[发明专利]交流电气化铁路接触网的覆冰预警与防冰、融冰方法

说明书

交流电气化铁路接触网的覆冰预警与防冰、融冰方法，采用多个接触网沿线子站数据采集模块、电抗器、隔离开关、数据接收分析模块、控制模块作为预警的系统；子站数据采集模块包括无线信号发射组件、温度传感器、湿度传感器、风速传感器、风向传感器、降雨量传感器、光照强度传感器；电抗器、工控机、隔离开关、供电臂分别电性连接，控制模块能基于其内部的算法功能、能计算调节电抗器需要投入的阻抗值大小，进而控制进入电抗器电源输入端的防冰电流大小，达到接触网防冰效果。本发明以防冰代替融冰，所需电流小，对接触网安全影响小，针对偶发覆冰事件更经济，可据工况计算最优防冰电流，既可避免接触网局部过热、影响结构，又可降低能耗成本。

技术领域

本发明涉及一种交流电气化铁路牵引供电系统的防冰融冰应用方法技术领域，特别是一种交流电气化铁路接触网的覆冰预警与防冰、融冰方法。

背景技术

电气化铁路接触网是沿铁路架设为电力机车提供电能的输电线路。当接触网出现结冰时，机械与电气性能会下降，影响电力机车受流，产生燃弧现象，烧蚀接触线与受电弓滑板。严重时，会造成接触网垮塌、受电弓滑板断裂，严重影响铁路的正常运营。因此，有必要采取一些措施预防、消除接触网的覆冰。

目前铁路系统中防冰、融冰的方法主要有3种：热力学融冰、机械除冰和被动化学防冰。热力学融冰是利用热能融化接触网覆冰，比如我国专利号“CN 103247991 B”、专利名称“一种电气化铁道接触网利用相间短路实现防冰、融冰的方法”，其将为上、下行接触网供电的两个不同相绕组之间短接，形成相间短路，使短路电流流过接触网实现接触网的自发热，达到融冰的目的；上述方案的短路电流只取决于供电臂的长度，不可控制（这种方式下回路电流是电路电压和接触网阻抗之比，电路电压为牵引变压器电压，接触网阻抗取决于供电臂长度，对某条线路来讲都是定值，因此存在耗能的缺点）。我国专利号“CN 102616152B、CN 102832582 B、CN 102195260 B、CN 103326301 B”的多个专利中，其技术方案在接触网的首端与末端设置电力电子器件的感性与容性无功源，利用无功电流加热接触网实现防冰融冰的目的，并且可以通过调节容、感性无功源实现系统的动态平衡和无功补偿；上述方案虽然可实现在线的接触网加热，但存在成本较高、维护性和可靠性较差的缺点。我国专利号“CN 103490645 A、CN 102638019 A”的专利，其技术方案中利用附加的直流源为接触网提供直流电流进行融冰，上述方案需要附加一套逆变设备，因而存在成本较高的缺点。

目前，国外有利用附加电阻丝加热接触线的方式：日本日立公司利用内置绝缘电阻丝的接触线加热接触网，意大利铁路在接触线上附加一条额外的电阻丝加热接触线。额外的电阻丝需要在既有接触网上敷设，且还需额外的一套供电电源，方案成本高昂。此外，由于电阻丝仅加热接触线，承力索与接触线存在温差，且无法融化补偿装置覆冰，接触悬挂性能会显著下降。

机械除冰主要利用外力将冰从接触网上剥离。国内主要采用人工打冰，利用打冰器具或受电弓对接触网导线进行除冰，其存在效率低且人力成本高的缺点，还容易对接触网造成外部损伤。被动化学防冰是在物体表面喷涂化学药剂实现融冰和防冰冻的手段；德国、瑞士有部分铁路采用了此方式，但国内还没有将防冻药剂喷涂在接触网上运用案例；而且化学防冰有效期短，需定时补涂。此外，化学药剂对环境的影响也是值得考量的一个问题。总的来说，上述3种融冰方式存在以下诸多缺点：电气融冰方式由于接触网线索电阻率低，要为接触网通大电流才能实现接触网的自热融冰，大电流情况下可能造成局部过热，而接触网又是一个大张力系统，局部的过热会造成材料机械性能下降，影响结构安全，机械融冰方式效率低，且可能对接触网造成外力损伤，化学防冰方式时效期短，环境影响大。

发明内容