Diskussion über Bauverfahren für das 20-kV-Versorgungssystem in Hochgeschwindigkeitsbahnen

1. Projektübersicht
Dieses Projekt umfasst den Bau der neuen Hochgeschwindigkeitsbahn Jakarta–Bandung mit einer Hauptstreckenlänge von 142,3 km, darunter 76,79 km Brücken (54,5 %), 16,47 km Tunnel (11,69 %) und 47,64 km Dämme (33,81 %). Vier Stationen – Halim, Karawang, Padalarang und Tegal Luar – wurden errichtet. Die Hauptstrecke der HSR Jakarta–Bandung ist 142,3 km lang, für eine maximale Geschwindigkeit von 350 km/h ausgelegt, mit einem Gleisabstand von 4,6 m, einschließlich etwa 83,6 km ballastfreiem Gleis und 58,7 km ballastiertem Gleis. Das Traktionsenergieversorgungssystem verwendet die AT (Autotransformatoren)-Speiseart.

Die externe Energieversorgung erfolgt mit einer Spannungsebene von 150 kV, während das interne Verteilungssystem 20 kV verwendet. Die Oberleitungshalter und Positionierungseinrichtungen für die Hochgeschwindigkeitsbahn verwenden ein standardisiertes und vereinfachtes chinesisches Design. Das China Railway Electrification Bureau ist verantwortlich für den Materialbedarf, den Bau des gesamten Strom- und Traktionsenergieversorgungssystems für die Jakarta–Bandung HSR in Indonesien sowie den externen Energieanschluss, der durch Provisionssummen finanziert wird.

2. 20 kV Verteilerstation Entwurfskonzept
2.1 20 kV Hauptelektrische Verbindung und Betriebsmodus
Die 20 kV Hauptbusleitung verwendet eine Einzelbusleitungsstruktur, geteilt durch einen Buskopplungsschalter mit automatischer Busschaltfunktion. Es gibt eine 20 kV Durchführungsbusabschnitt, der nach dem Passieren eines Spannungsreglers die 20 kV umfassende Lastdurchführungslinie und die 20 kV Primärdurchführungslinie speist. Der neutrale Punkt des Spannungsreglers ist über einen kleinen Widerstand geerdet, und kein Umgehungs-Schalter für den Spannungsregler ist installiert.

Während normaler Betrieb werden beide Energiequellen gleichzeitig mit geöffnetem Buskopplungsschalter gespeist. Wenn eine Energiequelle ausfällt, öffnet sich der Eingangsschalter auf der entladenen Seite, und der Buskopplungsschalter schließt sich automatisch, sodass die andere Energiequelle die volle Last der Verteilerstation trägt. Ein reaktives Leistungskompensationssystem ist am 20 kV Durchführungsbusabschnitt installiert, um sicherzustellen, dass der Leistungsfaktor auf der Eingangsseite der Verteilerstation nach der Kompensation mindestens 0,9 beträgt.

2.2 Layoutplan
Alle Verteilerstationen sind im Erdgeschoss mit den Betriebs- und Wohngebäuden im Bahnhofsbereich untergebracht, mit Ausnahme der Verteilerstation des Tegal Luar EMU Depots, die als eingeschossiges Gebäude unabhängig errichtet wurde. Es gibt keine Zwischenböden für Kabel. Im Erdgeschoss befinden sich Räume für den Spannungsregler (für Primär- und umfassende Durchführungsleitungen), reaktive Leistungskompensation, Neutralpunkt-Geräte, Kommunikationsausrüstung, Ersatzteillager, Hochspannungsschaltanlagen, Kontrollraum, Werkzeugraum und Ruheraum. Die Kabel innerhalb der Verteilerstation werden in Kabelgräben verlegt.

