Discussió sobre les tècniques de construcció per al sistema d'abastiment elèctric de 20 kV en ferrocarrils d'alta velocitat

1. Resum del projecte
Aquest projecte implica la construcció de la nova línia d'alta velocitat Jakarta–Bandung, amb una longitud principal de 142,3 km, incloent 76,79 km de ponts (54,5%), 16,47 km de túnels (11,69%) i 47,64 km d'empalissaments (33,81%). S'han construït quatre estacions: Halim, Karawang, Padalarang i Tegal Luar. La línia principal de l'HSR Jakarta–Bandung té 142,3 km de llargada, dissenyada per una velocitat màxima de 350 km/h, amb un espaiament de doble via de 4,6 m, incloent aproximadament 83,6 km de via sense balast i 58,7 km de via amb balast. El sistema d'abastiment elèctric adopta el mètode d'alimentació AT (autotransformador).

L'abastiment elèctric extern utilitza un nivell de tensió de 150 kV, mentre que el sistema intern de distribució d'energia utilitza 20 kV. Les branques de catenària i els dispositius de posició per a la línia d'alta velocitat adopten el disseny estandarditzat i simplificat de la Xina. El Bureau d'Electrificació Ferroviària de la Xina és responsable de la contractació de materials, la construcció de tot el sistema d'energia i abastiment elèctric per a l'HSR Jakarta–Bandung a Indonèsia, així com la part d'abastiment elèctric extern financiada per sumes provisionals.

2. Esquema de disseny de la subestació de distribució de 20 kV
2.1 Connexió elèctrica principal de 20 kV i mode d'operació
La barra principal de 20 kV adopta una configuració de barra única segmentada per un interruptor de barra de xifratge automàtic. Es proporciona una secció de barra de passada de 20 kV, que, després de passar per un regulador de tensió, alimenta la línia de passada de càrrega integral de 20 kV i la línia de passada primària de 20 kV. El punt neutre del regulador de tensió està aterrada mitjançant una resistència petita, i no s'instal·la cap interruptor de bypass per al regulador de tensió.

En funcionament normal, les dues fonts d'energia alimenten simultàniament amb l'interruptor de barra obert. Si una font d'energia falla, l'interruptor d'entrada al costat desenergitzat s'obre, i l'interruptor de barra es tanca automàticament, permetent que l'altra font d'energia suporti la càrrega total de la subestació. Es instal·la un dispositiu de compensació de potència reactiva a la secció de la barra de passada de 20 kV, assegurant que el factor de potència al costat d'entrada de la subestació no sigui inferior a 0,9 després de la compensació.

2.2 Planol de disposició
Totes les subestacions de distribució estan ubicades en el mateix edifici que els edificis operatius i d'habitatge de la zona de la estació, excepte la subestació del depòsit d'EMU de Tegal Luar, que es construeix independentment com una estructura d'un sol pis. No es proporcionen pisos intersticials de cables. La planta baixa inclou sales per al regulador de tensió (per a les línies de passada primària i integral), compensació de potència reactiva, equips d'aterrament neutral, maquinària de comunicació, emmagatzematge de peces de repòs, quadres de maniobra de alta tensió, sala de control, sala d'eines i àrea de descans. Els cables dins de la subestació s'instalen en trinxerets de cable.

Les connexions entre la sala del regulador de tensió, la sala de compensació de potència reactiva, la sala d'equips d'aterrament neutral i la sala de maniobra de alta tensió es realitzen mitjançant conductes pre-embutides. Ubicada dins de la zona de la estació, la subestació no disposa de camins d'accés externs o carrils contra incendis dedicats. Es proporciona un trinxeret integrat exterior, equipat amb suports de cable; els cables d'entrada i sortida es dirigeixen a través d'aquest trinxeret, amb els cables d'energia i de baixa tensió/control col·locats en costats oposats del trinxeret. Altres seccions utilitzen trinxerets de cable i instal·lacions de conductes.

3.Preparació de la construcció

• Investigació del lloc: Abans de la construcció, el contractista haurà de realitzar una inspecció del lloc basada en els documents de disseny aprovats i les dades rellevants, i preparar un informe d'investigació del lloc que cobreixi el terreny, la geologia, el transport viari, les condicions de l'edifici d'equips i la traçada del trinxeret d'utilitats integrat.

• Verificació dels dibuixos de construcció: El contractista haurà de verificar els dibuixos de construcció aprovats in situ i confirmar-ne la precisió abans d'utilitzar-los. Qualsevol discrepància s'haurà de notificar prontament al client, al dissenyador i al enginyer supervisor per resoldre-la.

