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：我国的铁路系统,悬链线的设备,因为频繁的裸露在外面,运行环境非常恶劣,因此,运行环境中很容易受到外部环境的影响和产生变化。

据不完全统计,每年由
于悬链线设备故障的外部环境已达到70%以上。

因此,我们需要从根本上改善悬链
线设备使用外部环境的能力,大大降低了设备的故障率,保证机车的安全运行。

关键词：接触网覆冰预防措施
接触网在初冬和初春季节因降雨、雪表面冻结成冰的线索(奶油)形成冰,冰冷
的雨水溅落在温度低于冰点(0℃)对象形成雨夹雪(见相应的指令的解释釉)。

如果
是在接触互联网,这是冰链。

如果所有电线都是冰雪覆盖的范围内,这是冰接触线
的开销。

冰上舞蹈经常引起悬链线和出现冰,冰下降的现象,严重威胁电力机车的
安全,emu受电弓运行,扰乱正常的铁路运输秩序。

因此,基于线索的冰机理、特点
和影响因素的研究,制定切实可行的预防措施,减少伤害受电弓上的冰,在最大程度
上减少对铁路运输的影响。

1．接触网产生覆冰的机理和分析
（1）接触网覆冰按冰的表观特性分为雨淞、粒状雾凇、晶状雾凇、湿雪、混合淞。

雨淞：透明玻璃体、质地坚硬不易破碎，密度在0.6～0.9g/cm3，又称冰凌或明冰，与导线表面的附着力强大，不易脱落。

粒状雾凇:乳白色不透明体，其间
含有气泡空隙，质地疏松较脆，表面起伏，无定形状，密度为0.1～0.3g/cm3。

晶状雾凇：白色结晶，冰体内含空气泡较多，质地疏松而软，与导线表面的
附着力较弱，容易脱落，密度在0.01～0.08g/cm3。

湿雪：呈乳白色或灰白色，一般质地较软，是处于熔化状的雪花和水体粘附到导线表面而成的，密度一般在
0.1～0.7g/cm3之间，粘结在导线上的湿雪当气温进一步降低时将变成坚硬的冰冻体。

混合淞：呈乳白色，体大，气隙较多，是雨淞和雾凇在导线上交替冻结而成的，密度在 0.2～0.6g/cm3之间。

（2）接触网覆冰的形成机理分为降水覆冰、云中覆冰、升华覆冰三类。

降水覆冰是空气中的冻雨（过冷却水滴）或雪花降落到温度接近0℃或负几度的导线
表面形成覆冰或覆雪。

冻雨覆冰形成的雨淞因其密度大、附着力强，对接触网危
害最大。

云中覆冰是空气中过冷却的云或者雾与导线相接触冻结成冰，叫云中覆冰。

地面无降水摘要：量和降雪量，覆冰主要取决于湿度、风速等气象参数是云
中覆冰的一个特点。

升华覆冰是大气中的水蒸气直接冻结在物体表面所产生的一
种霜，也成为晶状雾凇，因是经过升华而产生的晶状雾凇，所以叫升华覆冰。

晶
状雾凇不会发展很大，其附着力较小易脱落，对接触网基本上不产生多大危害。

（3）接触网覆冰的形成条件：足够可以冻结水滴的气温及导线表面温度，0℃以下，一般为-20～-2℃，能使液滴在冻结时及时释放出潜热；具有较高的湿度，因为空气过冷却的液水含量是各种覆冰的水来源，空气相对湿度一般要在85％以上；具有可使空气中的过冷却水滴或过冷却云粒产生运动的相应风速，以便水滴
与导线发生碰撞，被导线捕获，一般风速为1～10m/s。

观察和研究表明，当空气相对湿度很小或无风和风速很低时，即使温度很低，导线也基本上不发生覆冰现象。

影响导线覆冰的气象因素主要包括气温、空气湿度、风速、风向、云中过冷
却水滴的直径及凝结高度等参数。

（4）接触网覆冰厚度的计算公式：
①冻结系数为1，即所有被导线捕获的水滴全部冻结成冰，且雨淞冰的密度
ρi=0.9g/cm3水的密度ρw=1.0g/cm3；②导线为半径R的无限长圆柱体；③风速
为零。

这样，相对于1cm的降水量对应的冰厚为：Rep=ρw/ρi•1/π=0.35cm在以上假设下，覆冰厚度与导线的直径无关，只与降水量有关。

2.覆冰对接触网设备造成的危害
当接触网覆冰时，产生的危害主要有受电弓铦弓、线索损伤、接触网部件受
损等设备故障。

（1）弓故障
当接触网覆冰，受电弓在其滑动过程中就会产生冲击力，在较高速度运行下
受电弓的取留器与接触线表面的冰凌发生碰撞损坏，无法正常取留。

造成受电弓
铦弓故障的发生。

（2）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。

（3）接触网部件受损
在发生线索舞动后，容易造成零部件螺栓松动、金具破损现象。

线索的舞动
使得支持、连接的金具发生剧烈的振动、扭曲，造成零部件的“内伤”，间接出现
部件脱落、损坏，设备故障。

例如：接触网设备一旦覆冰即存在舞动隐患。

2003年2月9日20：43至10 日12：22，京广线许昌-孟庙段、孟宝线孟庙-平顶山东区段接触网设备发生
了我国电气化铁道历史上罕见的舞动现象，造成接触网设备大量损坏。