Die Verbindungen zwischen dem Spannungsregler-Raum, dem Raum für reaktive Leistungskompensation, dem Raum für Neutralpunkt-Geräte und dem Hochspannungsraum erfolgen über vorgefertigte Rohrleitungen. Da die Verteilerstation innerhalb des Bahnhofs Bereichs liegt, gibt es keine dedizierten externen Zufahrtswege oder Feuerwehrwege. Es gibt einen integrierten Außenbereichs-Kanal, ausgestattet mit Kabelstützen; eingehende und ausgehende Kabel werden durch diesen Kanal geführt, wobei Starkstrom- und Niederspannung/Steuerkabel auf gegenüberliegenden Seiten des Kanals verlegt werden. Andere Abschnitte verwenden Kabelgräben und Rohrinstallationen.

3. Bauvorbereitung

• Standortuntersuchung: Vor Beginn des Baus soll der Auftragnehmer eine Standortuntersuchung basierend auf genehmigten Entwurfsdokumenten und relevanten Daten durchführen und einen Standortbericht erstellen, der Gelände, Geologie, Straßenverkehr, Gebäudestatus und die Routing des integrierten Versorgungskanals abdeckt.

• Überprüfung der Bauzeichnungen: Der Auftragnehmer soll die genehmigten Bauzeichnungen vor Ort überprüfen und deren Genauigkeit bestätigen, bevor sie verwendet werden. Jegliche Abweichungen müssen unverzüglich dem Auftraggeber, dem Designer und dem Aufsichtsingenieur gemeldet und geklärt werden.

• Basierend auf der Untersuchung und den überprüften Zeichnungen soll der Auftragnehmer einen detaillierten Implementierungsplan und Arbeitsanweisungen für die Verteilerstation entwickeln, die Prozessstandards, Qualitätskontrollanforderungen und Schnittstellenbedürfnisse für kritische Prozesse klar definieren, und benannte QR-Code-basierte technische Besprechungen durchführen.

• BIM-Optimierung: In der frühen Bauphase soll BIM-Technologie verwendet werden, um die Ausrüstungsmontage und Kabelrouting in der 20 kV Verteilerstation zu simulieren. Dies ermöglicht eine optimierte Anordnung von Ausrüstung und Gräben/Rohrleitungen im Gebäude, simulierte Kabelrouting in Innen- und Außengräben, optimierte Kabelwege und präzise Bestimmung von Stützpunkten. Die Visualisierungs- und Simulationsfähigkeiten von BIM helfen, räumliche Konflikte während des Baus zu vermeiden und die Effizienz zu steigern.

4. Detailoptimierung des Prozesses
4.1 Kabelgrabenanordnung in der Verteilerstation
Die Verteilerstation ist ein eingeschossiges Gebäude, und Zweigkabelgräben für einzelne Geräteraum sind beseitigt. Zwischen den Fundamenten im Spannungsregler-Raum, Reaktorraum und Kleiner-Widerstand-Erde-Raum und den Hochspannungs-/Steuerungsräumen werden vorgefertigte Stahlrohre verwendet, die bis zur Höhe des zweiten Kabelstützpunktes vom Boden aus in den Hochspannungsraum-Kabelgraben hineinreichen. Um das Kabelziehen zu erleichtern, wird das vorgefertigte Rohr zwischen dem Außenbereichs-Kanal und dem Hochspannungsraum-Kabelgraben in eine Grabenform optimiert, wobei Wanddurchführungsplatten an den Wänden installiert sind.

4.2 Mutterleiterinstallation im Spannungsregler-Raum
Der ursprüngliche einlagige horizontale Kabelendhalter im Spannungsregler-Raum wurde optimiert, indem unter dem horizontalen Halter Neigungswinkelstahlverstärkungen hinzugefügt wurden, um die Stabilität zu erhöhen und Schwingungen zu verhindern. Die Kabel führen von oben in den Spannungsregler, wobei die Halter in einer Höhe von 2.500 mm installiert sind. Der Schild und die Panzerung der Hochspannungskabelenden werden separat geerdet.

 Alle strukturellen Träger sind mit dem Haupterdungsleiter über flache oder runde Stahlprofile verbunden. Kupferstangen verbinden die Kabelanschlüsse mit den Spannungswandleranschlüssen, geschützt durch vernetzte bestrahnte Hitzeschrumpfschläuche mit Phasenfarbmarkierungen. Für den Betriebsmonitoring wurde eine L-förmige Edelstahlgitterabsperrung mit einer Edelstahlwartungstür (ausgestattet mit einem elektromagnetischen Schloss, das nur freigeschaltet wird, wenn der Hochspannungsschalter offen ist) installiert. Die Absperrung und Tür sind so positioniert, dass sie die Sicherheit des Personals gewährleisten und die erforderlichen Freiräume zu lebenden Teilen aufrechterhalten.

