Diskussion om konstruktionsmetoder for 20 kV strømforsyningsystem i højhastighedstog

1. Projektoversigt
Dette projekt omhandler konstruktionen af den nye Jakarta–Bandung højhastighedstogbane med en hovedlinje på 142,3 km, heraf 76,79 km broer (54,5%), 16,47 km tunneller (11,69%) og 47,64 km dæmninger (33,81%). Fire stationer - Halim, Karawang, Padalarang og Tegal Luar - er blevet bygget. Hovedlinjen for Jakarta–Bandung HSR er 142,3 km lang, designet til en maksimal hastighed på 350 km/t, med et sporet mellem de dobbelte spor på 4,6 m, heraf ca. 83,6 km ballastfri spor og 58,7 km ballastspor. Traktionsstrømforsyningssystemet anvender AT (autotransformator) strømforsyning. 

Ekstern strømforsyning anvender et spændingsniveau på 150 kV, mens det indre strømforsyningssystem anvender 20 kV. Kattens vriste og positioneringsenheder for højhastighedstogbanen anvender Kinas standardiserede og forenklede design. China Railway Electrification Bureau har ansvar for materialer, konstruktion af hele strøm- og traktionsstrømforsyningssystemet for Jakarta–Bandung HSR i Indonesien, samt den eksterne strømforsyning, der finansieres af provisoriske midler.

2.20 kV distributionsstation designskema
2.1 20 kV hovedelektriske forbindelse og driftsmodus
Den 20 kV hovedbusbar anvender en enkeltbusbar konfiguration, segmenteret af en busforbinder circuitbryder med automatisk busoverførsel. En 20 kV gennemføring bussektion er leveret, som efter at være passerede en spændingsregulator, føder ud den 20 kV samlede belastnings gennemførende linje og den 20 kV primære gennemførende linje. Spændingsregulatorens neutrale punkt er jordet via en lille modstand, og ingen bypass switch er installeret for spændingsregulatoren. 

Under normal drift leveres begge strømkilder samtidig med busforbinder circuitbryder åben. Hvis en strømkilde fejler, åbnes den incoming circuitbryder på den afsluktede side, og busforbinder circuitbryder lukkes automatisk, hvilket tillader den anden strømkilde at bære den fulde understationsbelastning. En reaktiv effektkompenseringsenhed er installeret på den 20 kV gennemførende bussektion, hvilket sikrer, at effektfaktoren på den incoming side af understationen ikke er mindre end 0,9 efter kompensation.

2.2 Layout plan
Alle distributionsstationer er placeret sammen med operations- og levestillingsbygninger i stationsområdet på stueplan, undtagen for Tegal Luar EMU Depot understation, der er bygget selvstændigt som et enetages bygning. Der findes ingen kabelfiller. Stueplanen inkluderer rum til spændingsregulator (for primær og samlet gennemføring), reaktiv effektkompensation, neutral jordudstyr, kommunikationsmaskiner, reserveparts lager, højspændingsskab, kontrolrum, værktøjsrum og hvileområde. Kabler i understationen er lagt i kabelforgrave. 

Forbindelser mellem spændingsregulatorrum, reaktiv effektkompensationsrum, neutral jordudstyr-rum og højspændingsrum er lavet via forudindlejrede rør. Placeringen i stationsområdet betyder, at understationen ikke har dedikerede eksterne adgangsveje eller brandveje. En udendørs integreret teknisk forgravning er leveret, udstyret med kablersupporter; incoming og outgoing kabler føres gennem denne forgravning, med strøm- og lavspænding/kontrolkabler lagt på modsatte sider af forgravningen. Andre sektioner bruger kabelforgrave og rørinstallationer.

3.Konstruktionsforberedelse

• Stedundersøgelse: Inden konstruktion skal entrepenøren foretage en stedundersøgelse baseret på godkendte designoplysninger og relevante data, og forberede en stedundersøgelsesrapport, der dækker terræn, geologi, vejtransport, installationsbygningstilladelser og routing af integreret teknisk forgravning.

• Kontrol af konstruktionszeichnungen: Entrepenøren skal kontrollere godkendte konstruktionszeichnungen på stedet og bekræfte deres nøjagtighed før anvendelse. Enhver uoverensstemmelser skal hurtigt rapporteres til kunden, designeren og overvågende ingeniør for løsning.

