钢轨温度、空气温度及湿度、积雪3个传感器采集的信号，自动控制道岔加热系统的工作，并可通过光缆实现远程集中监控，动态监测环境温度及湿度、铁轨温度、降雪状态和加热融雪系统的工作状态等参数，适应现代铁路高速、安全、高度自动化等要求。
2.2国内道岔融雪设备
国内在铁路道岔融雪设备的开发和应用起步较晚，到20世纪90年代，冬季道岔除雪基本是靠人工清扫的方式，在人员投入和管理成本上消耗巨大。1996年开始，国内一些企业就开始考虑利用融雪设备进行除雪，并开始了融雪设备的研制。
国内设备厂家吸取国际同行的经验教训，并结合国内铁路设备的现状，经过多年的对比研究试验得出结论：“电加热道岔融雪系统更适合在国内铁路上使用”。
目前，国内电加热道岔融雪系统常见的有两种，一种是沈阳铁路局吉林科学技术研究所研制的“道岔电热除雪装置”，另一种是中国铁路通信信号集团公司基础设备事业部（北京电铁通电务技术开发中心）研制的“RD1型电加热道岔融雪系统”。
“道岔电热除雪装置”，于1999年12月通过了铁道部组织的技术鉴定，并已在北方多雪地区推广使用。该装置由融雪滑床板组合件和除雪功能控制装置组合件两大部分组成，通过电加热管加热道岔前部的几对滑床板使其达到一定温度，从而实现融雪目的。其缺点主要体现在，第一是在滑床板上安装加热元件，使得加热源呈点状分布，加热不均匀，当外界气温较低时，融雪效果不理想；第二由于该装置采用人工开启方式，缺少自动及远程控制功能；第三设备无故障诊断功能，可靠性相对较低。
“RD1型电加热道岔融雪系统”，于2007年7月通过了铁路部组织的技术审查。RD1型电加热道岔融雪系统通过电加热条加热道岔岔尖基本轨和可动心轨，使其达到一定温度，实现融雪目的，其融雪效果較好。并且该系统具有远程监视、远程控制、故障报警等功能，基本适应了中国铁路安全高效的要求，因此该系统广泛应用于新建的高等级铁路线路上，如京津城际、京沪高铁等。本文主要介绍这种融雪系统。
3．RD1型电加热道岔融雪系统简介
3.1系统组成
电加热道岔融雪系统的构成框图如图1所示，由远程控制终端、车站控制终端、电气控制柜、隔离变压器、电加热元件及固定卡具、气象站、轨温传感器等组成。
图1 道岔融雪系统构成框图
3.1.1 远程控制终端
在调度中心安装远程控制终端，利用铁路专用信息通道与各站控制终端通信，实现对全线各站的融雪设备进行集中监控。
3.1.2 车站控制终端
每站设车站控制终端1套，对该车站的所有电气控制柜及其加热电路进行实时监控。同时在车站控制终端设备上配有应急操作盘，可用于自动控制系统故障时甩开自动控制，人工启停该站的融雪设备，以保证融雪设备在自动控制系统故障情况下能正常工作。
3.1.3 电气控制柜
电气控制柜根据安装的位置不同分为室内和室外两种。根据供电方式的不同，电气控制柜在内部结构上又可分为三相控制柜和单相控制柜。
一个控制柜设有12个分支回路，能控制多组道岔的加热。控制柜设有控制模式转换开关，可分别设定自动、手动和闭锁模式。
3.1.4 气象站
每个车站配置一个气象站，用来检测该站的雨雪、环境温度和湿度信息，实时上传给电气控制柜，作为控制系统判断道岔是否加热的一个重要依据。
3.1.5 轨温传感器
轨温传感器安装在加热道岔的轨底，用来实时检测加热道岔的温升情况。
3.1.6 隔离变压器
基于轨道电路和人身安全的考虑，在电加热道岔融雪系统的加热电路中设立隔离变压器。根据供电方式的不同，隔离变压器分为三相隔离变压器和单相隔离变压器。
3.1.7 电加热元件
电加热元件是道岔融雪系统的关键件，它安装在道岔的基本轨部分、可动心轨部分和外锁闭部分，用于对道岔加热除雪。为适应不同安装位置要求，电加热元件有多种规格。在形状上有直型和L型等规格，且加热条长度也有各种规格。
3.2系统工作原理
正常情况下，系统为自动工作模式，传感器采集到降雪信息和钢轨温度信息后，将信息传送到电气控制柜，电气控制柜把采集到的信息与系统预先设定的“门限”值（根据当地气温设定）进行比较。当低于系统所设定的“门限”值时，系统将自动启动预设的加热方案，对需要加热的道岔进行加热，当加热到符合停止加热的条件时，系统将自动切断加热电路。本地控制终端将把所在车站的详细检测信息实时传输给远程控制终端，远程控制终端可以实现对各车站融雪设备的实时监测和控制。