4.3 Kabelträgerinstallation
Mit BIM-gestützter Kabelverlegungssimulation wurde eine getrennte Verlegung ermöglicht: Stromquelle 1, Stromquelle 2, primäre Durchgangsseite und umfassende Durchgangsseite werden auf getrennten Seiten des Grabens verlegt, um ein Ausfall eines Leiters von dem anderen abzuschirmen. Die Kabelbiege Radien werden eingehalten, und die präzise Positionierung jedes Kabels auf den Trägern bestimmte den optimalen Trägertyp und -standort.

 BIM-Kollisionserkennung passte die Trägerhöhen an, um Kabelkreuzungen zu vermeiden. Alle horizontalen Querstreben der Träger sind in einer Ebene ausgerichtet, wobei die Zentrumabweichungen ≤5 mm betragen. Die Träger sind an vorbereiteten Stahlplatten an den Grabenwänden befestigt, wobei die Unterseite der Träger ≥150 mm über dem Grubenboden liegt. Im integrierten Versorgungsgraben werden die Kabelträger mit 40 mm × 4 mm flachem Stahl erdverbunden, wobei zwei Erdungsleiter mit dem integrierten Erdungssystem verbunden sind.

4.4 Kabelverlegungsbau

• Kabelanordnungsprinzip: Kabel verschiedener Spannungsniveaus müssen von oben nach unten in der Reihenfolge von Hochspannungskabeln, Steuerkabeln und Signalen angeordnet werden. Kabel unterschiedlicher Kategorien oder die beiden Leiter von primären Lasten dürfen nicht auf dem gleichen Trägerlevel platziert werden.

• Designfeinabstimmung: Auf Basis der Zeichnungen ermöglichen Kabelverlegungstechniken eine tiefere Designfeinabstimmung, was einen vollständigen und systematischen Bauplan ermöglicht, der eine reibungslose Arbeitsablaufintegration und die Erhöhung der Sicherheit und Qualitätssicherung sicherstellt.

• Zugkraftberechnung: Zugmaschinen werden am Endpunkt platziert, wobei Kabelzuführer etwa alle 1 m angeordnet sind. Basierend auf Erfahrung wird bei Biegungen ein zusätzlicher 10 cm für die Berechnung der Zugkraft hinzugefügt.

• Baustelleninspektion: Bevor die Verlegung beginnt, werden die Installationsbedingungen der Ausrüstung überprüft. Stellen Sie sicher, dass die Zugkraft unterhalb der zulässigen Zugkraft des Kabels bleibt. Führen Sie Sicherheitskontrollen der Kabelverlegungsmaschinen durch und inspizieren Sie die Baustelle, um die Platzierung der Kabeltrommeln zu bestätigen; passen Sie sofort an, wenn Standards nicht erfüllt sind.

• Durchführung der Kabelverlegung: Vor der Verlegung werden Kennzeichnungen und Nummerierungen basierend auf Zeichnungen von qualifizierten Technikern vorbereitet. Die Baustellenleitung stellt sicher, dass die Kabelrouten und Modellnutzung korrekt sind. Während der mechanischen Verlegung dürfen die Kabel keine Panzerflachdrücke, Verdrehungen oder Mantelschäden aufweisen. Verwenden Sie einen Kran, um die Kabeltrommel zu positionieren, unterstützt von einem speziellen Auszahlungsständer, um das Entwickeln vom oberen Ende zu ermöglichen und Bodenreibung zu vermeiden. Montieren Sie Kabelziehgriffe an den Enden, bevor die Zugkraft angewendet wird. Qualifizierte Techniker müssen die Ausrüstungsbetriebsüberwachung und die Platzierung der Fütterungsmaschine überwachen: eine Hauptzugmaschine am Endpunkt, Fütterungen im Abstand von 80–100 m und große Radiusrolle bei Biegungen.