• Baseret på undersøgelsen og verificerede tegninger skal entrepenøren udvikle en detaljeret implementeringsplan og arbejdshandlingsmanual for distributionsstationen, der klart definerer processstandarder, kvalitetskontrolleringskrav og grænsefladebehov for kritiske procedurer, og udføre QR-kode-baserede tekniske briefinger.

• BIM-optimering: I den tidlige konstruktionsfase skal BIM-teknologi anvendes til at simulere installation af udstyr og kablerute i 20 kV distributionsstationen. Dette gør det muligt at optimere placering af udstyr og forgrave/rørarrangementer i bygningen, simuleret kablerute i indendørs og udendørs kabelforgrave, optimeret kabelløb og præcis bestemmelse af supportplads. BIM's visualisering og simuleringskapacitet hjælper med at undgå rumlige konflikter under konstruktion og forbedre effektiviteten.

4.Processdetaljeoptimering
4.1 Kabelforgave-layout i distributionsstationen
Understationen er en enetages bygning, og grene kabelforgave for individuelle udstyrsrum er fjernet. Mellem fundamentene i spændingsregulatorrum, reaktorrums og små-modstand jordudstyr-rum og højspænding/kontrolrum anvendes forudindlejrede stålledninger, der strækker sig ind i højspændingsrummet kabelforgave op til højden af anden niveauforhøjning fra bunden. For at lette kabltrafikken er forudindlejrede ledning mellem udendørs teknisk forgravning og højspændingsrum kabelforgave optimeret til en forgravning form, med væggen-trængende plader installeret ved væggens kryds.

4.2 Busbar-installation i spændingsregulatorrum
Den originale enkeltlag horisontal kabelterminations-support-bracket i spændingsregulatorrummet er optimeret ved at tilføje skrå stål-støtte under den horisontale bracket for at forbedre stabiliteten og forhindre skævel. Kabler går ind i spændingsregulator fra toppen, med brackets installeret på en højde af 2.500 mm. Skjoldlaget og rustningen af højspændingskabelter terminations er separat jordet.

 Alle strukturelle støtter er forbundet til den primære jordledning ved hjælp af flade eller runde ståljær. Kobber busser forbinder kabelafslutterne med spændingsregulatorernes terminaler, beskyttet af krydslinket forstrålet varmeskænket rør med fasen farvekoder. For driftsmonitoring er der installeret et L-formet rustfrit stålgitter med en rustfri vedligeholdelsesdør (udstyret med en elektromagnetisk lås, der kun låses op, når højspændingskontakten er åben). Gitteret og døren er placeret for at sikre personers sikkerhed og fastholde de påkrævede levende dels afstande.

4.3 Kablestøtteinstallation
BIM-baseret kabelforlægningssimulering gjorde det muligt at adskille ruterne: strømforsyningsside 1, strømforsyningsside 2, primær gennemføringsside og samlet gennemføringsside blev lagt på separate sider af gravningen, hvilket forebygger, at en fejl i et strømled skader det andet. Kabelbøjningsradiusser overholdes, og præcis positionering af hvert kabel på støtterne bestemte den optimale støttype og placering.

 BIM-kollisionsoptagelse justerede støttehøjder for at undgå kabelkrydsninger. Alle vandrette trin på støtter er justeret på samme plan, med centrumafvigelser ≤5 mm. Støtter er fastgjort til forudindlejrede stålplader på gravningsvægge, med bunden af støtter ≥150 mm over gravnings gulvet. I den integrerede utilitetsgrav er kablestøtter jordet ved hjælp af 40 mm × 4 mm flad stål, med to jordledninger forbundet til den integrerede jordsystem.

4.4 Kablelæggingskonstruktion

• Kablelægning princip: Kabler af forskellige spændingsniveauer skal arrangeres fra top til bund i rækkefølgen af højspændingskabler, styrekabler og signal kabler. Kabler af forskellige klassifikationer eller de to kredsløb af primære belastninger må ikke placeres på samme støtteplan.

• Designforbedring: Baseret på tegninger, tillader kablelæggeteknikker en dybere designforbedring, der gør det muligt at have en kompleks og systematisk konstruktionsplan, der sikrer en glidende arbejdsgangintegration og forbedrer sikkerhed og kvalitetskontrol.

• Trækraft beregning: Trækmaskiner er placeret ved slutpunktet, med kabelfoer placeret ca. hvert 1 m. Ud fra erfaring, føjes 10 cm til ved bøjninger for trækraftsberegning.

