拉林铁路牵引供电工程建设与创新

徐键

（西藏铁路建设有限公司，西藏 林芝 860000）

1 研究背景

拉萨—林芝铁路（拉林铁路）是西藏地区第1条电气化铁路［1］，2015年3月17日正式开工建设，于2021年6月25日竣工开通运营。拉林铁路的建设通车对于完善路网布局，开发沿线国土资源，促进社会发展，实施国家西部大开发战略，对增进民族团结、保持社会稳定均具有极为重要的作用，对政治、经济等方面的影响重大。

拉林铁路90%以上线路位于海拔3 000 m以上，线路16次跨越雅鲁藏布江，沿线地形地质条件极为复杂，集高海拔、强震、峡谷风、强雷暴、强紫外线、高地热以及极端温度等多种恶劣环境条件于一体，属于目前国内外最高海拔、最复杂艰险的电气化铁路，给牵引供电系统工程的建设及后期的运营维护带来了极大困难和严峻考验。

拉林铁路的建设，从勘察、设计、施工到开通运营，在建设管理、系统设计、施工建造等各方面，结合复杂的工程条件以及恶劣的气候环境，基于牵引供电系统的服役性能，开展了大量基础理论研究、试验验证，提出了系列新方法、新方案，开发了多项新装备、新机具，采用了大量施工建造新技术、新工艺，形成了高原电气化铁路牵引供电系统成套技术，顺利地推进了拉林铁路的工程建设，为拉林铁路后期安全可靠、持续稳定运营奠定了良好基础。因此，有必要对拉林铁路建设中面临的困难、技术创新及工程应用进行分析、总结、深化，对于复杂恶劣环境下的高原电气化铁路建设工程设计、施工建造、运营维护等具有非常重要的指导意义。

2 工程概况

拉林铁路位于西藏自治区东南部，线路始于拉萨站，工程方案从拉日铁路的协荣车站引出，向南穿过冈底斯山余脉，进入雅鲁藏布江河谷，向东延伸，直至林芝，线路概况见图1。线路设计时速160 km，国家Ⅰ级单线铁路，正线建筑长度400.67 km，运营长度431.675 km［2］。

图1 拉林铁路线路概况

拉林铁路牵引供电系统采用带回流线的直接供电方式，沿线新建110 kV牵引变电所5座（协荣、扎囊、泽当、下觉、林芝）、220 kV牵引变电所6座（拉萨南、山南、拜珍、朗县、康莎、米林）、开闭所1座；接触网采用全补偿简单链形悬挂，全线共架设接触网645条公里。

3 面临的困难与挑战

拉林铁路沿线工程条件复杂、环境恶劣、灾害频发、生态脆弱且地理位置偏僻、配套设施落后，严重影响牵引供电系统及装备的安全性、适应性、可靠性，为拉林铁路牵引供电系统的工程建设带来了极大的困难与挑战。

（1）高原特点突出。拉林铁路地处青藏高原，所处地段平均海拔约3 500 m、最高海拔3 650 m，相对高差近2 000 m，高原缺氧、气候恶劣、紫外线强、生态脆弱，人工和机械施工效率严重下降，工程建设十分困难。

（2）工程环境复杂。拉林铁路桥隧占比超过75%，沿线地形险峻、山高谷深、气候极端恶劣、地质灾害多，对牵引供电系统的技术方案、装备选型、施工建造，特别是如何更易于后期运营维护等方面提出了更高要求。

（3）外电条件薄弱。沿线位置偏僻，地区电网薄弱，地形地貌复杂，牵引变电所选址困难，同时长大线路坡度多，牵引供电负荷大、供电要求高，外电系统接入牵引变电所的方案规划及工程建设面临更多困难。

（4）交通条件落后。沿线峡谷众多、长大隧道多，交通条件差，受气候及地质条件影响极大，通所道路修建以及变压器和接触网支柱等设备与材料的运输困难。

（5）环保要求极高。西藏地区生态环境脆弱、敏感，在外电线路路径规划、接触网供电馈线路径选择及杆塔定位、施工等方面，生态环保对设计方案、施工建造提出了更高要求和严苛规定。

