高速铁路接触网预防覆冰技术分析

孙希锋　中国铁路上海局集团有限公司调度所

2018年1月4 日，上海局集团公司管内安徽、江苏地区普降大雪，气温较低，接触网出现覆冰现象，造成京沪高铁、沪宁城际铁路部分动车组自动降弓，大量动车组晚点。1月4日、5日管内因降雪停运旅客列车627列、其中动车组列车391列，给运输秩序造成极大影响。

1 接触网覆冰成因

接触网覆冰首先是由气象条件决定，由于气温、空气湿度、风速的共同作用，在接触线线索表面冻结而成冰（霜），冰霜积聚过多，对接触网粘附、包裹，就形成了接触网覆冰。

2 接触网覆冰危害

接触网覆冰后在风的作用下舞动快、幅度大，弓网运行关系发生改变，对电力机车和动车组正常运行造成影响。从机械角度讲，覆冰后接触线出现下垂、冰坠，导致接触线硬点增多，电力机车受电弓机械磨耗增大，造成碳滑板磨损，甚至断裂的弓网故障。从电气角度讲，由于被覆冰包裹，接触线与受电弓接触面减小，导致受电弓取流不畅，影响列车运行速度。覆冰严重时受电弓和接触线脱离，弓网间产生较大的电弧甚至燃弧，导致受电弓碳滑板严重烧伤，也可能会烧断接触线，此时必须进行扣车、封锁停电处理，严重扰乱正常运输秩序，因此必须采取相应措施，减少覆冰影响。

3 接触网覆冰处置办法

目前国内接触网覆冰主要有两种处置办法：

（1）接触网导线局部或大面积覆冰较严重时，采用接触网打冰杆、作业车打冰等模式进行带电或停电除冰。

（2）接触导线覆冰厚度在允许值时，开行电力机车牵引的列车以及动车组列车前，采用安装有铜基粉末冶金滑板受电弓的电力机车，对接触网导线进行机械除冰。

以上两种方法均是在接触网发生敷冰情况后的处置方法，处置效率低、耽误时间长，将对列车运行秩序造成严重影响。所以我们应该思考如何在覆冰前采取措施，防患于未然，预防和减少覆冰的出现。

4 高速铁路接触网覆冰的预防

4.1 利用夜间天窗点，组织热备动车组往返开行

高速铁路天窗点均在夜间且时间较长，为防止接触网冰雪恶劣天气下持续无负荷运行而出现覆冰的现象，相关单位根据天气预报和现场情况，及时报告运输指挥部门，组织热备动车组往返开行，预防接触网覆冰。

以1月4日安徽、江苏北部地区普降大雪为例，上海局集团公司组织对该范围内合蚌高铁、合福高铁、京沪高铁、沪蓉城际等高铁线路，组织动车组往返开行。因天气预报镇江地区雪量较小，所以未组织对京沪高铁南京南至上海虹桥间、沪宁城际铁路开行热备动车组。

查看1月4日列车运行图（图3、图4），京沪高铁G2、G6次运行至镇江南站至秦淮河线路所间自动降弓停车，沪宁城际 G7029次、G7271次（图1）、G7049次（图2）、G7268次运行至镇江至南京间自动降弓停车。

图1 G7271次镇江至南京间自动降弓停车

图2 G7049次镇江至南京间自动降弓停车

通过分析，上述自动降弓均发生在1月4日凌晨未开行热备动车组的区段，而降雪量较大的地区因组织热备动车组往返开行，并未发生自动降弓停车。所以组织热备动车组往返开行是预防接触网覆冰比较有效的措施。

4.2 合理调整运行秩序，动车组有序运行

图3 1月4日沪宁城际列车运行图

图4 1月4日京沪高铁列车运行图

通过运行图（图3、图4）可以看出，自动降弓的6趟动车组，距前一趟动车组均有较长的时间间隔，在同时间段内，均长于其它动车组的行车间隔。根据现场的分析：暴雪天气加之气温骤降导致行车间隙期间接触网再次覆冰，动车组在高速运行过程中，受电弓与接触网覆冰产生不规则摩擦致使受电弓损伤碳滑板位移，从而导致受电弓降弓停车。

所以为避免行车间隙期间接触网再次覆冰，要求行车组织部门合理规划运行图，动车组开行间隔不能相差太大，保证动车组均匀通过。

4.3 采用新技术、新方法预防

4.3.1 接触网在线电流融冰技术

电流融冰法是在输电线路导线中接通电流，利用导线的焦耳效应产生的热量对导线表面的覆冰进行热融化除冰。经过查阅国内外相关文献和实际调研分析发现，如果输电线路广泛采用的短路融冰应用在接触网上，就必须断开负荷，电力机车、动车组停运，动车组一旦停运影响较大，所以研究不影响电力列车、动车组正常运行的接触网在线防冰技术才具有实际应用价值。目前有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，通过调节SVG，增大接触线电流，防止接触线结冰。在上海局集团公司沪杭线海宁变电所进行了实际应用测试，通过在变电所和分区所设置的SVG，控制接触网上的电流实现在线防冰，不仅不影响列车运行，还能保证供电电压稳定（图5）。

图5 接触网在线防冰原理电路

当接触线温度传感器输出的温度值小于等于冰点时，投入静止无功发生器(SVG)，能够在接触网不停电、动车组正常运行情况下，进行在线高效防冰，使接触网在冻雨及冰雪等极端灾害天气情况下不结冰。

4.3.2 憎水性涂料用于接触网线路防冰

中国铁道科学研究院的研究表明在具有纳米管结构的接触线上涂覆R-2180涂料后，接触线表面的覆冰速率明显下降，覆冰量显著降低，覆冰量较裸接触线降低近40%，显示了良好的防覆冰性。还有的是利用三氯丙烯乙二醇、甘油和异丙醇钛盐等聚合制备一种聚合物，在大气条件下该聚合物自动释放三氯丙烯乙二醇和甘油，有利于过冷水滴在冻结前自由滑落。憎水性涂料可以利用机械设备向接触线涂抹，该方法操作简单，在无机械设备涂抹的情况下，可通过人工涂抹，成本较低。可以根据天气预报可能结冰时利用接触网停电天窗时间，提前进行涂抹，预防接触网覆冰。

综上所述，笔者认为在采取人工除冰、电力机车（动车组）带负荷运行除冰的基础上，应该把接触网覆冰的预防工作提前做好，利用夜间天窗点，组织热备动车组往返开行，在列车运行过程中，合理调整运行秩序，缩小列车运行间隙，减少覆冰产生。同时还需要铁路及科研部门共同努力，对接触网憎水性涂料、接触网在线防冰等新技术、新方法进行研发、试验，尽快投入使用，保证高速铁路运行安全。

[1]李群湛，郭蕾.电气化铁路接触网在线防冰技术研究.铁道学报.2013-10.

[2]邬江峰.浅析接触网覆冰的危害及对策.水利与水电.2014-06.

[3]张晨云.接触线表面防覆冰涂层的性能研究.中国铁路，2015-03.