程永勝

(中國鐵路武漢局集團有限公司 襄陽供電段，湖北 襄陽，441000)

隨著氣候環(huán)境的不斷變化，我國南方地區(qū)每年冬春季節(jié)的溫度也持續(xù)走低，凍雨、大雪等災害性天氣時有發(fā)生，使得長江中下游地區(qū)甚至珠江流域的高速鐵路接觸網(wǎng)頻繁遭受凍雨和覆冰災害，嚴重影響行車安全[1]。

1 凍雨、覆冰的特性及其危害

1.1 凍雨、覆冰的特性

凍雨、覆冰的產(chǎn)生與否，危害程度如何，主要取決于地形、溫度、風速、空氣中過冷卻水含量等。一般情況下，根據(jù)其危害程度，可以劃分為白霜、霧凇、混合凇和雨凇等四類。

接觸網(wǎng)的導線溫度處于0℃以下時，空氣中濕氣與之接觸，在其表面凝化形成白霜。白霜與接觸網(wǎng)導線的黏結(jié)力十分微弱，極易脫落，不會影響行車安全。接觸網(wǎng)導線上積覆的霧凇，常常是軟霧凇(密度小于0.1 g/cm3)和硬霧凇(0.1～0.5 g/cm3)共存。霧凇在導線上黏結(jié)力小，對接觸網(wǎng)運行危害相對較小。

混合凇表現(xiàn)為硬冰塊的外形特征，是空氣水滴被導線捕獲并凍結(jié)逐步積累形成，密度在0.6～0.8 g/cm3之間；雨凇的密度大于0.9 g/cm3，呈連續(xù)增長態(tài)勢，黏結(jié)力強?；旌馅?、雨凇都是凍雨覆冰危害的主要表現(xiàn)形式，對行車安全影響嚴重。

1.2 凍雨、覆冰的危害

某日，江漢地區(qū)普降凍雨，豫南地區(qū)暴雪來襲。地處江漢平原的漢宜線、武孝城際線、漢丹線、京九線因地理環(huán)境特殊，受凍雨影響，接觸網(wǎng)線索、接觸懸掛、附加懸掛、沿線樹木上均有普遍厚度2～4 mm的覆冰；接觸網(wǎng)硬橫梁、腕臂支撐結(jié)構(gòu)、上跨橋、架構(gòu)物等處所密集附掛直徑約10～15 mm、長度約200 mm左右冰凌；跨越河道、湖面，處在風口、高架橋的區(qū)段尤其嚴重。主要影響表現(xiàn)為：

(1)接觸導線覆冰導致動車組(機車)受電弓取流不暢，多趟動車組被迫降速到160 km/h后維持運行。接觸網(wǎng)硬橫梁、腕臂支撐結(jié)構(gòu)，上跨橋、架構(gòu)物等處所附掛冰凌掉落擊打受電弓供風管，受電弓運行途中降弓，根據(jù)冰凌程度，動車組降速到160 km/h或120 km/h或80 km/h后維持運行。

(2)覆冰引起接觸網(wǎng)的電壓波動，造成某CRH1型動車組主斷路器頻繁跳閘，無法運行，被迫更換另型車體。另有個別動車組(機車)受電弓覆冰嚴重，無法進行升降操作，受電弓從接觸網(wǎng)取不到電流，被迫更換車體。

(3)受上跨公路橋、鄰近公路撒放融雪劑影響，接觸網(wǎng)絕緣子受覆冰污染，電氣絕緣性能降低，放電引起變電所及分區(qū)亭中饋線斷路器跳閘。

(4)鄰近鐵路線樹木積雪倒伏，搭接接觸網(wǎng)帶電體，放電引起變電所及分區(qū)亭中饋線斷路器跳閘。

2 高速鐵路接觸網(wǎng)的防冰除冰運營策略

在冬春季節(jié)，高速鐵路接觸網(wǎng)運營管理部門應當及時關注天氣預報，及早做出接觸網(wǎng)防冰、除冰的工作預案。

2.1 盡量維持接觸網(wǎng)的帶電狀態(tài)

高速鐵路天窗點均在夜間，時間較長，在冰雪惡劣天氣下，這對防止接觸網(wǎng)覆冰是相當不利的。尤其是接觸網(wǎng)的絕緣器件(如絕緣子串等)積雪覆冰，天窗或長時間停電后，容易出現(xiàn)送電不成功，造成大面積停電。因此，一方面要取消停電天窗，盡可能減少接觸網(wǎng)長時間停電，另一方面，根據(jù)天氣預報和現(xiàn)場情況，及時報告運輸指揮部門，組織熱備動車組往返開行，預防接觸網(wǎng)覆冰。

2.2 加強巡視監(jiān)測手段

提前在沿線重點區(qū)段、關鍵處所設置觀察哨，同時借助綜合視頻、供電6C裝置等手段，動態(tài)掌握接觸網(wǎng)積雪覆冰、受電弓取流、上跨橋及構(gòu)架物冰凌情況，便于及時調(diào)整應對措施。

2.3 妥善組織動車組運行方案

(1)出現(xiàn)接觸導線覆冰，動車組(機車)受電弓取流不暢的情況，要及時降速，想盡一切辦法維持追蹤運行，一旦長時間停運，災害容易加重和蔓延。

(2)如果某區(qū)段出現(xiàn)多組動車組受電弓受冰凌擊打降弓現(xiàn)象，應果斷命令該區(qū)段限速運行。否則，一旦動車組備用受電弓也受損后，會造成動車組途中救援，擴大對運輸秩序的影響。

2.4 熱滑融冰、打冰的動車組上線作業(yè)

