接触网融冰电气控制系统策略的研究关键要素探究

接触网融冰电气控制系统策略的研究关键要素探究

韩永峰

中国铁建电气化局集团有限公司 北京 150050

摘要：接触网是电气化铁路工程的重要组成部分，接触网具体是指的架设在铁路工程上方的输电线路，这种输电线路的主要作用是为了给电力机车供电。所以，如果接触网出现结冰，那么电力机车的运行可能受到影响，甚至出现导致列车运行中断，调度管理出现问题。本文立足我国电气化铁路接触网融冰实际，阐述接触网覆冰形成所需要满足的几大条件，详细分析接触网覆冰形式及形成过程，在我国常用融冰方法的基础上提出接触网融冰流程及融冰电气控制系统的电路设计。

关键词：接触网；融冰；条件；架空电力线

接触网长时间被外露在自然环境中，需要适应四季正常天气，还需要适应狂风、暴雨、冰雹、大雪等特殊气象。我国国土面积大，南北东西横跨大，铁路线路里程长，范围大，所以较多地区的导线线路都存在覆冰问题。一旦接触网出现严重覆冰问题，接触网的机械与电气性能将出现急剧衰退，机车运行的稳定性与安全性也会大大降低。

1接触网覆冰形式及形成过程

接触网覆冰并不是特殊现象，只是因为温度、湿度等因素综合影响下出现的物理现象。在自然环境中，重力作用会使得冰晶、雪花以及水滴自然下落，而在温度与风的影响下会就会出现接触网覆冰现象。

1.1接触网冰雪灾害形式

接触网冰雪灾害形式较为多样，常见的包括积雪、雾凇、雨凇以及混合淞等。其中积雪对接触网的影响较小，因为雪体积小，重量轻，容易被风吹起，出现堆积的概率较小，对导线的受力不大；雾凇是一种乳白色的不透明冰晶物，这种冰晶物是饱和水汽在空气中与温度＜0℃的物体发生接触而产生的，或者是因为云中过冷而冷却的雾滴与物体迎风面相接触产生的。这种冰冷集聚形成的雾凇，中间存在空气缝隙，重量轻，粘聚力不高，落在附着物上时很容易就被风力所剥落，对接触网的影响较为小；雨凇是指过冷却水滴碰到温度＜ 0℃的物体表面时所形成玻璃状的冰覆盖层。相较于前面所提到积雪与雾凇，雨凇的密度更加的大，表面光滑，粘附力较强。若连续出现雨凇气象，加上气温较低，随着时间的推移，覆盖在导线上面的雨淞会不断累积，导致接触网出现严重覆冰和断线事故；混合淞是由过冷却水滴在导线的迎风面形成透明与不透明交替重叠的冰层，或似毛玻璃的不透明冰层。这种混合淞基本上是由雪淞与雾凇反复作业形成的，所以其性质结合了两者的特点，体积大，具有一定的粘附力。所以混合淞也会粘附在导线上面，可能会导致接触网覆冰和导线断裂事故。此外，根据覆冰过程的特点，可以将覆冰过程分为干增长与湿增长两种，这两种覆冰增长过程存在较大不同，且其对导线的影响也不一，湿增长覆冰对导线的影响更大。干增长是指的空气中的雨滴和水汽与导线发生接触，并在接触后被完全冻结上导线上面，形成的是雾凇覆冰，而湿增长是空气中的雨滴和水汽也和导线发生了接触，在接触后并未完全冻结上导线上面，形成雨淞覆冰，进而造成接触网覆冰。

1.2接触网覆冰的条件

接触网覆冰需要满足以下条件：

（1）外部环境温度和导线表面温度低至-20℃～-0℃，水滴在与导线接触时冻结；

（2）空气中要有过冷却水滴或水雾；

（3）空气中的湿度高，相对湿度需要≥85％；

（4）如果外部环境及导线的温度已经达到了水滴冻结的条件，相对湿度也达到了85％以上，但是风速较小或完全无风，也不会出现导线结冰和接触网覆冰情况。根据试验发现，在以上条件都满足的前提下，风速要在3-15m/s，才会出现覆冰现象。

