冻雨天气对受电弓影响及机车运用效率提升方案

2025-10-21 09:52 [科技论文] 来源于：互联网作者：牛小东

导读：冻雨天气对受电弓影响及机车运用效率提升方案牛小东中国铁路沈阳局集团有限公司沈阳机务段【摘要】在冻雨天气下，受电弓覆冰后会导致机车取流不良，受电弓自动降下和无法升起等问题，给机车运用效率带来了很大的影响。为提高冻雨天气机车运用效率，保障

牛小东

中国铁路沈阳局集团有限公司沈阳机务段

【摘要】在冻雨天气下，受电弓覆冰后会导致机车取流不良，受电弓自动降下和无法升起等问题，给机车运用效率带来了很大的影响。为提高冻雨天气机车运用效率，保障铁路运输秩序及行车安全，本文通过现场观测、线上写实等方式形成机车运用效率提升方案，并结合现场实践验证了方案的安全性、实用性，有效降低了冻雨天气对机车运用效率和铁路运输秩序的影响。

【关键词】冻雨；接触网覆冰；受电弓；机车运用效率；提升方案

一、绪论

1．研究背景

东北地区气候属于温带大陆性，夏季高温多雨，冬季干燥少雪，温差变化较大。这种气候特征给铁路运输带来巨大挑战，尤其是在冻雨天气下，接触网及受电弓外表面会出现结冰现象，造成列车无法正常运行，导致列车停运或出现大面积晚点现象。例如，2020年11月18至19日冻雨天气对铁路运输造成了很大的影响，导致255列旅客列车停运，23列动车组列车变更运行区段，降低了机车运用效率。

在电气化区段，接触网覆冰后引起受电弓取流不畅、受电弓自动降下、受电弓无法升起等问题。这些问题不仅导致无法正常行车，还可能增加安全隐患，从而引发安全事故，严重影响机车运用效率和铁路运输的正常秩序。随着气候的变化，冻雨天气事件的发生频率和强度可能增加，这种恶劣天气灾害风险高。因此，研究如何应对接触网覆冰问题显得尤为重要，解决这一问题不仅能解决旅客列车长时间晚点，提高机车运用和铁路运输效率；还能避免旅客列车在区间或高风险车站滞留，保障旅客的安全和铁路系统的稳定性。

根据统计，近几年东北地区冻雨天气导致铁路运输中断事件逐年增加，仅2022年就有超过20次因接触网覆冰导致近650列旅客列车停运、改变运行径路、迂回运行事件，影响了机车运用效率和数万名旅客的出行。已有研究表明，冻雨天气对电气化铁路的影响是显著的，因此，针对这一问题的研究不仅具有理论意义，也有重要的实际应用价值。[1]

2．研究来源与实际意义

在过去三年中，冻雨天气对铁路运输组织工作影响尤为显著，每年3 月份冬春和11 月份秋冬换季时段为冰雪冻雨天气多发时段，气温位于 0℃附近波动变化，降雪、降雨等易造成接触网导线和绝缘部件覆冰，这种天气条件严重影响机车运用效率和行车安全。

2022年11月12日，机车在秦沈客运专线执行刮冰任务时，由于弓网覆冰，导致受流不良，主断路器无法闭合，造成区间多次停车，影响后续多列机车和动车的正常运行，导致长达2小时的交通堵塞。为应对类似问题，建议加强对接触网的实时监控，并在冻雨天气来临前采取预防性措施，以减少对机车运用效率的影响。

通过降低冻雨天气对受电弓影响及相关应对措施，能够防止接触网和受电弓覆冰引发的次生事故，以减少恶劣天气对运输的干扰，保障旅客安全，同时提升机车运用效率，确保行车安全。未来，将进一步研究移动式融冰装置、防冰涂剂的应用，以提高对恶劣天气的应对能力，确保铁路运输的持续安全和高效。

