山區(qū)電氣化鐵路接觸網(wǎng)防融冰關(guān)鍵技術(shù)研究

王龍

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京102600）

0 引言

對(duì)山區(qū)電氣化鐵路的建設(shè)實(shí)踐進(jìn)行分析可知鐵路穿梭于綿延山林之間，存在比較多的埡口、風(fēng)道以及迎風(fēng)坡等，在空氣濕度比較大的地區(qū)，夜晚非常容易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。在覆冰嚴(yán)重的時(shí)候鐵路干線的運(yùn)行穩(wěn)定與安全均會(huì)受到影響，為保證鐵路安全與穩(wěn)定，必須要對(duì)接觸網(wǎng)的防融冰關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析與利用。在目前的山區(qū)電氣化鐵路接觸網(wǎng)防融冰實(shí)踐中，主要的手段有兩種：第一種采用設(shè)計(jì)手段達(dá)到防融冰目標(biāo)，具體包括的覆冰荷載、導(dǎo)線防護(hù)以及設(shè)備的選型等，但這方面的技術(shù)利用均不夠成熟。第二種利用人工、機(jī)械方式實(shí)施除冰。在兩種技術(shù)方案的綜合分析基礎(chǔ)上結(jié)合國(guó)內(nèi)外的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)對(duì)接觸網(wǎng)防融冰的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，這對(duì)于實(shí)踐工作開展有重要價(jià)值。

1 接觸網(wǎng)防融冰現(xiàn)狀總結(jié)

對(duì)位于西南山區(qū)特別是穿越云貴高原等地區(qū)的滬昆、渝貴、內(nèi)六等鐵路線路運(yùn)行進(jìn)行總結(jié)時(shí)發(fā)現(xiàn)歷年都存在不同程度的接觸網(wǎng)覆冰情況，其中2008年、2018年等年份出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的接觸網(wǎng)覆冰病害。就記載資料來看，覆冰厚度達(dá)到了20mm，甚至是30mm，此種情況引發(fā)了比較嚴(yán)重的弓網(wǎng)故障，導(dǎo)致列車的正常運(yùn)營(yíng)受到了影響。對(duì)出現(xiàn)故障的鐵路進(jìn)行分析，其接觸網(wǎng)防融冰的現(xiàn)狀表現(xiàn)為：一是設(shè)計(jì)方面，主要從覆冰荷載、導(dǎo)線防護(hù)、設(shè)備選型等方面進(jìn)行了防冰設(shè)計(jì)。就整體設(shè)計(jì)而言，接觸網(wǎng)融冰設(shè)計(jì)的成熟性不高。二是運(yùn)營(yíng)方面，主要采用人工和機(jī)械兩種除冰方案，未設(shè)置專用的接觸網(wǎng)融冰設(shè)施。

2 接觸網(wǎng)防融冰關(guān)鍵技術(shù)

2.1 邊界條件設(shè)計(jì)

邊界條件設(shè)計(jì)具體指的是基于讓融冰的具體需要對(duì)邊界條件進(jìn)行界定并做科學(xué)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行電氣化鐵路以及輸電線路等防融冰設(shè)計(jì)的時(shí)候需要對(duì)覆冰重現(xiàn)期、覆冰厚度、冰區(qū)劃分等設(shè)計(jì)邊界條件進(jìn)行規(guī)定。在進(jìn)行邊界設(shè)計(jì)的時(shí)候需要強(qiáng)調(diào)如下幾點(diǎn)：一是關(guān)于接觸網(wǎng)覆冰重現(xiàn)期?；谘鼐€鐵路最近的記錄年限，要做不少于25年的覆冰資料計(jì)算，同時(shí)要結(jié)合既有的電氣化鐵路或者是輸電線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)做具體內(nèi)容的設(shè)計(jì)[1]。二是就電氣化鐵路冰區(qū)的具體劃分來看，需要基于《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10621—2014)的具體規(guī)定，將覆冰厚度大于10mm 的區(qū)域界定為嚴(yán)重覆冰地區(qū)。三是關(guān)于電氣化鐵路覆冰資料的收集以及冰區(qū)的劃分。在目前的實(shí)際問題處理中，應(yīng)基于歷史覆冰以及分布而具體情況，結(jié)合電網(wǎng)冰區(qū)的分布圖進(jìn)行準(zhǔn)確界定。與此同時(shí)要加快在電氣化鐵路沿線接觸網(wǎng)覆冰在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，并逐步推進(jìn)冰雪在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的累積以及分析，以此繪制出更加精準(zhǔn)的電氣化鐵路各區(qū)域的冰區(qū)分布圖。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)源的分析以及應(yīng)對(duì)措施的制定

