山区电气化铁路接触网防融冰关键技术研究

王龙

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）

0 引言

对山区电气化铁路的建设实践进行分析可知铁路穿梭于绵延山林之间，存在比较多的垭口、风道以及迎风坡等，在空气湿度比较大的地区，夜晚非常容易发生结冰现象。在覆冰严重的时候铁路干线的运行稳定与安全均会受到影响，为保证铁路安全与稳定，必须要对接触网的防融冰关键技术进行分析与利用。在目前的山区电气化铁路接触网防融冰实践中，主要的手段有两种：第一种采用设计手段达到防融冰目标，具体包括的覆冰荷载、导线防护以及设备的选型等，但这方面的技术利用均不够成熟。第二种利用人工、机械方式实施除冰。在两种技术方案的综合分析基础上结合国内外的相关经验对接触网防融冰的关键技术进行强调，这对于实践工作开展有重要价值。

1 接触网防融冰现状总结

对位于西南山区特别是穿越云贵高原等地区的沪昆、渝贵、内六等铁路线路运行进行总结时发现历年都存在不同程度的接触网覆冰情况，其中2008年、2018年等年份出现了较为严重的接触网覆冰病害。就记载资料来看，覆冰厚度达到了20mm，甚至是30mm，此种情况引发了比较严重的弓网故障，导致列车的正常运营受到了影响。对出现故障的铁路进行分析，其接触网防融冰的现状表现为：一是设计方面，主要从覆冰荷载、导线防护、设备选型等方面进行了防冰设计。就整体设计而言，接触网融冰设计的成熟性不高。二是运营方面，主要采用人工和机械两种除冰方案，未设置专用的接触网融冰设施。

2 接触网防融冰关键技术

2.1 边界条件设计

边界条件设计具体指的是基于让融冰的具体需要对边界条件进行界定并做科学设计。在进行电气化铁路以及输电线路等防融冰设计的时候需要对覆冰重现期、覆冰厚度、冰区划分等设计边界条件进行规定。在进行边界设计的时候需要强调如下几点：一是关于接触网覆冰重现期。基于沿线铁路最近的记录年限，要做不少于25年的覆冰资料计算，同时要结合既有的电气化铁路或者是输电线路的运行经验做具体内容的设计[1]。二是就电气化铁路冰区的具体划分来看，需要基于《高速铁路设计规范》(TB 10621—2014)的具体规定，将覆冰厚度大于10mm 的区域界定为严重覆冰地区。三是关于电气化铁路覆冰资料的收集以及冰区的划分。在目前的实际问题处理中，应基于历史覆冰以及分布而具体情况，结合电网冰区的分布图进行准确界定。与此同时要加快在电气化铁路沿线接触网覆冰在线监测系统的建设，并逐步推进冰雪在线监测数据的累积以及分析，以此绘制出更加精准的电气化铁路各区域的冰区分布图。

2.2 风险源的分析以及应对措施的制定

基于冰雪灾害对接触网设施的不良影响对接触网防融冰设计中的风险源进行分析与强调，针对风险源做分析设计及调整，能更好地为制定防融冰方案提供思路。就具体的工作分析来看，其主要分为如下几方面内容：其一，冰区的划分以及设计覆冰厚度方面。在冰区划分方面，主要的风险源有冰区划分的手段不够、经验不足或资料较少等，面对此风险源，主要的措施是收集气象资料积极地开展冰雪观测工程，同时结合气象资料与沿线铁路的地形地貌等做差异化的防融冰设计[2]。其二，弓网取流方面。就弓网取流方面的风险源分析来看，主要有弓网受流、受电弓、电力机车等几个方面，就具体的风险源规避来看，需要强调覆冰监测，同时需要重视电力机车的设备抗冰击能力增强。受电弓自身的处理也需要加强。其三，过负载方面。此方面的风险源主要来自电气方面以及结构方面，在实践中需要对电气设计和结构设计进行调整和优化。其四，绝缘子覆冰网络方面。这方面的风险源主要是绝缘子在覆冰的情况下会出现性能下降等问题，要有效地解决此问题，在设计实践中需要强调安全冗余度的考虑，还需要对绝缘的距离进行加大。其五，导线覆冰舞动方面。这部分的风险源主要来自不均匀覆冰，要解决此问题，应强调实践中的导线保护。其六，附件设施融冰对接触网存在着显著的影响，比如隧道口、沿线附近树木等结冰会对接触网产生显著的影响，为了规避此影响，在设计中需做好相应的设施优化，有效规避相应问题的发生。

