高速鐵路接觸網(wǎng)預(yù)防覆冰技術(shù)分析

孫希鋒　中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司調(diào)度所

2018年1月4 日，上海局集團(tuán)公司管內(nèi)安徽、江蘇地區(qū)普降大雪，氣溫較低，接觸網(wǎng)出現(xiàn)覆冰現(xiàn)象，造成京滬高鐵、滬寧城際鐵路部分動(dòng)車(chē)組自動(dòng)降弓，大量動(dòng)車(chē)組晚點(diǎn)。1月4日、5日管內(nèi)因降雪停運(yùn)旅客列車(chē)627列、其中動(dòng)車(chē)組列車(chē)391列，給運(yùn)輸秩序造成極大影響。

1 接觸網(wǎng)覆冰成因

接觸網(wǎng)覆冰首先是由氣象條件決定，由于氣溫、空氣濕度、風(fēng)速的共同作用，在接觸線線索表面凍結(jié)而成冰（霜），冰霜積聚過(guò)多，對(duì)接觸網(wǎng)粘附、包裹，就形成了接觸網(wǎng)覆冰。

2 接觸網(wǎng)覆冰危害

接觸網(wǎng)覆冰后在風(fēng)的作用下舞動(dòng)快、幅度大，弓網(wǎng)運(yùn)行關(guān)系發(fā)生改變，對(duì)電力機(jī)車(chē)和動(dòng)車(chē)組正常運(yùn)行造成影響。從機(jī)械角度講，覆冰后接觸線出現(xiàn)下垂、冰墜，導(dǎo)致接觸線硬點(diǎn)增多，電力機(jī)車(chē)受電弓機(jī)械磨耗增大，造成碳滑板磨損，甚至斷裂的弓網(wǎng)故障。從電氣角度講，由于被覆冰包裹，接觸線與受電弓接觸面減小，導(dǎo)致受電弓取流不暢，影響列車(chē)運(yùn)行速度。覆冰嚴(yán)重時(shí)受電弓和接觸線脫離，弓網(wǎng)間產(chǎn)生較大的電弧甚至燃弧，導(dǎo)致受電弓碳滑板嚴(yán)重?zé)齻?，也可能?huì)燒斷接觸線，此時(shí)必須進(jìn)行扣車(chē)、封鎖停電處理，嚴(yán)重?cái)_亂正常運(yùn)輸秩序，因此必須采取相應(yīng)措施，減少覆冰影響。

3 接觸網(wǎng)覆冰處置辦法

目前國(guó)內(nèi)接觸網(wǎng)覆冰主要有兩種處置辦法：

（1）接觸網(wǎng)導(dǎo)線局部或大面積覆冰較嚴(yán)重時(shí)，采用接觸網(wǎng)打冰桿、作業(yè)車(chē)打冰等模式進(jìn)行帶電或停電除冰。

（2）接觸導(dǎo)線覆冰厚度在允許值時(shí)，開(kāi)行電力機(jī)車(chē)牽引的列車(chē)以及動(dòng)車(chē)組列車(chē)前，采用安裝有銅基粉末冶金滑板受電弓的電力機(jī)車(chē)，對(duì)接觸網(wǎng)導(dǎo)線進(jìn)行機(jī)械除冰。

以上兩種方法均是在接觸網(wǎng)發(fā)生敷冰情況后的處置方法，處置效率低、耽誤時(shí)間長(zhǎng)，將對(duì)列車(chē)運(yùn)行秩序造成嚴(yán)重影響。所以我們應(yīng)該思考如何在覆冰前采取措施，防患于未然，預(yù)防和減少覆冰的出現(xiàn)。

