客专铁路接触网交流融冰方案研究及工程验证
接触网融冰电气控制系统策略的研究
轨 运 营的 影 响 降 到 最低 。 关键词 ： 接 触网， 融冰， 架 空 电力 线
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ
ｈ ｅａ ｄ ｐｏ ｗｅｒ ｌ ｉ ｎ ｅ ｉ ｃ ｅ－ｍ ｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ， ｔ ｈｅ ｕ ｔ ｍｏｓ ｔ ｉ ｃ ｅ ｍ ｅｌ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃｕ ｒ ｒ ｅｎ ｔ ｉ ｓ ｃｈ ｏ ｓ ｅｎ ｔ ｏ ｃ ｏｍ ｐｌ ｅ ｔ ｅ ｕｒ ｂａ ｎ ｒ ａｉ ｏｖ ｌ ｅ ｒ ｈ ｅ ａｄ ｃ ｏｎ ｔ ａｃ ｔ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ ｒ ａ ｐｉ ｄ ｉ ｃ ｅ ｍｅｌ ｔ ｉ ｎｇ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｗａ ｙ， ｉ ｔ ｗｉ ｌ ｌ ｍｉ ｎ ｉ ｍｉ ｚｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐａ ｃｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｃｅ ， ｄａ ｍａ ｇｅ ｏｎ ｔ ｈｅ ｕ ｒ ｂａ ｎ ｒ ａｉ ｌ ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ ： ｏ ｖｅ ｒ ｈ ｅ ａｄ ｃｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ， Ｉ ｃｅ －Ｍｅ ｌ ｔ ｉ ｎ ｇ， ｏ ｖｅ ｒ ｈ ｅ ａｄ ｐ ｏ ｗｅｒ ｌ ｉ ｎ ｅ
中国 是世 界 上 导线 线 路 覆 冰 最 严 重 的 国 家 之 一 。 电 气 化 铁
２
融 冰 电流 理 论
路 接 触 网严 重 覆 冰 会 导 致 接 触 网 的 机 械 和 电 气 性 能 急 剧 下 降 ， 从 而 导 致 覆 冰 事 故 的发 生 …。 接触 网 融 冰 问 题 已经 成 为 铁 路 安
邵 家良 李 秀超 （ 大连交通大学电气信息学院， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ２ ８ ）
接触网除冰装置及其安装方法的研究
２ １ ０ ・
工程科 技
接触 网除冰装置及其 安装方法的研 究
刘岩 峰 （ 北 京铁 路 局 北 京供 电段 ， 北京 １ ０ ０ ０ ３ ６ ）
摘 要： 随着社会 的不断发展 ， 人们对 于生活质量的追求越 来越 高， 同时对于出行的要 求尤其是在 出行安全问题上也在 不断地提高 ， 而 这些在铁路运输方面就被很好的诠释 了。 随着生活节奏的加快 ， Ａ． ＇ ｆ Ｊ ＇ Ｌ ￣仅对运输速度的追求在不断地提 － 高， 对于运输安全的追求也在不断地 提升 ， 因而在这样的需求环境之下， 致力于铁路运输研 究的科研人 员以及 专业人士在 不竭的努 力之下 ， 不仅使铁路运输速度得到 了提高 ， 铁 路安全 问题也有所提 高。下面， 就让我们 以接触网除冰这一铁路安全问题为例 ， 来研究一下关于接触网除冰装置及其安装方法问题。 关键 词 ： 接触网； 除冰 装 置 ； 铁 路 发展
