2月伊始，中東部地區(qū)大范圍的雨雪冰凍天氣交織春運，給旅客出行返鄉(xiāng)帶來了不小的阻力。在緊急情況下，國鐵集團啟動應急預案，調遣了大批備用內燃機車開始救災搶險，滯留的乘客逐漸疏散，網(wǎng)絡上綠色機車牽引銀白色的高鐵動車的視頻更是頻頻沖上熱搜。

很多網(wǎng)友都在感嘆：關鍵時刻還得看“年邁的父親”！也有不少人好奇：為何遇見凍雨天氣，普通列車還能暢行無阻？今天我們就專門科普一下上述問題，同時向讀者介紹一下高鐵面對凍雨等極端天氣所采取的有效措施。

01 凍雨，為何讓多列高鐵“停擺”？

凍雨，這種像雨像雪又像冰的“地穿甲”在我國北方以外的很多地區(qū)都是稀罕物。然而近來年由于冷氣候南移，凍雨在華北、華南、西南等多個省份的冬季也高頻出現(xiàn)，給通信、電力、交通運輸帶來嚴重影響，極易造成國家經(jīng)濟損失。

對鐵路尤其是高鐵而言，凍雨的危害主要集中在以下設備上面：一是鋼軌，二是道岔，三是接觸網(wǎng)，四是動車組。鋼軌覆冰會讓車輛打滑，牽引力大受影響；道岔覆冰會將活動的轍叉凍結，道岔開閉受阻，帶來安全隱患；動車組車身上覆冰，會增加車輛運行阻力；最嚴重的是接觸網(wǎng)覆冰，會造成過荷載斷線、冰閃、獲取電流受阻等事故。

圖片來源：網(wǎng)絡

當接觸網(wǎng)的覆冰厚度超過其覆冰極限時，可能會發(fā)生斷線、支柱或支持裝置斷裂變形等問題，從而導致大范圍列車停運；

接觸網(wǎng)覆冰時會將部分可導電顆粒冰封在絕緣子串的表面，冰層融化時絕緣子串表面的電導會明顯提高，極易發(fā)生“冰閃”事故，導致線路頻繁跳閘、絕緣子串炭化損壞；

接觸線覆冰時會導致接觸板與接觸線中間隔有冰層不能直接接觸，從而產(chǎn)生電弧燒傷受電弓滑板與接觸線。

另外，冰瘤冰柱對于接觸網(wǎng)而言是外侵異物，不僅會影響接觸網(wǎng)的機械性能和電氣性能，而且可能引發(fā)供電故障或弓網(wǎng)故障，造成跳閘停電。

正因如此，暴雪、大風天尚能開行的高鐵動車，一旦遇到凍雨就很有可能運行受阻。不是鐵路部門不想在這種天氣下開高鐵動車，而是一旦強行開動會帶來更大的風險隱患。

02 綠皮火車“支棱”起來了：為何普速列車不怕凍雨？

高鐵列車趴窩，“老祖宗”綠皮火車臨危受命，甚至還拉著高鐵跑。是高鐵太嬌氣嗎？非也！能夠穩(wěn)穩(wěn)當當跑出350km/h速度的高鐵列車怎么可能嬌氣呢？是普速列車更“皮實”嗎？非也！綠皮車之所以被稱作鐵路部門的“應急內燃熱備機車”，根本原因還是“列車速度”和“牽引方式”兩個因素。

東風4型內燃機車。圖庫版權圖片，轉載使用可能引發(fā)版權糾紛

先說“牽引方式”。目前通用的鐵路列車牽引方式有兩種：內燃和電力，蒸汽機車早就在2005年就被全部淘汰了，不算數(shù)。燒柴油的機車就是內燃機車，用接觸網(wǎng)供電的就是電力機車。采用內燃的普客在我國已經(jīng)越來越少了，因為到2022年我們國家的鐵路電氣化率已經(jīng)達到了73.8%，所以無論高鐵還是普客，大都是采用電力牽引。

電力牽引好是好，然而遇見類似凍雨的極端天氣就很容易受影響。而內燃機車雖然對環(huán)境不太友好，牽引能力也稍遜一籌，但是遇見極端惡劣天氣就能大顯身手。這也是本次南方凍雨天氣采用內燃機車牽引高鐵救援的原因之一。

另一個因素“列車速度”就很好理解了。鋼軌那么滑，列車根本不敢開快，速度慢的普客反而能適應這種環(huán)境。列車速度慢，在惡劣天氣中的安全系數(shù)才會更高。

