电气化铁路接触网受寒冷气候影响及相应设计研究
对电气化铁路接触网在线防冰技术的研究
对电气化铁路接触网在线防冰技术的研究摘要：近年来，随着我国高速铁路的快速发展，对电力可靠性的要求越来越高。
一旦架空线路被冰复盖，电力机车的电力线接收人通常无法与上行线路联系，电力机车无法通过电力线接收来自上行线路的电力，从而导致列车供电中断。
覆冰不仅影响供电，而且还会对上游造成轻微的破坏，从而增加上游的硬点，进而增加上游的曲线，从而容易导致上游滑板加速磨损和弓削等一系列问题。
近年来，许多地区出现了极端恶劣的天气，大大增加了结冰的可能性。
解决上游防冰问题已成为当务之急。
关键词：电气化铁路；接触网；防冰技术；策略引言中国国土辽阔，西部地势高，东部地势低，气候复杂多样，大陆气候强，电力线路容易形成冬季结冰。
覆冰是气象环境造成的常见自然灾害，其生长过程可分为干生长和湿生长。
冰害的主要表现形式是混合冻结。
作为特殊高压供电设备，架空线路的外部绝缘特性和力学性能是重要的技术指标。
由于是户外作业装置，其技术指标受到冰、强风、环境污染等恶劣天气的严重影响。
结冰引起了上行线路的疾驰现象，一旦上行负荷被冰块过度复盖，甚至可能导致分离、电弧、电力采集器故障等严重事故，从而导致正常的电力输送。
本文主要研究了采用焦耳热法向上游注入电流的混合防融冰技术方案，以防止抗融冰，避免经济损失和工作事故，确保易结冰地区电气化铁路的安全运行。
1冻雨、覆冰的特点冻雨和覆冰是我国最频繁发生的灾害之一，对电气化学铁路的运行安全构成严重威胁，其巨大破坏力及其影响范围。
伴随着雪的持续降雨而来的雨夹冰，受到土壤、温度、湿度、风等局部因素的影响，受到重力的影响，往往取决于身体的表面。
它们通常分为以下四类:白霜、雾凇、混合淞以及雨淞。
白霜由于制造时间短，表面粘附度低，且轻微下降，很难归因于接触网。
雾比霜长，产生了两种软雾和硬雾，因为它也相对较弱，也很难严重破坏与网格的接触；杂交体主要表现为硬冰，形成较长时间和较好的交联，导致接触网随时间的推移受到较大的影响。
寒冷地区冻害对电气化铁路接触网支柱的影响及整治
寒冷地区冻害对电气化铁路接触网支柱的影响及整治寒冷地区的低温环境容易造成支柱的冻结和脆化，导致其强度下降，甚至发生断裂。
这会严重影响接触网的稳定性和运行安全。
为了解决这个问题，可以采用保温措施，如在支柱周围加设保温材料，提高支柱的抗冻性能。
冰雪的积累会增加支柱的负荷，使其承载能力下降。
特别是在冰雪融化后，冰块可能会滑落或掉落，对支柱造成冲击，进一步加剧了支柱的破坏。
因此，应加强对接触网支柱的定期检查和维护，及时清除冰雪积累，防止冰块对支柱造成的损害。
由于寒冷地区的气候条件，冰冻土层的存在也会对支柱的稳定性产生不利影响。
冰冻土层的体积变化会引起地面的沉降和隆起，进而对支柱产生侧向力和垂直力，增加了支柱的挠曲变形和破坏的风险。
因此，在设计和施工过程中，应充分考虑冰冻土层的特点，采取相应的加固措施，如增加支柱的埋深和加宽支座，以增强支柱的稳定性。
寒冷地区的冻害对电气化铁路接触网支柱的影响也需要在运维过程中加以关注，及时发现和修复受损的支柱，加强冻害监测和预警系统的建设，能够提前预防和应对潜在的问题，确保电气化铁路的正常运行。
寒冷地区的冻害对电气化铁路接触网支柱的影响是不可忽视的，通过采取保温措施、加强冰雪清理、加固支柱结构和强化运维管理等综合措施，可以有效减少冻害对支柱的影响，确保电气化铁路的安全稳定运行。
有关铁道电气化接触网产生硬点的原因分析与改进对策
有关铁道电气化接触网产生硬点的原因分析与改进对策铁道电气化接触网是铁路交通中的重要设施，它为列车提供电能，保障了铁路运输的安全和顺畅。
在实际运行中，我们经常会发现接触网会产生硬点，导致接触线与接触网接触不良，甚至出现断线、脱网等故障，影响了列车的正常运行。