2接触网融冰方法概述

2.1接触网的融冰方法

我国常用的融冰方法包括人工除冰及直流融冰这两种，人工清除就是人工进行干预，安排工作人员人力或借助一些机械设备来新鲜清除作业。这种融冰方法简单，易操作，但也需要耗费较多的人财物资源，融冰效率低，加上融冰环境较为恶劣，工作人员来进行融冰作业时的安全性得不到保障，作业难度系数高。但是这种融冰方法，在我国各个地区的铁路路线的接触网覆冰处理中应用还相当的广泛。

2.2架空电力线的直流融冰方法

架空电力线的融冰方法是进行直流融冰，选择用较低电压，使用短路电流来对覆冰的架空电力线进行处理。这种融冰方法的电源是系统所提供的，经过处理装置后就可以对覆冰线路进行融冰。在应用直流融冰方法时，需要计算融冰电流与融冰时间，尽量不要使用过大电流进行融冰，防止导线出现过热问题（详情见图1所示）。这种融冰方法优势突出，易操作，占地面积少，电流稳定，不会产生噪音污染，谐波小，不会对系统及变电站产生干扰，不需要进行过多的维护，但是这种融冰方法也存在一定的不足，在融冰过程时需要断开列车电流，以便接入融冰电流，影响列车的正常运行和调度管理。

图1：直流融冰装置示意图

3 接触网融冰流程介绍

在正式开始融冰之前，工作人员要先将电路切换到融冰电源，并应用电气控制系统来对融冰进行管理与控制。接触网融冰流程基本控制流程如下：

1. 检测温度，并将检测到的温度反馈显示出来；

2. 将检测到的温度传输至单片机，以此作为计算融冰电流的参考；

3. 计算出融冰电流，借助专业工具检测电流的大小，并调节电流大小，将其调至融冰电流；

4. 再驱动电源，输出融冰电流；

5. 电流输出一段时间后，进行电流检测，对融冰电流的大小和融冰过程进行动态监督。

4 融冰电气控制系统主电路设计

4.1接触网供电电路设计

一开始的接触网供电来源于城市电网区域变电所，电压大小为35KV。整流机组主要由两大部分构成，这两大部分为牵引降压变电器与整流器，两者直流侧并联作业，这是为了保证牵引降压变电器与整流器的在并联状态下直流电压能够保持相同，负荷也能够进行均衡分配，35KV侧选择的是不分段的单母线，为牵引变压器配备的三绕组变压器，有机与整流器组合，形成多相整流，直流电的正负极分别经过直流高速空气开关，连接到直流侧的正负母线上。这样一来就能够将电力资源经过直流反馈线进行输送，将其传输到接触网上。列车的受电器与接触网接触滑行，形成一个较为稳定的接触网供电电路。详情见图2。

图2：原接触网供电电路设计

4.2融冰电气控制系统电路设计

融冰电气控制系统的电源也来自城市电网区域变电所，系统将融冰电流连接到整流器上，使得电流从整流器的正负极流出，导电线路将在前后两个车站之间中的一个上接或下接接触网反馈线，实现对回流线的连接。在正式开始融冰作业时，工作人员要切断原来接触网的电源，并及时接入融冰电源，接触网带电，使得受电弓与接触性充分摩擦，进行接触网融冰。详情见图3。

图3：融冰电控系统主电路设计

5 结束语

为了服务经济发展，便利人们出行，我国电气化铁路的建设规模在不断的扩大，高海拔、高湿度及低温度地区也建设了一定数量的电气化铁路。但是在高海拔、高湿度及低温度地区进行铁路建设时，极易出现覆冰问题。为了解决接触网覆冰问题，充分发挥电气控制系统的作用，就必须对覆冰产生的原因和过程进行分析，对防冰、融冰及除冰的技术进行深入研究，切实提高融冰效率，促进我国铁路建设事业的健康发展。

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