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摘要:随着电气化铁路总里程的快速增长和高速铁路的发展，铁路运能得到大幅提升。电气铁路接触网在线防冰电流的控制，是目前电气铁路建设总面临最主要的问题。为确保冬季列车安全行驶，在线防冰技术急需投入到实际应用中，它既能及时解决接触网覆冰问题，使铁路正常营运，同时排除了人工除冰操作的危险。本文就电气化铁路接触网在线防冰技术进行简要分析。
关键词:接触网；覆冰机理；在线防冰
对于覆冰灾害最好的解决方法就是防冰，即在覆冰条件下使线路中流过足够大的电流，依靠焦耳热保证接触线温度在0℃及以上避免覆冰。在覆冰环境下，使导线不覆冰的最小电流称为导线临界防冰电流。目前各铁路局大多仍采用人工清除接触网覆冰的方法，效率低下，直流短路防冰方法又影响行车。
一、接触网的防冰方法简介
目前国内外有工程应用实践的除冰、融冰方法，主要有人工清除、接触网热滑等。人工清除方法就是通过人力或机械去除冰雪，该方式最为简单，也很原始，需要占用大量人力，耗时长，效率低，安全性差。防冰时往往环境条件恶劣，给人工除冰工作带来很多困难。但目前，国内各大铁路线上多采用此方法清除接触网导线覆冰；接触网热滑方法，就是在运营前通过线路巡视人员观察接触网的覆冰情况，判断覆冰的严重程度。若覆冰达到需要除冰的警戒值，则启动除冰计划，在城轨线路营运前1～2小时使接触网带电，电车通过受电弓从网上取电，以惰行的方式使受电弓与接触线摩擦，清除覆冰。
二、接触网覆冰机理及危害
通常情况，覆冰状态主要是由气候条件造成的，其中温度、空气中液态水含量及风向、风速是重要因素。当空气中有足够的液态水时，同时受到较大风速影响，使空气中的液态水受冷，与接触网相接触，加上温度低于0℃，极易使小水滴冷固，进而在接触网上形成一层厚厚的覆冰。从这一角度来看，接触网覆冰是一种物理现象，一方面是流体力学的过程，主要是因为捕获气体中过度冷却的水滴进而发生的现象；另一方面也是热力学的过程。最为常见的覆冰类型有雨凇、湿雪、混合淞及粒状雾凇等，其中危害最大的就是雨凇，通常由冻雨而形成，与接触网表面有着极强附着力，并不易脱落，影响时间较长。覆冰造成危害：首先，影响列车正常通行。其次，降低接触网的安全性。
三、电气化铁路接触网在线防冰技术
1.承力索对接触网防冰电流的影响
接触网由接触线、承力索、吊弦等共同组成，建立防冰电流模型可以计算出接触线的防冰电流值。防冰装置投入后，承力索会起到分流的作用，因此，计算承力索和接触线的电流分配比对于准确计算接触网的防冰电流非常重要。
2.接触网在线防冰方案
（1）基于SVG在线防冰方案。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆SVG目前广泛应用于电能质量的治理，利用首末两端的SVG发出和吸收无功来用于接触网防冰。但仍需变电所出口处的分相绝缘器，属异相供电。通过控制SVG中电压源型变流器交流侧电压的幅值和相位，实现交流侧电流的控制。SVG可吸收或发出感性无功，对外表现出电感性或者电容性。覆冰条件下，末端SVG吸收感性无功电流，而首端SVG发出感性无功电流；首端SVG检测线路的无功和谐波电流，保证供电臂首端功率因数，而末端SVG保证整条供电臂满足防冰电流的要求，可实现全线在线防冰要求。
（2）同相供电条件下的防冰方案。IPFC的拓扑结构，是一种背靠背SVG结构。当达到覆冰条件时，供电臂末端SVG投入使用，即可实现接触网防冰功能。由于IPFC为有源补偿设备，因此通过DC/AC逆变环节可以发出任意指定大小无功电流。供电臂末端SVG吸收指定大小的感性无功电流，IPFC补偿掉负载和末端SVG的无功电流，保证功率因数，从而在保证无功、负序、谐波综合治理的优势下实现接触网防冰功能。
3.防冰电控系统主电路设计
接触网供电电路：35kV进线电源来自城市电网区域变电所或城轨主变电所，整流机组由牵引降压变电器和整流器组成，它们的直流侧并联工作，为使并联时的直流电压相等且负荷分配均衡，35kV侧采用不分段单母线，牵引变压器一般采用三绕组变压器，两个二次绕组和整流器组成多相整流，整流器输出的直流电的正极（＋）经直流高速空气开关接到直流侧的正母线上，直流电的负极（－）经开关接到负母线上，通过直流馈线将电能送到接触网，负母线通过开关、回流线与走行轨相联，这样，通过列车的受电弓与接触网的接触滑行，就构成一个完整的直流牵引电动机受电回路，防冰电控系统电路：在变电所将防冰电源接到整流器输出的正、负极上，并在两车站之间一处将上、下行接触网馈线并联接到回流线。
四、接触网在线防冰方案
1.基于SVG在线防冰方案
SVG目前广泛应用于电能质量的治理，利用首末两端的SVG发出和吸收无功来用于接触网防冰。但仍需变电所出口处的分相绝缘器，属异供电。通过控制SVG中电压源型变流器交流侧电压的幅值和相位，实现交流侧电流的控制。SVG可吸收或发出感性无功，对外表现出电感性或者电容性。覆冰条件下，末端SVG吸收感性无功电流，而首端SVG发出感性无功电流；首端SVG检测线路的无功和谐波电流，保证供电臂首端功率因数，而末端SVG保证整条供电臂满足防冰电流的要求，可实现全线在线防冰要求。
2.同相供电条件下的防冰方案
IPFC的拓扑结构，是一种背靠背SVG结构。当达到覆冰条件时，供电臂末端SVG投入使用，即可实现接触网防冰功能。由于IPFC为有源补偿设备，因此通过DC/AC逆变环节可以发出任意指定大小无功电流。供电臂末端SVG吸收指定大小的感性无功电流，IPFC补偿掉负载和末端SVG的无功电流，保证功率因数，从而在保证无功、负序、谐波综合治理的优势下实现接触网防冰功能。
结束语：
综上所述，在电气化铁路接触网在线防冰电流控制中，根据实际接触网情况进行选择。防冰电流不仅受温度、风速等环境因素影响，也要受牵引网网压限定值的约束。因为防冰方法多样性，没有主流防冰方法，在防冰过程中，需要加大人力、物力的投入，保证防冰效率，从而确保电气化铁路正常运行，为经济的快速发展，提供优质服务。
参考文献:
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[5]郭群湛.一种电气化铁道接触网工频在线防冰融冰方法[P],2010(15)
论文作者:陈建军,王伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/10
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