4 建设与创新

4.1 做全做好建设管理，服务于运营

拉林铁路位于海拔3 000 m以上的高原严寒地区，沿线地形复杂、环境恶劣，后期抢修、运营维护极其困难。在工程建设中，高度重视规划与决策的前瞻性、全面性、合规性，始终秉持建设充分考虑运营、建设服务于运营的建维一体化建造理念，适时、定期组织建设、设计、施工、监理、运营对接联席会议，优化设计方案，加强过程控制，做全、做好拉林铁路牵引供电工程的建设管理，以运营维护为目标，全力推进工程建设，保障工程质量。

4.1.1 外部电源接入建设

拉林铁路沿线电网薄弱，外部电源工程艰巨，全线牵引变电所接入电网系统的建设，决定着拉林铁路能否按期开通并顺利为复兴号动车组送电运行。工程伊始，多次组织电力公司、铁路运营部门及设计单位共同开展拉林铁路的外部电源规划、方案论证工作，合理利用外部电源条件，充分优化牵引供电方案，对全线牵引变电所接入电网系统的可行性和可靠性进行了反复论证，提出根据不同区段电网条件，分别采用220 kV和110 kV两种电压等级外部电源的外电接入方案（见图2），既充分利用了电网资源条件，也满足了铁路的供电需要，得到铁路、电网行业专家的认可。

图2 拉林铁路接入外电系统方案

4.1.2 牵引变电所所址选择

拉林铁路桥隧占比高、峡谷众多，泥石流、洪涝等灾害频发，沿线交通不便，外电接入困难，牵引变电所选址、通所道路引入及供电线路径选择极为困难，在土建开始施工图设计的同一时间，组织路基、地质、站场、供变电及接触网多个专业，协调电力公司、铁路运营单位、地方铁办、土地局、规划局、民航局及设计等多单位，联合对全线12座牵引变电所等变电设施进行现场踏勘，形成了拉林铁路牵引变电设施位置及供电线路径选择专题报告。后续工程实施一次到位，顺利解决了外电接入、征地以及大型设备运输、供电线架设等重难点工程问题。

4.1.3 接触网基础预留原则

接触网工程沿线架设，裸露在自然环境中且无备用，时刻经受高原复杂环境的影响，属于开通后运营维护的重难点。在接触网基础方面，结合沿线冻土、高地热及高地震烈度的分布情况，开展技术、经济及可实施性的综合分析论证，提出全线优先采用土建预埋方式的理念［3］，多次组织专家论证，形成拉林铁路基础路基、桥梁及特殊环境隧道内接触网基础采用土建同步预留预埋的方案，减少了接触网二次施工对土建的影响，提高了接触网安全可靠性及耐久性，降低接触网后期施工、运维的困难及工作量。

4.1.4 变电所无人化工程

全线牵引变电所实施无人化工程，在牵引变电所、分区所、开闭所内设置辅助监控系统，完成全所一体化监控，高度集成视频监控、信息监测、火灾报警、照明控制、设备巡检等多项功能［4］，实现高原山区铁路牵引供变电所无人值班值守。

4.1.5 运营维护策略及配置

拉林铁路地形复杂，工区选址困难，抢修距离长，高原缺氧、人员活动困难，交通不便、机械难以到达，后期抢修、运维极其困难。工程建设前期，组织对西格、兰新、海南环岛等典型复杂环境铁路开展充分调研，与施工、制造、运维等部门进行充分研讨，结合拉林铁路特点以及高原环境特征，共同制定了拉林铁路牵引供电运营维护策略，考虑高原作业效率降低等因素合理增加工区定员，适当增配应急抢修点数量及规模，充分配置制氧、医疗等设施，配备高性能的车辆、工器具及备品备件，配置2C、4C等供电安全检测监测装置［5］。

