摘要：鐵路電氣化優(yōu)化是指對既有鐵路進行電氣化的改造或者優(yōu)化重建，目的在于提高鐵路的運行速度和負載能力。文章介紹了制約鐵路供電系統(tǒng)發(fā)展的因素，并著重探討了鐵路電氣化的改造方案。
關鍵詞：鐵路電氣化；優(yōu)化設計；供電系統(tǒng)；接觸網；載流能力
隨著鐵路運量的劇增，高速化和重載化是鐵路發(fā)展的必然趨勢。這就對鐵路的電氣系統(tǒng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的電氣化設施已經不能滿足鐵路發(fā)展的需要，鐵路的電氣化改造工程迫在眉睫。
1 制約供電系統(tǒng)發(fā)展的重要因素
1.1 供電系統(tǒng)的供電電壓
當牽引負荷不斷增大時，機車的帶電電流急劇增加，一個供電臂上同時存在的列車也在不斷增加，這就造成了供電電壓的損失不斷增大，使得牽引網的末端電壓降低，導致不能滿足機車運行的電壓需求。
1.2 供電系統(tǒng)的容量
隨著鐵路系統(tǒng)向重載方向發(fā)展，牽引負荷不斷增大，傳統(tǒng)牽引變壓器的容量越來越不能滿足鐵路發(fā)展的需要，同時由于牽引變壓器長期處在過負荷的運行狀態(tài)，不僅大大降低了牽引變壓器本身的使用壽命，同時也帶來了很多的安全隱患，造成斷電停運等故障，影響整個牽引供電系統(tǒng)的可靠性，因此對牽引變進行增容改造勢在必行。
1.3 接觸網的載流能力
鐵路運量的增加導致運載電流的增大，這就對鐵路接觸網提出了更高的要求。傳統(tǒng)的鐵路接觸網都是在當時現有的條件下建設的，已經遠遠不能滿足當前的要求。電流增大導致接觸網導線溫度升高，對供電導線的質量、機械性能和電氣性能都提出了更高的要求，如果達不到要求就會故障頻發(fā)，甚至危及到鐵路的運行安全問題。因此對鐵路接觸網的改造是必不可少的。
伴隨著中國電網建設向特高壓、超高壓的方向發(fā)展，給牽引變壓器的發(fā)展帶來了良好的契機。鐵路供電系統(tǒng)的牽引變壓器也在向高電壓，大容量的方向發(fā)展。高電壓保證了鐵路的供電電壓，同時也降低了鐵路供電網絡的損耗，大容量為鐵路的重載運輸創(chuàng)造了必要條件。
2 鐵路電氣化的改造方案
鐵路原有的供電設施已經建立多年，不可能一切推倒重建，應該在原有設施的基礎上進行改造和優(yōu)化，否則會帶來巨大的資源浪費，也會帶來很多附加的問題。保持對既有的變電站的分布不變，因為如果重新分布變電站會帶來很大麻煩，造成資金浪費。所以在方案的設計過程中，必須進行細致的實地考察，弄清楚岔道位置和供電線路的關系，結合運輸的實際要求，從運行的角度優(yōu)化方案，爭取做到線路、供電站、接觸網、信號傳輸等環(huán)節(jié)的協(xié)調統(tǒng)一。一般的設計思路和步驟按以下的步驟進行：
2.1 牽引供電系統(tǒng)的改造
牽引變壓器是鐵路供電系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響整個系統(tǒng)供電質量和可靠性。原有的牽引變壓器容量已經不能滿足要求，同時由于變壓器經常在過負荷的條件下運行，這就對牽引變的容量、電壓、質量和制造工藝等方面提出了更高的要求。一般牽引供電系統(tǒng)的按照最高電壓27.5kV進行設計，高壓側可以接到220kV、110kV的電網系統(tǒng)中，牽引變的類型包括直供牽引變、AT型牽引變、平衡牽引變等，接線的方式也有多種，包括純單相接線、V/V（V/X）、SCOTT接線等，所以通過對實地進行考查，選擇具有合適容量、合適類型和接線方式的變壓器是必須謹慎考慮的。