二、接触网覆冰对受电弓的影响

1．接触网覆冰原因

根据气象数据统计，气温在-5℃至0℃之间时，空气湿度达到85%以上，伴随风速超过1m/s，接触网覆冰的概率显著增加。接触网覆冰主要受天气因素影响，包括温度、湿度、风速和冷暖空气对流等4个方面。首先，温度是影响结冰的主要因素，温度降至0℃或以下时，水分子运动减缓并逐渐聚集形成冰晶。其次是湿度和风速，湿度增加带来了更多水分来源，提供了形成覆冰所需的水滴，风速加快，尤其是强风，会加速冷空气的流动，将冷却水滴吹向导线，促进冰层的形成。最后是冷暖空气对流的影响，暖湿空气与冷干空气形成逆温层，有助于覆冰的形成。[2]

2．接触网覆冰危害

2.1弓网取流不畅无法受流

接触网覆冰后，由于覆冰不均匀，可能形成硬点，阻碍受电弓与接触网的正常接触，导致取流不畅。[3] 雨雪及雷电天气下，瞬间电流变化形成电弧，加剧导线腐蚀，使截面积减小，进一步影响受流质量。覆冰对受流质量的影响与列车运行速度成正比关系，随着降水时间的增加，覆冰厚度增大，导致机车受流效率下降，网压波动明显，最终可能导致机车降功率运行。当碳滑板上部的覆冰层达到一定厚度时，受电弓将完全无法受流，机车主断路器跳开，失去牵引力。

因此，接触网覆冰不仅会导致受流不畅，还可能引发一系列次生、衍生问题，如列车停运、变更运行区段、运输延误等，甚至可能造成旅客生命财产受到损失，对铁路行车安全和机车运用效率带来严重的负面影响。

2.2受电弓碳滑板和接触线损坏

接触网覆冰会降低机车车顶绝缘子的绝缘强度，导致闪络和放电现象，当放电电流超过某一临界值时，会产生电弧，可能烧伤受电弓的碳滑板。若电弧持续存在，可能导致接触线在高温下被烧断。此外，覆冰不均匀会导致接触网在风力作用下剧烈舞动，这种舞动可能损坏接触网设备和供电线，甚至导致接触线与受电弓脱离，引发严重的弓网问题。接触网硬点的破坏性不仅影响弓网间的正常接触和受流，还可能导致列车停运，影响整个铁路运输生产秩序，造成经济损失和旅客不便。

[4]

2.3受电弓运行中自动降下

冻雨天气接触网结冰后，接触网导线与受电弓滑板接触不良，引起电压超过空气的绝缘能力，导致空气电离变成导体，产生拉弧现象。这种拉弧不仅会在碳滑板和接触导线之间产生高温，导致材料异常磨耗和破损，甚至会产生打火，烧损接触线和受电弓等设备。

当受电弓碳滑板磨损到一定程度或控制管路发生泄漏时，自动降弓装置内控制管路气压下降，传感器检测到气压变化后，升弓装置内的压缩空气从快速排气阀内快速地排出，使受电弓快速脱离接触网，自动触发降弓动作。[5] 同时压力开关由于气压下降而动作，向机车发送电信号，微机系统发出断主断路器指令，避免受电弓带电拉弧，以保护设备免受进一步损坏。如果快速排气阀与滑板间的导管出现故障，操作人员需要立即关闭相关阀门，以停止自动降弓装置的工作，并进行详细检查、维修或者直接断掉电源进行更换，以恢复正常功能。

2.4受电弓无法升起

在冻雨天气中，受电弓覆冰会导致电力机车受电弓不能升起导致无法正常运行，严重影响铁路运输的效率和安全。由于降水量的持续增加，受电弓覆冰量不断累积，导致其重力作用超过接触压力，从而无法升起。为了避免发生弓网覆冰引发次生问题，在重新升弓之前必须进行车顶绝缘检测。

三、升降弓原理

1．升弓原理

升弓原理是电力机车从接触网获得电能的关键过程，为列车正常运行及车厢用电设备提供电能，在电力机车中，受电弓的升降是通过复杂的机械和气动系统实现的，具体操作及过程如下。

