武帥

【摘要】 隨著現(xiàn)代化科技的快速發(fā)展，我國的電氣化鐵路建設(shè)也實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。當(dāng)前，鐵路部門非常重視電氣化鐵路安全運(yùn)行的問題。我國電氣化鐵路接觸網(wǎng)時(shí)常發(fā)生覆冰事故，這對(duì)迅速發(fā)展的電氣化鐵路造成十分惡劣的影響，特別是寒冷的冬季，接觸網(wǎng)就非常容易形成覆冰。本文將結(jié)合遂渝鐵路覆冰事件來探討接觸網(wǎng)覆冰對(duì)鐵路所產(chǎn)生的危害，并且通過存在的具體問題分析應(yīng)對(duì)的融冰方法，以期通過本文的論述能夠?yàn)槲覈姎饣F路建設(shè)提供參考和借鑒。

【關(guān)鍵詞】 電氣化鐵路；遂渝鐵路；覆冰；融冰方法

1.接觸網(wǎng)覆冰產(chǎn)生的危害

1.1列車無法正常取流運(yùn)行

在寒冷的冬季，當(dāng)鐵路在很長時(shí)間內(nèi)沒有列車通過時(shí)，接觸線則很容易被覆冰所包圍，這樣可能導(dǎo)致受電弓難以取流，對(duì)列車正常運(yùn)行造成威脅。例如，在2008年1月份，遂渝鐵路在潼南、合川至石子山等站發(fā)生了多起接觸線覆冰的事件，致使行駛列車難以正常取流運(yùn)行，從而導(dǎo)致春運(yùn)乘客滯留事件的發(fā)生。在2012年2月22日，遂渝鐵路遇到了有史以來以來最大范圍、最大強(qiáng)度的降水過程，途徑路段的氣溫迅速降低，從而引發(fā)很多路段接觸網(wǎng)及受電弓覆冰，最終發(fā)生多起列車無法正常取流運(yùn)行的事故。

1.2降低接觸網(wǎng)的安全可靠性

（1）接觸網(wǎng)覆冰之后，接觸網(wǎng)設(shè)備不僅要承受自身的重量，還要承受覆冰所帶來的壓力。而且，電氣化鐵路所處的環(huán)境非常惡劣，在勁風(fēng)的作用下，大大增加了接觸網(wǎng)的承受負(fù)荷。當(dāng)接觸網(wǎng)所承受的荷載超過設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，接觸網(wǎng)很可能會(huì)因?yàn)閷?dǎo)線張力過大而斷線，從而威脅列車的安全行駛。

（2）絕緣子冰閃。在寒冷的冬天，接觸網(wǎng)絕緣子表面往往會(huì)大面積結(jié)冰，覆冰區(qū)域主要集中在迎風(fēng)面上的絕緣子，覆冰的厚度可達(dá)10 -15毫米。當(dāng)結(jié)冰區(qū)域的小冰粒與空氣中的灰塵相結(jié)合時(shí)，這些覆冰就會(huì)形成導(dǎo)電體，從而引起接觸網(wǎng)閃絡(luò)放電，造成接觸網(wǎng)短路，甚至損害接觸網(wǎng)電氣設(shè)備，影響列車正常通行。

（3）接觸網(wǎng)覆冰同時(shí)能夠引發(fā)受電弓在接觸受流時(shí)的導(dǎo)電性能大為下降，從而引發(fā)接觸網(wǎng)產(chǎn)生電弧，最終灼傷受電弓以及接觸線。

1.3影響弓網(wǎng)受流質(zhì)量

接觸線波動(dòng)在傳播過程的速度是設(shè)計(jì)接觸網(wǎng)主要考慮的參數(shù)之一，此參數(shù)關(guān)系到列車在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中的速度能否達(dá)到所期望的目標(biāo)值。在理論上，接觸線波動(dòng)傳播速度的平方與其在正常工作時(shí)的張力成正比例關(guān)系，而同接觸網(wǎng)的線密度成反比例關(guān)系。當(dāng)電氣化鐵路接觸網(wǎng)產(chǎn)生覆冰的時(shí)候，接觸網(wǎng)的線密度增加而接觸網(wǎng)的工作張力沒有改變，在這種情況下，接觸線波動(dòng)的傳播速度會(huì)降低，弓網(wǎng)受流質(zhì)量會(huì)因此而產(chǎn)生影響。而且，由于接觸網(wǎng)覆冰的區(qū)域并不均勻，接觸線在個(gè)別區(qū)域集中增加了承載負(fù)荷，威脅接觸網(wǎng)的安全性，在嚴(yán)重時(shí)接觸網(wǎng)會(huì)發(fā)生打弓事故。一般來說，接觸網(wǎng)波動(dòng)傳播速度越高，覆冰對(duì)弓網(wǎng)受流質(zhì)量影響也就相應(yīng)越大。

在過去，人們通常采用機(jī)械除冰法，即人工敲擊接觸網(wǎng)，使接觸網(wǎng)受迫震動(dòng)，覆冰因而掉落。但這種除冰方法的效果不是十分理想，并且可能會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)線路造成一定的破壞。當(dāng)前，人們已研究出很多種電氣化鐵路接觸網(wǎng)除冰的方法。但是，國內(nèi)外發(fā)展成熟且能夠大規(guī)模的應(yīng)用到接觸線除冰和融冰的方法卻很少。接下來，本文將探討以下兩種有效的除冰方法。 2.基于焦?fàn)栯姛嵝?yīng)的熱融冰方法

