地铁接触网覆冰的影响及其处置措施

刘开峰

摘要  城市地铁因其便利性，逐渐成为了城市公共交通的主力军。城市地铁线路因其规划的原因部分线路及段场会采用高架及露天布置的形式，此部分线路受外界环境影响较大，尤其是地铁车辆采用架空接触网供电时，雨雪冰冻天气对接触网的影响尤为突出。

关键词  冻雨；覆冰；接触网；中断行车

2024年2月初，冻雨等极端天气对部分城市交通造成了较大影响，其中武汉、南京、合肥等城市地铁均因冻雨天气导致接触网覆冰，影响弓网取流，部分地铁线路采取了限速、甚至中断行车的措施，给市民的出行造成了较大不便。

本文结合相关运维经验，分析了接触网覆冰的成因及其危害，并提出了相应的处置措施。

1  接触网覆冰的成因及危害

据不完全统计，当环境温度较低（温度小于2摄氏度）且空气湿度较高时，接触线容易受潮，造成凝水覆冰（见图1）。

图1

接触网一旦覆冰，会产生极大地危害，主要有以下几方面：

（1）导致弓网拉弧（见图2）：弓网间拉弧会烧损接触线和受电弓，弓网间拉弧严重时容易导致车辆辅助逆变器锁闭、无法动车；

图2

（2）造成弓网关系匹配性变差：弓网之间覆冰严重的情况下受电弓与接触线之间绝缘，受电弓接收的网压为零，导致电客车失去动力停运；极端情况下，弓网之间因覆冰导致硬点，电客车运行过程中可能导致受电弓及接触线损坏。

（3）导致接触网绝缘水平下降：接触网覆冰会降低绝缘设备的绝缘水平，缩短泄露距离，引起接触网绝缘子出现放电击穿现象。由于架空接触网线路往往较长，导致绝缘子击穿故障点通常不易被发现，且处理时间较长，一旦出现大面积绝缘子覆冰现象，会耗费大量故障处理时间，严重影响轨道交通运营。

（4）造成接触网荷载变大：接触网覆冰后，由于风的吹动，覆冰不均匀的接触网会产生舞动。一般来说，覆冰的接触网舞动时速度快，幅度大，会损害接触网设备，甚至造成接触网线索断股。覆冰的接触网增加了接触悬挂的垂直荷载，由于风的作用，接触网的水平荷载也会增加，设备的荷载超过设计标准时，则容易发生倒杆及断线等故障。

2  接触网覆冰的应对措施

2.1  加密设备巡视频次，重点区段重点巡查

    在出现低温及冰冻天气时，需对地铁露天及高架线路接触网加强巡视，段场需重点巡视出入段线等咽喉区，在压道车出场前对出入段线等咽喉区进行重点巡视，确保电客车顺利出场。对于有上盖开发的段场，需重点巡视有漏水隐患的区域，防止漏水至接触网设备上后覆冰。同时对于正线高架线路需适当增设人员驻站，采用添乘电客车的形式查看接触网设备覆冰情况，发现覆冰情况及时处置。

2.2  夜间电客车循环轧道热滑

及时关注天气预警信息，当达到启动循环轧道热滑条件时，取消夜间高架段、露天段所有施工作业，保持接触网带电状态，线路启动循环轧道热滑作业，确保接触网不覆冰。但此方法占用的轨行区资源较多，适用于短时间的冰冻雨雪天气，如遇连续多日的雨雪冰冻天气，采用此方式的话线路设备无法得到保养维护，增大了设备发生故障的风险。          

2.3  铜基粉末滑板条刮冰

目前，地铁车辆所用的受电弓碳滑板材质主要集中为纯碳和浸金属碳两种，以上两种材质的受电弓滑板在面对冰冻时比较脆弱，易导致滑板损坏。铜基粉末滑板条（见图3）可以克服以上弱点，其机械强度较高，抗硬点冲击性能较强，且成本较低、适应性良好及生产工艺快捷简单从而获得了较为广泛的应用，经常被应用在运行路况较为复杂的城市轨道交通和山区低速重载电力机车运输中。电客车安装铜基粉末碳滑条，变身刮冰车，在电客车运行过程中将接触网上的薄冰层和小冰溜刮除。但如果接触网覆冰厚度太厚，导致受电弓与接触网不能充分密贴，刮冰车无法正常取流行进时，则需采用人工除冰的形式进行除冰作业。但是在接触网覆冰比较厚时，不适用此方法。