３除冰方法及其安装方法研究 社会在发展， 人们的出行方式也发生变化 ， 由车辆运输逐渐向铁路 运输转变 ， 然而随着气候的变化 ， 寒冷 的天气对于铁路运输的影响是极 鉴于上述分析，根据我国天气特征以及铁道机车和接触网的特殊 其重要的， 因为寒冷的天气易使接触网覆冰 ， 这对于铁路的发展以及正 结构， 本文提出采用机械除冰和热力除冰相结合的除冰方法。 基本思路 常运行是极其不利的， 所以我们应该正视这一问题 。下面， 就让我们从 是给机车加装单独的接触网导线除冰雪弓，也就是副弓，副弓的结构 国内外接触网覆冰 、 除冰的现状以及理论入手 ， 来展开我们对全文 的讨 可以和受 电弓相同， 摘去原来受电弓的铜合金受电滑板， 用扫雪除冰板 论。 取代。整个除冰装置主Байду номын сангаас包括副弓、扫雪除冰板和加热板三个组成部 １国内外现状及接触网覆冰理论 分。 １ ． １ 国内外应用现状。 目 前在工程实践应用的除冰 、 防冰的方法主 副弓装置： 在机车的顶部安装副 弓， 主弓不改变其结构和正常的功 要有热力除冰 、 机械除冰和自然被动除冰 ， 例如阻 『 生 丝加热除冰技术 、 能， 所有的除冰装置者 叻Ⅱ 装到副弓上。 副弓不受电， 其结构坚固 ， 底部用 化学药剂方法 、 接触网热滑 、 人工清除覆冰等等 。但这些方法多存在不 绝 缘子 隔离 电源 。 足之处。 如阻陛丝加热除冰方法。 这个系统与高压输电线除冰中的复合 扫雪除冰板装置： 由硅橡胶板 、 毛刷和金属刷组成。 硅橡胶板具有优 导线类似， 我国哈尔滨地区也采用了阻性丝加热除冰方法 ， 该方法理论 异的耐热性、 耐寒性 、 介电性和耐大气老化等性能 。硅橡胶突出的性能 上可以 达到除去接触 网 覆冰的 目 的， 但其如何处理好气象条件 、 覆冰厚 是使用 的温度宽广 ， 能在 一 ６ ０ ℃溅 更低的温度） 至＋ ２ ５ ０ ℃溅 更高的温 度以及融冰电流和融冰时间等方面的关系，还缺少成功应用的经验及 度） 下长期使用。其体积电阻系数和表面电阻系数等均在绝缘材料 中名 相应的规程和规范。 列前茅 ，而且电气性能受温度和频率 的影响很小 ，体积电阻率达到 １ ． ２ 接触网覆冰理论。接触网表面的覆冰主要有雪 的凝结 、 大气中 １ ０ １ ４ ｅ ｍ， 具有高绝缘性， 击穿 电压在 ２ ０ ～ ５ ０ ｋ ｖ ／ ｍ ｍ， 很适合在本文提 出 水雾的冻结 ２ 种类型。由于覆冰的形成和凝结环境的差异， 冻结一般又 的接触网除（ 融） 冰装置中使用。毛刷和金属刷安装在硅橡胶板上 ， 硅橡 可分为雾凇、 雨凇和混合冻结等 ３ 种状态。 胶 板厚 ３ ｍ ｍ，扫雪 除冰 板 长 ９ ５ ０ ｍ ｍ，宽 ５ ８ ０± ２ ｍｍ金 属 丝 直径 １ ． ２ ． １ 湿雪。雪附着在接触网导线表面上形成的半圆形和圆筒形覆 ０ ． ２ ５ ｍ ｍ。 毛刷的刷毛 由塑胶丝做成， 金属刷的刷毛由钢铝合金或者铜合 雪。 湿雪的密度 Ｑ ２ ～ ０ ． ４ ｇ ／ ｅ ｍ 结冰情况相似于地面的积雪成冰。 １ ． ２ ． ２ 雾 Ｍ ０ － ￥： ， 这样能够减少除冰时对接触导线的损伤 ， 整个扫雪除冰板总重 凇。 雾淞结冰的密度小， 接触网导线表面的附着力较弱 ， 易脱落。 密度在 量大约为 １ ３ ｋ ｇ 。其前板为扫雪板， 中间板为热力碎冰板 ， 后板为清扫碎 Ｑ１ ～ ０ ． ３ ｇ ／ ｅ ｍ ） 。 １ ． ２ ． ３ 雨凇。 大气中的过冷却水滴在接触网导线的迎风面 冰板 。 扫 雪 除冰板安 装在 副 弓的 弓头 之 间 ， 前刷 主要作 用是 扫除接 触 网 上形成透明的覆冰即为雨凇。 这类冰无气泡 ， 表面光滑透明密度大且牢 导线侧面挂霜， 中间刷主要作用是刮碎接触网导线侧面凝冰 ， 后刷主要 固地附着在物体上不易脱落， 密度在 ０ ． ７ ～ ０ ． ９ ｇ ／ ｅ ｍ ， 。１ ． ２ ． ４ 雨雾凇混合冻 作用是扫除接触网导线被刮碎残余的凝冰。 在硅胶板上设置导流槽 ， 使 结 。通常是由过冷却水滴在接触网导线的迎风面形成似毛玻璃的不透 冰水流出除冰装置 ， 减少对副弓的压力。 明冰层。附着力强 ， 密度在 ０ ． ２ ～ ０ ． ４ ｇ ／ ｅ ｍ 。 加热板装置： 为 了增强金属刷除冰的效果 ， 采用为金属刷设置电加 ２ 接触 网覆冰产 生 的危害 热板 ， 加热金属刷毛 ， 加热板的电源由机车内的电源提供 ， 加热板的电 ２ ． １ 列车无法正常取流运行。 