多年来,电气化处先后完成了国家铁路干线 41 条,地方铁路干线 21 条 , 铁路专用线 1 条,沙漠铁路 8 条,大型铁路枢纽站 6 个,勘测设计总长度达十万多公里,现已建成投产 17170 多公里。为我国铁路事业的发展作出了卓越的贡献。
1 、宝成铁路
我国第一条电气化铁路—宝(鸡)成(都)铁路, 1961 年 8 月建成使用。在我国历史上第一次完成了牵引供电系统设计集成并解决了电力牵引通过 30% 坡度的难题,开创了中国电气化铁路建设的先河。
2 、青藏铁路 青藏铁路由青海省西宁市至西藏自治区拉萨市,全长 1956 公里 。其中,西宁至格尔木段长 814 公里 , 1979 年建成铺通, 1984 年投入运营。正在修建的格尔木至拉萨段,自青海省格尔木市起,沿青藏公路南行至西藏自治区首府拉萨市,全长 1142 公里 ,其中新建 1110 公里 ,格尔木至南山口既有线改造 32 公里 。青藏铁路建设面临着多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱 “ 三大难题 ” 的严峻挑战,工程艰巨,要求很高,难度很大。其中经过连续多年的冻土区 550km ,占线路总长的 46.6% ,穿越海拔 4000 米 以上的地段 960KM ,占线路总长的 81.4% 。 “ 高寒缺氧、多年冻土和生态脆弱 ” 是青藏铁路建设的三大技术难题。
按照 “ 建设世界一流的高原铁路 ” 的设计理念,青藏铁路采用了免维护、少维修设备;以信息化设备为载体,基本实现了 “ 无人化 ” 管理。全线无线通信采用 GSM-R 数字移动通信系统,信号系统引进美国 GE 公司研发的 “ 基于无线通信( GSM-R )和卫星定位( GPS )技术的列车控制系统( ITCS )。高度的自动化、信息化依赖于可靠的电力供电,电力线路是电力供电的基础设施,其技术难题的解决直接影响着青藏铁路的行车安全。青藏线沿线各用电点主电源采用 35kV 电力贯通线路供给,重要负荷的备用电源采用太阳能发电系统、柴油发电机组、蓄电池等多种方式解决。多年冻土区电力杆塔基础处理和高原地区电气绝缘强度降低是三大技术难题在青藏线电力线路建设中的具体体现。因此,青藏线电力线路是青藏铁路的生产生活和行车安全的重要保障。针对以上问题,处领导于 2004 年 3 月果断决定成立青藏线电力线路设计 QC 小组,小组共有成员 15 名,其中高工 6 名,工程师 3 名,助工 6 名,平均年龄 32 岁,小组成员年龄组成和知识结构合理,大部分成员都参与过多个项目的工作,具有丰富的实践经验,思维活跃,攻关能力强。全组成员均接受 TQC 教育达 48 小时以上。
QC 小组在成立之初,马上组织小组成员学习冻土知识,了解冻土特性和冻土区工程处理方法。并且邀请冻土工程专家给小组成员介绍冻土工程经验,分析研究电力杆塔基础特点。小组成员随时集中讨论解决措施,最终确定进行现场试验,进行为期一年的桩身各部位地温和张拉力测试。根据冻土地质资料和气象资料,以及所掌握的冻土工程知识设计杆塔基础和型式,先期建成格尔木至不冻泉段 185km 线路,进行观察。经一年冻融循环的累积试验观察,试验得出大量宝贵的现场第一手资料。试验中设计的新型电力管桩充分考虑了青藏铁路的地质条件和施工工艺,各项技术指标合格均达到了先进水平,在通过了铁道部鉴定后,进行了批量生产。
解决高原地区电气绝缘强度降低也是设计中遇到的一大难题。小组成员经过对青藏铁路环境条件的分析,并走访了青海、西藏两省区的气象和电力部门,了解到青藏铁路沿线属无工业区,空气洁净,但植被稀少、风沙大、雨量小,线路设备上易附着杂物,绝缘子污秽等级达Ⅱ级。在收集了国内外许多高海拔电气绝缘的资料后,经分析国内尚未统一的结论,有关研究也正在进行之中,为此,课题组邀请专家进行了论证,最终比照 GB311 确定了青藏铁路高海拔绝缘修正系数。
线路运行一年后,我们又对部分杆塔基础对比测量,杆塔沉降量和倾斜度均满足规范要求,线路绝缘强度满足线路运行要求,各种杆塔型式的各种电气间隙均大于修正后的规范要求。运营单位反映线路自 2005 年年初运行以来运行稳定,未发生因绝缘子绝缘强度不够或电气间隙不够的闪络事故。电化处编写的《青藏铁路高原冻土区设计暂行规定》 (2005 年修订稿 ) 通过铁道部审查,青藏线采用的电力杆塔基础已经申报了国家专利。青藏铁路电力工程设计填补了海拔 4000 米 以上空气绝缘间隙及电气设备外绝缘修正方法的世界空白,并在全国范围内首次实地完成了海拔 5000 米 电气试验,电力行业和铁道部的专家对试验成果做出了“对制定国际国内标准具有重要的参考意义”的高度评价。