图3

2.4  人工除冰

    在接触网覆冰范围比较大的情况下，可以采用人工打冰的形式进行除冰。正线可以开行轨道车（或使用接触网作业梯车），在接触网停电的条件下进行（见图4）；段场可以在接触网不停电的前提下采用打冰杆进行除冰（见图5）。此方式因为需要在人员及工程车辆上轨行区，此时无法开行电客车，会对地铁运营造成较大的影响，适用于接触网大面积覆冰的情况下，且出动的人员较多，作业人员劳动强度较大，人工除冰时，可用铲刀、木锤、打冰杆等工具去除冰块，除冰过程中需避免使接触线产生硬弯。

 

图4                    图5

2.5 夜间正线存车，防止段场接触网覆冰导致电客车无法出场

南京地铁3号线、武汉地铁19号线均发生过段场接触网覆冰导致电客车无法出场，致使正线运营中断或者行车间隔延长等问题，此情况下会使地铁车站乘客大面积积压，对乘客出行造成极大不便。为了防止出现电客车无法出场的情况，可以采取在夜间运营结束后部分电客车不回段场，将此部分电客车停放至正线，第二日电客车直接在正线投入运营。此种方法会导致部分电客车无法在夜间回段场进行检修，无法完成日检修程，但经过调研，目前各地地铁电客车检修均从日检往隔日检、四日检等转变，将电客车夜间停放在正线对电客车的维护保养影响不大。

2.6 重点区段涂抹防冻剂

    可以利用夜间停运后施工作业点，在高架重点区段的接触线上涂抹防冻剂来防止接触线结冰。

处理接触网覆冰的手段较多，各地需要根据实际情况灵活应用相关措施。从全国地铁行业来看，采用加密巡视频次、人工除冰、轧道热滑等措施处理接触网覆冰的较多，采用铜基粉末滑板条刮冰、夜间在正线存车及涂抹防冻剂等方式应对接触网覆冰的较少。

3  应对接触网覆冰的难点与痛点

接触网覆冰对地铁运营的影响较大，但气象部门对于接触网覆冰气象条件暂无明确研究成果，存在覆冰预警、监测困难、除冰效率低等痛点难点问题。一是建议城市轨道交通运营单位联合气象部门对导致接触网覆冰的气象条件进行研究，明确接触网覆冰预警条件，提供定制化覆冰预警监测系统。二是针对冬季接触网覆冰问题，目前普遍采用运营结束后，在地面、高架线路列车循环轧道和人工除冰相结合的方式进行预防性应对。当连续多日启动循环轧道时，该区段的设施设备维修保养工作得不到保障，人力物力的投入较多，建议进一步研究科技化除冰、防冰设备，例如防冰涂料，提升除冰效率、降低覆冰概率。

4  直流融冰技术在地铁接触网除冰的前景应用

交流融冰和直流融冰，都是利用导线上通过电流产生的热能使得冰层融化。但是由于集肤效应的影响，导线的交流电阻大于其对应温度下的直流电阻，导体内层与其表面相比，交链的磁通量较多，感应的反电动势较大，故导体内层的电流密度较小，电流更多地分布在导体表面，致使交流电阻增大。因此，交、直流融冰的主要区别在于阻抗不同而导致交、直流通过导线时的发热功率不同。考虑到直流没有集肤效应和电磁涡流效应，因此焦耳热功率即为发热功率。接触网直流融冰主要是通过将电能转化为热能来融冰，其基本原理为将覆冰接触网线路作为负载，施加直流电，电流通过接触悬挂电阻发热使得覆冰融化。目前，直流融冰技术已在城市电网中进行了应用，但全国城市轨道交通线路暂无采用直流融冰技术的范例，各城市地铁及设计院可就城市地铁接触网直流融冰技术进行研究并进行攻关工作。

5  结语

本文通过对地铁接触网覆冰的成因及危害进行分析，总结了应对接触网覆冰的措施，分析了目前应对接触网覆冰的难点与痛点，对直流融冰技术进行了前景展望。接触网覆冰的预警及应对措施有进一步提升的空间，城市轨道交通从业人员可以采取有效方法和措施，借助高科技手段，进一步解决接触网覆冰问题，保障城市轨道交通运营安全。