我们都知道， 随着经济的不断发展 ， 铁 源等级可以根据机车内电源等级设置。 加热板是 由电热丝发热 ， 云母绝 路运输的速度以及需求也在不断地上升 ，这不仅仅是因为其低廉的价 缘 ， 外包不锈钢皮 ， 加热板每块重 １ ． ５ ～ １ ． ７ ｋ ｇ 长９ ５ ０ ａｍ， ｒ 单位功率最高 格， 还由于它有条不紊 的运输规矩 。 但是 ， 在寒冷的冬季 ， 由于天气温度 ５ ｗ ， 表面温度 ２ ０ ０ ￣ ３ ０ ０ 度， 热效率 ９ ５ ％。考虑到热量的散失， 而且硅胶 的降低和自然现象的因素， 就极易使得接触网覆冰， 那么Ｌ ￣ ＿ ｘ － ， ｊ 于列车的 板耐高温， 加热板的实际温度不会对硅胶板的性能产生影响。 除冰时可 运行而言是有一定的危险『 生的，所以人们必须进行除冰之后才可正常 以升起副弓，不用除冰时可以放下副弓，整个除冰装置维修十分的方 运行， 而这一系列措施 的实施就极大的延误了列车的正常运行 ， 为人们 便 。 由于 一年 四季 中覆冰 时间较 短 ， 在 非覆 冰期 间也可 以拆卸 下 除冰装 的出行以及经济往来带来了—定的延误。 置。 ２ ． ２ 降低了接触网的安全可靠性。 在之前我们了解到接触网覆冰后 ４ 结论 会影响到列车的正常运行 ， 为人流量、 物流量带来了一定的延误 ， 但除 交 通运输 业 的发 展对 于一 个 国家 以及地 区 的发展 有着 至关 重要 的 此之外还给接触网的安全 『 生 带来了一定的隐患。 因为一旦接触 网覆冰， 作用， 它不仅仅便利与人才在各个地区的流动还有益于引进外资企业 ， 那么不仅会加大接触网的承重压力 ， 使得接触网变形 ， 同时一旦温度升 从而推动国家 以及地区的经济发展 。所以我国的铁路事业在最近几年 高， 冰化成水后 ， 水对于接触 网的腐蚀也是有影响的； 而且寒冷的温度 中得到了显著地发展， 尤其是在铁路的运输应用以及安全行驶方面。 而 也会影响接触网的正常工作。所以， 接触网覆冰后不仅有害 自身设备， 这其中最为突出的安全措施就是接触网除冰，该项技术的运用不仅为 还为铁路的正常运行带来了安全隐患。 铁路的行驶提供了安全保障， 还为铁路运营带来了众多的旅客， 为铁路 ２ ３ 影响了弓网受流质量。 接触线波动传播速度是接触网设计的主 的发展提供了安全技术保障。 当然， 现如今这一方面技术运用相对于高 要参数 ， 直接关系到了弓网运行速度 目 标值能否实现。 接触线波动传播 速铁路正常安全行驶是较为先进的，但是随着科学技术的进步会有新 速度的平方与其工作张力成正 比，与其线密度成反比。当接触线覆冰 的技术的引进 ，所以这就要求致力于该项技术研究的科研人员要不断 时， 其线密度提高而工作张力不变 ， 因此减小了接触线波动传播速度 ， 的推陈出新 ， 研究出新 的技术 ， 以推动我国铁路事业的发展。 进而影响了弓网受流质量 。其次由于接触网特别是接触线覆冰的不均 参考 文献 匀性， 在覆冰处 ， 相当于接触线增加 了集中荷载 ， 甚至会产生硬点， 严重 『 １ 怯 触 网除冰 装置及 其安 装方 法的研 究 Ｂ ／ Ｏ Ｌ Ｉ ． 中国论 文 网． 时会发生打弓事故。在速度越高时 ， 覆冰对弓网受流质量影响越大。 作者简介 ： 刘岩峰
电气化铁路接触网在线防冰技术研究
电气化铁路接触网在线防冰技术研究【摘要】轨道交通成为当前主要的交通方式之一，在国民经济成长过程中扮演着极为重要而关键的角色。
电气化铁路接触网的运行受天气影响，特别是接触网覆冰将严重影响运行，从而导致停运和损失。
故接触网防冻除冰技术是确保中国高速铁路安全运营的核心技术所在。
【关键词】电气化铁路；接触网；除冰技术接触网是电气化铁道中牵引电网的主要构件，接触网供电覆冰将严重影响车辆安全性。
由于中国电气化工程铁道的发展，特别是客货运输高铁和货运重载铁路的大量修建，轨道线路范围已扩展到不同天气的地方，在低温、高湿、高海拔等地区，更容易出现覆冰，对接触网线路防水、融冰能力的要求也就更加突出。
