浅谈高原地区接触网覆冰机理及其在线防冰方法

【摘 要】接触网是电气化铁路牵引网的重要组成部分，接触网覆冰是一种严寒天气时所产生的自然现象，尤其在高原地区，该现象尤为突出。若接触网大面积形成覆冰，直接影响电气化铁路的安全运行。因此，本文提出一种基于SVG的在线防冰方法，研究其设计思路及可采用方法，望对即将开展在线防冰工作提供借鉴。

【关键词】高原地区；接触网；覆冰机理；再线防冰

近几年来，伴随着我国电气化铁路的不断发展，一些较大规模的客运高速及货运重载铁路线路延伸到高海拔、高寒地区，此类区域昼夜温差大，极易发生覆冰现象，将导致列车无法运行、降低接触网的可靠性及安全性、影响弓网的收流质量，使得接触网在线防冰迫在眉睫。同时，如何确保列车或货运重载车在此区域运行的安全已受到各界人士重视，引起广泛关注。

1 接触网覆冰机理及危害

通常情况，覆冰状态主要是由气候条件造成的，其中温度、空气中液态水含量及风向、风速是重要因素。当空气中有足够的液态水时，同时受到较大风速影响，使空气中的液态水受冷，与接触网相接触，加上温度低于0℃，极易使小水滴冷固，进而在接触网上形成一层厚厚的覆冰。从这一角度来看，接触网覆冰是一种物理现象，一方面是流体力学的过程，主要是因为捕获气体中过度冷却的水滴进而发生的现象；另一方面也是热力学的过程。液态过冷却水滴释放热量而固化的物理现象。其覆冰的厚度及密度与覆冰表面碰撞过程及热平衡过程有较大关系。因此，高原地区接触网覆冰在很大程度上由于海拔高、温度低且温差大而导致的。

最为常见的覆冰类型有雨凇、湿雪、混合淞及粒状雾凇等，其中危害最大的就是雨凇，通常由冻雨而形成，与接触网表面有着极强附着力，并不易脱落，影响时间较长。覆冰造成危害：首先，影响列车正常通行。如：2008年春运期间，发生的雪灾，导致多处地段发生接触网覆冰现象，使大多数列车取消车次。其次，降低接触网的安全性。由于在风的作用下，基础网设备在承受覆冰自身荷载的同时，还承受风面积大导致的最大风荷载，极易增加导线张力，破坏支持装置。此外，高原地区多风雪天气，绝缘子表面容易出现结冰现象，导致短路，引起闪路放电及接触网跳闸现象，进而影响列车通行。最后，降低弓网的收流质量。接触线波动传播速度直接影响弓网运行速度，若接触网发生覆冰时，在工作张力不变的条件下，输电线路的密度得到提高，从而减少了接触线的波动传播速度，影响弓网收流质量。

2 接触网在线防冰方法的可行性

为了有效确保列车通行安全，使电气化铁路得到安全稳定运营，众多学者纷纷提出接触网防冰方法，主要有人工除冰、接触电加热、涂抹防冻剂及电力机车受电弓带负荷运行除冰等，但仍没有固定的防冰方法。为此，本文综合文献资料，研究一种基于SVG（Scalable Vector Graphics）接触网的在线防冰方法。

2.1 在线防冰技术思路。要想实现接触网在线防冰则应坚持以下几条原则：首先，确保接触网各个部分的电压在允许范围内；其次，采用在任意区间都不会结冰的电流；再次，防冰电流时应保证各个部分所消耗的电能应在经济能力范围内；最后，在进行防冰时不影响列车的正常通行。采用SVG在线防冰能够吸收感性无功及其发出感性无功特征，可实现在接触网上产生较大电流，但不影响正常供电，其在线融冰过程如下图1所示。当前，我国电气化铁路中应用最为广泛的供电系统主要有直供牵引供电及以AT牵引供电系统。因此，对该两种供电系统的再线防冰进行探究。

图1 SVG接触网在线防冰基本过程

2.2 直供牵引供电的在线防冰。对于该系统的再线防冰原理为：将静止无功发生装置安装在牵引变电所两相供电臂的首端及其末端，根据牵引供电原理，接触线进而构成闭合环路，调节其中一条线路进而确保线路电力超过临界防冰电流，使接触网的温度保持在0℃以上，防止结冰，也能够确保接触线处于正常的供电状态。此外，在确保供电电压的条件下，就能对末端进行调节，确保线路上的电流控制在可取值范围内，使防冰作用发挥到最大。

2.3 AT牵引供电的在线防冰。AT牵引供电的在线防冰跟直供牵引供电的在线防冰相似，同样将静止无功发生装置安装在牵引变电所两相供电臂的首端及其末端，并分别记为SVG1、SVG2；SVG3、SVG4.其原理图如下图2所示。由于AT变压器的作用，使得系统中电流分布较为复杂。因此，应根据实际情况进行对防冰电流分布进行分析，进而采取相应的方法。

图2 AT牵引供电的在线防冰原理

3 结束语

由于高原地区在自然环境上具有劣势，接触网覆冰现象尤其常见，对机车运行造成不便。当前，在防冰策略上也投入大量人力、物力，尽管取得一定成效，但防冰效率相对较低。本文提出一种SVG的在线防冰方法，该方法操作相对较简单，且能过有效确保铁路供电线路的正常运行，具有极强的操作性及可行性。

参考文献：

[1] 邵全东.接触网覆冰除冰方法分析与探讨[J].金田，2012，（1）：381-382.

[2] 甄磊.浅析接触网覆冰现象的危害以及应对措施[J].电气化铁道，2011，（3）：30-32.