4.2 做足做细方案研究，创新于工程

4.2.1 高海拔牵引供电系统技术

拉林铁路沿线平均海拔高于3 000 m，现行电气化铁路行业规范对牵引供电系统的电气绝缘高海拔修正缺乏具体数值规定。工程结合沿线海拔分布情况及温度、湿度特征，开展了高海拔地区27.5 kV牵引供电系统过电压机理、电气设备绝缘性能研究，并在山南、朗县开展了高原现场的电气耐压试验，通过充分验证，提出了不同海拔区段的电气绝缘修正原则及具体参数［6］，制定了高海拔区段牵引变电所布置方案、隧道内低净空接触网悬挂参数、电气设备绝缘性能指标及选型原则，形成了牵引供电系统高海拔电气绝缘修正、技术参数及设备选型等成套技术，成功应用于目前最高海拔3 650 m地区，为高原电气化铁路建设提供了系统思路和模板。拉林铁路典型牵引变电所布置见图3。

图3 拉林铁路典型牵引变电所布置

4.2.2 高原恶劣环境下牵引供电系统技术

拉林铁路沿线环境复杂、气候恶劣，牵引变电、接触网设施设备承受高海拔、峡谷风、强雷暴、强紫外线、强震及极端温度等多种因素的共同作用。在建设前期，联合高校、设计、施工及制造企业等成立多个科研攻关组，基于牵引供电系统及装备的服役机理及演变规律，陆续开展峡谷风风洞试验、高地震烈度振动台试验以及极端温度下金属材料屈服与冲击试验等，构建了牵引供电系统抗风、防雷、抗震及冻土区段基础及接地等设计方法［7］。经充分论证后，在峡谷大风区段接触网采用抗风能力更优、连接件少、更易于运营维护的“整体腕臂+弹性定位器+刚性吊弦”悬挂系统及装备，提出了适应拉林铁路高原强震环境的户内GIS组合电器、钢管型变电架构、带法兰连接的格构式钢柱［8］等技术方案及措施，制定高海拔环境下的牵引变电及接触网布置、安装等详细参数及装备性能指标，完成了各项高原设备的选型及试验，全面应用于工程建设，开通运营后质量优良、性能稳定，保障了拉林铁路安全可靠运行。

4.2.3 高原低净空长大隧道内接触网悬挂技术

拉林铁路桥隧占比高，全线长大隧道多，隧道内接触悬挂方案对工程技术性和经济性影响较大。根据拉林铁路速度目标值需求，经过充分调研，基于技术成熟、安全可靠的原则，综合隧道断面尺寸、高海拔环境以及接触网服役性能等因素，全面分析弓网动态耦合性能、腕臂支持结构强度、稳定性及挠度等，充分考虑施工误差以及轨道抬落道等影响，经大量对比试验与分析，研发了适应高原低净空隧道的700 mm小结构高度、一体式折弯型整体腕臂［9］（见图4），其结构紧凑、性能可靠、连接件少、施工简便、运营维护量少，适应断面能力强，能有效降低接触网对隧道断面尺寸的需求，同时，据此配合完成满足高原需求的隧道断面设计，形成了我国高原山区时速160 km客货共线电气化铁路系列隧道断面标准，社会、技术及经济效益显著。

图4 拉林铁路隧道内采用一体式折弯型整体腕臂

4.3 做实做优施工质量，铸精品工程

4.3.1 标准化管理，推行“四化”建设

全面推行“专业化、机械化、工厂化、信息化”四化建设。结合拉林铁路施工作业困难，提出“能在预配工厂完成的、绝不放在施工现场，能机械作业的、绝不人工作业，能在地面完成的、绝不高空作业”等建设理念，保障施工质量，提升作业效率。基于拉林铁路沿线复杂艰险特点，开展信息化平台开发，加强现场监控、设备检测、施工安装等信息化设备设施建设，提升信息化手段，降低建造风险。

4.3.2 打造资源配置中心，实现专业化、工厂化加工预配

结合拉林铁路线路条件及接触网工程情况，合理选取山南作为资源配置中心，沿线科学布设材料存储料库；资源中心配置数控机床、预配平台、数显检测仪器等，开展腕臂、吊弦等加工预配，有效提升制作效率、降低了人力消耗；搭建包装运输平台，采用托盘及木箱，机械化装卸，快捷、方便，利于成品保护；结合冬雨季及施工工期，对沿线材料存储料库科学合理增加或减少物资配备，全时保障全线物资供应及现场施工。