，随着世界重载运输技术快速发展近年来，目前中国重型火车的运行范围己经覆盖了五大主要繁忙线路。
但因为触及网供电为备用的特性，导致其重要性尤为明显，因为如果有比较严重的覆冰量出现，会导致电力机车的受电弓不能与接触导线联系取流，且或许会出现触及网供电舞动乃至倒杆、塌网等事件，并由此导致经济严重损失，甚至产生恶劣社会危害。
一、接触网覆冰的危害（一）接触网部件损伤当发生线索舞动后，易出现金属零部件螺栓连接松动、金具损坏等现象。
线索的舞动导致支撑、联接的金具出现严重的振动、弯曲，引起零件的"内伤"，并间接出现机件松动、破裂，甚至设备的故障。
（二）线索损伤由于接触网覆冰而产生的线索舞动，容易导致线索的断股、磨损及断裂。
在大幅度的线索舞动过程中线索悬挂位置就会长生扭力，长时间摆动会使地位点处线索损伤。
（三）弓故障由于接触网覆冰严重，受电弓在其滑行过程中也会形成巨大冲击力，在以较高速度行驶下受电弓的取留器与触线表面上的冰凌产生冲击损伤，无法正常取留。
造成受电弓铦弓故障的情况发生。
二、除冰技术的实现（一）工作原理防冰设备是通过同相供电系统进行控制的，在触及网头端通过同相配电系统的另一个，触及网电源的尾部再接通另一台。
因此在需要防冰的夏季，温度降低时触及网就可能发生覆冰。
电气化铁道接触网工频在线防融冰技术实践思考
电气化铁道接触网工频在线防融冰技术实践思考摘要：总体来说接触网是架设在钢轨上空的钢铁构架（形状为"之"字形），目前主要被应用在我国的电气化铁道上。
由于接触网的位置位于钢轨上方，因此相当容易受到积雪、雾凇及雨凇等气象灾害的影响，而出现严重的覆冰问题。
若出现严重的覆冰，那么将对供电系统的运行产生巨大影响，影响正常的铁路运输，威胁乘客的生命财产安全。
为了解决接触网尤其是在高纬度、高海拔地区的接触网存在的覆冰问题，从而提高我国电气化铁道的运输安全与质量，就必须从防融冰效率出发。
关键词：电气化铁路；接触网；工频在线；防融冰技术随着我国对新能源研究的不断深入，清洁环保的电力资源在铁路中的应用规模在不断扩大，程度也在不断加深，全国各地都有出现电气化铁道的身影。
但是我国幅员辽阔，西部及北部地区冬季气温低，存在着冰雪天气，若是出现极端天气，部分南方地区也会出现冰雪灾害，在推进建设电气化铁路的过程中，尤其是在高海拔、高湿度和低温度的地区建设铁路时，必须要重视接触网覆冰问题，技术人员需从实际出发，选择最佳防融冰技术。
1国内外接触网融冰技术研究现状为了更好地服务经济发展，为人们出行提供便利，我国电气化铁路正在向我国各地延伸，一些高海拔、高湿度及低温地区也建设了一定数量的电气化铁路。
但是这些地区同时也是最容易出现覆冰的区域，接触网融冰压力更加地大。
从上个世纪50年代开始，俄罗斯、法国等建设输电线路会遇到覆冰问题的国家就开始关注输电线路的防融冰问题，并且投入了相当多的人财物专门进行研究，到今天，关于输电线路覆冰已经有超过30除冰方法。
但是输电线路的除冰方法不能直接用于电气化铁路接触网的防融冰处理，因为输电线路与接触网不能直接划等号，无论是线路的材质与结构，还是线路的悬挂运行，这两者之间都存在巨大差异。
经过科研人员对接触网防融冰技术的不断研究和改进，在处理接触网覆冰时应用直流短路融冰则成为了国内外相关行业的共识。
关于电气化铁路接触网在线防冰技术研究
关于电气化铁路接触网在线防冰技术研究摘要：接触网是牵引供电系统的重要组成部分，承担对电力机车的送电任务，处于低温、冻雨、湿雪、冰冻等天气下的输电线路容易出现覆冰现象。
近年来，国内学者对输电线路的覆冰进行了深入研究，取得了很多重要的成果。
电气化铁路负荷重、波动大，在夜间停电综合维修时，在恶劣环境下转触网也会形成覆冰，对于覆冰灾害最好的解决方法就是防冰。
关键词：电气化铁路；接触网；防冰技术一、国内外研究现状覆冰是一种分布相当广泛的自然现象，输电线路覆冰导致的电路损害及其引发的安全事故，给生活和生产造成极大不便。
我国是输电线路覆冰严重的国家之一，尤其是2008年南方各省遭遇了严重的冰灾，多条电气化铁路主干线运输中断。