那么，接触网产生硬点的原因是什么？又该如何改进对策呢？接下来将对这一问题进行分析和探讨。
一、接触网产生硬点的原因分析1. 材料质量问题接触网由导线、绝缘子、悬挂装置等构成，而这些材料的质量直接影响了接触网的整体性能。
如果导线材料质量不达标或者绝缘子存在质量问题，就会导致接触网在使用过程中产生硬点，影响了正常的电能传输。
2. 设备老化接触网作为铁路设施，长期的使用会使得其设备发生老化。
老化的设备易出现变形、断裂等问题，这就会导致接触网产生硬点，影响了其正常的使用和性能。
3. 环境影响铁道电气化接触网处于户外环境中，受到风雨、高温、寒冷等自然因素的侵蚀和影响。
在恶劣的天气条件下，接触网易受到外力影响，导致变形或损坏，从而产生硬点。
4. 不合理的施工和维护在接触网的施工和维护过程中，如果操作人员技术不过关或者维护措施不到位，就会导致接触网产生硬点。
比如不合理的连接方式、接地方式等都会影响接触网的正常使用。
以上就是接触网产生硬点的几个主要原因，在解决这一问题时，我们需要采取对应的改进对策。
二、改进对策1. 提高材料质量首先要解决接触网产生硬点的问题，就需要从提高材料质量入手。
对于导线、绝缘子等材料，应该选择质量合格的材料进行生产和使用，从根本上减少了接触网产生硬点的可能性。
2. 定期检测和维护铁道电气化接触网是一个大型的设施，在使用过程中需要定期进行检测和维护。
只有在设备的性能和状态处于良好的情况下，才能保证接触网的正常使用。
需要对接触网进行定期的维护和检测，及时发现问题并进行整改，减少了硬点的发生。
3. 强化人员培训在接触网的施工和维护过程中，操作人员需要具备一定的专业技能和知识，才能确保操作的安全性和有效性。
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
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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 ）
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。
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。
浅谈高寒天气对高铁接触网运行的影响
浅谈高寒天气对高铁接触网运行的影响作者：王森来源：《中国新技术新产品》2016年第20期摘要：本文结合哈大高铁、哈齐高铁接触网设备冬季运行经验，对影响高寒地区接触网设备运行安全的主要因素进行分析，结合现有装备、技术水平提出行之有效的应对方案，并对未来高寒地区接触网的运营管理进行展望，意在提高设备运行管理的安全性、科学性。
关键词：高寒天气；接触网；应对措施中图分类号：U293 文献标识码：A一、概述2012年12月哈大高铁开通运营，中国铁路正式开启了高寒高铁时代，至2015年8月哈齐高铁开通运营，中国高铁版图进一步向北延伸。
根据国家《中长期铁路网规划》，到2025年哈牡客专、哈佳新线、齐满客专将相继开通运行，低温高寒天气对高铁接触网设备的考验将日益严峻。
哈尔滨铁路局供电部门负责哈大、哈齐高铁合计380km运营里程接触网设备的管理。
在冬季运营管理过程中，经历了冻雨、持续低温、气温骤变、降雪量大、春融反复等极端恶劣天气考验，积累了一些宝贵的运营经验。
二、高寒天气对高铁接触网运行的主要影响1.入冬、春融季节接触网上跨建（构）筑物渗漏问题。
入冬及春融季节，因气温长期维持在0℃上下，接触网上跨建（构）筑物因积雪融化、渗漏，极易凝结冰凌，使接触网带电部分对上跨建（构）筑物的电气绝缘距离降低，或直接造成接触网设备覆冰。
