Diskuse o stavebních technikách pro 20 kV elektrický dodávkový systém na vysokorychlostních železnici

1. Přehled projektu
Tento projekt zahrnuje výstavbu nového vysokorychlostního železničního spojení Jakarta–Bandung o délce hlavní trasy 142,3 km, včetně 76,79 km mostů (54,5 %), 16,47 km tunelů (11,69 %) a 47,64 km násypů (33,81 %). Byly postaveny čtyři stanice – Halim, Karawang, Padalarang a Tegal Luar. Hlavní trať vysokorychlostního spojení Jakarta–Bandung je dlouhá 142,3 km, navržena pro maximální rychlost 350 km/h, s dvojitou kolejí o rozestupu 4,6 m, včetně přibližně 83,6 km bezbalastové trati a 58,7 km balastové trati. Systém napájecí energie používá metodu AT (autotransformátorového) napájení. 

Externí dodávka energie používá napěťovou úroveň 150 kV, zatímco interní distribuční systém používá 20 kV. Kolektory a zařízení pro pozicionování vysokorychlostní dráhy používají standardizovaný a zjednodušený design Číny. China Railway Electrification Bureau je odpovědná za nákup materiálů, výstavbu celého systému elektrické a trakční dodávky energie pro vysokorychlostní spojení Jakarta–Bandung v Indonésii, stejně jako za externí připojení k energetické síti financované provizorními částkami.

2.Návrh schématu distribuční podstanice 20 kV
2.1 Hlavní elektrické spojení a operační režim 20 kV
Hlavní sběrnice 20 kV používá konfiguraci jedné sběrnice segmentované obvodovým přepínačem s automatickým převzetím. Je zajištěn průchozí sekce 20 kV, která po projití stabilizátorem napětí vytváří průchozí linku 20 kV s komplexním zatížením a průchozí linku 20 kV primárního zatížení. Střed stabilizátoru napětí je zazemlen malým odporovým prvem a není instalován obezhlédací spínač u stabilizátoru napětí. 

Během normálního provozu oba zdroje energie zásobují současně se zapnutým obvodovým přepínačem. Pokud selže jeden zdroj, přepínač na straně bez energie se otevře a obvodový přepínač se automaticky zavře, umožňuje tak druhému zdroji zásobovat celé zatížení podstanice. Na průchozí sekci 20 kV je instalováno zařízení k vyrovnání reaktivní energie, což zajistí, že po vyrovnání koeficient moci na vstupní straně podstanice bude nejméně 0,9.

2.2 Rozvržení plánu
Všechny distribuční podstanice jsou umístěny na půdě společně s provozními a bytovými budovami v okolí stanic, s výjimkou podstanice EMU Depot Tegal Luar, která je samostatně postavena jako jednopatrová stavba. Nejsou poskytnuty mezipodlaží pro kabely. Půda obsahuje místnosti pro stabilizátor napětí (pro primární a komplexní průchozí linky), vyrovnání reaktivní energie, zazemlovací zařízení, komunikační techniku, sklad náhradních dílů, vysokonapěťové přepínače, řídící místnost, nástrojárnu a odpočinkovou místnost. Kabely uvnitř podstanice jsou položeny v kabelových šachtách. 

Spojení mezi místností stabilizátoru napětí, místností vyrovnání reaktivní energie, místností zazemlovacího zařízení a vysokonapěťovou místností probíhá přes předem vložené potrubí. Umístěná v areálu stanice, podstanice nemá speciální externí přístupové cesty nebo hasicí cesty. Je zde integrovaná venkovní utilitní šachta vybavená kabelovými nosiči; příchozí a odchozí kabely jsou vedeny touto šachtou, s elektřinou a nízkonapěťovými/řídícími kabely položenými na opačných stranách šachty. Jiné části používají kabelové šachty a instalace potrubí.

3.Příprava stavebních prací

• Průzkum lokality: Před zahájením stavebních prací musí stavební firma provést průzkum lokality na základě schválených návrhových dokumentů a relevantních dat a připravit zprávu o průzkumu lokality, která pokrývá terén, geologii, dopravní cesty, stav výbavy a trasu integrované utilitní šachty.

• Ověření stavebních výkresů: Stavební firma musí na místě ověřit schválené stavební výkresy a potvrdit jejich správnost před použitím. Jakékoli rozdíly musí být okamžitě nahlášeny klientovi, návrháři a dozorce k vyřešení.

• Na základě průzkumu a ověřených výkresů musí stavební firma vypracovat detailní implementační plán a pracovní instrukční manuál pro distribuční podstanici, který jasně definuje standardy procesů, požadavky na kontrolu kvality a rozhraní klíčových postupů, a provést technické instruktáže s pojmenovanými QR kódy.

