浅析电气化铁路接触网除冰方法

龙源期刊网浅析电气化铁路接触网除冰方法作者：武帅来源：《建筑工程技术与设计》2015年第05期【摘要】随着现代化科技的快速发展，我国的电气化铁路建设也实现了跨越式发展。当前，铁路部门非常重视电气化铁路安全运行的问题。我国电气化铁路接触网时常发生覆冰事故，这对迅速发展的电气化铁路造成十分恶劣的影响，特别是寒冷的冬季，接触网就非常容易形成覆冰。本文将结合遂渝铁路覆冰事件来探讨接触网覆冰对铁路所产生的危害，并且通过存在的具体问题分析应对的融冰方法，以期通过本文的论述能够为我国电气化铁路建设提供参考和借鉴。【关键词】电气化铁路；遂渝铁路；覆冰；融冰方法1.接触网覆冰产生的危害1.1列车无法正常取流运行在寒冷的冬季，当铁路在很长时间内没有列车通过时，接触线则很容易被覆冰所包围，这样可能导致受电弓难以取流，对列车正常运行造成威胁。例如，在2008年1月份，遂渝铁路在潼南、合川至石子山等站发生了多起接触线覆冰的事件，致使行驶列车难以正常取流运行，从而导致春运乘客滞留事件的发生。在2012年2月22日，遂渝铁路遇到了有史以来以来最大范围、最大强度的降水过程，途径路段的气温迅速降低，从而引发很多路段接触网及受电弓覆冰，最终发生多起列车无法正常取流运行的事故。1.2降低接触网的安全可靠性（1）接触网覆冰之后，接触网设备不仅要承受自身的重量，还要承受覆冰所带来的压力。而且，电气化铁路所处的环境非常恶劣，在劲风的作用下，大大增加了接触网的承受负荷。当接触网所承受的荷载超过设计的标准值时，接触网很可能会因为导线张力过大而断线，从而威胁列车的安全行驶。（2）绝缘子冰闪。在寒冷的冬天，接触网绝缘子表面往往会大面积结冰，覆冰区域主要集中在迎风面上的绝缘子，覆冰的厚度可达10-15毫米。当结冰区域的小冰粒与空气中的灰尘相结合时，这些覆冰就会形成导电体，从而引起接触网闪络放电，造成接触网短路，甚至损害接触网电气设备，影响列车正常通行。（3）接触网覆冰同时能够引发受电弓在接触受流时的导电性能大为下降，从而引发接触网产生电弧，最终灼伤受电弓以及接触线。1.3影响弓网受流质量龙源期刊网接触线波动在传播过程的速度是设计接触网主要考虑的参数之一，此参数关系到列车在实际运行当中的速度能否达到所期望的目标值。在理论上，接触线波动传播速度的平方与其在正常工作时的张力成正比例关系，而同接触网的线密度成反比例关系。当电气化铁路接触网产生覆冰的时候，接触网的线密度增加而接触网的工作张力没有改变，在这种情况下，接触线波动的传播速度会降低，弓网受流质量会因此而产生影响。而且，由于接触网覆冰的区域并不均匀，接触线在个别区域集中增加了承载负荷，威胁接触网的安全性，在严重时接触网会发生打弓事故。一般来说，接触网波动传播速度越高，覆冰对弓网受流质量影响也就相应越大。在过去，人们通常采用机械除冰法，即人工敲击接触网，使接触网受迫震动，覆冰因而掉落。但这种除冰方法的效果不是十分理想，并且可能会对接触网线路造成一定的破坏。当前，人们已研究出很多种电气化铁路接触网除冰的方法。但是，国内外发展成熟且能够大规模的应用到接触线除冰和融冰的方法却很少。接下来，本文将探讨以下两种有效的除冰方法。2.基于焦尔电热效应的热融冰方法这种方法的工作原理是人们在覆冰接触线中施加电压，进而在线路中产生电流，从而利用导线输电电流产生的热效应来融化接触线表面的覆冰。这种方法因传输电流的不同又可以分为交流电流融冰方法以及直流电流融冰方法。由于接触网通电方便、快捷，电热融冰方法是一种行之有效的一类除冰方式。