如在哈尔滨西站、大庆西站都曾出现站台风雨棚顶部积雪融化渗漏，以致多条股道的接触网设备覆冰，危及接触网供电安全，并影响相关股道接发列车。
2.低温条件下线索收缩造成接触网几何尺寸变化问题。
因低温条件下线索收缩，在接触网锚段关节等双腕臂处所易出现腕臂偏移情况，导致各部线索、零部件间距过近，严重时可能影响绝缘锚段关节的绝缘性能。
如哈大高铁同心、张家AT所上下行4处绝缘锚段关节曾在环境温度-33℃时发生严重的腕臂偏移，其中最小的一处腕臂零部件绝缘间距不足80mm，无法保证电气绝缘安全。
冬季接触线、承力索发生收缩，如安装时温度曲线计算不精确，极易造成补偿装置a值不足情况。
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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电气化铁路接触网受寒冷气候影响及相应设计研究
黄鑫
【摘要】接触网系统作为电气化铁路的重要组成部分,极容易受到气候、地形等因素的影响,寒冷地区的冬季气候易造成接触网导线覆冰,冻土灾害直接影响接触网支
柱基础混凝土裂缝等问题,直接影响寒冷地区电气化铁路的运营安全.本文从寒冷地
区电气化铁路接触网变化特性对接触网系统的设计要点进行探讨并提出相关建议.【期刊名称】《中国设备工程》
【年(卷),期】2018(000)024
【总页数】2页(P141-142)
【关键词】寒冷地区;接触网系统;冻土;支柱基础;钢柱材质;材质;覆冰
【作者】黄鑫
【作者单位】中铁二院工程集团有限责任公司,四川成都 610031
【正文语种】中文
【中图分类】U226.83
随着我国高速铁路的飞速发展，电气化铁路覆盖范围越来越广。
接触网系统作为电气化铁路的输送电能的主要架构，其户外无备用的特殊性使其必须时刻处于良好的工作状态。
但接触网直接裸露于空气中，极容易受到气候、地形等因素的影响。
寒冷地区冬季严寒干燥，多寒潮侵袭，降温急剧，接触网覆冰现象频发，冻土灾害极容易造成接触网基础的裂缝，恶劣的冬季气候条件严重影响了高速铁路的安全运行。
本文结合新建高速铁路济南至莱芜的沿线气候及地质情况，从寒冷地区特殊的气候条件下，研究影响电气化铁路接触网系统的变化，并结合其变化特性对接触网的相关设计方案进行探讨。
1 济莱线气象概况
新建高速铁路济莱至莱芜北全线约117 公里，设计行车速度为350 公里/小时，
是山东省“四横六纵”高铁路网中的重要一纵，项目建成后，通过济南东客站连接济滨、济青高速铁路，南延至临沂连接鲁南高铁，将成为山东省鲁中南地区又一条快速铁路通道。
济莱高铁全线根据《建筑气候区划标准》（GB 50178-1993）地处寒冷地区，冬
季较长且寒冷干燥，季节性冻土的最大深度为0.5m，冬季极端气温达-27℃，易
产生覆冰灾害。
2 接触网系统受寒冷气候影响的方面
（1）接触网支柱基础。
季节性冻土具有冻胀和融沉等特性。
我国部分寒冷地区季节性冻土深度可达3.9m，而国内接触网普通支柱基础的埋深一般为3m 或3.5m，无法达到冻土层以下的深度。
且接触网基础混凝土在寒冷地区冬季施工容易发生冻害，产生裂缝，造成运营安全隐患。
（2）接触网钢柱材质。
济莱高铁全线接触网支柱及硬横跨均为钢材，如图1 所示，随着温度的降低，钢材的冲击功逐渐降低，冲击韧性下降非常快，极容易发生韧性断裂。
图1 16Mn 钢焊缝低温冲击值示意图
济莱高铁全线最低气温仅在-27℃，如果接触网钢柱及硬横梁采用普通碳素结构钢
Q235，在极端低温下，会发生韧性断裂。
严寒及寒冷地区高速铁路除了需要考虑接触网零部件在极端温度下会产生冲击荷载和交变荷载，还需要考虑其主要受力件及架构联结应满足弓网特性。