此次事故
中断京广线行车上行4h49min、下行8h34min、孟宝线14h。

由于正处于春运期间，给繁忙的春运工作带来了巨大的压力。

3.采取的相应对策和措施
牵引供电设备维护管理单位，应以“预防为主”的原则，从加强设备巡检力度，增强设备抵抗恶劣气候的能力，合理组织人员机具及时有效的处理接触网设备覆
冰问题，以下分别从除冰技术方法、导线舞动的基本防护对策和人员、机具组织
方面进行阐述，采取相应的措施，减小因覆冰对接触网设备造成的危害。

（1）除冰技术方法：
①机械破冰方法:对结冰较厚并导致受电弓无法取流的区段，采用打冰车和
人工除冰相结合的方法，进行打冰工作。

人工除冰时，用铲刀、木锤等工具刮除
冰快，不可敲打接触线，避免接触线产生硬弯。

②热力融冰方法是提高线路中通过的电流，利用焦尔效应来加热导线，一种
是短路电流融冰法。

另一种是接触线中预埋加热电阻丝融冰（设计时考虑）。

③自然脱冰方法是无需外界加入能量，是零能耗脱冰方法，例如阵风、引力、太阳辐射、温度变化等都可能引发导线脱冰，只是这种脱冰方法可遇而不可求，
完全是自然力作用的结果。

然而，通过在导线上加装某种装置（如平衡重块、抑
冰环等）可以使导线引发自然脱冰。

（2）导线舞动的基本防护对策：
虽然导线舞动机理迄今还没有完全弄清楚，但根据已知的形成舞动的主要因
素和在现浅谈接触网线索覆冰预防措施场的实验探索，对导线覆冰引发的舞动的
防止对策大致分类如下：①预先排除发生舞动的外因（如选择不利于形成覆冰的路径，大电流融冰，使用低居里点合金作融冰套管防止导线覆冰）。

②减少舞动造成的危害（如加固线索悬挂点）。

③采用机械方法减轻或防止舞动（如安装增加导线阻力的器件，由阻力垂直
分量抑制升力）。

④改变导线空气动力特性防舞（使导线沿档距改变其覆冰后的空气动力截面，产生各自不同的空气动力效应，相互干扰抑制舞动）。

（3）电化区段因冻雨、降雪造成接触网结冰、供电中断时。

通过人员、机具组织方面最大限度的减少由于接触网覆冰造成的危害：
①机务系统安排电力机车在有电区段担当牵引，内燃机车在无（停）电区段
担当牵引，并在发生故障时，实施互救；在供电不稳定区段安排电力机车、内燃
机车共同担当牵引，优先保证受灾区段的旅客列车和重点列车运行。

因覆冰影响
导致受电弓无法正常取流的区段，要求电力机车上安装硬度较高的铜基粉末冶金
滑板，保持电力机车开行密度，利用电弧熔化接触线上的薄冰。

同时将受电弓静
态压力调到上限。

②供电部门、设备管理单位a组织员工不间断地巡视设备，明确轨道车、梯车备用，确保接触网贯通线等设备工作正常。

对结冰较厚并导致受电弓无法取流
的区段，采用人工除冰。

每工区至少配备15支打冰杆及一定数量铲刀、木锤等（每车不少于3个），用于对接触网上较大冰凌的人工处理。

供电工区（车间）
现场派驻人员观察列车通过覆冰区段时，受电弓的拉弧情况。

b出现接触网舞动
现象时，接触网上下晃动量为200～300mm或左右晃动量为 100～150mm，采取
电力机车限速（45Km/h）通过晃动区断，并观察弓网运行情况。

接触网晃动，
导致接触网已有明显缺陷，无法保证受电弓安全运行时，应停电、果断采取禁止
电力机车通过并做好处理缺陷的措施。

c根据现场覆冰、拉弧情况，设置电力机
车限速条件（一般电力机车走行速度不超过60公里/小时），遇有牵引变电所出
现反复跳闸（如比率差动保护动作）的特殊现象时，可先撤除差动保护。

结束语
只有不断研究悬链线冰原因和相关因素,通过改变悬链线和预防措施,旨在减少冰悬链线的危险,因此减少了接触线设备冰对电源的影响交通安全。

同时建立了一
个科学和严格的防冰除冰程序和标准,悬链线防冰除冰工作具有十分重要的意义。

为此,我们将继续深入探索和研究悬链线冰。

参考文献
[1]李群湛,郭蕾,舒泽亮,易东.电气化铁路接触网在线防冰技术研究[J]. 铁道学报,2013,10:46-51.
[2]陈楚楚.电气化铁路接触网在线防冰方法研究[D].西南交通大学,2015.
[3]崔永强.电气化铁路接触网在线防冰技术方案研究[D].西南交通大学,2013.
[4]郭蕾,李群湛,高晓杰. 电气化铁路接触网在线防冰电流的决策及控制[J]. 铁道学报,2015,10:42-47.
[5]崔永强,郭蕾,李群湛,郭积晶,胡景瑜.电气化铁路接触网在线防冰技术方案设
计[J].电力系统及其自动化学报,2014,11:28-31.。