2.3 接触网防融冰设计思路

对电气化铁路接触网防融冰设计时遵循“五字方针”，即避、抗、融、防和改。就避冰而言，具体是在接触网供电线路规划的过程中尽量避开重冰区，这样，覆冰对接触网的影响会减弱[3]。就抗冰而言，指在没有办法避开的严重冰覆盖地区，基于覆冰的具体情况采用相应的设计措施，增强接触网的抗冰能力，有效控制覆冰对接触网的不利影响。就除融冰来讲，具体指的是在严重覆冰的地区，在经过技术和经济性比较之后设置接触网融冰装置等实现自动融冰。

2.4 接触网防融冰关键技术方案

在综合分析的基础上对接触网防融冰关键技术方案进行优化。就实践总结来看，技术方案主要包括如下内容：其一，覆冰资料的收集以及冰区的划分。冰区划分是接触网防融冰技术利用的重要参考内容，需要对冰区的划分进行强调，保证冰区划分的详细、准确。其二，系统设计。就系统设计而言，其主要包括三部分内容，具体的是冰雪工况下的高速铁路弓网模型、接触网悬挂参数；线索、设备以及构建等冰雪结构的荷载情况；线索在冰雪荷载的工况动态变化下引起的结构荷载以及电气绝缘要求等。其三，关键设备。在接触网的防融冰设计中应尤其重视关键设备，如绝缘子、线索上加装的护线条、防舞动鞭等。其四，接口设计。通过合理布置实现冰柱、冰桩等的规避。在上述四项内容的设计基础上，监测装置、融冰装置以及工器具等均是需要在方案中需要明确的内容。

3 基于山区电气化铁路接触网防融冰关键技术的总结与反思

山区电气化铁路接触网防融冰关键技术的研究和利用对山区电气化铁路的稳定运行和安全运行具有十分重要的现实意义。结合我国目前西南地区的电气化铁路建设和运行做分析，西南山区电气化铁路建设工作和铁路运行维护工作的难度要大于平原地区，主要原因便是山区的气候条件更加的复杂，铁路的建设和运行影响因素更加多样。基于此，针对各方面影响因素对技术做创新与分析，并做技术的总结与讨论，这对于提高技术实用效果，发挥技术价值有突出的现实意义。在目前的西南山区，要开展电气化铁路建设或者是运行的相关工作，需要强调如下内容。

第一，需要积极做好地域探查，掌握更多的资料。就此次的分析来看，之所以要讨论山区电气化铁路接触网防融冰关键技术，主要是因为山区的气候条件更加的复杂，在部分问题的处理方面，技术要求更高，因此必须要对技术做更加充分的讨论。要研究适用于西南山区的技术，必须要对西南山区的地理环境做全面的分析，如分析地质构造，要掌握地质活动资料，对当地的气候资料进行分析，比如气温、降水以及气候灾害等。掌握的资料越全面，基于资料开发的技术便越具有优越性，可解决更多的问题，而技术本身的全面性、有效性等会显著提升。

第二，需要强调技术总结，正确认知技术壁垒等内容。结合技术的实际利用做分析发现从技术产生到技术应用，再到技术成熟，其需要经历一个完整的过程，而这个过程中，不可缺少的一项工作便是技术总结。以山区电气化铁路接触网防融冰关键技术研究为例，接触网防融冰技术在产生之后进行应用会发现该技术的应用存在某些缺陷，比如技术在某些区域内的应用效果不理想。通过总结与分析发现了技术利用区域的差异，这会使技术的完善方向更加的清晰，而且在确定了方向之后，技术壁垒的打破也会有更加强烈的动力，这于技术进步来讲是非常重要的。总之，对技术发展过程中的评价工作进行强调，不断总结技术存在的问题，并强调技术优化方向，这于技术长足发展有显著意义。

第三，需要关注技术发展与优化，不断提升技术利用效果。在技术的发展和应用过程中，不断强调技术的优化，同时讨论技术的利用效果也有显著价值。技术的利用是为了解决某方面问题的，比如接触网防融冰技术的利用主要是为了解决接触网覆冰问题，对技术的应用效果进行总结，掌握技术应用的实际情况，并在实际情况分析的基础上对技术效用的发挥做分析，这样，技术优势、技术缺陷等会更加的一目了然。在推动技术发展的过程中，不断地做技术应用效果分析，并不断讨论影响技术效果的具体因素，同时强调影响因素的改变和优化，这样，技术实效所产生的价值更加突出。

4 结语

山区电气化铁路的建设能够有效地加强山区与平原地区的联系，这对于山区发展是有积极意义的。受地形条件和气候条件的影响，在山区的部分位置，电气化铁路接触网容易出现覆冰问题，尤其是在晚上，该问题会影响电气化铁路的运行稳定与安全。因此，在结合国内外优秀经验的基础上对山区电气化铁路防融冰关键技术做分析与讨论，这于工作实践而言意义显著。