高速铁路接触网在线防冰的基础理论研究

In China, the total mileage of electrified railway is growing rapidly, and passenger dedicated lines are under large-scale construction. Some newly built electrified railway lines maybe cross the cold, high humidity and high altitude areas where icing disasters occurred more easily. Problems caused by catenary icing have attracted widespread attention at all levels. Both eliminating icing and guaranteeing traction power supply should be achieved, therefore on-line anti-icing technology for catenary will be one of the key technologies to guarantee railway safe operation, on which basic theoretical research need be carried out urgently.The research methods include simulation experiment,field test,system simulation and finite element analysis. Firstly,the heat balance process and temperature field of catenary with anti-icing current and traction load current will be simulated, on basis of which, by analyzing the electro-thermal temperature rise couping of horizontal and vertical structure, the thermal model of catenary accurately reflecting both global and local temperature variation will be built.Secondly,by calculating the parameters of ice coating on catenary, and analyzing the effects from graded temperature field, a model of ice accretion and shedding on catenary will be proposed, considering pantograph arcing, Joule heat and mechanical stress. At last, electrical parameters are calculated in online anti-icing process, including current distribution and voltage of traction power net, on basis of which, optimal dynamic decision and control strategy of anti-icing current will be found.The results can lay a theoretical foundation of on-line anti-icing in catenary.

接触网覆冰是影响行车安全的重要因素之一，在线防冰方法能够在防冰的同时，保证行车所必须的电能供给，已成为业内广泛关注的研究热点，急需建立系统的基础理论体系。本项目拟采用模拟实验、现场测试、系统仿真、有限元分析等方法，研究移动冲击大负荷和防冰电流共同作用下，接触网链型多元结构的纵向温升耦合性、并行多类型导体的横向温升耦合性，找出其动态平衡规律，建立能够准确反映接触网整体和局部温度变化的热路模型；研究接触网各部分覆冰参数特征，剖析弓网电弧、梯度温度场和机械应力综合作用对覆冰过程的影响，建立多应力作用下的覆冰增长（含负增长）模型；解析防冰电流注入方式对"车-网"电气参数的影响，明确其与车网电气匹配的关联机制，综合接触网热过程、覆冰过程以及电气参量变化过程，提出在线防冰电流最优的动态决策方法，为实现接触网在线防冰奠定理论基础。

接触网覆冰是影响我国高速铁路安全运营的重要因素之一，在线防冰法能够在不影响正常行车的同时进行防冰，已成为业内广泛关注的研究热点。为了构建有效的接触网在线防冰系统，制定防冰控制策略和控制方法，本项目进行了以下研究：1）基于接触网热平衡过程、兼具接触网链型多元结构、并行多类型导体特点，反映接触网整体和局部温度变化的热路模型；2）基于多应力分析的覆冰接触网及受电弓有限元耦合模型；3）直供和AT两种供电方式下的在线防冰方案及其现场实施。其特点在于：.研究了接触网覆冰的热平衡过程及增长规律，建立了接触网热平衡模型并进行了实验验证，考察了弓网电接触的暂态影响；建立了接触线、承力索、整体吊弦和接触网电连接等横向连接模型，采用有限元模拟的方式进行横向梯度温度场研究；纵向选取接触网典型点计算接触网各处电流，从而得到接触网的纵向温度分布。.针对应用最为广泛的简单链型悬挂接触网，采用附加冰单元法模拟雨凇，从而建立了覆冰后的接触网有限元模型；在国家轨道交通实验室150米接触网试验平台上进行脱冰模拟实验，覆冰脱落瞬间接触网的脱冰动态响应与有限元模拟结果对比吻合，验证了模型有效性；将弓网接触力作为移动载荷加载到接触线上，完成了弓网耦合模型，研究了弓网冲击作用下接触网覆冰的消除情况。.分析了直供和AT两种供电方式下防冰电流和机车负荷电流的综合分布，及电流与电压之间的关系；推导电流分布与供电臂末端电压的关系式，并基于牵引网网压要求，给出不同工况下允许的防冰电流动态范围；研究了接触网在线防冰的动态决策，提出了覆冰强度为控制目标的防冰开关决策、以接触网温度为控制目标的防冰电流决策方法；分析实际运行工况下在线防冰过程中的接触网温度变化，验证了接触网在线防冰方法的有效性。.取得成果：培养硕士3名，在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文10篇，SCI检索2篇，EI检索5篇，授权发明专利2项。