简谈融雪系统增加功率模块的优势

齐雪梅

（西安铁路信号有限责任公司，西安 710100）

道岔融雪系统是保证道岔设备正常转换的辅助加热装置，是铁路道岔转换设备的基本组成之一，是目前国内经过中国国家铁路集团有限公司审核，允许上道使用的电加热道岔融雪系统。虽然电加热道岔融雪系统的使用方便了铁路扫雪工作，保障了高速铁路的正常运营，但是能源消耗比较大，箱式变压器的供电能力常常不能满足加热负载的需求，导致设备在使用期间箱变跳闸保护，不能实现融雪效果，耽误行车，迫使用户不得不对既有道岔融雪系统进行补强。受到既有道岔融雪系统的隔离变压器容量及电力容量不足等因素限制，补强过程面临改造工程投资大、施工周期长且施工难度极大的局面。道岔融雪功率模块主要解决用户在电加热道岔融雪系统使用过程中提出的箱变功率不足的问题，保证负载的最大容量在箱变供电的允许范围内，系统正常运行。

1 电加热道岔融雪系统

电加热道岔融雪系统是通过热辐射或热传导的方式使道岔上的积雪融化以达到除雪目的的道岔除雪设备。整个系统正常运转的基础部件包含电气控制柜、隔离变压器及电加热元件，三者的工作原理如图1所示。

1.1 控制柜

控制柜为融雪系统的核心部分，采用智能模块化结构设计：一方面能够通过对两相AC 380 V电压的控制实现对道岔加热系统的自动启动和关闭操作。另一方面通过测量回路的实际电流值Q与标称电流值P进行比较，实现对电加热元件工作状态的监控。

1.2 隔离变压器

隔离变压器通过两个二次侧线圈的结构设计，使分别安装在岔区不同位置的电加热元件能够同时加热起到融雪效果，又可以有效防止融雪设备对轨道电路的干扰。

1.3 电加热元件

电加热元件包括加热板、加热条以及锁闭框作为热力来源，安装在岔区的不同位置，依据不同类型道岔的结构，按照长度和功率大小分为多种型号，可以按照现场不同的需求进行配置。

1.4 融雪系统的工作原理

由电力部门的箱变提供三相AC 380 V交流电给控制柜，控制柜分相后将AC 380 V输送给隔离变压器，由隔离变压器将AC 380 V转换为两个副线圈的AC 220 V供给安装在岔区的多根电加热元件进行加热，实现融雪效果。

控制柜输出的每路AC 380 V为1个回路，通过控制安装于回路中接触器的吸合与断开来实现对回路的控制。每个控制柜提前对本柜的多个回路设定固定不变的标称电流值P，同时通过电压电流采集模块（CVS模块）监控多个回路实时变化的实际电流值Q，并由控制柜内的数据处理单元（PCU模块）对P、Q的背离值进行计算。若计算出来的背离值在预设范围内，则认定加热系统处于正常工作状态。反之则认定加热系统出现故障，同时发出故障报警。

2 功率模块的原理

功率模块安装于隔离变压器中，系统结构主要包括电源供电单元和功率分配单元，具体原理框如图2所示。电源供电单元对从隔离变压器输出的AC220V经分压、变压、整流、滤波后，给功率模块提供工作电源，功率分配单元实现变压器对加热条分时供电，保证系统总功率需求在箱变供电范围内。其中可控硅单元A1控制负载加热元件A，可控硅单元A2控制负载加热元件B，可控硅单元B1控制负载加热元件C，可控硅单元B2控制负载加热元件D。4个可控硅单元A1、A2、B1、B2通过软件来实现A1、B1同时导通/断开，A2、B2同时导通/断开，来实现对4个回路的导通与断开，进而控制电加热元件A、B、C、D的工作状态。

3 功率模块的主要创新点

功率模块首次在融雪系统中采用分时加热的方式，分时段间隔加热保证隔离变压器带载能力，以解决现场电力不足的问题，在不增加箱变电力容量的情况下隔离变压器尽可能多的增加带载量。功率模块的研制填补了现有铁路融雪系统隔离变压器负载调节的空白。

功率模块选用ARM控制芯片，采用融雪系统末端控制技术，根据可控硅电气性能优良、控制速度快的特点, 首次在融雪系统中采用固态继电器进行加热控制。

此功率模块设计采用电磁兼容技术，对电源供电单元、控制单元、功率输出单元进行有效隔离，保证功率模块在隔离变压器强磁场环境中也能可靠工作。

4 融雪系统增加功率模块的优势

对比既有融雪系统添加功率模块前后的变化，可以得出融雪系统增加功率模块有如下优势。

融雪系统未添加功率模块时，单个回路内的所有电加热元件总功率不能超过变压器的额定功率，例如8 KB型的隔离变压器负载电加热元件总功率最大为8 kW；增加功率模块后，单个回路内的所有电加热元件总功率得到扩大，8 KB型的隔离变压器负载电加热元件总功率最大为16 kW。

融雪系统未添加功率模块时，单个回路内的所有电加热元件均处于同一状态（即同时开启加热或同时停止加热）；添加功率模块后，单个回路内的所有电加热元件依据分时加热分为两部分，两部分交替加热。

融雪系统未添加功率模块时，单个回路内的所有电加热元件均正常工作时，回路实时电流值为一个常态数值；添加功率模块后，单个回路内的所有电加热元件均正常工作时，受分时加热状态的影响分为两部分，回路实时电流值为两个常态数值。

功率模块安装于隔离变压器中，能够融合到既有融雪系统中，解决了补强过程中改造工程投资大、施工周期长且施工难度极大的局面。

5 结语

随着铁路系统的飞速发展，结合既有融雪系统的电力情况，融雪系统增加功率模块后能增大负载加热元件的总功率。与既有设备改造工程相比较，具有易操作、投资小、施工周期短等优点。