這種方法的工作原理是人們?cè)诟脖佑|線中施加電壓，進(jìn)而在線路中產(chǎn)生電流，從而利用導(dǎo)線輸電電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)來融化接觸線表面的覆冰。這種方法因傳輸電流的不同又可以分為交流電流融冰方法以及直流電流融冰方法。由于接觸網(wǎng)通電方便、快捷，電熱融冰方法是一種行之有效的一類除冰方式。接觸網(wǎng)熱效應(yīng)除冰的數(shù)學(xué)表示式為：

Ec一—導(dǎo)線加熱所需要的熱能

E0一—覆冰加熱所需要的熱能

Efg一—覆冰融化所需要的熱能

R一—接觸線電阻阻值

I一—接觸線電流值

Ps一—接觸線吸收的太陽能

Pr一—接觸線熱輻射損失量

Pc一—接觸線熱對(duì)流損失量

2.1交流短路融冰法

交流短路融冰的原理即是利用導(dǎo)線在短路時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)部電流會(huì)大大增加，進(jìn)而產(chǎn)生大量的熱，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)融冰。在實(shí)際的操作過程中，工作人員需要提前斷開覆冰接觸網(wǎng)線路，然后打開列車牽引供電所供電線路隔離開關(guān)，在接觸線上、下兩行接觸線之間連接上交流電源，交流電源采用較低電壓，形成較大短路電流來加熱覆冰導(dǎo)線，從而融化接觸網(wǎng)覆冰。

2.2直流短路融冰

直流短路融冰的方法同交流短路法相類似，這種方法的關(guān)鍵在于融冰電源。直流融冰電源需要具有較高的穩(wěn)定性且容易控制。我們根據(jù)電流融冰的原理容易知道，接觸網(wǎng)融冰時(shí)需要將很大的電流通過接觸線。直流短路融冰時(shí)，供電電源一般采用整流橋并聯(lián)的形式，這是為了確保供電電源的安全。目前，直流電流經(jīng)常用發(fā)電機(jī)或者勵(lì)磁設(shè)備，然后采取零起升流辦法來完成，也可以由系統(tǒng)電源經(jīng)可控硅整流后提供。直流融冰的特點(diǎn)在于不受接觸線距離的限制，而且，直流電源本身的容量也容易實(shí)現(xiàn)，在我國則普遍采用可控硅整流與SVC技術(shù)相結(jié)合的方法，這種方法不但能夠提高經(jīng)濟(jì)效率，而且可以節(jié)約融冰成本。

3.基于高頻脈沖的除冰方法

3.1高頻高壓激勵(lì)除冰法

高頻高壓激勵(lì)除冰的方法是在覆冰導(dǎo)線區(qū)域外施加高頻激勵(lì)電流，將覆冰轉(zhuǎn)化成為有損的電介質(zhì)，從而使覆冰內(nèi)部產(chǎn)生熱量。同時(shí)，激勵(lì)電流也能夠使接觸線產(chǎn)生集膚效應(yīng)，使電流在覆冰導(dǎo)線的外表面進(jìn)行流通，導(dǎo)線電阻出現(xiàn)損耗發(fā)熱，從而使覆冰融化。應(yīng)用過程中，工作人員需要在覆冰的線路上選擇恰當(dāng)?shù)奈恢脕戆惭b高頻高壓激勵(lì)裝置，并且在覆冰線路的兩端安裝吸收器，這樣便能夠控制激勵(lì)的范圍。隨著激勵(lì)頻率的不斷加大，覆冰的介質(zhì)損耗也相應(yīng)增加，產(chǎn)生的熱量便可使接觸網(wǎng)的覆冰融化。

3.2電脈沖除冰方法

電脈沖除冰的方法是采用電容器組向線圈供電。線圈通常置于接觸線附近，從而引起線圈產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，使得接觸線上產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)時(shí)間短、幅值較高的機(jī)械力，覆冰會(huì)在機(jī)械力作用下破裂，從接觸網(wǎng)上脫落。這種除冰法是基于麥克斯韋電磁定律，即變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)會(huì)對(duì)輸電導(dǎo)線產(chǎn)生電磁力，當(dāng)這種電磁力為脈動(dòng)電磁力時(shí)，接觸線會(huì)震動(dòng)，使覆冰掉落，達(dá)到除冰效果。

結(jié)論

通過對(duì)比我們可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)機(jī)械除冰方法效率不高，而且可能會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)線路造成損傷。而大的電流融冰方法雖然效率高，但是會(huì)消耗較大的電能，且操作不便。交流、直流短路融冰則必須先短時(shí)間內(nèi)切斷接觸網(wǎng)的正常輸電，這種方法在實(shí)際中普遍采用，但是融冰時(shí)間如果控制不好可能會(huì)損傷接觸線。高頻激勵(lì)融冰則會(huì)產(chǎn)生高頻的電磁波，從而干擾正常通信；電脈沖除冰的方法則可在不斷電的情況下開展融冰工作，目前，遂渝鐵路也由過去的機(jī)械除冰法向高頻脈沖除冰法轉(zhuǎn)變，相信在不久的將來，接觸網(wǎng)覆冰問題會(huì)得到妥善的解決。

參考文獻(xiàn)

[1]胡毅.電網(wǎng)大面積冰災(zāi)分析及對(duì)策探討[J].高電壓技術(shù)，2014，4（2）：215-219.

[2]于萬聚.高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)[M]. 西南交通大學(xué)出版社，2012，65-67

[3]常浩，石巖，殷威揚(yáng).交直流線路融冰技術(shù)研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2014，3（7）：75-78.

[4]范松海.接觸線短路電流融冰過程模型研究[J].重慶：重慶大學(xué)，2012.

[5]文閻成.高壓長線路短路法融冰可行性探討[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，33（2）：55-58.