3 、昆明铁路集装箱中心站工程概况
昆明铁路集装箱中心站是我国中心站规划布局的首个开工建设项目,设计方案充分体现了现代交通设施的优点。其突出的功能是集装箱 列车整列到达、整列装卸、整列出发,整个作业过程不需要对列车进行分解和编组。同时,该中心站采用了电化处自主研制的移动接触网方案,电力机车可直接进出装卸线,从根本上改变了采用内燃调机的作业方式,从而极大地提高了作业效率。
移动接触网于 2006 年 11 月 4 日 在昆明铁路集装箱中心站正式开通运营。自投入运营以来,因其方案设计合理、技术水平先进、使用效果良好,得到了铁道部领导、运营单位和社会各界的一致好评。移动接触网可在集装箱中心站、货物线等电气化铁路区段上方有作业的所有线路上推广使用,前景广阔,可提高作业及运输效率且利于环保,是对电气化铁路内燃调机作业模式的革新。即将建设的其它铁路集装箱中心站,大部分按本项目科研成果及结论预留了实施条件,项目的推广价值已显现出来。
4 、完成铁道部科研项目“隧道内刚性悬挂接触网的研制”
在铁道部科技司领导下,我院与相关部门通力合作,克服种种技术难题,按期完成该项科研项目。自 2001 年在陇海线宝兰段十里山隧道投运以来,已安全、可靠、经济、高速运行至今。该项科研成果填补了国内电气化铁路刚性悬挂的空白,为实现电气化铁路隧道内接触网免维护打下了坚实的基础,为我国国铁隧道及城市地铁的“刚性悬挂接触网”质量的提高、工程造价的有效降低提供了可能,在这两大领域拥有广泛的应用前景。在此基础上,电化处圆满完成了铁道部科研项目“ 160km/h 乌鞘岭隧道接触网悬挂方式研究——刚性接触网”的各项科研项目,取得了丰硕的科研成果,利用该项目的成果,乌鞘岭隧道接触网已顺利完成施工并于 2006 年 9 月一次性开通成功。该项目的成功大大提高了中国目前的第一铁路长隧道——乌鞘岭隧道(长 20.5km )内接触网的安全性和可靠性,并极大降低维护工作量。
5 、改建铁路陇海线宝兰段增建二线电气化及电力工程设计
既有陇海线宝鸡至兰州段是陇海铁路最西端的一段单线电气化铁路,是西北地区与内地联系的主要通道之一,也是新亚欧大陆桥的一段。对本专业来讲属于既有电气化铁路增建第二线,使其允许行车能力与二线匹配,同时设计中还考虑了对于线路提速的适应性。该类型的工程设计在电化处尚属首次,在全国范围也不多见。在接触网工程改造中,由于一线隧道均为低净空隧道,若采用的简单链形悬挂形式存在以下问题:
1 )接触网在隧道内下锚,要求隧道必需开挖下锚衬彻。
2 )因隧道自身条件所限,链形悬挂的安装、调整和维护非常困难。 3 )由于链形悬挂要求较大的安装空间,在部分低净空隧道只能采用简单悬挂,不能满足行车速度要求。
针对这一特殊情况,铁道部于 2000 年 8 月 7 日 批准了我院的“电气化铁道刚性悬挂接触网”科技攻关项目,并同意在宝兰二线工程中试挂。该悬挂方式具有适应速度高( V= 120km/h )、载流量大、占用净空少、安装简单、免维护、稳定性好、可靠性高等优点,本成果填补了国内电气化铁路刚性悬挂的空白,自 2001 年开通以来,安全、可靠、高速运行至今。为了减少牵引变电所的值班人数,提高供电系统运行可靠性和自动化水平,设计中采用了全所微机综合自动化新技术,实现变电所无人值班。
6 、西康铁路
新建 241 公里 单线电气化铁路西康线,地形复杂,穿过全国最长的 18.4 公里 秦岭特长隧道,桥隧比例达 70% ,许多车站设置在多线桥上或隧道里。针对西康线的特殊性,我院电气化和电力专业圆满完成了铁道部的科技攻关项目“秦岭隧道圆形断面不开挖接触网分支补偿下锚成套技术”和“特长隧道内变配电封闭式组合开关柜的研究”,经过侯月线四年多的试运行和西康线的正式运行表明:项目达到了铁道部部科研合同中所要求的各项指标。“秦岭隧道圆形断面不开挖接触网分支补偿下锚成套技术 ” 实现了圆形断面接触网不挖开下锚、解决了圆形断面接触网的悬挂定位问题、采用了分支补偿锚段关节形式、研制了圆形断面接触网悬挂、定位、下锚专用零件、开发了圆形断面接触网成套设计技术,具有自主知识产权,经查新,以上技术分别属国内、国际领先水平。
