罗旭
四川铁路职业学院 四川省成都市 611732
摘要：随着我国电气化铁路的不断延伸和发展,接触网覆冰日益威胁着电气化铁路的安全运行.对于地处东北地区或其它寒冷地区的客运专线,因采用夜间停电综合维修方式,造成相当长的时间没有列车运行,气温较低时会造成接触导线出现覆冰现象.所以,探讨接触网覆冰的危害及研究接触网融冰的方法对铁路安全有着极为重要和深远的意义.
关键词：接触网融冰、除覆冰、智能除覆冰
接触网线是电气化铁路供电系统的主要元件，主要包括接触线和承力索，担负着把电能输送给电力机车使用的重要任务，对轨道机车安全运行起着关键作用。而低温、覆冰，是接触线的头号“敌人”。当气温低于0摄氏度、风速低于每秒3米、湿度达75%以上，接触线表面就会出现覆冰，导致机车滞留甚至危及机车运行安全。此前，解决覆冰通常有两种方案：通过机械加人工，但除冰效率低，效果差；通过大电流给接触线加热，虽然节省人工，但长距离、大电压供电能耗巨大。
接触网覆冰危害
1 列车无法正常取流运行。较长时间没有列车运行时，接触线会完全被覆冰包围，使受电弓无法取流。例如在2020年11月18日至22日，哈大线遭遇了自开通以来强度最大、范围最广的降水，气温骤降和雨雪交加致使接触网及受电弓多处结冰，发生了多起因受电弓不能正常取流的事故。2020年11月，在沈阳铁路局平齐供电段等均发生多起接触线被覆冰包裹的事件，使列车无法取流运行、受影响里程4670公里。
1.2降低了接触网的安全可靠性。表现在: (1) 在风的作用下,接触网设备不仅承受了覆冰自身的荷载，而且也承受了因受风面积增大而增大的风荷载。如果覆冰值超过设计值，可能会使导线张力增大(严重时断线).支持装置破环。(2)覆冰使接触线与受电弓接触受流(特别是高速受流时)时导电性能降低，并产生电弧而烧伤受电弓和导线。(3)绝缘子冰闪。在冬季雾雪天气时，绝缘子表面会出现结冰现象，主要集中在绝缘子的迎风面上，厚度一般在5-10mm。冰体内的污染介质形成导电体，可能造成短路,引起闪络放电、接触网跳闸、损坏电气设备，影响正常运输。
1.3影响了弓网受流质量。接触线波动传播速度是接触网设计的主要参数，直接关系到了弓网运行速度目标值能否实现。接触线波动传播速度的平方与其工作张力成正比，与其线密度成反比。当接触线覆冰时，其线密度提高而工作张力不变，因此减小了接触线波动传播速度,进而影响了弓网受流质量。其次由于接触网特别是接触线覆冰的不均匀性，在攫冰处，相当于接触线增加了集中荷载，甚至会产生硬点，严重时会发生打弓事故。在速度越高时，覆冰对弓网受流质量影响越大。
热力融冰法;热力融冰法是世界公认的最有效的除冰技术，其采用焦耳效应融冰原理，利用电流加热覆冰导线进行除冰。加拿大魁北克水电研究院的研究人员建立了用于估算不同电流、温度、风速条件下融冰时间的数学模型，即
Ec+Ecg+Efg= ( I2R+Ps-Pr-Pc) t
式中: Ec 为加热导线所需的能量，J/m; Ecg为加热冰所需的能量，J/m; Efg 为冰融化所需的能量，J/m; R为导线电阻，n /m; I为导线中的电流，A; Ps 为吸收的太阳能，W/m; Pr 为热辐射损失，W/m;Pc为热对流损失，W/m; t为电流施加时间，s。公式(1) 相比于Ic2R1t=Qf+Qd， 更加全面。在一定环境下，可以测出以上变量。
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根据以上公式，我们制作利用列车行驶空窗时间，全自动除冰柜，原理方框图如图所示。
我们采用STM32为CPU，多点基于GSM传送的接触线温度传感器、接触网补偿装置重力传感器、环境温度传感器、输入输出电流电压传感器来采集接触网是否覆冰，以及
接触线热力融冰导线温度。当采集大屏大部分接触线传感器温度低于一定温度、且接触网补偿装置重力传感器所受重力大于一定数值等条件。MCU通过天窗时间的长短，断开27.5KV变电所馈线断路器，通过计算天窗时间所得除冰所需电流电压，启动融冰断路器及IGBT变流控制器。融冰过程中接触线温度传感器实时传送导线温度，形成导线温度监控曲线，防止导线融冰电流过大、造成接触线断线，一旦接触线温度高于设定保护值即降低啊融冰电流，MCU通过传感器和IGBT变流控制器形成闭环控制电路。
此装置即可全自动运行，也可手动设定融冰时间，区别于输电线传统短路融冰法、一切全凭操作人员的眼睛和操作经验，将接触线融冰进行了智能化改造，并能充分利用天窗时间对单个供电臂或者某段容易覆冰的线路加设分区亭进行融冰。