牽引網絡中的導線都是按照早前的運載能力進行設計的，必須認真核算既有接觸網的載流能力是否滿足要求，如果不能滿足要求，必須進行改造和更換，選擇截面較大、載流能力較強的導線，從而降低導線中的電流密度，提高導線的機械性能和電氣性能。目前可供選擇的導線材料大部分是銅合金材料，有銀銅、錫銅、鎂銅等，不同材料的熱穩(wěn)定性和機械性能不一樣，導線的選擇需結合牽引變的供電能力綜合考慮。
牽引系統(tǒng)的改造應該在盡量不影響行車和運輸能力，否則會給國民經濟帶來影響，應該本著施工簡易，安裝方便快捷、使用標準件等原則，盡量以最快的速度完成改造。另外，牽引變的改造涉及到外部電源的供給問題，經常出現由于鐵路部門和電力部門沒有及時的溝通交流，造成外部電源工程建設滯后于鐵路的用電需求，并且在投運過程中暴露出很多問題，耽誤了整個工程的進度。
2.2 接觸網的電氣化改造
對現有的接觸網進行改造，既要考慮站前單位施工和開通方案的安排，又要受到不間斷運輸方式的限制，必將存在線路施工和電化施工相互配合，但又相互沖突的情況，這就需要協(xié)調各個部門，統(tǒng)籌兼顧，合理的進行改造。
2.2.1 改造現有的中間柱接觸懸掛
一方面采用在合適位置新增支柱的方案，保持現有的接觸網懸掛定位以維持線路正常運營。一方面采用新增軟橫跨的改造方案。
2.2.2 改造現有的道岔定位柱
在道岔定位柱的改造中，應盡可能將改造后的新增支柱定位在標準定位或往岔心方向偏移，如受條件限制則改為非標準定位。
2.2.3 改造現有的接觸懸掛下錨
下錨改造是電氣化改造中的另一個重要施工項目，常用于當既有接觸網錨柱影響線路改造鋪軌需提前拆除時。其方案是在適當位置設立新錨柱，對既有接觸網下錨進行改造過渡。
2.2.4 優(yōu)化設計現有的站臺和雨棚
既有的站臺和雨棚結構復雜，類型多樣，在優(yōu)化設計時要根據站臺和雨棚的地理位置、實際條件，采用不同的基礎設計和接觸網結構形成。特別是對大中型的客運站，應當設計多個站臺和雨棚的接觸網懸掛方式，并根據現場的實際條件，多方論證，采取最適合的設計方案，同時要注意對既有設施的改造和利用，簡化施工，節(jié)約成本。
2.2.5 對橋梁處做重點處理
對頂帽寬度較小的雙柱輕型橋墩，要在兩個墩柱間增加鋼筋混凝土聯(lián)結板，用來提高橋梁的橫向穩(wěn)定性；對穩(wěn)定性較差的輕型橋墩，要在做好橫向加固，加設接觸網支柱的基礎上，測試橋梁的橫向位移，如果測試不合格，就要增加地面支柱，增強其穩(wěn)定性。
對現有的接觸網改造是一個可變性較強的環(huán)節(jié)，應該靈活把握，一方面做到合情合理、科學可靠，另一方面兼顧到原有的設施，降低成本，不浪費資源，而且使得效率大大提高。所以在優(yōu)化設計時，必須考慮的全面周到、有理有據，最終大大提高接觸網的安全性和可靠性。
3 改造過程中的安全技術措施
改造過程中必須確保機車行車安全、人身安全和設備安全，必須制定嚴格的管理規(guī)范和改造流程。電氣化改造前，必須進行細致的實地考察，對現有的設備的狀態(tài)調查清楚，對整個改造區(qū)段各個錨段參數、供電單元分段情況、天窗點安排等情況全面掌握，結合實際情況制定改造方案，編制施工計劃，有計劃的安排停電區(qū)間。
另外，電氣接觸網高壓電磁波對鐵路周圍的影響和干擾也是不容忽視的，鐵路牽引變的運行造成整個電網運行的不對稱性，給電網系統(tǒng)的其他設備帶來影響，因此需要采取必要的措施，盡量減小鐵路供電系統(tǒng)對整個電網系統(tǒng)的影響。
4 結語
鐵路運輸關系到國民經濟的發(fā)展，只有對鐵路電氣化改造才能滿足國民經濟發(fā)展的需要，而且任務很復雜、很艱巨，既要保證現有的電氣化設備利用率最大化，在此基礎上增加更加先進的設備，又要保證鐵路連續(xù)的運輸能力不被中斷，給工程人員帶來了嚴峻的考驗。因此必須詳細的制定施工計劃、嚴格的進行施工管理，并提高施工效率。
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