凍雨為何會影響高鐵運行?
2月2日至4日,湖北、湖南等地突降凍雨,受惡劣天氣影響,多趟列車晚點甚至停運。由于正值春運,大量旅客出行受到影響。
凍雨對鐵路運輸的影響是多方面的,鋼軌結冰容易造成車輪打滑,不利于高速行駛;道岔結冰會影響轉轍機運行,造成道岔轉換困難;車站站臺結冰會給上下車的旅客帶來安全風險;接觸網和受電弓結冰會影響列車取電……
凍雨是一種災害性天氣現象,一般發生在初冬或冬末春初。當較強的冷空氣南下遇到暖濕氣流時,冷空氣像楔子一樣插在暖空氣的下方,近地層氣溫驟降到0℃以下,濕潤的暖空氣被抬升并成云致雨,水滴通過溫暖空氣層下降,在接近地面時經過一個淺層的冰凍空氣層,在略低于0℃的空氣中保持過冷狀態但并未立即凝固。這些過冷的雨滴一旦落到0℃以下物體上時,將立刻凍結,形成外表光滑而透明的冰層。這就是凍雨。
高速鐵路上行駛的動車組是靠電能驅動的,鐵路線上架設的接觸網是專門給動車組輸送電能的。動車組車頂上安裝有取電裝置——受電弓。受電弓升起時,其頭部的導電滑板會與其上架設的接觸線緊密接觸,通過滑動摩擦將電流從接觸線上接引到動車組上。
動車組的高速行駛必須依靠電流連續傳輸,保持良好的弓網受流質量是高速鐵路的一項關鍵技術。由于冰層是絕緣體,接觸線一旦覆冰,受電弓導電滑板和接觸線無法實現可靠的電接觸,會導致絕緣擊穿,接觸線與滑板間會產生電弧放電。如果此時列車處于行駛中,電弧跟著滑板一路行走就會燒蝕滑板。在網上的一些視頻中,大家能看到這種現象。
如果列車停靠在車站或軌道上,持續的電弧放電不僅會燒蝕滑板,還可能燒斷接觸線,造成供電中斷。接觸網沒有備用的設施,一旦斷線,只能等待運維人員完全修復才能通車,往往時間較長、影響的車次較多。此外,接觸線覆冰會增加導線重量,導致接觸網機械負載增加,導線被拉斷甚至塌網的風險也會增大。
這幾日的凍雨對高鐵運行造成了很大影響。比如,2月2日,滬蓉線D5807次列車車頂4個受電弓在湖北荊州站被凍住無法升起,不得已采用熱備動車組換乘。2月3日,D5986次列車在漢宜線造成接觸線燒熔斷線;武漢地區多個車站道岔受凍雨影響轉換困難,造成客車大面積晚點。
我國已建成世界上運營里程最長、運行速度最快的高鐵網,極大推動了經濟社會發展。但從這次凍雨災害給我國高鐵運行帶來的挑戰看,我們在提高高鐵運行“韌性”、提升應對自然災害能力方面,還要不斷努力。
鐵路運行部門應該加強天氣預報和災害預警,變被動應急為主動預防。這方面可以借鑒電力行業的做法。2008年,南方凍雨災害發生之后,國家電網在長沙建設了電網防災減災全國重點實驗室,增強了氣象預報能力,并結合輸電線路特點,實現了導線覆冰、山火等災害風險預警,為電網安全提供了技術支持。鐵路部門加強與氣象部門的協調,引入天氣預報數據,實現區段級災害(凍雨、大雪、臺風等)預警十分必要。
我國東北地區鐵路幾乎每年冬季都存在接觸網覆冰問題,這不是凍雨引起的,在特定氣象條件下在個別區段出現,目前主要靠人工除冰。在接觸網防融冰方面,北歐、日本均有比較成熟的技術和經驗,我們可以學習借鑒。概括來說,主要有接觸線涂油防冰、接觸網通電加熱防融冰、機械(機器人)除冰等。在道岔防融冰雪方面,北美和日本都有一些解決方案可供借鑒。
提高高鐵應對災害的能力,還需要加大資源投入。希望鐵路部門充分汲取這次凍雨災害教訓,及時總結經驗,補齊應急預案,進行系統研發,提高技術裝備水平,持續提升高鐵運行的可靠性。
(作者:吳命利,系北京交通大學電氣工程學院教授)
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