随着铁路线路延伸，要经过各种气候的区域，在高湿、高海拔等地区，更易发生覆冰，接触网防冰融冰的需求也越来越突出。
可以预见，接触网防冰除冰技术将成为电气化铁路安全稳定运营的关键技术之一。
对于输电线路覆冰融冰，国内外专家和学者开展了大量工作，仅除冰方法就提出了30多种，而对架空导线，短路融冰（包括直流和交流融冰）被公认为更成熟且更具可行性。
2006年世界首套直流融冰装置在魁北克变电站投入运营。
输电线路短路融冰方法和装备已有部分成果，但输电线路和接触网在线路结构、运行方式、受力等各方面多有不同。
首先，输电线路一般情况下均有较大电流，本身即具有一定的防冰能力，在极端天气下才会结冰；而电力机车是间歇性负荷，接触网电流时断时续，机车密度低以及负荷间断使其更容易结冰。
总之，电气化铁路接触网有其特殊性，输电线路融冰的研究方法和手段不能直接应用于接触网上。
目前国内多采用人工清除接触网导线覆冰，耗时长，效率低。
而输电线路广泛采用的短路融冰，必须断开负荷，列车停运，是不得已采用的解决方案。
所以研究不影响列车正常运行的接触网在线防冰技术具有重要的理论意义和工程应用价值。
本文提出一种基于静止无功发生器（SVG）的电气化铁路接触网在线防冰技术方案，通过调节SVG，增大接触线电流，防止接触线结冰。
高速铁路接触网直流融冰技术
高速铁路接触网直流融冰技术史国强（中国国家铁路集团有限公司运输调度指挥中心，北京100844）摘要：接触网覆冰会损坏供电设备甚至造成动车组大面积停运，严重威胁高速铁路安全，接触网融冰技术是保障铁路安全的关键技术之一。
对接触网覆冰危害进行分析，梳理防覆冰技术研究应用现状，提出一种基于牵引变电所内变压器输出的27.5kV交流电源，经直流融冰装置转换成直流电，在导线电阻中产生热量融化接触网覆冰的解决途径，并给出相关技术指标、装置组成及三级保护设置方案。
关键词：高速铁路；接触网；覆冰；直流融冰中图分类号：U225文献标识码：A文章编号：1001-683X（2020）11-0122-06 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2020.11.1221接触网覆冰危害覆冰是特定气象条件下产生的冰冻现象。
我国是输电线路覆冰严重的国家，特别是2008年初发生的50年一遇的冰雪灾害，导致南方10多个省市部分电力供应中断，引发电气化铁路大范围停电，给铁路系统造成了巨大损失，只能临时采用内燃机车摆渡维持运行，由此对国民经济其他方面造成的损失更是难以估量［1］。
作为牵引供电系统的重要组成部分，接触网直接裸露于空气中，极易受气候、地形等外部因素影响，在高寒、高湿地区覆冰现象频发，严重影响铁路安全运行［2］。
通常情况下，电气化铁路由于列车运行时接触导线中有电流通过不易结冰，所以接触网覆冰概率较小，但由于我国“八纵八横”高铁网分布于众多气候带及地质条件下，加之采用夜间天窗综合维修方式，在相当长时间内没有列车通过，当温度在0℃上下浮动、湿度较大时，接触导线极易出现覆冰现象。
1.1对接触网导线、承力索的危害当接触网覆冰质量超过设计最大值，迎风面面积过大，在风力作用下会发生振荡、舞动，引发线索、连接部件、绝缘子等抽拖、折断，严重时造成倒杆、断线甚至塌网事故。
接触网覆冰分布不均匀时，不同部位温度不同，造成覆冰融化程度存在差异，邻近线索张力差会引发电气安全距离不足等隐患。
电气化铁路接触网混合型防融冰技术方案研究
行计算，得出末端装置能投入的电流极值，再根据 临界防冰的条件得出末端装置应该输出的电流下 限，将得出的电流极值与电流下限比较，进而得出 末端装置应该输出的电流。首端装置电流直接根据 无功补偿计算，最后再根据算法控制首末端装置各
部分的投切。 各复线系统与 AT 单线系统防冰方案思路一
流焦耳热；qk 为过冷却水滴碰撞冰面时的动能加
热；qa 为水滴从冰点温度（0℃）冷却到冰面稳态
温度时释放的热；qv 为空气摩擦对导线的加热；qs