首先，司机按压升弓扳键，向微机系统发送升弓信号，然后，电磁阀控制线圈得电，使气路系统（即连接各部件的管道）开通，压缩空气通过缓冲阀进入传动气缸推动降弓弹簧，此时，活塞向左移动，带动活塞杆、连杆及下臂连接，最后，升弓弹簧被放松后收缩，带动链条及下臂连接，使下臂杆逆时针转动，抬起上框架和滑板，使受电弓匀速上升，完成升弓动作。[6] 综上所述，升弓过程包括信号发送、气路控制、活塞运动和受电弓上升四个关键步骤。

2．降弓原理

在电力机车运行中，降弓是避免弓网损坏，确保安全的重要步骤，降弓的实现依赖于电磁阀、气动系统升降弓弹簧的协调工作，具体操作及过程如下。

首先，司机按压降弓扳键，向微机系统发送降弓信号，然后，降弓信号触发电磁阀控制线圈失电，导致传动气缸内的压缩空气通过特定气路排向大气，此时，在降弓弹簧的作用下，克服升弓弹簧的反作用力，使升弓弹簧被强制拉伸，最后，带动下臂杆顺时针旋转，实现受电弓降下。通过简单的按钮操作，系统能够自动调整气流，实现受电弓的平稳降下。

3．自动降弓原理

自动降弓功能是为了在接触网和受电弓出现故障时，能够自动快速降弓，避免扩大故障，以保护设备和人员安全的重要特性。

当受电弓滑板破裂或管路发生泄漏时，系统内压缩空气的压力下降，导致快排阀的换向阀打开，压缩空气排放到大气中。此时，空气压力继电器会动作，反馈压力下降信号，从而触发自动降弓动作。DSA200型受电弓均安装有自动降弓装置，可以实现弓网故障时自动降弓，同时也具有防止二次升弓的功能，能够降低次生故障。[7] 在受电弓与接触网分离之前，建议先断开主断路器，以避免带负载脱离，确保安全。

四、机车运用效率提升方案

1．缩短故障应急处置时间

为了保证机车取流顺畅，接触网和受电弓间必须保持一定的接触压力，适当的接触压力能避免接触不良导致的电流中断或电压波动，确保接触网与受电弓间连接稳定。列车运行途中因受电弓覆冰导致网压波动、接触网网压低无法维持运行时，乘务员通过逆时针旋转升弓阀盘右侧降弓节流阀调整降弓时间，加快受电弓降弓速度，震落受电弓覆冰，进而减轻受电弓上的覆冰重量，确保受电弓降下后能够升起。若遇受电弓覆冰量过大，受电弓降下后无法正常升起时，乘务员通过旋转精密调压阀调整受电弓静态接触压力，升弓后反复升降受电弓，震落部分覆冰，再将压力值恢复维持运行，防止受电弓压力过高引发次生故障。

2．安装铜滑板装置

铜滑板是应对冻雨天气的关键设备，具有较高的机械强度和良好的导电性能，不仅能够提高除冰效率，而且增强了列车在恶劣天气下的运行能力，确保了运输的安全和稳定性。接到冻雨天气预警后，应立即启动应急预案，对出库机车安装铜滑板。[8] 安装前需对铜滑板、弓头、绝缘子等车顶设备进行全面检查，确保无裂纹、损坏或变形。安装完成后，需进行全面的安全检查，确保受电弓各部件无漏泄，重新测量受电弓静态接触压力。

3．使用电内组合机车

遇线路上发生冻雨天气，由于降雨量逐渐增大覆冰严重，导致电力机车单机任务的风险增加，因此应逐步降低电力机车单机担当刮冰任务的比例，启用备用内燃机车，并加强对组合机车的协调管理。通过“一电一内”组合，不仅可以有效降低冻雨天气对电力机车的影响，还能确保线路运输的连续性和稳定性。如果不及时调整为电内组合机车，可能导致电力机车在恶劣天气中无法正常运行，从而增加区间救援的故障隐患，影响机车运用效率。