4 高速鐵路接觸網(wǎng)覆冰的預(yù)防

4.1 利用夜間天窗點(diǎn)，組織熱備動(dòng)車(chē)組往返開(kāi)行

高速鐵路天窗點(diǎn)均在夜間且時(shí)間較長(zhǎng)，為防止接觸網(wǎng)冰雪惡劣天氣下持續(xù)無(wú)負(fù)荷運(yùn)行而出現(xiàn)覆冰的現(xiàn)象，相關(guān)單位根據(jù)天氣預(yù)報(bào)和現(xiàn)場(chǎng)情況，及時(shí)報(bào)告運(yùn)輸指揮部門(mén)，組織熱備動(dòng)車(chē)組往返開(kāi)行，預(yù)防接觸網(wǎng)覆冰。

以1月4日安徽、江蘇北部地區(qū)普降大雪為例，上海局集團(tuán)公司組織對(duì)該范圍內(nèi)合蚌高鐵、合福高鐵、京滬高鐵、滬蓉城際等高鐵線路，組織動(dòng)車(chē)組往返開(kāi)行。因天氣預(yù)報(bào)鎮(zhèn)江地區(qū)雪量較小，所以未組織對(duì)京滬高鐵南京南至上海虹橋間、滬寧城際鐵路開(kāi)行熱備動(dòng)車(chē)組。

查看1月4日列車(chē)運(yùn)行圖（圖3、圖4），京滬高鐵G2、G6次運(yùn)行至鎮(zhèn)江南站至秦淮河線路所間自動(dòng)降弓停車(chē)，滬寧城際 G7029次、G7271次（圖1）、G7049次（圖2）、G7268次運(yùn)行至鎮(zhèn)江至南京間自動(dòng)降弓停車(chē)。

圖1 G7271次鎮(zhèn)江至南京間自動(dòng)降弓停車(chē)

圖2 G7049次鎮(zhèn)江至南京間自動(dòng)降弓停車(chē)

通過(guò)分析，上述自動(dòng)降弓均發(fā)生在1月4日凌晨未開(kāi)行熱備動(dòng)車(chē)組的區(qū)段，而降雪量較大的地區(qū)因組織熱備動(dòng)車(chē)組往返開(kāi)行，并未發(fā)生自動(dòng)降弓停車(chē)。所以組織熱備動(dòng)車(chē)組往返開(kāi)行是預(yù)防接觸網(wǎng)覆冰比較有效的措施。

4.2 合理調(diào)整運(yùn)行秩序，動(dòng)車(chē)組有序運(yùn)行

圖3 1月4日滬寧城際列車(chē)運(yùn)行圖

圖4 1月4日京滬高鐵列車(chē)運(yùn)行圖

通過(guò)運(yùn)行圖（圖3、圖4）可以看出，自動(dòng)降弓的6趟動(dòng)車(chē)組，距前一趟動(dòng)車(chē)組均有較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，在同時(shí)間段內(nèi)，均長(zhǎng)于其它動(dòng)車(chē)組的行車(chē)間隔。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的分析：暴雪天氣加之氣溫驟降導(dǎo)致行車(chē)間隙期間接觸網(wǎng)再次覆冰，動(dòng)車(chē)組在高速運(yùn)行過(guò)程中，受電弓與接觸網(wǎng)覆冰產(chǎn)生不規(guī)則摩擦致使受電弓損傷碳滑板位移，從而導(dǎo)致受電弓降弓停車(chē)。

所以為避免行車(chē)間隙期間接觸網(wǎng)再次覆冰，要求行車(chē)組織部門(mén)合理規(guī)劃運(yùn)行圖，動(dòng)車(chē)組開(kāi)行間隔不能相差太大，保證動(dòng)車(chē)組均勻通過(guò)。

4.3 采用新技術(shù)、新方法預(yù)防

4.3.1 接觸網(wǎng)在線電流融冰技術(shù)