要及時安排開行安裝有銅基粉末冶金滑板的動車組、電力機車上線熱滑融冰、打冰，以160 km/h速度及以下，間隔60分鐘左右進行除冰作業(yè)。

3 接觸網(wǎng)在線防冰融冰技術探討

3.1 導線表面涂抹防覆冰涂料[2]

根據(jù)輸電線路的運行經(jīng)驗，可以考慮在接觸導線上涂抹電熱型、光熱型、融冰型及憎水型等防覆冰涂料。

加入導電填料后，半導電特性的涂料內(nèi)部，將有泄漏電流流過，由此產(chǎn)生焦耳熱、場效應熱等，使得涂層發(fā)熱并保持一定的溫度，起到防冰的效果，這就是電熱型防覆冰涂料。當周圍環(huán)境溫度很低的時候，這種涂料的作用很難體現(xiàn)。光熱型防覆冰涂料是在涂料中加入具有吸光性能的顏料后，最大限度提高涂料對不同光譜的吸熱率。當然，雨雪天氣時，尤其是在覆冰嚴重的晚上，很難獲取足夠的太陽能，也很難取得理想的防冰效果。也可以通過涂抹融熱傳導性和光譜吸熱性好、高憎水性的涂料降低冰的熔點使覆冰融化，這就是融冰型防覆冰涂料。但目前這一類涂料降低的結(jié)冰溫度有限。憎水型防覆冰涂料可以最大限度地降低水和冰的附著力，使其極易脫落，從而達到防冰的目的。

在接觸導線表面涂抹防覆冰涂料，還應當考慮其運行的特殊性。例如：接觸線經(jīng)常與受電弓摩擦，涂層易破壞且接觸網(wǎng)易舞動；涂料從線路上脫落是否會對周圍的環(huán)境、土壤造成污染，以及藥劑是否會對線路絕緣產(chǎn)生影響等。

3.2 優(yōu)先采用電流熱力在線防冰技術

與普通輸電線路相比，接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、運行工況、受力情況等差別很大。例如：輸電線路中負荷電流是持續(xù)存在的，只有在極端天氣下才會結(jié)冰；而接觸網(wǎng)中的負荷電流取決于機車密度，時斷時續(xù)，間歇性存在，結(jié)冰的概率較大；輸電線路允許有少量覆冰存在，而接觸線不允許覆冰。

與普速電氣化鐵路相比，高速電氣化鐵路的特殊運營模式為防冰、融冰帶來不利因素。夜晚停電檢修，使得高速鐵路接觸網(wǎng)更易于結(jié)冰；采用融冰方法消除接觸網(wǎng)覆冰僅限于線下作業(yè)，即只能在無機車通過時完成防、融冰功能，必須使線路停運，對于行車密度越來越大、速度超過200 km/h的高速鐵路來說，可供融冰除冰作業(yè)的時間非常短，很可能不足以實現(xiàn)接觸網(wǎng)融冰。

綜上所述，高速鐵路接觸網(wǎng)應該優(yōu)先采用在線防冰技術?；诜辣哪康?，接觸網(wǎng)上無論是否有電力機車行駛?cè)×鳎鶓３忠欢〝?shù)值的電流。這個電流可以由安裝在牽引變電所和分區(qū)所的靜止無功發(fā)生裝置SVG來實現(xiàn)。通過監(jiān)控接觸網(wǎng)電壓和接觸網(wǎng)線路的溫度值，區(qū)分接觸網(wǎng)區(qū)段有車取流和無車取流，決定是否投入分區(qū)所的SVG，投入感性還是容性無功及其量值大小，應在滿足接觸網(wǎng)首端、末端電壓均在要求范圍的前提下，確保接觸網(wǎng)中的電流保持在導線的臨界防冰電流之上[3]。

3.3 電流熱力在線自動融冰技術

在接觸網(wǎng)已有覆冰的情況下，最簡捷有效的方法是通過控制線路上的電流及時間來融冰。根據(jù)融冰電流的性質(zhì)，可以分為直流融冰和交流融冰兩種。

交流融冰一般以牽引變電所的牽引變壓器作為融冰的電源。在供電臂上沒有列車取流時，該供電臂的接觸網(wǎng)無法建立電流流通的回路，安裝在牽引變電所或者分區(qū)所的裝置，將供電臂上行與下行串聯(lián)(并聯(lián))組建融冰回路，上下行同時融冰；或者將上行接觸線(下行接觸線)與鋼軌組建融冰回路，上行線或下行線單獨融冰。

接觸網(wǎng)直流融冰需要進行交直流變換，引自饋線側(cè)的交流電源通過交流斷路器接入換流變壓器，換流變壓器二次輸出交流電壓經(jīng)換流閥整流后，得到線路融冰所需要的直流融冰電源，通過隔離開關連接至接觸網(wǎng)，再通過接觸網(wǎng)上下行線路連接形成融冰回路來進行直流融冰。直流融冰的融冰電流調(diào)節(jié)方便，對系統(tǒng)沒有沖擊，但是設備多、系統(tǒng)倒換投切時間長[4]。

機械除冰也是可以考慮的，可以由數(shù)據(jù)采集設備、監(jiān)控裝置、地面除冰裝置等組成機械除冰裝置。需要采集的數(shù)據(jù)包括氣象數(shù)據(jù)及線路張力，監(jiān)控裝置采用圖像自動識別的方式，結(jié)合采集到的數(shù)據(jù)，確定接觸線上的覆冰厚度。除冰裝置設置有單次沖擊、連續(xù)沖擊等不同工作模式，根據(jù)相應的覆冰厚度輸出一定大小的機械沖擊?？梢栽诂F(xiàn)場開展各種除冰實驗，統(tǒng)計裝置在不同工作模式下對接觸網(wǎng)的脫冰效果，積累除冰經(jīng)驗。