在西康线秦岭特长隧道工程中,新建接触网在全路首次采用化学粘着锚栓固定技术。化学粘着锚栓固定技术( HVA )属于新技术、新材料、新工艺,与水泥砂浆埋入技术相比:施工简便、强度高,大大提高了接触网安全系数和精度,减少了劳动强度,解决了长期困扰隧道接触网钻孔时打穿隧道衬砌而影响施工质量、进度等问题,同时可避免因钻穿隧道衬砌而必须进行大量灌注水泥砂浆工作。所以采用化学粘着锚固技术( HVA )具有很好的经济效益和社会效益。针对多线斜桥,我们在全路首次设计了跨度达 40m 的桥上接触网硬横跨,安全可靠、造形美观。
7 、新建铁路西南线西安至南阳段电气化及电力工程设计
西安南京铁路是我国实施西部大开发战略的重点建设项目,它的修建,在我国陇海线与长江之间增加了一条新的东西铁路干线,开辟了西北至中南、华东地区及西南至华东地区的便捷铁路通道。
我院设计了其中的电化区段西安至南阳段,该段地质复杂,桥遂相连,工程量比较集中,在陕西境内 255km 线路中桥遂总长占 45 %,还有穿过秦岭长达 12.28 公里 的特长隧道。除了大量利用西安康线取得的丰硕设计成果外,还针对连续大坡道,采用了目前先进的柱上自动过分相装置。结合负荷分布特点,全线设计采用带回流线的直接供电方式,牵引变电所均采用平衡变压器,近期设牵引变电所 11 座,分区所 3 座、电力调度所 2 座、远期预留 1 座牵引变电所。该线为全路首次采用计算机 CAD 勘测设计一体化技术。自 2004 年建成投运以来,运行情况良好。
8 、神朔线神木北至神池南段增建二线电气化设计
神朔铁路是神华集团为开发神府东胜煤田而投资修建的运煤专用铁路,是我国继大秦铁路建成之后修建的西煤东运的第二条大通道,运输任务十分繁重。
增建二线正线全长 220.1km ,设车站 17 处,电气化设计共改建 4 座牵引变电所、 4 座 AT 所、 1 座电力调度所,共新建 1 座牵引变电所、 3 座分区所、 1 座开闭所;接触网改建、新建约 245.5 条公里,并对既有供电维护设施进行了加强。
神朔二线电气化施工设计时间紧、技术复杂、难度高,针对神朔线是神华集团第一条自营电气化铁路,运营管理经验较少、技术力量相对薄弱的特点,电气化各专业进行二线设计时考虑的设计因素较多,尤其注意了供电系统设计需适应煤运重载线路要求和远期运量增长的不确定性,推荐的供电方案不但满足近、远期运输要求,而且也考虑了有利于将来的发展,各既有变电所尽可能充分利用既有设备,仅对不满足二线要求的设备予以更换,较为关键的供电设备如 27.5kV 、 55kV 真空断路器、各级电动隔离开关等设备仍采用与既有设备技术水平一致的进口设备,不但进一步提高了供电的可靠性,还有利于设备的维护管理。为保证施工过程中不影响运输,变电所过渡工程采用一回路供电、一回路停电改造的方式,新增设备安装及配电盘改造同时进行,方案简单明了,易于实施且不增加过渡设备,大大降低了工程投资。
工程竣工后经过二年多的运营考验,变电所、接触网运行状况良好,选用的新技术、新设备自动化性能好,设计水平较高。开通当年煤炭运量即突破 7000 万吨,预计今年运量将突破 14200 万吨,收到了良好的社会效益和经济效益,受到神华集团神朔铁路公司等业主的好评。
8 、秦岭终南山公路隧道
秦岭终南山特长公路隧道长度为 18.02 公里,长度居世界第二位,采用了大量国内,国际领先的新理念,新技术。一般情况驾车需要 20 分钟才能通过,为最大限度减少单调环境带来的烦躁恐惧和由此带来的安全隐患,电化处与挪威 SINFEF 公司合作,最终设计采用了极具艺术感的全新照明方案,在隧道内每隔 4.5 公里设计一处“特殊灯光段”,通过不同的灯光和景观变化调节了驾驶员的情绪,保证了驾驶的安全和舒适。这种独特的设计在世界高速公路隧道中为首创。
9 、上海沪青平立交枢纽
上海沪青平立交枢纽是上海路网格局的核心工程之一。整个立交分为四层,三个系统,总建筑面积为 12 万平方米,在当时居国内之冠。这一现代化立交已和同是我院世界的龙阳路,金桥等立交枢纽一起,成为上海市政工程的标志性建筑。为上海这坐国际化大都市增添了新的亮点。
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