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(guān)鍵詞:鐵路電氣化;優(yōu)化設(shè)計;供電系統(tǒng);接觸網(wǎng);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(shè)施已經(jīng)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的鐵路接觸網(wǎng)都是在當時現(xiàn)有的條件下建設(shè)的,已經(jīng)遠遠不能滿足當前的要求。電流增大導致接觸網(wǎng)導線溫度升高,對供電導線的質(zhì)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(wǎng)的改造是必不可少的。
伴隨著中國電網(wǎng)建設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(shè)施已經(jīng)建立多年,不可能一切推倒重建,應該在原有設(shè)施的基礎(chǔ)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(shè)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(guān)系,結(jié)合運輸?shù)膶嶋H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(wǎng)、信號傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。一般的設(shè)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(zhì)量和可靠性。原有的牽引變壓器容量已經(jīng)不能滿足要求,同時由于變壓器經(jīng)常在過負荷的條件下運行,這就對牽引變的容量、電壓、質(zhì)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(shè)計,高壓側(cè)可以接到220kV、110kV的電網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)中的導線都是按照早前的運載能力進行設(shè)計的,必須認真核算既有接觸網(wǎng)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(jié)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(jīng)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(jīng)常出現(xiàn)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(shè)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(wǎng)的電氣化改造
對現(xiàn)有的接觸網(wǎng)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(diào)各個部門,統(tǒng)籌兼顧,合理的進行改造。
2.2.1 改造現(xiàn)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(xiàn)有的接觸網(wǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(wǎng)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(shè)立新錨柱,對既有接觸網(wǎng)下錨進行改造過渡。
2.2.4 優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)有的站臺和雨棚
既有的站臺和雨棚結(jié)構(gòu)復雜,類型多樣,在優(yōu)化設(shè)計時要根據(jù)站臺和雨棚的地理位置、實際條件,采用不同的基礎(chǔ)設(shè)計和接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成。特別是對大中型的客運站,應當設(shè)計多個站臺和雨棚的接觸網(wǎng)懸掛方式,并根據(jù)現(xiàn)場的實際條件,多方論證,采取最適合的設(shè)計方案,同時要注意對既有設(shè)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(jié)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(shè)接觸網(wǎng)支柱的基礎(chǔ)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(xiàn)有的接觸網(wǎng)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(shè)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(shè)計時,必須考慮的全面周到、有理有據(jù),最終大大提高接觸網(wǎng)的安全性和可靠性。
3 改造過程中的安全技術(shù)措施
改造過程中必須確保機車行車安全、人身安全和設(shè)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(xiàn)有的設(shè)備的狀態(tài)調(diào)查清楚,對整個改造區(qū)段各個錨段參數(shù)、供電單元分段情況、天窗點安排等情況全面掌握,結(jié)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(wǎng)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(wǎng)運行的不對稱性,給電網(wǎng)系統(tǒng)的其他設(shè)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(wǎng)系統(tǒng)的影響。
4 結(jié)語
鐵路運輸關(guān)系到國民經(jīng)濟的發(fā)展,只有對鐵路電氣化改造才能滿足國民經(jīng)濟發(fā)展的需要,而且任務很復雜、很艱巨,既要保證現(xiàn)有的電氣化設(shè)備利用率最大化,在此基礎(chǔ)上增加更加先進的設(shè)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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