摘要：铁路电气化优化是指对既有铁路进行电气化的改造或者优化重建，目的在于提高铁路的运行速度和负载能力。文章介绍了制约铁路供电系统发展的因素，并着重探讨了铁路电气化的改造方案。
关键词：铁路电气化；优化设计；供电系统；接触网；载流能力
随着铁路运量的剧增，高速化和重载化是铁路发展的必然趋势。这就对铁路的电气系统提出了更高的要求，传统的电气化设施已经不能满足铁路发展的需要，铁路的电气化改造工程迫在眉睫。
1 制约供电系统发展的重要因素
1.1 供电系统的供电电压
当牵引负荷不断增大时，机车的带电电流急剧增加，一个供电臂上同时存在的列车也在不断增加，这就造成了供电电压的损失不断增大，使得牵引网的末端电压降低，导致不能满足机车运行的电压需求。
1.2 供电系统的容量
随着铁路系统向重载方向发展，牵引负荷不断增大，传统牵引变压器的容量越来越不能满足铁路发展的需要，同时由于牵引变压器长期处在过负荷的运行状态，不仅大大降低了牵引变压器本身的使用寿命，同时也带来了很多的安全隐患，造成断电停运等故障，影响整个牵引供电系统的可靠性，因此对牵引变进行增容改造势在必行。
1.3 接触网的载流能力
铁路运量的增加导致运载电流的增大，这就对铁路接触网提出了更高的要求。传统的铁路接触网都是在当时现有的条件下建设的，已经远远不能满足当前的要求。电流增大导致接触网导线温度升高，对供电导线的质量、机械性能和电气性能都提出了更高的要求，如果达不到要求就会故障频发，甚至危及到铁路的运行安全问题。因此对铁路接触网的改造是必不可少的。
伴随着中国电网建设向特高压、超高压的方向发展，给牵引变压器的发展带来了良好的契机。铁路供电系统的牵引变压器也在向高电压，大容量的方向发展。高电压保证了铁路的供电电压，同时也降低了铁路供电网络的损耗，大容量为铁路的重载运输创造了必要条件。
2 铁路电气化的改造方案
铁路原有的供电设施已经建立多年，不可能一切推倒重建，应该在原有设施的基础上进行改造和优化，否则会带来巨大的资源浪费，也会带来很多附加的问题。保持对既有的变电站的分布不变，因为如果重新分布变电站会带来很大麻烦，造成资金浪费。所以在方案的设计过程中，必须进行细致的实地考察，弄清楚岔道位置和供电线路的关系，结合运输的实际要求，从运行的角度优化方案，争取做到线路、供电站、接触网、信号传输等环节的协调统一。一般的设计思路和步骤按以下的步骤进行：
2.1 牵引供电系统的改造
牵引变压器是铁路供电系统的一个重要环节，直接影响整个系统供电质量和可靠性。原有的牵引变压器容量已经不能满足要求，同时由于变压器经常在过负荷的条件下运行，这就对牵引变的容量、电压、质量和制造工艺等方面提出了更高的要求。一般牵引供电系统的按照最高电压27.5kV进行设计，高压侧可以接到220kV、110kV的电网系统中，牵引变的类型包括直供牵引变、AT型牵引变、平衡牵引变等，接线的方式也有多种，包括纯单相接线、V/V（V/X）、SCOTT接线等，所以通过对实地进行考查，选择具有合适容量、合适类型和接线方式的变压器是必须谨慎考虑的。
牵引网络中的导线都是按照早前的运载能力进行设计的，必须认真核算既有接触网的载流能力是否满足要求，如果不能满足要求，必须进行改造和更换，选择截面较大、载流能力较强的导线，从而降低导线中的电流密度，提高导线的机械性能和电气性能。目前可供选择的导线材料大部分是铜合金材料，有银铜、锡铜、镁铜等，不同材料的热稳定性和机械性能不一样，导线的选择需结合牵引变的供电能力综合考虑。
牵引系统的改造应该在尽量不影响行车和运输能力，否则会给国民经济带来影响，应该本着施工简易，安装方便快捷、使用标准件等原则，尽量以最快的速度完成改造。另外，牵引变的改造涉及到外部电源的供给问题，经常出现由于铁路部门和电力部门没有及时的沟通交流，造成外部电源工程建设滞后于铁路的用电需求，并且在投运过程中暴露出很多问题，耽误了整个工程的进度。
2.2 接触网的电气化改造
对现有的接触网进行改造，既要考虑站前单位施工和开通方案的安排，又要受到不间断运输方式的限制，必将存在线路施工和电化施工相互配合，但又相互冲突的情况，这就需要协调各个部门，统筹兼顾，合理的进行改造。
2.2.1 改造现有的中间柱接触悬挂
一方面采用在合适位置新增支柱的方案，保持现有的接触网悬挂定位以维持线路正常运营。一方面采用新增软横跨的改造方案。
2.2.2 改造现有的道岔定位柱
在道岔定位柱的改造中，应尽可能将改造后的新增支柱定位在标准定位或往岔心方向偏移，如受条件限制则改为非标准定位。
2.2.3 改造现有的接触悬挂下锚
下锚改造是电气化改造中的另一个重要施工项目，常用于当既有接触网锚柱影响线路改造铺轨需提前拆除时。其方案是在适当位置设立新锚柱，对既有接触网下锚进行改造过渡。
2.2.4 优化设计现有的站台和雨棚
既有的站台和雨棚结构复杂，类型多样，在优化设计时要根据站台和雨棚的地理位置、实际条件，采用不同的基础设计和接触网结构形成。特别是对大中型的客运站，应当设计多个站台和雨棚的接触网悬挂方式，并根据现场的实际条件，多方论证，采取最适合的设计方案，同时要注意对既有设施的改造和利用，简化施工，节约成本。
2.2.5 对桥梁处做重点处理
对顶帽宽度较小的双柱轻型桥墩，要在两个墩柱间增加钢筋混凝土联结板，用来提高桥梁的横向稳定性；对稳定性较差的轻型桥墩，要在做好横向加固，加设接触网支柱的基础上，测试桥梁的横向位移，如果测试不合格，就要增加地面支柱，增强其稳定性。
对现有的接触网改造是一个可变性较强的环节，应该灵活把握，一方面做到合情合理、科学可靠，另一方面兼顾到原有的设施，降低成本，不浪费资源，而且使得效率大大提高。所以在优化设计时，必须考虑的全面周到、有理有据，最终大大提高接触网的安全性和可靠性。
3 改造过程中的安全技术措施
改造过程中必须确保机车行车安全、人身安全和设备安全，必须制定严格的管理规范和改造流程。电气化改造前，必须进行细致的实地考察，对现有的设备的状态调查清楚，对整个改造区段各个锚段参数、供电单元分段情况、天窗点安排等情况全面掌握，结合实际情况制定改造方案，编制施工计划，有计划的安排停电区间。
另外，电气接触网高压电磁波对铁路周围的影响和干扰也是不容忽视的，铁路牵引变的运行造成整个电网运行的不对称性，给电网系统的其他设备带来影响，因此需要采取必要的措施，尽量减小铁路供电系统对整个电网系统的影响。
4 结语
铁路运输关系到国民经济的发展，只有对铁路电气化改造才能满足国民经济发展的需要，而且任务很复杂、很艰巨，既要保证现有的电气化设备利用率最大化，在此基础上增加更加先进的设备，又要保证铁路连续的运输能力不被中断，给工程人员带来了严峻的考验。因此必须详细的制定施工计划、严格的进行施工管理，并提高施工效率。
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