基于冰雪災(zāi)害對(duì)接觸網(wǎng)設(shè)施的不良影響對(duì)接觸網(wǎng)防融冰設(shè)計(jì)中的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行分析與強(qiáng)調(diào)，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源做分析設(shè)計(jì)及調(diào)整，能更好地為制定防融冰方案提供思路。就具體的工作分析來看，其主要分為如下幾方面內(nèi)容：其一，冰區(qū)的劃分以及設(shè)計(jì)覆冰厚度方面。在冰區(qū)劃分方面，主要的風(fēng)險(xiǎn)源有冰區(qū)劃分的手段不夠、經(jīng)驗(yàn)不足或資料較少等，面對(duì)此風(fēng)險(xiǎn)源，主要的措施是收集氣象資料積極地開展冰雪觀測(cè)工程，同時(shí)結(jié)合氣象資料與沿線鐵路的地形地貌等做差異化的防融冰設(shè)計(jì)[2]。其二，弓網(wǎng)取流方面。就弓網(wǎng)取流方面的風(fēng)險(xiǎn)源分析來看，主要有弓網(wǎng)受流、受電弓、電力機(jī)車等幾個(gè)方面，就具體的風(fēng)險(xiǎn)源規(guī)避來看，需要強(qiáng)調(diào)覆冰監(jiān)測(cè)，同時(shí)需要重視電力機(jī)車的設(shè)備抗冰擊能力增強(qiáng)。受電弓自身的處理也需要加強(qiáng)。其三，過負(fù)載方面。此方面的風(fēng)險(xiǎn)源主要來自電氣方面以及結(jié)構(gòu)方面，在實(shí)踐中需要對(duì)電氣設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。其四，絕緣子覆冰網(wǎng)絡(luò)方面。這方面的風(fēng)險(xiǎn)源主要是絕緣子在覆冰的情況下會(huì)出現(xiàn)性能下降等問題，要有效地解決此問題，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中需要強(qiáng)調(diào)安全冗余度的考慮，還需要對(duì)絕緣的距離進(jìn)行加大。其五，導(dǎo)線覆冰舞動(dòng)方面。這部分的風(fēng)險(xiǎn)源主要來自不均勻覆冰，要解決此問題，應(yīng)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐中的導(dǎo)線保護(hù)。其六，附件設(shè)施融冰對(duì)接觸網(wǎng)存在著顯著的影響，比如隧道口、沿線附近樹木等結(jié)冰會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)產(chǎn)生顯著的影響，為了規(guī)避此影響，在設(shè)計(jì)中需做好相應(yīng)的設(shè)施優(yōu)化，有效規(guī)避相應(yīng)問題的發(fā)生。

