接觸網覆冰機理與在線防冰方法的分析

薄士杰 張璇

摘 要：我國交通運輸事業(yè)的高速發(fā)展，促進了電氣化鐵路項目的開發(fā)與應用?；陔姎饣F路項目建設與發(fā)展，電氣化鐵路在我國眾多地區(qū)得到廣泛應用，進一步促進了我國交通運輸事業(yè)的發(fā)展。接觸網作為電氣化鐵路牽引體系中不可或缺的存在，在電氣化鐵路運行過程中，其覆冰危害愈發(fā)明顯。在當今高度重視交通運輸安全與穩(wěn)定的基礎上，關于接觸網防冰的研究得到人們越來越多的關注。本文通過分析接觸網覆冰機理及其危害，對接觸網的防冰方法進行研究，以期有效降低接觸網覆冰概率，提升電氣化鐵路運行品質與安全性能。

關鍵詞：接觸網覆冰機理 在線防冰 電氣化鐵路

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0061-02

在電氣化鐵路項目運行過程中，受自然環(huán)境的影響，包括氣候特征、地形特征等，易出現運行故障。而接觸網覆冰則是西部地區(qū)電氣化鐵路存在的較為常見的問題。因此，為保證鐵路車輛運行的穩(wěn)定與安全，降低接觸網覆冰影響，認知接觸網覆冰機理與危害，并采用行之有效措施進行改進具有重要現實意義，值得我們進討論與研究。

1 接觸網覆冰機理及其存在的危害

資料分析與實踐調查顯示：接觸網覆冰現象的產生與其所在地區(qū)的氣候條件（包括溫度、風速、空氣液態(tài)水含量等）存在密切關聯性[1]。即，當接觸網所在地區(qū)溫度達到零下攝氏度，空氣中所蘊含的液態(tài)水將出現凝固現象，并附著在接觸網線路表面，從而出現接觸網覆冰現象。由此可知，接觸網覆冰在一定程度上屬于物理問題，涉及流體力學與人力學相關知識。即，接觸網在風的作用下實現對空氣中液態(tài)水的捕捉，并基于穩(wěn)定作用的影響，實現液態(tài)水熱量的釋放，將液態(tài)水轉換為固態(tài)冰。通常情況下，接觸網覆冰的密度、厚度指標與接觸網覆冰熱平衡、表面捕獲水平等存在一定影響。因此，在溫度較低或晝夜溫差較大的地區(qū)，極易發(fā)生接觸網覆冰問題。

通常情況下，濕雪、雨凇、混合淞、粒狀霧凇等是較為常見的幾種接觸網覆冰形態(tài)。實踐證明，由于雨凇的依附性較強，往往覆冰時間相對較長且不容易脫落。因此，在接觸網中雨凇覆冰的危害性要高于其他幾種類型覆冰危害性[2]。同時，接觸網覆冰將在一定程度上降低車輛運輸的安全性與穩(wěn)定性。例如，在寒冷地區(qū)的大風天氣下，在風的作用下接觸網絡線路以及相關設備的負荷量將大幅度提升，從而對導線以及支撐設備產生不利影響。與此同時，接觸網覆冰對導線絕緣子表面產生侵蝕，引發(fā)線路短路出現接觸網跳閘斷電問題，從而對車輛的安全運行產生不利影響。此外，接觸網覆冰會在一定程度上提升輸電線路密，而輸電線路密度的提升會影響接觸線的波動傳播速度，進而對接觸網弓網收流產生不利影響。

2 接觸網在線防冰的方法

2.1 接觸網在線防冰方法應用的準則

關于接觸網防冰的方法有許多，如加熱防冰、防冰劑涂抹、在線防冰等。其中在線防冰是近年來興起的一種全新的防冰方式。實踐證明，在線防冰技術的應用對接觸網覆冰問題的改善與處理具有較好效果，可在一定程度上進行推廣。為保證在線防冰作用的充分發(fā)揮，提升其實用性。需保證在線防冰技術應用對以下幾種要求的滿足：第一，實現對電壓的有效控制，保證接觸網各階段電壓等級的統一與確定；第二，實現對電流的有效控制，將電流控制在接觸網結冰范圍電流外；第三，注重經濟性原則的嚴格遵守，保證在實施在線防冰時，接觸網各部分線路對電能的損耗在可控范圍內；其四，保證在進行在線防冰操作時，不會對電氣化鐵路列車運行質量與安全產生消極影響[3]。

2.2 基于SVG接觸網的在線防冰方法

基于上述要求，可采用SVG（Scalable Vector Graphics，靜止無功發(fā)生器）電氣化鐵路接觸網防冰技術進行實踐操作。實踐研究發(fā)現，接觸網的臨界防冰電流（接觸網不發(fā)生覆冰現象時的最小電流），除了與環(huán)境溫度、風量與風速存在密切關聯性，同時與太陽輻射量等其他因素應存在一定的相關性。因此，在應應用SVG接觸網在線防冰技術時，應對各種影響因素進行綜合分析，并在此基礎上設計在線防冰方案（圖1）。

通常情況下SVG接觸網主要由DN供電系統與AT牽引供電系統作為主要供電系統進行在線防冰。其中，DN供電系統又被稱之為“直供加回流線供電系統”，采用DN供電系統進行供電，可在一定程度上降低相鄰通信線路對接觸網線路產生的干擾。與此同時，該供電方法的實際應用相對簡便，通過在與接觸網等高的位置增設一條不與回流線電流方向相一致的外側回流線，即可在保證供電接觸網正常運行的同時，實現接觸網溫度的有效控制，起到防冰的作用。

而AT牽引供電系統的應用則是指，將靜止無功發(fā)生器（SVG1、SVG2、SVG3、SVG4）安裝在電氣化鐵路牽引變電所的兩相供電臂兩端，并通過布置一定的電壓互感器、濕度傳感器、風速測量器等裝置形成環(huán)境監(jiān)測與控制單元，其中靜止無功發(fā)生裝置的控制端需要與電壓互感器的輸出端以及環(huán)境監(jiān)測單元與控制單元進行連接。因此，當環(huán)境監(jiān)測單元顯示溫度高于接觸網覆冰冰點時，該系統進行無功補償工作，當環(huán)境監(jiān)測單元顯示溫度低于接觸網覆冰冰點時，系統遠動裝置將發(fā)出防冰指令，使系統進入到接觸網防冰工作中，用以避免接觸網出現覆冰現象。

3 結語

總而言之，接觸網覆冰問題是潮濕地區(qū)、寒冷地區(qū)電氣化鐵路應用的常見故障，對車輛運行的穩(wěn)定與安全具有直接影響作用。因此，為實現電氣化鐵路作用的最大化發(fā)揮，通過實施有效的防冰方法進行改善與處理已成為鐵路交通行業(yè)現代化建設與發(fā)展的必然趨勢。本文旨在通過對接觸網覆冰機理與防冰方法的研究，豐富相關理論研究體系，為促進鐵路事業(yè)優(yōu)化發(fā)展奠定基礎。

參考文獻

[1] 郭蕾，李群湛，高曉杰.電氣化鐵路接觸網在線防冰電流的決策及控制[J].鐵道學報，2015，37（10）：42-47.

[2] 郭蕾，高曉杰，李群湛.AT供電系統接觸網在線防冰電流的決策與控制[J].西南交通大學學報，2014，49（6）：1045-1051.

[3] 趙慧鵬.基于接觸網覆冰機理及其防冰方法研究[J].科技資訊，2014，12（13）：123-124.