4.3.3 高效、精准的高原施工工法

（1）接触网预埋槽道施工。在我国首次形成高地热、瓦斯隧道内接触网预埋槽道施工工法，提出的工厂化制作、整体焊接式接地槽道方案，提升了预埋精度和效率，避免了现场施工定位不准、焊接质量不高等问题。

（2）接触网化学锚栓施工。针对目前接触网基础化学锚栓施工易出现的质量控制、管理困难等问题，首次提出锚栓施工定位模板、清孔方案、注胶时间、环境温度及用量等详细、量化的控制措施，提升施工质量；对施工完毕后、安装悬挂前的化学锚栓开展现场非破损拉拔检验，荷载检验值为1.3Nt（承载力设计值），确保结构性能；全线化学锚栓要求进行根根拉拔，监理现场旁站，拉拔状态及数据记录签字后纳入信息化管理平台，动态检验、管理及验收；形成的系列隧道内化学锚栓工法工艺及管理措施，有效提高了拉林铁路化学锚栓的施工质量和结构安全水平。

（3）接触网避雷线架设施工。结合沿线温度低、温差大且变化频繁的特点，首次提出接触网避雷线架设通过“降低温度法”，观测、调整避雷线的安装张力和弛度，解决了避雷线安装后容易出现的安全隐患，形成的接触网避雷线施工工法，提供了成熟、高效、可靠的流程和工艺，避免了施工隐患，提升了运行品质。

4.3.4 方便、快捷的高原施工机具

（1）腕臂、吊弦预配平台。拉林铁路隧道净空较低，同时存在较多有砟轨道，对于全线采用的整体腕臂及刚性吊弦，规格数量繁多、预配精度严苛。为此，组织设计、施工及制造厂商共同研究、反复论证，开发的整体腕臂和刚性吊弦智能化预配平台自动、高效、精准，顺利地解决了全线1万多套接触网腕臂、近10万根吊弦的预配，大幅提升了加工制作的精度和效率。

（2）吊钩、挂梯施工机具。针对高原地区接触网支柱和腕臂吊车组立过程中脱钩困难、爬杆费时费力等问题，通过对吊钩的巧妙改装，开发的支柱组立吊钩自动脱钩装置，在地面即可简单、轻松地实现脱钩功能，节省了大量施工工时。针对长大桥梁多、峡谷风大，人员上桥困难、耗时较长，创新研制出一种便携式挂梯，通过挂钩与桥体连接，能满足各型桥梁规格，自由滑动、方便定位，可实现“在哪施工就从哪上桥”，省时省力，可进一步确保施工安全。

4.3.5 美观、和谐的高原精品电气化铁路

拉林铁路大多途经少数民族地区，沿途风景优美，人文景观独特，牵引供电工程结合民族、人文、景观，开展方案比选、细部设计，编制工艺标准。在拉萨、林芝等大型车站以及臧木特大桥等区段，接触悬挂充分利用雨棚柱或钢桁梁等结构合建，邻近支（吊）柱采用类似的轻型钢管截面，整体统一、视觉通透；避雷线肩架一体式弯折成形，形似藏区“牦牛角”［10］，简洁美观、自然和谐；变电所布置采用BIM技术，开展可视化设计、碰撞检测，实施后线缆排布及设备摆放整齐、外观美观，全方位打造极具特色的高原电气化铁路精品工程。

5 结束语

西藏地区首条电气化铁路拉林铁路的开通运营，意义极其重大。拉林铁路的建设，面临着复杂的工程环境及落后的配套条件，对牵引供电系统的勘察、设计、施工等各方面均提出了更高要求、更多挑战。在拉林铁路工程建设中，始终秉持“建设为运维”“创新铸精品”的理念，做好建设管理，做足基础理论，做细技术方案，做实施工质量，做优工程建设；牵引供电工程在理论、方案、装备、施工及管理等各方面取得系列创新，并全面应用于工程建设中，顺利地推动了拉林铁路的工程建设，保障了拉林铁路牵引供电系统安全可靠、持续稳定运行，示范引领高原电气化铁路的工程建设，同时也为川藏铁路后续建设奠定了坚实基础，提供了强有力的技术支撑。