2.3 接觸網(wǎng)防融冰設(shè)計(jì)思路

對(duì)電氣化鐵路接觸網(wǎng)防融冰設(shè)計(jì)時(shí)遵循“五字方針”，即避、抗、融、防和改。就避冰而言，具體是在接觸網(wǎng)供電線路規(guī)劃的過程中盡量避開重冰區(qū)，這樣，覆冰對(duì)接觸網(wǎng)的影響會(huì)減弱[3]。就抗冰而言，指在沒有辦法避開的嚴(yán)重冰覆蓋地區(qū)，基于覆冰的具體情況采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施，增強(qiáng)接觸網(wǎng)的抗冰能力，有效控制覆冰對(duì)接觸網(wǎng)的不利影響。就除融冰來講，具體指的是在嚴(yán)重覆冰的地區(qū)，在經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性比較之后設(shè)置接觸網(wǎng)融冰裝置等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)融冰。

2.4 接觸網(wǎng)防融冰關(guān)鍵技術(shù)方案

在綜合分析的基礎(chǔ)上對(duì)接觸網(wǎng)防融冰關(guān)鍵技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化。就實(shí)踐總結(jié)來看，技術(shù)方案主要包括如下內(nèi)容：其一，覆冰資料的收集以及冰區(qū)的劃分。冰區(qū)劃分是接觸網(wǎng)防融冰技術(shù)利用的重要參考內(nèi)容，需要對(duì)冰區(qū)的劃分進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，保證冰區(qū)劃分的詳細(xì)、準(zhǔn)確。其二，系統(tǒng)設(shè)計(jì)。就系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，其主要包括三部分內(nèi)容，具體的是冰雪工況下的高速鐵路弓網(wǎng)模型、接觸網(wǎng)懸掛參數(shù)；線索、設(shè)備以及構(gòu)建等冰雪結(jié)構(gòu)的荷載情況；線索在冰雪荷載的工況動(dòng)態(tài)變化下引起的結(jié)構(gòu)荷載以及電氣絕緣要求等。其三，關(guān)鍵設(shè)備。在接觸網(wǎng)的防融冰設(shè)計(jì)中應(yīng)尤其重視關(guān)鍵設(shè)備，如絕緣子、線索上加裝的護(hù)線條、防舞動(dòng)鞭等。其四，接口設(shè)計(jì)。通過合理布置實(shí)現(xiàn)冰柱、冰樁等的規(guī)避。在上述四項(xiàng)內(nèi)容的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，監(jiān)測(cè)裝置、融冰裝置以及工器具等均是需要在方案中需要明確的內(nèi)容。

3 基于山區(qū)電氣化鐵路接觸網(wǎng)防融冰關(guān)鍵技術(shù)的總結(jié)與反思

山區(qū)電氣化鐵路接觸網(wǎng)防融冰關(guān)鍵技術(shù)的研究和利用對(duì)山區(qū)電氣化鐵路的穩(wěn)定運(yùn)行和安全運(yùn)行具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合我國(guó)目前西南地區(qū)的電氣化鐵路建設(shè)和運(yùn)行做分析，西南山區(qū)電氣化鐵路建設(shè)工作和鐵路運(yùn)行維護(hù)工作的難度要大于平原地區(qū)，主要原因便是山區(qū)的氣候條件更加的復(fù)雜，鐵路的建設(shè)和運(yùn)行影響因素更加多樣。基于此，針對(duì)各方面影響因素對(duì)技術(shù)做創(chuàng)新與分析，并做技術(shù)的總結(jié)與討論，這對(duì)于提高技術(shù)實(shí)用效果，發(fā)揮技術(shù)價(jià)值有突出的現(xiàn)實(shí)意義。在目前的西南山區(qū)，要開展電氣化鐵路建設(shè)或者是運(yùn)行的相關(guān)工作，需要強(qiáng)調(diào)如下內(nèi)容。