03 高鐵系統(tǒng)如何化解凍雨危機？

在雨雪常見的東北和內蒙古地區(qū)，為確保列車安全運行，鐵路部門年年都要和不良雨雪天氣打交道，相應的，也就形成了一套克敵制勝的“法寶”，讓看起來麻煩不斷的凍雨，變成鐵路沿線絕美的景觀。

接觸網(wǎng)防冰、除冰——對待凍雨災害，鐵路電力接觸網(wǎng)的應對措施有兩種：一是防冰，二是除冰。防冰是防患于未然，除冰是被動應對。防冰措施可以采取在接觸導線上涂抹電熱型、光熱型、融冰型及憎水型等防覆冰涂料，稱之為“電熱型防覆冰涂料”。加入導電填料后，半導電特性的涂料內部將有泄漏電流流過，由此產(chǎn)生焦耳熱、場效應熱等，使得涂層發(fā)熱并保持一定的溫度，起到防冰的效果。

供電段工人在天窗期對鐵路接觸網(wǎng)設備進行除冰作業(yè)。

圖片來源：新華社

另一種防冰措施就是“電流熱力在線防冰技術”，通俗而言就是只要有列車運行，接觸網(wǎng)中就一定有電流存在，電流產(chǎn)生熱能，能夠避免導線結冰。但是這種方式缺點也很明顯，如果開行的列車對數(shù)太少，導線里的電流時斷時續(xù)，反而防冰效果不佳。

還有一種設備叫“接觸網(wǎng)覆冰預警監(jiān)測”裝置，可針對我國接觸網(wǎng)容易覆冰的地區(qū)，展開地形數(shù)據(jù)、氣候數(shù)據(jù)、覆冰數(shù)據(jù)的收集工作，利用氣象衛(wèi)星及地面站，依托超級計算中心，在顯示屏上形成基于不同分辨率精度的網(wǎng)格，實現(xiàn)網(wǎng)格化微地形區(qū)域接觸網(wǎng)覆冰過程監(jiān)測，自動反演受影響線路區(qū)段。也是一種主動預防手段。

至于接觸網(wǎng)除冰，那辦法就很多了，比如最直接的方法就是派人用手敲冰，先進一點的手段可以利用機器人除冰，還可以利用風能除冰，采用化學藥劑融冰，利用微波、激光設備除冰等。八仙過海，各顯神通。

動車組除冰——動車組屬于精密設備，長期利用人工敲敲打打除冰肯定不合適，所以研制智能化除冰設備就是水到渠成之事。比如由哈爾濱局集團公司自主設計研發(fā)的HTK-CBXO型高寒高鐵融冰除雪裝置，僅需要2人操作，1小時就可以完成8節(jié)動車組的融冰作業(yè)。而以往同樣的工作量需要16人耗時4小時，大幅度提升了動車組的融冰效率。

道岔除冰——道岔是軌道系統(tǒng)中的關鍵設備之一，承擔著列車換道的功能。在北方嚴寒地區(qū)，我國道岔融雪除冰都是以電加熱方式為主，比如RD1 型電加熱道岔融雪系統(tǒng)就已經(jīng)在鐵路系統(tǒng)得到廣泛應用。這個裝置的主要工作原理就是通過電加熱道岔升溫進而融雪除冰。這類道岔融雪裝置工作效率尚可，但卻是名副其實的“電老虎”，工作期間消耗大量電能，成本居高不下，已無法適應現(xiàn)代鐵路高速發(fā)展的需求。

列車工作人員用噴燈對道岔除冰。 圖片來源：新華網(wǎng)

近年來，鐵路科技人員研究出了一種基于氣象信息與行車調度計劃的智能融雪系統(tǒng)?？梢岳脷庀笳緦崿F(xiàn)系統(tǒng)的自動啟停，根據(jù)列車開行計劃數(shù)據(jù)查詢車站內各對應的道岔動作開啟時序表，提前對進路上的道岔實施加熱融雪，從而改變既有系統(tǒng)人工啟動和啟動后全站所有道岔都加熱的控制方式，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動啟停和節(jié)能降耗。

相信隨著工程材料和信息科技的不斷進步，鐵路部門會研制出更加高效節(jié)能的除冰裝置，為高鐵的安全運營保駕護航。

年關將至，希望每一位回家過年的人都能平安抵達。

作者：王麟 鐵路高級工程師，中國作家協(xié)會會員，中國科普作家協(xié)會會員，天津科普作家協(xié)會理事

審核：趙紅玉 中國鐵路設計集團電氣化專家

出品：科普中國

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