道岔融雪设计

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摘要：随着地铁建设的飞速发展，地铁线路列车发车密度也不断提高，岔区安全变得尤为重要。北京冬季积雪天气对岔区影响直接关系到列车正点率以及行车安全，道岔融雪系统的应运而生及时高效的解决了此问题。15号线是北京地铁首例引入道岔融雪设备的工程，有效的节约了人力资源，实现道岔融雪的全自动化控制，适应于现代轨道交通高速、安全和自动化的要求。

关键词：道岔、道岔融雪设备、地铁

中图分类号：U213.6 文献标识码：A 文章编号：

0、引言

地铁道岔是地铁线路的重要组成部分，是影响行车安全的关键部件。我国北方冬季降雪天气极易造成地铁道岔区域安全隐患，如积雪或冰冻可造成基本轨与尖轨不能密贴、尖轨冻结、基本轨与尖轨啮合冻结，导致道岔无法正常动作，危及行车安全。

传统的地铁道岔区清雪工作主要以人工铲除和清扫为主，但该做法费工耗时、效率低、不安全，同时影响车速及行车间隔。因此，如何高效、安全的解决岔区积雪结冰问题尤为重要。运营单位对道岔除雪措施以及人性化操作提出强烈需求。

15号线作为北京地铁首例引入道岔融雪设备的工程项目，为地铁线路的岔区融雪除冰提供了新颖的解决方案，也为后续其他地铁项目相关设计奠定了基础。

1、道岔融雪系统设计原则

为确保列车安全、平稳、舒适和准点运行，根据北京市市政府要求，经过现场调研和多次论证，确定率先选择在15号线以下露天道岔区段加装融雪装置：

1）正线高架及地面线折返线、常用道岔区段；

2）车辆段及停车场咽喉道岔、进出段常用道岔。

根据以上设计原则，在北京地铁15号线一期工程的高架车站后沙峪站北侧、马泉营车辆段、俸伯停车场三处共23组道岔处安装道岔融雪系统。

2、道岔融雪系统设计

（1）系统组成

15号线道岔融雪设备主要由远程监控计算机终端、电气控制柜、隔离变压器、接线盒、轨温传感器、雪传感器和道岔加热元件及其配套的电缆和信息通道等构成。

（2）系统功能

道岔电加热融雪系统具备自动控制功能、手动控制功能、监测功能，可以适合不同环境和不同的使用需求。所有室外控制柜和对应的车站控制室组成监控网络。

自动控制功能

系统自动检测环境条件，下雪时融雪设备系统能自动启动加热功能。当雪停、道岔处积雪融化后能自动停止加热。

当系统处于自动模式工作状态时，系统通过雪传感器及铁轨温度传感器采集到降雪信息和铁轨温度信息后，将信息传送到电气控制柜，控制柜把采集到的信息与系统预先设定“门限”值进行比较，当低于系统所设定的“门限”值时，系统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条件时，系统自动停止加热。

操作者可以在自己权限下对系统进行各种操作，例如控制各加热回路开关、参数设定和改变、系统各种参数和工作状态的监测。

在后沙峪车站综控室、车辆段综合楼、停车场综合楼设置控制终端，能实现各种远程操作。控制终端采用壁挂箱结构，使用19寸触摸式液晶显示器、嵌入式工控机及实时操作系统来实现自动控制功能。

该设备系统共设置三套融雪装置控制终端：第一套控制终端位于后沙峪车站综控室，第二套控制终端位于车辆段综合楼控制室，第三套控制终端位于停车场综合楼控制室。每套控制终端独立设置，三套控制终端之间无数据传输和控制要求。

当自动系统出现故障后需要转到手动控制功能时，系统立即发出声光报警，提醒值班员。声光报警可人工投入或撤销。

手动控制功能

操作者可以将系统切换到手动加热模式，手动启动或关闭加热系统，包括启动或关闭任意一组道岔加热。一般情况下该功能在软件系统出现故障的情况下启用。操作者可以在融雪装置控制终端实现远程加热功能，也可以在室外就地控制柜上强行打开或关闭整个系统，必要时还能对任意回路进行开关控制，以利于维修人员检修。

监测功能

降雪状态及传感器工作状态监测；

供电电源的电压、频率监测；

总消耗功率、电流监测；

各道岔加热回路消耗功率监测；

各回路接触器的工作状态监测。

系统优先级

在现场将控制柜设置为本地手动状态，在车站只能查询运行数据和报警信息，远程加热控制此时失效（本地控制优先于远程控制）；非手动状态时，可通过远程控制进行状态转换。

5）其他功能

A自动温度控制功能

加热后控制柜对铁轨温度进行测试，当达到设定温度后自动停止加热，低于设定温度后自动启动加热，以此避免电力的浪费和高温造成的设备提前老化。

B过流、漏电保护功能

控制柜设置了漏电保护开关和过流保护开关，在设备发生故障时可以对设备本身和工作人员进行保护，以免造成更大的损失。

关键部件采用了漏电保护器、变压器保护器和防雷设计，同时对加热及用电设备进行电流和电压的监控，当发生突变时，系统自动切断电源，防止电路起火及烧坏器件，保护设备和人身安全。