第一，需要積極做好地域探查，掌握更多的資料。就此次的分析來看，之所以要討論山區(qū)電氣化鐵路接觸網(wǎng)防融冰關(guān)鍵技術(shù)，主要是因?yàn)樯絽^(qū)的氣候條件更加的復(fù)雜，在部分問題的處理方面，技術(shù)要求更高，因此必須要對(duì)技術(shù)做更加充分的討論。要研究適用于西南山區(qū)的技術(shù)，必須要對(duì)西南山區(qū)的地理環(huán)境做全面的分析，如分析地質(zhì)構(gòu)造，要掌握地質(zhì)活動(dòng)資料，對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y料進(jìn)行分析，比如氣溫、降水以及氣候?yàn)?zāi)害等。掌握的資料越全面，基于資料開發(fā)的技術(shù)便越具有優(yōu)越性，可解決更多的問題，而技術(shù)本身的全面性、有效性等會(huì)顯著提升。

第二，需要強(qiáng)調(diào)技術(shù)總結(jié)，正確認(rèn)知技術(shù)壁壘等內(nèi)容。結(jié)合技術(shù)的實(shí)際利用做分析發(fā)現(xiàn)從技術(shù)產(chǎn)生到技術(shù)應(yīng)用，再到技術(shù)成熟，其需要經(jīng)歷一個(gè)完整的過程，而這個(gè)過程中，不可缺少的一項(xiàng)工作便是技術(shù)總結(jié)。以山區(qū)電氣化鐵路接觸網(wǎng)防融冰關(guān)鍵技術(shù)研究為例，接觸網(wǎng)防融冰技術(shù)在產(chǎn)生之后進(jìn)行應(yīng)用會(huì)發(fā)現(xiàn)該技術(shù)的應(yīng)用存在某些缺陷，比如技術(shù)在某些區(qū)域內(nèi)的應(yīng)用效果不理想。通過總結(jié)與分析發(fā)現(xiàn)了技術(shù)利用區(qū)域的差異，這會(huì)使技術(shù)的完善方向更加的清晰，而且在確定了方向之后，技術(shù)壁壘的打破也會(huì)有更加強(qiáng)烈的動(dòng)力，這于技術(shù)進(jìn)步來講是非常重要的?？傊瑢?duì)技術(shù)發(fā)展過程中的評(píng)價(jià)工作進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，不斷總結(jié)技術(shù)存在的問題，并強(qiáng)調(diào)技術(shù)優(yōu)化方向，這于技術(shù)長(zhǎng)足發(fā)展有顯著意義。

第三，需要關(guān)注技術(shù)發(fā)展與優(yōu)化，不斷提升技術(shù)利用效果。在技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用過程中，不斷強(qiáng)調(diào)技術(shù)的優(yōu)化，同時(shí)討論技術(shù)的利用效果也有顯著價(jià)值。技術(shù)的利用是為了解決某方面問題的，比如接觸網(wǎng)防融冰技術(shù)的利用主要是為了解決接觸網(wǎng)覆冰問題，對(duì)技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行總結(jié)，掌握技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際情況，并在實(shí)際情況分析的基礎(chǔ)上對(duì)技術(shù)效用的發(fā)揮做分析，這樣，技術(shù)優(yōu)勢(shì)、技術(shù)缺陷等會(huì)更加的一目了然。在推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的過程中，不斷地做技術(shù)應(yīng)用效果分析，并不斷討論影響技術(shù)效果的具體因素，同時(shí)強(qiáng)調(diào)影響因素的改變和優(yōu)化，這樣，技術(shù)實(shí)效所產(chǎn)生的價(jià)值更加突出。

4 結(jié)語

山區(qū)電氣化鐵路的建設(shè)能夠有效地加強(qiáng)山區(qū)與平原地區(qū)的聯(lián)系，這對(duì)于山區(qū)發(fā)展是有積極意義的。受地形條件和氣候條件的影響，在山區(qū)的部分位置，電氣化鐵路接觸網(wǎng)容易出現(xiàn)覆冰問題，尤其是在晚上，該問題會(huì)影響電氣化鐵路的運(yùn)行穩(wěn)定與安全。因此，在結(jié)合國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)山區(qū)電氣化鐵路防融冰關(guān)鍵技術(shù)做分析與討論，這于工作實(shí)踐而言意義顯著。