当自动控制系统由于故障失效时，可通过车站控制终端的应急操作盘人工启停该站的融雪设备，或者通过现场各个控制柜人工启停该控制柜的各个支路。
4．RD1型电加热道岔融雪系统在具体工程实施中的注意事项
4.1关于系统组成
道岔融雪系统组成部分中，远程控制终端、车站控制终端、气象站均为可选部分。在具体工程实施中，应根据铁路线路的级别、车站的数量规模以及业主的要求等来配置道岔融雪系统。比如，如果线路级别较低，车站数量少、规模小，可以取消远程控制终端配置。如果一个线路所只有一组或者两组道岔，现场只配置了一台控制柜，甚至可以不必配备车站控制终端，直接对该控制柜人工操作来启停融雪系统。
4.2关于轨温传感器
在融雪系统中，每台控制柜可以配置一台轨温传感器，每台控制柜根据自身配备的轨温传感器所采集的钢轨温度来判断是否进行加热。一个车站也可以只配置两台轨温传感器，每个咽喉区一台。以下行咽喉为例，轨温传感器安装于距离信号楼最近的道岔岔底，该传感器采集钢轨温度，通过控制柜上传至车站控制终端。车站控制终端根据该传感器采集的数值来判断是否对下行咽喉的所有道岔进行加热。
4.3关于电气控制柜
电气控制柜安装位置可分为室内和室外。当全站的电气控制柜集中安装于车站机械室内时，加热的动力电源可集中供给电气控制柜。电气控制柜输出动力电源通过电力电缆送至加热现场的隔离变压器。其优点是便于电力供电，也便于操作和维修。缺点是控制柜距离隔离变压器太远，需耗费大量的电力电缆。因此室内安装方式只适用于站场道岔较少的车站，其供电方式应采用电力贯通线三相供电方式。
当电气控制柜分散安装于需加热的道岔现场时，动力电源分别送至各控制柜，控制柜的输出动力电源通过电力电缆送至各隔离变压器。由于控制柜距离隔离变压器近，因此其优点是节省大量电力电缆，缺点是由于控制柜分散露天安装，对控制柜的防护等级要求较高，且不便于维护。因此室外安装方式适用于站场道岔较多的的车站，其供电方式可采用电力贯通线三相供电方式，或者电气控制柜附近的接触网经过变压后供电给控制柜使用。
每个控制柜输出设有12个分支回路。每个控制柜总输出功率和每个分支回路输出功率都是有限的，应根据道岔类型和布局确定控制柜位置及电缆走向。由于受道岔布局限制，控制柜供电回路可能出现空闲回路。每个回路为单相， 1、4、7、10回路使用A相电, 2、5、8、11回路使用B相电, 3、6、9、12使用C相电，加热元件应尽可能均衡地分配在三相上，以使三相电流尽可能均衡。
4.4关于隔离变压器
隔离变压器具体型号分为A型和B型。A型是指其二次側为单线圈，B型是指其二资侧为双线圈。安装于道岔岔尖部位两侧基本轨的加热条应连接至隔离变压器二次侧的不同线圈。这样可以实现供电电源、各组道岔加热元件以及每组道岔不同轨道间的电气隔离，保证轨道电路正常工作和人身安全。
在寒冷地区和严寒地区，相同类型道岔配置的加热条数量及功率是不同的。在寒冷地区，加热条电缆一般可全部直接连接至隔离变压器输出端子。在严寒地区，大号码道岔需要配备更多的加热条，如果隔离变压器孔径太细不足以让全部加热条进入其孔内时，可采取外扩分向盒的办法。一部分加热条电缆连接至分向盒，再通过一根电缆连接至隔离变压器的输出端子。
将某个道岔的所有隔离变压器的一次侧电缆由远及近（根据隔离变压器与电气控制柜的距离）串联起来，通过一根电缆连接至控制柜二次侧输出端子，可极大地节省电力电缆的长度，从而节省工程造价。
4.5关于施工组织
由于道岔融雪系统电缆数量较多，因此道岔融雪系统电缆埋设应与其他信号工程施工同步进行，避免后续工程施工时挖断已实施工程电缆。
5．存在的不足
目前RD1电加热道岔融雪系统正处于试验推广阶段，尚没有形成一套定型化的标准配置。因此应尽快确定该系统在寒冷地区、严寒地区等不同地区道岔融雪系统的结构组成，以及加强不同地区各种类型道岔配置的加热条的结构造型、数量及功率配置、安装方式等标准化建设，以利于标准化生产，标准化施工，标准化维护。
另外，电加热道岔融雪系统运行时电力需求巨大，特别是在严寒地区，配置的加热条数量多，功率大，在大站会带来电力扩容等问题，同时对使用部门的成本预算管理带来压力。建议进一步优化加热功率配置。
注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看