C系统扩展功能可根据用户的特殊要求，在控制系统中预留备用回路。本次融雪工程共安装4台室外机柜（马泉营设置2台），每台机柜均预留了2个回路。例如后沙峪站，有6组道岔需要安装融雪设备，控制系统按8组道岔（实用6组、预留2组）进行设计和控制。

D远程设置与修改控制柜参数功能

在车站终端应能设置或修改各种参数（如下雪、雪停门限值等）。

（3）工作原理

道岔融雪系统是根据就地设置的气象站实时监控，通过控制端自动判断，实现全自动化道岔融雪控制。从而有效地节约人力资源，提高了工作效率、确保行车安全，是地铁车辆安全运营很好的辅助设施。

降雪时，系统进入加热状态的情况。雪在传感器的表面融化成水，传感器检测到模拟量变化，将数据发送给主控制模块，并且将温度和湿度数据发送给主控制模块，主控制模块根据用户设置的温度门限值判断下雪状态温度是否满足融雪条件，如果满足则进入加热状态。

不下雪时系统进入加热状态的情况。当环境温度较低，空气湿度很大时，有些地方可能会出现钢轨结霜或者冻雨现象，此时，道岔也需要加热。用户可根据当地的实际情况设置启动加热的温湿度门限，系统将根据门限自动进入加热状态。加热过程，轨温保持恒定温度。当系统进入加热过程，轨温传感器将钢轨温度的实时数据发送给主控制模块，主控制模块根据用户设置接通或断开加热回路，使钢轨维持在可以融雪的温度范围，以达到节能效果。

设计降雪结束后系统延时加热功能。降雪结束后钢轨上的积雪不会立刻融化，设置停雪后的加热延时时间，系统可以自动判断并且按照设置的延时时间进行延时加热。雪停后检测钢轨上积雪。雪停后系统进入停止加热状态，当钢轨上传感器检测到有雪时，重新进入加热状态，按照设定的延时时间进行延时加热。

道岔融雪系统电气防护。道岔融雪的电加热元件安装于道岔的尖轨处，可以防止对轨道电路的干扰；融雪设备电路均采用隔离变压器进行隔离，从而确保安全。

此设计方案力求在国际领先水平下保证安全可靠。该设备系统使用的道岔融雪设备是采用被国际上认可的新技术——电加热方式，在基本轨轨腰安装直型加热元件方案，此方式安装简便，对工务养护作业基本无影响。道岔融雪设备加热元件采用U型固定，通过防松螺母和储能弹簧固定，安装在尖轨和基本轨啮合后的缝隙处，经现场试验对尖轨和基本轨啮合无影响。

该设备系统设计所采用的道岔融雪设备除加热条材料以外均为我国自主研发生产的产品。

3、结束语

作为北京地铁首例引入道岔融雪设备的工程，15号线有效的节约了人力资源，实现道岔融雪的全自动化控制，适应于现代轨道交通高速、安全和自动化的要求。

该设备系统于2011年10月底在北京地铁15号线安装调试完成并投入应用，经两个冬季考验，发现其系统运转稳定可靠，操控方便，融雪效果明显。23组道岔均未发现异常，未发生因冰雪引发的行车事故。

道岔融雪设备是北京轨道交通道岔融雪领域引入的新技术，其设计起到里程碑作用，为道岔结冰积雪处理提供了最新的、有效的处理方案，为其他线路建设提供了范例，有效节约了运营管理成本，化解了困扰运营单位多年的冰雪季运营维护难题，实现了地铁道岔除雪除冰全自动化，有效化解了北京地铁在冰雪季节由于天气因素而无法保证客运密度的难题。通过在15号线的工作检验，目前该套设备已经在北京市其他新建地铁线路设计上进行了推广。

参考文献

[1] 樊福军.科技创新导报：浅谈地铁道岔融雪系统和施工. 科技创新导报编辑部，2012 N.34

[2] 李炎锋 胡世阳 武海琴 李俊梅 侯隆澍.北京工业大学学报：发热电缆用于路面融雪化冰的模型. 北京工业大学，2008年12期

作者：申樟虹

职称：工程师

单位：北京市市政工程设计研究总院