接触网热效应除冰的数学表示式为：Ec一—导线加热所需要的热能E0一—覆冰加热所需要的热能Efg一—覆冰融化所需要的热能R一—接触线电阻阻值I一—接触线电流值Ps一—接触线吸收的太阳能Pr一—接触线热辐射损失量Pc一—接触线热对流损失量2.1交流短路融冰法交流短路融冰的原理即是利用导线在短路时，导线内部电流会大大增加，进而产生大量的热，实现接触网融冰。在实际的操作过程中，工作人员需要提前断开覆冰接触网线路，然后打开列车牵引供电所供电线路隔离开关，在接触线上、下两行接触线之间连接上交流电源，交流电源采用较低电压，形成较大短路电流来加热覆冰导线，从而融化接触网覆冰。龙源期刊网直流短路融冰直流短路融冰的方法同交流短路法相类似，这种方法的关键在于融冰电源。直流融冰电源需要具有较高的稳定性且容易控制。我们根据电流融冰的原理容易知道，接触网融冰时需要将很大的电流通过接触线。直流短路融冰时，供电电源一般采用整流桥并联的形式，这是为了确保供电电源的安全。目前，直流电流经常用发电机或者励磁设备，然后采取零起升流办法来完成，也可以由系统电源经可控硅整流后提供。直流融冰的特点在于不受接触线距离的限制，而且，直流电源本身的容量也容易实现，在我国则普遍采用可控硅整流与SVC技术相结合的方法，这种方法不但能够提高经济效率，而且可以节约融冰成本。3.基于高频脉冲的除冰方法3.1高频高压激励除冰法高频高压激励除冰的方法是在覆冰导线区域外施加高频激励电流，将覆冰转化成为有损的电介质，从而使覆冰内部产生热量。同时，激励电流也能够使接触线产生集肤效应，使电流在覆冰导线的外表面进行流通，导线电阻出现损耗发热，从而使覆冰融化。应用过程中，工作人员需要在覆冰的线路上选择恰当的位置来安装高频高压激励装置，并且在覆冰线路的两端安装吸收器，这样便能够控制激励的范围。随着激励频率的不断加大，覆冰的介质损耗也相应增加，产生的热量便可使接触网的覆冰融化。3.2电脉冲除冰方法电脉冲除冰的方法是采用电容器组向线圈供电。线圈通常置于接触线附近，从而引起线圈产生强大的磁场，使得接触线上产生一个持续时间短、幅值较高的机械力，覆冰会在机械力作用下破裂，从接触网上脱落。这种除冰法是基于麦克斯韦电磁定律，即变化的电场产生磁场。磁场会对输电导线产生电磁力，当这种电磁力为脉动电磁力时，接触线会震动，使覆冰掉落，达到除冰效果。结论通过对比我们可以发现，传统的接触网机械除冰方法效率不高，而且可能会对接触网线路造成损伤。而大的电流融冰方法虽然效率高，但是会消耗较大的电能，且操作不便。交流、直流短路融冰则必须先短时间内切断接触网的正常输电，这种方法在实际中普遍采用，但是融冰时间如果控制不好可能会损伤接触线。高频激励融冰则会产生高频的电磁波，从而干扰正常通信；电脉冲除冰的方法则可在不断电的情况下开展融冰工作，目前，遂渝铁路也由过去的机械除冰法向高频脉冲除冰法转变，相信在不久的将来，接触网覆冰问题会得到妥善的解决。参考文献[1]胡毅.电网大面积冰灾分析及对策探讨[J].高电压技术，2014，4（2）：215-219.龙源期刊网[2]于万聚.高速电气化铁路接触网[M].西南交通大学出版社，2012，65-67[3]常浩，石岩，殷威扬.交直流线路融冰技术研究[J].南方电网技术，2014，3（7）：75-78.[4]范松海.接触线短路电流融冰过程模型研究[J].重庆：重庆大学，2012.[5]文阎成.高压长线路短路法融冰可行性探讨[J].电网技术，2013，33（2）：55-58.