• Optimalizace BIM: V rané fázi stavebních prací se má použít BIM technologie k simulaci instalace zařízení a trasy kabelů v distribuční podstanici 20 kV. To umožní optimalizovat rozvržení zařízení a uspořádání šacht/potrubí v budově, simulovat trasy kabelů v vnitřních a venkovních kabelových šachtách, optimalizovat trasy kabelů a přesně určit polohy nosičů. Vizualizační a simulační možnosti BIM pomáhají předcházet prostorovým konfliktům během stavebních prací a zlepšují efektivitu.

4.Detailní optimalizace procesu
4.1 Rozvržení kabelových šacht v distribuční podstanici
Podstanice je jednopatrová stavba a vedlejší kabelové šachty pro jednotlivé místnosti s výbavou jsou zrušeny. Mezi základy v místnosti stabilizátoru napětí, reaktoru a místnosti s malým odporovým zazemlením a vysokonapěťovými/řídícími místnostmi jsou použita předem vložená ocelová potrubí, která sahají do kabelové šachty vysokonapěťové místnosti až ke vzdálenosti 2,5 m od spodku. Pro snazší táhnutí kabelů bylo optimální předem vložené potrubí mezi venkovní utilitní šachtou a kabelovou šachtou vysokonapěťové místnosti upraveno na formu šachty, s deskami pro průchod stěnou na místech průchodu stěnou.

4.2 Instalace sběrnice v místnosti stabilizátoru napětí
Původní jednovrstvé horizontální podložky pro ukončení kabelů v místnosti stabilizátoru napětí byly optimalizovány přidáním šikmého ocelového zpevnění pod horizontální podložkou pro zlepšení stability a prevenci kmitání. Kabely vstupují do stabilizátoru napětí shora, s podložkami instalovanými ve výšce 2 500 mm. Chránivá vrstva a brnění ukončení vysokonapěťových kabelů jsou samostatně zazemlena.

 Všechny nosné konstrukce jsou spojeny s hlavním zemným vodičem pomocí plochých nebo kulatých ocelových tyčí. Měděné sběrnice spojují konce kabelů s terminály napěťového regulátoru, chráněné kříženě propojenou tepelně sbíhavou rourou s označením fází. Pro operační dohled je nainstalována L-tvarová rošťová bariéra ze nerezové oceli s nerezovými dveřmi pro údržbu (vybavenými elektromagnetickým zámkem, který se odemyká pouze tehdy, když je vysoké napětí vypnuté). Bariéra a dveře jsou umístěny tak, aby zajistily bezpečnost pracovníků a dodržely požadované vzdálenosti živých částí.

4.3 Instalace podpěráků kabelů
Simulace předložení kabelů založená na BIM umožnila oddělenou trasu: strana zdroje energie 1, strana zdroje energie 2, primární průchozí strana a integrovaná průchozí strana jsou položeny na samostatné strany příkopu, což zabrání tomu, aby selhání jednoho vedení poškodilo druhé. Respektují se poloměry ohybu kabelů a přesné umístění každého kabelu na podpěráky určilo optimální typ a umístění podpěráků.

 Detekce kolizí v BIM upravila výšku podpěráků, aby se zabránilo křížení kabelů. Všechny horizontální spřílny podpěráků jsou zarovnány na stejnou rovinu, s odchylkami středů ≤5 mm. Podpěráky jsou připevněny k předem vloženým ocelovým deskám na stěnách příkopu, s dolním okrajem podpěráků ≥150 mm nad dnem příkopu. V integrovaném technologickém příkopu jsou podpěráky kabelů zazemleny pomocí oceli tloušťky 40 mm × 4 mm, s dvěma zazemňovacími vodiči připojenými k integrovanému zazemňovacímu systému.

4.4 Stavba kladení kabelů

• Princip uspořádání kabelů: Kabely různých úrovní napětí by měly být uspořádány od shora dolů v pořadí vysokonapěťových elektrických kabelů, řídících kabelů a signálních kabelů. Kabely různých kategorií nebo dva obvody primárních zátěží nesmějí být umístěny na stejném úrovni podpěráků.

• Dosažení jemnějšího návrhu: Na základě výkresů umožňují techniky kladení kabelů dosažení jemnějšího návrhu, což umožňuje kompletní a systematický stavební plán, který zajišťuje hladkou integraci pracovního toku a zlepšuje bezpečnost a kontrolu kvality.