• Basat en l'enquesta i els dibuixos verificats, el contractista haurà de desenvolupar un pla d'implementació detallat i un manual d'instruccions de treball per a la subestació de distribució, definint clarament els estàndards de procés, els requisits de control de qualitat i les necessitats d'interfície per als procediments crítics, i realitzar instruccions tècniques basades en codis QR nomenats.

• Optimització BIM: Durant la fase inicial de construcció, s'utilitzarà la tecnologia BIM per simular la instal·lació d'equips i la traçada de cables a la subestació de distribució de 20 kV. Això permet una disposició optimitzada d'equips i arregles de trinxerets/conduits dins de l'edifici, la simulació de la traçada de cables en trinxerets de cable interiors i exteriors, la traçada optimitzada de cables i la determinació precisa de les localitzacions de suports. Les capacitats de visualització i simulació del BIM ajuden a evitar conflictes espacials durant la construcció i milloren l'eficiència.

4.Optimització dels detalls del procés
4.1 Disposició dels trinxerets de cable a la subestació de distribució
La subestació és una estructura d'un sol pis, i es suprimeixen els trinxerets de cable de branques per a les sales d'equips individuals. Entre les fundacions de la sala del regulador de tensió, la sala del reactor i la sala de l'aterrament amb resistor petit i les sales de maniobra de alta tensió i control, s'utilitzen conductes d'acer pre-embutides, que s'estenen fins al trinxeret de cable de la sala de maniobra de alta tensió fins a l'alçada del suport de cable de segon nivell des de la base. Per facilitar la tirada de cables, la conducta pre-embutida entre el trinxeret d'utilitats exterior i el trinxeret de cable de la sala de maniobra de alta tensió s'optimitza en forma de trinxeret, amb plagues de travessia de parets instal·lades als creuaments de paret.

4.2 Instal·lació de la barra de bus a la sala del regulador de tensió
El suport de terminació de cable horitzontal d'una sola capa original a la sala del regulador de tensió s'ha optimitzat afegint refuerços d'acer angular sota el suport horitzontal per augmentar la estabilitat i prevenir el tremolor. Els cables entren al regulador de tensió des de dalt, amb suports instal·lats a una alçada de 2.500 mm. La capa de blindatge i la coraza de les terminacions de cable de alta tensió s'aterren separadament.

 Totes els suports estructurals estan connectats al conductor de terra principal mitjançant barres d'acer quadrades o rodones. Les barras de cobre connecten les terminacions dels cables als terminals del regulador de tensió, protegides per tubs termorretractables irradiats amb marques de color de fase. Per al control operatiu, s'instal·la una barrera de graella d'acer inoxidable en forma de L amb una porta de manteniment d'acer inoxidable (equipada amb un segell electromagnètic que només es desbloqueja quan l'interruptor de alta tensió està obert). La barrera i la porta estan situades per assegurar la seguretat del personal i mantenir les separacions requerides entre les parts en viva.

4.3 Instal·lació dels Suports de Cables
La simulació prèvia de la disposició dels cables basada en BIM ha permès la segregació de rutes: el costat de la font d'energia 1, el costat de la font d'energia 2, el costat de la línia de pas primària i el costat de la línia de pas generalitzada són disposades en costats diferents de la trinxera, evitant que un defecte en una línia d'energia pugui enderrocar l'altra. Es respecten els radis de corbatura dels cables, i la posició precisa de cada cable en els suports determina el tipus i la ubicació òptims dels suports.

 La detecció de col·lisions en BIM ha ajustat l'alçada dels suports per evitar els creuaments de cables. Totes les travesses horitzontals dels suports estan alineades en el mateix pla, amb desviacions centrals ≤5 mm. Els suports estan fixats a placas d'acer preincrustades en les parets de la trinxera, amb la part inferior dels suports ≥150 mm sobre el fons de la trinxera. A la trinxera integral d'utilitats, els suports de cables es connecten a terra mitjançant acer quadrat de 40 mm × 4 mm, amb dos conductors de terra connectats al sistema de terra integrat.

4.4 Construcció de la Disposició dels Cables

• Principi de disposició dels cables: Els cables de diferents nivells de tensió s'han de disposar de dalt a baix en l'ordre de cables d'alta tensió, cables de control i cables de senyal. No s'han de col·locar cables de diferents categories o els dos circuits de càrregues primàries en el mateix nivell de suport.

• Refinament del disseny: Basant-se en els dibuixos, les tècniques de disposició dels cables permeten un refinament més profund del disseny, facilitant un pla de construcció complet i sistemàtic que assegura una integració fluida del flux de treball i millora el control de la seguretat i la qualitat.