为日光辐射的热量；qio 为弓网接触产生的热量。
其中，焦耳热计算式为
qR = I2Rac≈I2Rdc
（2）
式中：I 为电流有效值，A；Rac 为导线单位长度交
3.3 直供系统接触网在线防冰策略 图 3 所示为直供单线系统接触网在线防冰电
条件：空气中含有足够含量的液态水；一定环境下 流决策流程。首先系统根据现场和气象局提供的各
的风速使空气中的过冷却小水滴与接触线碰撞；环 种气象条件，决定是否需开启防冰模式。如果不需
境及导线表面温度低于 0 ℃，使碰撞在接触线上 开启，则装置工作在补偿无功状态下，以末端网压
该方案需要 SVG 在交流侧输出经过计算的电 流，精确度较高，故选用电流直接控制法。比较常 用的方法是滞环比较法和三角波比较法[10]。本文选 用滞环比较法，根据计算与实际输出的电流，通过 滞环比较器得出 PWM 波作为 SVG 的控制电平信 号，从而控制输出电流的大小。
另外，为使静止无功补偿器的无功功率在接触 网中稳定传输，必须使 SVG 直流侧的电压维持在 设定值附近，将瞬时值与设定值比较后，通过 PI 环节再叠加到计算值电流的直流分量上，即可实现 直流侧电压的实时调节。
Y
以末端网压在20~29 kV内 为标准进行无功补偿计算
关于电气化铁路接触网在线防冰技术的研究
203中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.02 （下）随着社会的发展，铁路建设不断地延伸，要经过各种环境区域。
面对不同的气候情况，在高湿、高海拔地区经常容易出现一些覆冰情况，导致电气化铁路接触网因覆冰出现供电系统瘫痪等安全问题不断出现，因此，针对其防冰技术的研究，需要不断地改进，确保电气化铁路的安全稳定运营。
1 电气化铁路接触网在线防冰技术现状经过近年来的研究，在电气化铁路接触网在线防冰、融冰的方式也有了一定的进展，其中对架空导线和短路融冰被认为具有成熟技术。
但随着技术的更新换代、铁路建设的不断进步与变更，在防冰和除冰技术上也需要进行相应的改善。
目前，在输电线和接触网上的防冰融冰技术仍旧存在着一些问题。
首先，输电线和接触电网的线路结构、运行方式、受力是不一样的，在防冰除冰上都要进行针对性的研究。
其次，对于目前的输电线来说，基本上都具备较大电流，本身具有一定的防冰功能，但是，防冰能力并不强，在极端的天气下，输电线结冰，电流机车还是会出现间歇性负荷，造成接触网电流断断续续。
最后，针对不同的地势情况，会有不同的天气情况，尤其是一些特殊地区，如隧道口、山坳等地方，容易气温较低、风速较大，结冰的概率会更大一点。
但目前在一些地方并没有实现针对性的在线防冰、融冰。
同时，就目前成熟的短路融冰技术来说，对于铁路的正常运行是有一定影响的，它需要铁路停运来进行除冰、融冰。
虽然这是在大面积采用短路融冰的时候才需要铁路停运，但也会影响整体的铁路运输，容易造成相应的经济损失。
因此，在当下进行在线防冰技术的时候，要建立在影响铁路正常运输的情况下才行，尽量在输电线和接触网正常运行的情况下能够实现防冰除冰，确保社会铁路运输能够稳定安全运行。
2 电气化铁路接触网在线防冰技术策略2.1 接触网材料和结构改善首先，在进行接触网搭建前，就要做好相应的材料选择，材料要选择不容易让冰雪黏住的材料，同时，在电流输送的过程中，能够将热量传递到输电线外层材料上，当遇到一些小冰霜的时候，能够快速地融化冰霜，让其化水滴落到地面上，或者是让热量将冰雪蒸发掉，避免形成雪花大量堆积进而形成冰，增加整个接触网、输电线的压力，当重量达到一定的承重极限时，则会出现输电线、电线塔的的倒塌，造成电能的流失，甚至造成安全事故的发生。
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客专铁路接触网交流融冰方案研究及工程验证
郭华;范红疆;董晓冬;葛海波
【摘要】建立了牵引供电系统的融冰回路的简化结构,并对该结构进行了分析和仿真计算,探讨了交流融冰方案.该方案在工程中得到了实际应用,并取得了现场试验数据.