• Stedstjek: Før læggelsen, inspiceres installationsforholdene for udstyr. Sikr, at trækraften forbliver under kablers tilladte trækstyrke. Udfør sikkerhedstjek på kablelægmaskiner og undersøg stedet for at bekræfte kabeltrossens placering; ret tilmed, hvis standarderne ikke er opfyldt.

• Udførelse af kablelæggelse: Før læggelsen, forberedes etiketter og nummerering baseret på tegninger af kvalificerede teknikere. På-sted-overvågning sikrer korrekt kabelrute og model brug. Under mekanisk læggelse må kabler ikke vise rustfladning, drejning eller skadeskrog. Brug en kraan til at positionere kabeltrossen, understøttet af en dedikeret udrullingsstand for at tillade top-end udrulling og forhindre jordfricition. Installer kabeltrækken på terminaller før træk. Kvalificerede teknikere skal overvåge udstyrsdrift og foermaskineplacering: en hovedtrækmaskine ved slutpunktet, foere placeret 80–100 m fra hinanden, og store radius sheaves ved bøjninger.

• Kabelfastgørelse: Efter læggelsen, fastgøres kabler ved start/slutpunkter og begge sider af bøjninger, med fastgørelsesintervaller på 5–10 m. Anvend "læg en, bin en" bindningsprincip og genfastgør kabler fra startpunktet bagud. For kabler på hylder, hæng identifikationsetiketter på begge sider, bøjninger og krydsninger; på rette sektioner, etiketter hver 20 m. Etiketter skal uniformt vise kabelnummer, specifikation, start/slutpunkter og spænding.

• Kabelkredsløbsinspektion: Efter læggelsen, inspiceres hele kabelkredsløbet, de associerede komponenter og faciliteter. Kontroller etikettens nøjagtighed, tjek for manglende/forkert installationer, og bekræf kvalitetsoverholdelse. For at sikre sikker drift:

• Installér partitioner mellem AC/DC kabler eller kredsløb af forskellige spændinger, når de ikke deler en hylder;

• Sørg for, at alle gravningsdæk er på plads, og gravninger er fri for hindringer og vand;

• Udfør isolationsudholdeligheds- og leckagestrømtests ifølge standarder;

• Bekræf terminaljustering og netkompatibilitet under accept.

4.5 Brandhæmmende og brandbeskyttelsesforanstaltninger
Alle gennembrud mellem brandkompartementer, bygningstilgange, gulvplader og åbninger under HV/LV skabe skal være brandstoppet. Brandstoppende materialer skal overholde indonesiske standarder for ydeevne, testmetoder, generelle tekniske specifikationer for kabelbrandhæmmende overflader og tekniske krav til brandhæmmende kabelomhylninger. Brandhæmmende kabler anvendes indendørs. Ikke-brandhæmmende kabler, der kommer ind i understationen, skal omhyllinges med brandhæmmende tape eller overmales med brandsikker maling.

5. Integreret konstruktion og vedligeholdelse
Under konstruktionen blev drifts- og vedligeholdelsesenheder involveret tidligt for at justere konstruktions- og vedligeholdelsesstandarder, hvilket ligger grundlaget for en højkvalitativ, æstetisk og miljøvenlig HSR. På den ene side, tæt koordinering med overtageren under designbriefinger, specifikationsgennemgange og tekniske samarbejdsmøder hjalp med at forfines processstandarder og udstyr/materialers ydeevne baseret på driftserfaring. På den anden side, under konstruktionen—under overholdelse af design- og kodekrav—optimeredes processer fra en driftssikkerhed og vedligeholdelighedssynsvinkel, herunder forbedringer af kabelgrave, kabelvedligeholdelsesadgang, junction boxes, jordning, beskyttelsesnet og skiltning, hvilket forbedrede driftssikkerhed og fysisk kvalitet.

6. Konklusion
I korthed fortsætter byggeteknologier for HSR strømsystemer med at udvikle sig, og flere ingeniører anvender integrerede koncepter i HSR-projekter. Opgraderinger af elektromagnetisk teknologi, hurtig optimering af BIM og forbedrede tidlige advarselssystemer understøtter alle udviklingen af HSR's "Fire-elektriske" (strøm, signalering, telekommunikation og træk) integration. Dette dokument har til formål at give meningsfulde indsights for den videre udvikling af disse teknologier.