我国重载铁路正朝着更大运量、更安全、更绿色方向发展。随着运量需求增加和HXD系列大功率电力机车普及应用,部分重载铁路现有牵引供电系统供电能力不足、列车频繁过电分相时掉速甚至停车等问题日益凸显,严重影响到线路运营组织,成为阻碍重载铁路进一步提速扩能的瓶颈。针对重载铁路存在的不足之处,研究了重载铁路牵引电缆贯通供电方案,该供电方案供电能力强,能大幅减少甚至取消电分相,提高牵引变压器容量利用率和再生制动能量利用率,助力重载铁路长远发展。首先,介绍了重载铁路牵引电缆贯通供电方案,根据牵引网供电方式的不同,分为采用直供方式和采用AT供电方式的牵引电缆贯通供电方案。针对不同供电方案,分别推导了相应的等值电路模型,对电流分布以及电压降落等进行了分析,构建了描述其供电能力的数学模型。此外,对所述方案所使用的电缆材质进行了分析,初步确定了适用于牵引电缆贯通供电方案的电缆类型。然后,基于重载铁路牵引电缆贯通供电方案理论模型,将重载铁路牵引电缆贯通供电方案应用于某实际重载线路改造设计中,对改造内容进行设计配置,计算相关参数,基于WEBANET搭建仿真模型,分别对该线既有方案和改造方案的供电能力和能耗情况进行仿真分析,以进一步验证重载铁路牵引电缆贯通供电方案的可行性和优越性。最后,对该重载线路改造方案的经济性进行了评估,评估内容包括改造成本及投资回收期、运输运营经济性、社会经济效益等。结果表明牵引电缆贯通供电方案改造成本回收期短,运营经济效益高,社会经济效益较为显著,为该方案的普及应用进一步提供参考依据。