【期刊名称】《电气化铁道》
【年(卷),期】2015(000)003
【总页数】4页(P27-30)
【关键词】牵引供电系统;接触网;交流融冰
【作者】郭华;范红疆;董晓冬;葛海波
【作者单位】成都交大许继电气有限公司;成都交大许继电气有限公司;成都交大许继电气有限公司;成都交大许继电气有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U226.8
我国南北方的冬季，由于气温、空气湿度和风速的共同作用，存在着由液态水形成冰的覆冰现象。
对电气化铁路而言，覆冰是一种自然灾害，会导致杆塔倾倒、导线覆冰舞动或断裂，同时由于接触网覆冰，会导致受电弓无法正常取流，甚至导致受电弓的损害或断裂，严重影响列车的安全准点运行，对于时速超过300 km的高速铁路，该问题更加严重，必须引起高度重视。
目前，国内外电力系统除冰方法主要有大电流热力融冰、机械除冰等方法。
国内接
触网除冰通常采用人工打冰或用铜基粉末冶金滑板受电弓破冰方式，在速度、效率越来越快的今天，特别是繁忙的客运专线，人力除冰方式越来越不可行了，从2008年开始，直流大电流热力融冰方法在国内电力系统220 kV及以上输电线路
中广泛使用。
根据日本的接触线防冻冰经验，接触线在同时符合气温0℃一下、湿度86%以上、风速3 m/s以下等3个条件的情况会产生冰冻现象，此时，如果接触线通过250 A的电流，接触线的温度达到5℃时，能防止结冰，通过400 A以
上的电流能开始融化覆冰[3]。
使用大电流融冰时，为确保不使导线过热损坏线路，需要对融冰电流的大小和融冰时间进行计算。
导线不覆冰时流过的最小电流称为防止导线覆冰的临界电流Ic，
其计算公式为
式中，D为导线直径；ρ为导线电阻率；ts为导线表面温度；h为对流换热系数；σ为 Stefan-Boltcomann常数；ε为导线黑度；E为导线对空气中过冷却水滴的
捕获系数；V、W和t分别为湿空气或过冷却水滴的移动均匀速度、含湿量和温度；CW为水的比定压热容；WE为在导线表面蒸发的液体份额；LV为水的汽化潜热[4]。
线路融冰与环境温度、湿度、风速等条件都有密切的关系，环境温度越低，临界融冰电流越大，融冰电流相同时，融冰需要的时间越长。
风速越大，临界融冰电流越大，融冰电流相同时，融冰所需要的时间也越长。
为直观的分析融冰状态下的融冰参数，运用MATLAB/SIMULINK建立了融冰状态下牵引供电系统模型进行仿真计算。
根据 MATLAB/ SIMULINK模型能够比较容
易的考虑不同的运行工况下（比如泄漏电阻参数、上下行是否并联等）牵引供电系统的参数。
下文以某接触网为例，对牵引网特性进行计算。
图1是融冰回路结构示意图。
融冰回路阻抗计算如下：
（1）接触线自阻抗：
式中，rj为单位有效电阻；，取Dg= 93×103cm；f为电流频率，Hz；σ为大地
电导率，取；Rεj为导线计算半径。
对于CTS150+JTMH120构成的接触网，其参数为有效电阻rj= 0.239 5 (Ω/km)，当量半径Rεj= 5.62 mm。
由式（2）得：
（2）承力索自阻抗：
式中，rc为单位有效电阻；Dg= 930×103mm；Rεc为导线计算半径。
rc= 0.242 Ω/km，Rεc= 5.31 mm
可得：Zc= 0.242 + j 0.760 4 Ω/km
（3）接触线、承力索的互阻抗：
式中，Djc为接触线和承力索的间距，Djc= 1 300 mm。
可得：
（4）上行（或下行）接触网自阻抗：
