接触网临界防覆冰电流分析

孙 轩，李茂亮，申 宁

0 引言

接触网覆冰是电气化铁路比较常见的自然灾害，主要发生在初冬和初春季节。接触网覆冰受灾面积广、危害比较大、抢修难度大[1，2]。近年来，极端气候频繁出现，接触网覆冰灾害频现，电气化铁路如何应对接触网覆冰带来的危害，是一个非常重要的课题。

1 接触网防覆冰原理

图1 为接触网防覆冰原理图，分别在牵引变电所供电臂的首端和末端连接动态补偿装置SVG。当温度低于0℃时，接触网有可能覆冰，在无机车时，末端SVG2 从接触网取电流 I2˙（ I2˙为感性电流），其幅值大于接触线防覆冰所需最小电流，连接在首端SVG1 产生一个容性电流 I1˙（与 I2˙幅值相等）， I1˙、 I2˙在接触线、SVG1、钢轨和SVG2 形成的闭合回路中流通，接触线的电阻产生足够的热使接触线的温度升高，防止接触线结冰。

图1 接触网防覆冰原理示意图

2 接触网覆冰过程热交换

式中，d 为接触线的直径，m；α1为碰撞系数；α2为捕获系数，如果忽略水滴反弹的影响，可取捕获系数α2= 1；α3为冷冻系数[3，5]；为空气中液态水含量，kg·m-3；v 为风速，m·s-1；h 为对流换热系数；Lf、Le、Lm分别为水凝结过程释放的潜热、水蒸发

导线的覆冰过程是导线与周围环境热交换的过程，主要有焦耳热，对流热，液态水滴与空气摩擦产生的热，液态水滴与接触线碰撞的动能损失[3，4]。其热平衡方程可以表示为

式中，Qf为碰撞水滴冻结时释放的潜热；QR为传输电流产生的焦耳热；Qk为水滴与接触线碰撞的动能损失；Qv为空气摩擦对冷却水滴的加热；Qs为导线吸收的太阳能；Qc为对流热损失；……