如果采用普通焊接连接零部件，应充分考虑在低温环
境下施工操作带来的不利影响。
（3）接触网覆冰。
覆冰是寒冷地区冬季产生的自然现象，某些地处寒冷地区的客运专线，采用夜间停电综合维修方式，会有较长的时间没有列车运行，夜间气温较低时接触网系统导线上大面积覆冰，不但降低了接触网系统的安全可靠性，还将直接导致列车运营时无法正常取流运行，造成大面积停运。
覆冰自然灾害发生后再使用普通机械除冰方法，会耗费大量的人力物力，且效率较低，会对接触网系统的导线造成一定程度的机械损伤。
3 优化寒冷地区接触网系统设计
（1）接触网支柱基础。
接触网的基础形式应考虑土壤的冻结深度、冻拔、溶陷等特性，故不采用直埋基础形式，季节性冻土区段宜采用扩大基础或钻孔灌注基础并扩大底部，宜采用通过地脚螺栓和法兰连接接触网钢支柱和基础。
当铁路路基填料的抗冻胀性不满足接触网基础稳定性要求时，接触网支柱的基础型式应结合石气冷、通风管、热棒和片石护坡、护道等不同路基形式，根据冻土的工程地质特征，考虑基础冻拔力等要求，进行抗倾覆、基底应力、稳定性检算，采取相应的防融沉、防冻胀措施。
接触网支柱基础埋深应大于土壤的最大冻结深度，不应小于最大冻结深度以下0.6m。
济莱高铁全线土壤最大冻结深度为0.5m，故接触网基础埋置深度
应大于设计冻深0.6m。
（2）接触网钢柱及零部件材质。
钢材的材质应根据结构的重要性、连接方式和结构所处的环境温度进行合理选择，受冲击荷载影响时应具有良好的最低温度冲击韧性。
根据《钢结构设计规范》GB50017-2003 规定：对于需要验算疲劳的焊接结
构的钢材，应具有低温冲击韧性的合格保证，即接触网钢柱的材质应具有0°冲击
韧性合格保证。
接触网钢结构材质一般为Q235 或者Q345，通过图2 及图3 的
分析对比可知，Q235、Q345 冲击功均随着温度降低而降低，但是Q345 结构钢材冲击功大于Q235 材质。
因此，在极端的低温环境下，Q345 材质韧性远远优于
Q235。
图2 Q345 结构钢材冲击功随温度变化图
济莱高铁全线最低气温仅在-27℃，故全线接触网钢支柱材质均采用Q345B 低合
金结构钢，在冬季极端低温气候条件下，不易发生韧性断裂。
接触网零部件在寒冷地区应保证具有耐冲击，耐疲劳性能。
铜合金及铝合金材质均具有良好的低温韧性，能在低温下保持良好的力学性能，故严寒地区高速铁路接触网零部件应尽量减少使用钢材质，多采用铜合金或铝合金材质，如表1所示。
高速铁路接触网零部件联
结宜采用螺栓、销钉等连接方式。
如表1 所示。
图3 Q235 结构钢材冲击功随温度变化图
表1 寒冷地区高速铁路接触网线材及零部件材质表?
（3）接触网覆冰。
寒冷地区的电气化铁路应在设计前期考虑在变电所内加装融冰装置，一般为固定式直流融冰装置。
基本原理是通过整流变压器及晶闸管组成的换流阀将交流电转化为直流电，利用直流电流在线路电阻中产生热量，使接触网导线升温，从而达到融化线路覆冰的效果。
另接触网系统设计应充分考虑跨线建筑物排水孔、结构变形缝、隧道口等处落水、结冰的影响。
在跨线建筑物、隧道口等易发生落水处接触网应做绝缘、防护措施。
4 建议
（1）目前电气化铁路覆盖越来越广，目前尚无寒冷及严寒地区相关设计规范，移动式融冰装置、输电线路覆冰检测系统等针对接触网覆冰灾害的运营经验尚不成熟，应在铁路沿线的户外极端低温气候条件下进行模拟实验来采集数据或开展专题研究。
（2）为俄罗斯等地设计的高速铁路应充分考虑Q345 材质的钢材或已不能满足严寒地区的极端气候条件，应加快对高等级钢材在接触网钢柱及零部件上的应用特性研究。
参考文献：
【相关文献】
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