• Výpočet tahové síly: Tahací stroje jsou umístěny na konci, s kabelovými doplňovači přibližně každých 1 m. Na základě zkušeností se přidává další 10 cm u oblouků pro výpočet tahové síly.

• Předložení kabelů: Před kladením prověřte stav instalace zařízení. Ujistěte se, že tahová síla zůstane pod povolenou tažnou sílou kabelu. Proveďte bezpečnostní kontroly kabelového vybavení a průzkum místa, abyste potvrdili umístění kabelových kotoučů; okamžitě upravte, pokud nejsou splněny standardy.

• Provádění kladení kabelů: Před kladením připravte štítky a číslování na základě výkresů kvalifikovanými techniky. Dozor na místě zajišťuje správnou trasu kabelu a použití modelu. Během mechanického kladení musí kabely ukazovat žádné plošení pancíře, točení nebo poškození obalu. Použijte jeřáb k umístění kabelového kotouče, podporovaného speciálním vybíjecím stojanem, který umožňuje rozvinutí horního konce a prevenci tření s povrchem. Před tahem nainstalujte tahové kleště na terminále. Kvalifikovaní technici musí dohlížet na obsluhu zařízení a umístění doplňovačových strojů: hlavní tahový stroj na konci, doplňovače ve vzdálenosti 80–100 m a velké poloměrové ložisko u oblouků.

• Upevnění kabelů: Po kladení upevněte kabely v počátečním/koncovém bodě a na obou stranách oblouků, s intervaly pevnění 5–10 m. Aplikujte princip "položit jeden, svázat jeden" a znovu zabezpečte kabely od počátečního bodu zpět. Pro kabely na lištinách pověste identifikační štítky na obou stranách, obloucích a křižovatkách; na přímých úsecích štítky každých 20 m. Štítky musí uniformně zobrazovat číslo kabelu, specifikace, počáteční/koncové body a napětí.

• Kontrola kabelového obvodu: Po kladení proveďte kontrolu celého kabelového obvodu, souvisejících komponent a zařízení. Ověřte přesnost štítků, zkontrolujte chybějící/nepravé instalace a potvrďte soulad s kvalitou. Aby bylo zajištěno bezpečné fungování:

• Nainstalujte dělicí stěny mezi AC/DC kabely nebo obvody různých napětí, pokud nesdílejí lištinu;

• Ujistěte se, že jsou všechny poklopy příkopu na místě a příkop je volný od překážek a vody;

• Proveďte testy odolnosti izolace a proudění podle standardů;

• Ověřte zarovnání terminálů a kompatibilitu s mříží během převzetí.

4.5 Ohebné a protipožární opatření
Všechny pronikání mezi protipožárními oddíly, vchody do budovy, mezi podlahovými deskami a pod HV/LV skříněmi musí být protipožárně uzavřena. Materiály použité k protipožárnímu uzavření musí splňovat indonéské standardy výkonu, zkoušecích metod, obecných technických specifikací pro protipožární nátěry kabelů a technických požadavků na protipožární balení kabelů. Uvnitř se používají ohebné kabely. Neohebné kabely vstupující do transformátorové stanice musí být obalené ohebnou páskou nebo natřené protipožární barvou.

5. Integrovaná výstavba a údržba
Během výstavby byly zapojeny operativní a údržbářské jednotky již v rané fázi, aby byly sjednoceny standardy výstavby a údržby, což položilo základ k vytvoření vysokokvalitní, esteticky příjemné a ekologicky udržitelné HSR. Na jednu stranu, těsná spolupráce s přebírací entitou během prezentací návrhů, revizí specifikací a technických koordinačních setkání pomohla upřesnit procesní standardy a požadavky na výkon zařízení a materiálů na základě operační zkušenosti. Na druhou stranu, během výstavby – zatímco se splňovaly návrhové a normativní požadavky – byly procesy optimalizovány z hlediska operační bezpečnosti a udržitelnosti, včetně vylepšení kabelových příkopů, přístupu k údržbě kabelů, spojovacích skříní, zazemňování, ochranných síťových bariér a značení, čímž byla zvýšena operační bezpečnost a fyzická kvalita.

6. Závěr
Ve zkratce pokračují technologie výstavby elektrických systémů HSR v rozvoji, s tím, že více inženýrů aplikuje integrované koncepty do projektů HSR. Vylepšení elektromagnetické technologie, rychlá optimalizace BIM a lepší předchozí varovací systémy podporují rozvoj integrace "Čtyř elektrik" (elektrina, signalizace, telekomunikace a trakce) HSR. Tento článek má za cíl poskytnout užitečné pohledy na další rozvoj těchto technologií.