電流融冰法是在輸電線路導(dǎo)線中接通電流，利用導(dǎo)線的焦耳效應(yīng)產(chǎn)生的熱量對(duì)導(dǎo)線表面的覆冰進(jìn)行熱融化除冰。經(jīng)過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)際調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，如果輸電線路廣泛采用的短路融冰應(yīng)用在接觸網(wǎng)上，就必須斷開(kāi)負(fù)荷，電力機(jī)車(chē)、動(dòng)車(chē)組停運(yùn)，動(dòng)車(chē)組一旦停運(yùn)影響較大，所以研究不影響電力列車(chē)、動(dòng)車(chē)組正常運(yùn)行的接觸網(wǎng)在線防冰技術(shù)才具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前有基于靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)的電氣化鐵路接觸網(wǎng)在線防冰技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)SVG，增大接觸線電流，防止接觸線結(jié)冰。在上海局集團(tuán)公司滬杭線海寧變電所進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，通過(guò)在變電所和分區(qū)所設(shè)置的SVG，控制接觸網(wǎng)上的電流實(shí)現(xiàn)在線防冰，不僅不影響列車(chē)運(yùn)行，還能保證供電電壓穩(wěn)定（圖5）。

圖5 接觸網(wǎng)在線防冰原理電路

當(dāng)接觸線溫度傳感器輸出的溫度值小于等于冰點(diǎn)時(shí)，投入靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)，能夠在接觸網(wǎng)不停電、動(dòng)車(chē)組正常運(yùn)行情況下，進(jìn)行在線高效防冰，使接觸網(wǎng)在凍雨及冰雪等極端災(zāi)害天氣情況下不結(jié)冰。

4.3.2 憎水性涂料用于接觸網(wǎng)線路防冰

中國(guó)鐵道科學(xué)研究院的研究表明在具有納米管結(jié)構(gòu)的接觸線上涂覆R-2180涂料后，接觸線表面的覆冰速率明顯下降，覆冰量顯著降低，覆冰量較裸接觸線降低近40%，顯示了良好的防覆冰性。還有的是利用三氯丙烯乙二醇、甘油和異丙醇鈦鹽等聚合制備一種聚合物，在大氣條件下該聚合物自動(dòng)釋放三氯丙烯乙二醇和甘油，有利于過(guò)冷水滴在凍結(jié)前自由滑落。憎水性涂料可以利用機(jī)械設(shè)備向接觸線涂抹，該方法操作簡(jiǎn)單，在無(wú)機(jī)械設(shè)備涂抹的情況下，可通過(guò)人工涂抹，成本較低?？梢愿鶕?jù)天氣預(yù)報(bào)可能結(jié)冰時(shí)利用接觸網(wǎng)停電天窗時(shí)間，提前進(jìn)行涂抹，預(yù)防接觸網(wǎng)覆冰。

綜上所述，筆者認(rèn)為在采取人工除冰、電力機(jī)車(chē)（動(dòng)車(chē)組）帶負(fù)荷運(yùn)行除冰的基礎(chǔ)上，應(yīng)該把接觸網(wǎng)覆冰的預(yù)防工作提前做好，利用夜間天窗點(diǎn)，組織熱備動(dòng)車(chē)組往返開(kāi)行，在列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，合理調(diào)整運(yùn)行秩序，縮小列車(chē)運(yùn)行間隙，減少覆冰產(chǎn)生。同時(shí)還需要鐵路及科研部門(mén)共同努力，對(duì)接觸網(wǎng)憎水性涂料、接觸網(wǎng)在線防冰等新技術(shù)、新方法進(jìn)行研發(fā)、試驗(yàn)，盡快投入使用，保證高速鐵路運(yùn)行安全。

[1]李群湛，郭蕾.電氣化鐵路接觸網(wǎng)在線防冰技術(shù)研究.鐵道學(xué)報(bào).2013-10.

[2]鄔江峰.淺析接觸網(wǎng)覆冰的危害及對(duì)策.水利與水電.2014-06.

[3]張晨云.接觸線表面防覆冰涂層的性能研究.中國(guó)鐵路，2015-03.