• Kabelbefestigung: Nach der Verlegung werden die Kabel an Start- und Endpunkten sowie auf beiden Seiten der Biegungen befestigt, wobei die Befestigungsintervalle 5–10 m betragen. Wenden Sie das Bindungsprinzip „eines legen, eines binden“ an und sichern Sie die Kabel neu vom Startpunkt rückwärts. Für Kabel auf Trägern hängen Sie Identifikationstags an beiden Seiten, Biegungen und Kreuzungen; auf geraden Abschnitten Tags alle 20 m. Die Tags müssen einheitlich die Kabelnummer, Spezifikation, Start- und Endpunkte und Spannung anzeigen.

• Kabelkreisprüfung: Nach der Verlegung wird der gesamte Kabelkreis, einschließlich der Komponenten und Einrichtungen, geprüft. Überprüfen Sie die Genauigkeit der Tags, kontrollieren Sie fehlende/falsche Installationen und bestätigen Sie die Qualitätskonformität. Um den sicheren Betrieb zu gewährleisten:

• Installieren Sie Trennwände zwischen Wechsel- und Gleichstromkabeln oder Leitungen unterschiedlicher Spannungen, wenn sie kein gemeinsames Gestänge teilen;

• Stellen Sie sicher, dass alle Grabendeckel vorhanden sind und die Gräben frei von Hindernissen und Wasser sind;

• Führen Sie Isolationsdurchhalte- und Leckstromtests gemäß den Standards durch;

• Überprüfen Sie die Anschlussausrichtung und Netzkompatibilität während der Abnahme.

4.5 Brandhemmende und feuersichernde Maßnahmen
Alle Durchbrüche zwischen Feuerabschnitten, Gebäudeeinfahrten, Bodenplatten und Öffnungen unter HV/LV-Schränken müssen branddicht verschlossen sein. Branddichtungsmaterialien müssen den indonesischen Standards für Leistung, Prüfmethoden, allgemeine technische Spezifikationen für kabelbrandhemmende Beschichtungen und technische Anforderungen an brandhemmende Kabelumhüllungen entsprechen. Brandhemmende Kabel werden im Innenbereich verwendet. Nicht brandhemmende Kabel, die in die Umspannanlage eintreten, müssen mit brandhemmendem Band umwickelt oder mit feuerfestem Lack beschichtet sein.

5. Integrierter Bau und Wartung
Während des Baus waren die Betriebs- und Wartungseinheiten frühzeitig involviert, um die Bau- und Wartungsstandards auszurichten und die Grundlage für eine hochwertige, ästhetisch ansprechende und umweltfreundliche HSR zu schaffen. Einerseits half die enge Koordination mit der Übernahmeeinheit während der Entwurfsbesprechungen, Spezifikationsprüfungen und technischen Abstimmungssitzungen, Prozessstandards und Anforderungen an die Leistung von Ausrüstung und Materialien auf der Grundlage von Betriebserfahrungen zu verfeinern. Andererseits wurden während des Baus – während der Erfüllung der Entwurfs- und Normvorgaben – Prozesse aus Sicht der Betriebssicherheit und Wartbarkeit optimiert, einschließlich Verbesserungen an Kabelgräben, Kabelwartungszugängen, Verbindungskästen, Erdung, Schutzgitterabsperrungen und Beschilderung, um die Betriebssicherheit und die physikalische Qualität zu erhöhen.

6. Schlussfolgerung
Im Zusammenfassung fortschreiten die Bau-Technologien für HSR-Stromsysteme weiter, wobei immer mehr Ingenieure integrierte Konzepte in HSR-Projekte einbeziehen. Verbesserungen in der Elektromagnetik-Technologie, schnelle Optimierung von BIM und verbesserte Frühwarnsysteme unterstützen alle die Entwicklung der „Vier-Elektrifizierungen“ (Strom, Signalisierung, Telekommunikation und Traktion) des HSR. Dieser Artikel zielt darauf ab, sinnvolle Einblicke für die weitere Weiterentwicklung dieser Technologien zu bieten.