• Càlcul de la força de traacció: Les màquines de traacció s'estableixen al punt final, amb alimentadors de cable situats aproximadament cada 1 m. Basant-se en l'experiència, s'afegeix 10 cm addicionals en les corbes per al càlcul de la força de traacció.

• Inspecció del lloc: Abans de la disposició, inspecciona les condicions d'instal·lació de l'equips. Assegura't que la força de traacció roman per sota de la resistència de tracció admissible del cable. Realitza controls de seguretat de les màquines de disposició de cables i inspecciona el lloc per confirmar la disposició de les bobines de cable; ajusta immediatament si no es compleixen els estàndards.

• Execució de la disposició dels cables: Abans de la disposició, prepara etiquetes i numeració basades en els dibuixos per tècnics qualificats. La supervisió in situ assegura la ruta correcta dels cables i l'ús del model adequat. Durant la disposició mecànica, els cables no han de mostrar aplanament de blindat, torsió ni danys de la gaina. Utilitza una grua per posicionar la bobina de cable, sostenida per un suport d'extracció dedicat per permetre l'extracció pel cap superior i evitar la fricció amb el terra. Instal·la agafadors de traacció de cables als terminals abans de la traacció. Tècnics qualificats han de supervisar l'operació de l'equip i la disposició de les màquines alimentadores: una màquina de traacció principal al punt final, alimentadors espaiats 80–100 m i polses de radi gran en les corbes.

• Fixació dels cables: Després de la disposició, fixa els cables als punts inicials i finals i als dos costats de les corbes, amb intervals de fixació de 5–10 m. Aplica el principi de "disposa un, atura un" per la ligadura i torna a assegurar els cables des del punt inicial cap enrere. Per als cables en bandejes, penja etiquetes d'identificació als dos costats, les corbes i les interseccions; en les seccions rectes, etiquetes cada 20 m. Les etiquetes han de mostrar uniformement el número del cable, la especificació, els punts inicial i final, i la tensió.

• Inspecció del circuit de cables: Després de la disposició, inspecciona tot el circuit de cables, components associats i instal·lacions. Verifica la precisió de les etiquetes, comprova les instal·lacions mancants o incorrectes, i confirma la conformitat de la qualitat. Per assegurar l'operació segura:

• Instal·la particions entre cables AC/DC o circuits de diferents tensions quan no compartexi la mateixa bandeja;

• Assegura't que totes les cobertes de la trinxera estiguin en lloc i que la trinxera estigui lliure d'obstacles i aigua;

• Realitza proves de resistència a l'aislament i corrent de fuga segons els estàndards;

• Verifica l'alinament dels terminals i la compatibilitat de la xarxa durant l'acceptació.

4.5 Mesures Ignífuges i Antifoc
Tots els passos entre compartiments ignífugs, entrades d'edifici, plafons i obertures sota els armari de BT/AT han de ser tancats amb material ignífug. Els materials de tancament han de complir amb els estàndards indonesians en rendiment, mètodes de prova, especificacions tècniques generals per revestiments ignífugs de cables i requisits tècnics per envoltories de cables retardants de flama. S'utilitzen cables retardants de flama en interiors. Els cables no retardants de flama que entren a la subestació han de estar envoltats amb cinta retardant de flama o recoberts amb pintura antifoc.

5. Construcció i Manteniment Integrats
Durant la construcció, les unitats d'operació i manteniment van participar de manera precoç per alinear els estàndards de construcció i manteniment, posant les bases per a una HSR de alta qualitat, estètica i ecològica. D'una banda, la coordinació estreta amb l'entitat rebencaire durant les reunions de breufing de disseny, revisió d'especificacions i reunions tècniques va ajudar a refinar els estàndards de processos i els requisits de rendiment de l'equip i els materials basant-se en l'experiència operativa. D'altra banda, durant la construcció—mentre es compleixien els requisits de disseny i codi—els processos van ser optimitzats des d'una perspectiva de seguretat operativa i mantenibilitat, incloent-hi millores a les trinxeres de cables, l'accés de manteniment dels cables, les caixes de connexió, la terra, les barres protectoras de graella i la senyalització, augmentant així la seguretat operativa i la qualitat física.

6. Conclusió
En resum, les tecnologies de construcció per als sistemes d'energia dels trens d'alta velocitat continuen avançant, amb més enginyers que apliquen conceptes integrals als projectes d'alta velocitat. Les millor es en tecnologia electromagnètica, la ràpida optimització del BIM i els sistemes d'avís prèvi millorats, tots això suporten el desenvolupament de la integració dels "Quatre Elèctrics" (energia, senyalització, telecomunicacions i tracció) dels trens d'alta velocitat. Aquest article té com a objectiu proporcionar visions significatives per al més endavant avançament d'aquestes tecnologies.