4．提升车顶设备质量

为了降低冻雨天气对机车运用效率影响，保证铁路运输安全，机车出库前应进行全面检查，重点是受电弓、绝缘子、防雾闪是否发生变形、破损、放电等痕迹，彻底清除车顶部件的积雪、积冰，对受电弓橡胶底座及各球形关节等位置涂抹润滑油脂，通过以上操作可以避免受电弓在落弓位冻结，避免雪水电离导致绝缘等级下降，防止引发爬电（即产生电弧）等弓网问题。[9] 乘务员出库前进行绝缘检测，按下绝缘检测控制盒上的测试开关，如果网压表显示为25kV，则表示车顶高压设备绝缘状态良好；如果网压表显示低于10kV，则表示车顶高压设备绝缘状态恶化，不得升弓，检测不合格进行提票处理，直至绝缘检测合格后方可出库。

5．利用机车自动换端功能

在雨雪冰冻天气中，换端过程因受电弓降下可能导致无法正常升起。因此，机车自动换端功能显得尤为重要。在启用自动换端功能前，乘务员通过微机显示屏选择要升起的受电弓，仅保留升I端或II端受电弓。按压“停车位置”按钮以激活自动换端模式，待到达另一端后闭合电钥匙，再次按压“停车位置”按钮退出自动换端模式，完成自动换端操作。在操作过程中，禁止选择“自动”模式，在该模式下，可能导致两端受电弓均在降弓位。通过合理利用该功能，采取不降弓换端的操作，防止降弓后受电弓无法升起，可以确保机车在恶劣天气下的正常运行。

五、结论

本研究通过对冻雨天气引起受电弓问题的深入分析，提出一系列提升机车运用效率方案，这些方案在实际应用中显著提高了机车运用效率和铁路运输安全性。本研究有效降低了单机故障风险，为铁路运输在恶劣天气下的安全运行提供了新的解决方案。同时利用调整受电弓压力和降弓时间，加快受电弓降弓速度，震落受电弓上覆冰，进而减轻受电弓上的覆冰重量，确保受电弓能够正常升起和取流，显著缩短了故障处理时间。本研究不仅解决了当前的技术难题，还为未来的技术发展指明了方向。未来研究将重点开发接触网运行状态的实时监测系统、加装移动式融冰装置以及防冰涂剂，以实现更精准的故障预警和维护指导。

【参考文献】

[1] 郑云龙.电气化铁路接触网在线防冰技术.中文科技期刊数据库（全文版）工程技术.2020，（11）:90-91

[2] 程永胜.冻雨和覆冰对高速铁路接触网的危害及其防护.郑州铁路职业技术学院学报.2019，31（1）:14-15

[3] 张翔鸥.高速铁路接触悬挂系统覆冰对弓网的影响及应对措施.铁道技术监督.2022，50（10）:47-48

[4] 张健.浅析电气化铁路接触网硬点产生的原因及防治措施.内蒙古煤炭经济.2010，（3）:54-55

[5] 潘利科，徐超，杨才智，陈立明，张海波，邢彤.受电弓滑板性能检测研究.铁道机车车辆.2023，43（2）:117-120

[6] 刘亚杰.受电弓升降弓故障分析及改进措施.内燃机与配件.2023，（7）:59

[7] 叶林.关于受电弓自动降弓系统测试的深入优化与运用.铁道机车与动车.2022，（8）:34-35

[8] 张斌良，胡正飞，马行驰.滑移速度对铜石墨滑板材料摩擦性能的影响.材料科学与工艺.2010，（3）：363

[9] 宋挺，史永革，赵志勇，刘志华，张原.电力机车车顶绝缘子清洗设备的应用研究.机械工业标准化与质量.2022，（12）:17-20

（编辑：东北亚）