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1、中国铁路电气化技术装备交流大会及产品展示会1引言电气化铁道接触网工频在线防融冰技术李群湛郭蕾易东覆冰是指积聚在物体表面的水分因冻结成冰的一种分布相当广泛的自然现象。线路覆冰导致的电路损害及其引发的安全事故，给生活和生产造成极大不便，并造成巨大经济损失。我国是输电线路覆冰严重的国家之一，据不完全统计，上世纪50年代以来我国输电线路发生的大小冰灾事故已达上千次。尤其是2008年年初，南方区域的贵州、广西、广东、云南等省遭遇历史上罕见的雪凝灾害性天气，电力基础设施遭到大面积的严重破坏，多条电气化铁路主干线运输中断，仅京广线南段就有136列列车晚点，超过80万名旅客滞留在车站和铁路沿线，受灾人口达1亿
2、多，直接经济损失超过1100亿元，给国民经济和社会生活带来了巨大的损失。我国的电气化铁路，目前总里程已突破2万公里，而且正以每年约1000km左右的速度增长。预计到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里。随着电气化铁路的延伸和发展，一些新的电气化铁路线路很可能要穿越高寒、高湿和高海拔地区，在这些易发生覆冰的区域，接触网覆冰灾害问题将更加突出。接触网覆冰时会导致电力机车受电弓无法与接触线接触取流、接触网舞动乃至倒杆、塌网等事故。可以预见，接触网防冰除冰技术将成为电气化铁路安全稳定运营的关键技术之一。20世纪50年代以来，俄罗斯、加拿大等国家相继投入技术力量对输电线路覆冰进行观测和研究，经过学
3、者们不懈的努力，在输电线路覆冰这一领域取得了许多重要的研究成果，提出了30多种除冰方法。这些除冰方法可以分为以下四类：(1)热力除冰，(2)机械除冰，(3)利用自然力的被动除冰法，(4)其它除冰方法。在所有能应用于架空线路的除冰方法中，导线短路融冰是最成熟且最具可行性的技术，2008年以来国家电网和南方电网投入大量人力、财力和物力研究和开发短路融冰方法和装备。但输电线路和接触网在线路结构、材质、悬挂方式、受力、运行方式等各方面多有不同，同一环境下，气象因素如风速、湿度等对二者的影响也不一样，这决定了输电线路融冰的研究成果不能直接应用于接触网。且目前广泛应用的直流融冰必须断开负荷，这必然对列车运
4、行、调度造成困难，所以立足“防冰”，研究接触网在线防冰融冰技术具有重要的理论意义和工程应用价值。目前在工程实践应用的除冰、防冰的方法主要有热力除冰、机械除冰和自然被动除冰，例如阻性丝加热除冰技术、化学药剂方法、人工清除覆冰等。但这些方法多存在不足之处，详情见表1。235_“磷露謦锄p表1国内外接触网融冰技术现状总结除冰方法 应用情况 优点 缺点机械除冰 法国、德国铁路均有应 经改进可应用在地线上 效率不高、可能对接触线造成损害用化学药剂除 德国城市轨道交通中 可在所有导线上涂层， 价格昂贵；除雪剂涂敷在接触导线上，冰 有所应用 材料学的发展将推动其 还没有运用案例；化学药剂抛造成对进步 土壤、
5、环境污染阻性丝加热 日本、哈尔滨地铁进行 原理可行 导线制造、维护困难，缺少成功应用除冰 了试验性运行 的经验及相应的规程和规范。短路融冰 俄罗斯、法国、我国电 在电力系统广泛应用， 无论是直流还是交流融冰均需要将融力系统广泛应用 技术成熟可行 冰线路与电源断开人工除冰 世界各地，我国大部分 简单易行 占用大量人力、耗时长、效率低、安铁路 全性差目前，电力系统采用短路融冰，这就必须断开负荷停电，而且在工程实施中，由于参数选择不当，会出现不能完成融冰或者损伤导线的情况，湖南、贵州、重庆等省市电网在采取短路融冰时曾发生几小时冰层仍未融化的情况。短路融冰用于接触网有诸多缺陷，例如，融冰时列车停运，不
6、仅造成经济损失、人员滞留，还会给列车运行、调度造成混乱。所以立足在线防融冰，即研究不影响列车正常运行的接触网在线防冰融冰技术具有重要的理论意义和工程应用价值。本方案提出了一种电气化铁路接触网工频在线防冰融冰技术，以防冰为主，融冰为辅，保证列车正常运行。它采用电力电子技术，具有自检、通信、环境温度检测、接触线温度检测等功能，能够连续调整并自动控制防冰融冰程度。与此同时，还可提高功率因数，保证接触网末端运行电压，增强牵引网供电能力。2防融冰系统工作原理系统原理电路如图1所示，牵引变电所(SSl)两相供电臂(A和B)分别在首端和末端连接静止无功发生装置，如SVGl和SVG2或SVG3和SVG佴。图1
7、 电气化铁道接触网工频在线防冰融冰装置原理电路冰雪天气下，同一供电臂上的SVG分别发出或吸收无功，利用电流经过线路电阻发热、保证中国铁路电气化技术装备交流大会及产品展示会线路温度大于0，实现防冰融冰功能；同时维持线路电压稳定，保证列车安全运行。另外，经改造，变电所处的SVGl和SVG3还可以组合成同相供电装置，消除接触网变电所出口的分相SP。根据现场采集的温度、湿度、风速等环境参数，计算防冰电流。为了提高可靠性，在计算时将热稳定后的目标温度定为高于0。3可靠性和经济性方案所用电力电子设备与交直交机车相似，因地面的运行环境更好，其可靠性应更高。该系统具有通用性，不受供电方式、牵引变压器接线方式的
8、影响。 电力半导体技术飞速发展，器件价格下降很快，目前国产SVG(不能传递有功)已由O8元厂VrA降至025元厂VA，并且随着电力电子的更大规模应用，价格还会进一步走低。以单线单臂为例，SVG需容量2木10MVA，价格500万图5和表3给出了单线双臂设置的防容冰系统所需主要设备及其价格。表3防融冰系统主要设备及价格名称 规格 数量 价格SVG 容量10MVA 2 500万隔离变压器 容量6MvA 2 140万真空断路器 ZN275kV二2000A 2 12万隔离开关 GK275kV二2000A 2 2万电压互感器 275kV100V 2 1万电流互感器 2000A5A 2 1万总计：656万4总结与同类技术相比，其最大的优点在于“在线防冰”，即无需断开融冰线路，不影响列车正常运行。可以跟随负荷在容性和感性范围内连续调节。该系统还可用于网压补偿，也节省了其他无功补偿装置的投资。经改造尚可构成同相供电，消除电分相。作者：李群湛西南交通大学电气工程学院郭 蕾西南交通大学电气工程学院易 东西南交通大学电气工程学院237电气化铁道接触网工频在线防融冰技术作者： 李群湛， 郭蕾， 易东作者单位： 西南交通大学电气工程学院引用本文格式：李群湛.郭蕾.易东 电气化铁道接触网工频在线防融冰技术会议论文 2012