将式（2）—式（4）代入计算得：
Z1=Z2=0.120 4 + j0.586 3 Ω/km
（5）上行与下行的互阻抗：
式中，Dg为上行和下行接触网的互几何均距，此时 Dg= 5 100 mm；D为等值
计算半径，且
均为上下行各导线的间距。
取Dj1j2= Dc1c2= 5 000 mm，
Dj1c2= Dc1j2= 5 200 mm。
可得：Z12= 0.327 8 Ω/k m
（6）融冰回路等值阻抗：
根据融冰电流的流向，可以得到：
式中，Z1= Z2，I2= −I1。
因此，在计算融冰线路阻抗时，假设复线线路长25 km，则在变电所处的测量阻抗为
表 1的仿真参数反映了该接触网在不同限流电抗器的情况下，接触网上的电流和消耗功率的情况，仿真条件：接触网臂长25 km，变电所AT变退出运行。
在交流融冰方案中，为了节省投资，不额外增加变压器而借用牵引变电所现有的牵引变压器作为融冰电源，利用上行与下行接触线串联组建融冰回路。
融冰回路组建完成后，需调整融冰回路的阻抗，限制融冰电流，防止接触网电流过大而烧毁接触线及承力索，引发安全事故。
根据阻抗调整的需要，可以增加回路的电阻或电抗，限制回路电流。
本系统在工程试验中将融冰系统安装在分区所，利用上行线/下行线与钢轨组建融冰回路，如图 2所示。
如果由于天气恶劣或其他原因，接触网上已结冰，必须对接触网进行融冰，可以分别合上2QF、2QS、9QS、11QS、
11QF单独对上行线融冰，或分别合上1QF、1QS、10QS、12QS、12QF单独对下行线融冰，也可把上行线与下行线并联，同时进行融冰，但由于上行线与下行线的分流，融冰电流会变小。
为满足接触网运行状态下的防冰，在防冰状态下，允许接触网正常带电，一旦机车进入防冰区间，系统将自动退出运行，不影响机车正常通过区间。
针对某接触网线路进行3次试验，第1，第2次试验的外部环境情况：温度6℃左右，湿度80%RH，风速0.6～1.0 m/s，第3次试验的外部环境情况：温度0℃左右，湿度80%RH，风速0.5～1.1 m/s，试验中分别在接触线上施加了 360、500和690 A交流电流，接触网的温升曲线见图3—图5。
由试验数据可看出，电流越大温升越明显，在电流小的情况下，温度升高到一定值后就不再上升，线路产生热量与外部环境保持平衡。
通过试验可以得知：实际使用中可通过较小电流进行接触网在线防冰，让线路产生一定的热量，防止接触网覆冰，通过较大电流直接进行
接触网融冰。
接触网覆冰是电气化铁道比较常见的自然灾害，有效的融冰手段可以更好地保障铁路牵引供电系统的安全运行。
本文阐述了交流融冰系统方案并进行了实际现场试验，试验结果表明在保证接触网安全的情况下，可通过限流电抗器调节接触网上的防融冰电流，实现接触网在线防冰、离线融冰。
【相关文献】
[1] 王国梁.接触网融冰防冰问题的分析研究[J].铁道工程学报，2009，（8）：93-95.
[2] 张安洪.雪灾对接触网覆冰及其影响的探讨[J].电气化铁道，2008，（3）：32-33.
[3] 李汉卿.一种针对客运专线的接触线防冰冻实施方案[J].电气化铁道，2010，（4）：7-9.
[4] 常浩，石岩，殷威扬，张民.交直流线路融冰技术研究[J].电网技术，2008，（5）：1-6.
[5] 李群湛.牵引电力系统分析[M].成都：西南交通大学出版社，2007.
[6] 李岗，郭华.接触网交流在线防冰与离线融冰原理研究[J].电气化铁道，2012，（6）：5-8.。