Discusión sobre las Técnicas de Construcción para el Sistema de Suministro Eléctrico de 20 kV en Ferrocarriles de Alta Velocidad
1. Resumen del Proyecto
Este proyecto involucra la construcción de la nueva Línea Ferroviaria de Alta Velocidad Jakarta–Bandung, con una longitud principal de 142,3 km, incluyendo 76,79 km de puentes (54,5%), 16,47 km de túneles (11,69%) y 47,64 km de terraplenes (33,81%). Se han construido cuatro estaciones: Halim, Karawang, Padalarang y Tegal Luar. La línea principal de la Línea Ferroviaria de Alta Velocidad Jakarta–Bandung tiene una longitud de 142,3 km, diseñada para una velocidad máxima de 350 km/h, con un espacio entre vías dobles de 4,6 m, incluyendo aproximadamente 83,6 km de vía sin balasto y 58,7 km de vía con balasto. El sistema de alimentación de tracción adopta el método de alimentación AT (Autotransformador).
El suministro externo de energía utiliza un nivel de voltaje de 150 kV, mientras que el sistema de distribución interna de energía utiliza 20 kV. Los brazos de catenaria y los dispositivos de posicionamiento para la línea ferroviaria de alta velocidad adoptan el diseño estandarizado y simplificado de China. La Oficina de Electrificación Ferroviaria de China es responsable de la adquisición de materiales, la construcción del sistema completo de energía y suministro de tracción para la Línea Ferroviaria de Alta Velocidad Jakarta–Bandung en Indonesia, así como de la parte de conexión de energía externa financiada por partidas provisionales.
2. Esquema de Diseño de Subestación de Distribución de 20 kV
2.1 Conexión Eléctrica Principal y Modo de Operación de 20 kV
La barra principal de 20 kV adopta una configuración de una sola barra segmentada por un interruptor de acoplamiento de barras con transferencia automática. Se proporciona una sección de barra de alimentación de paso de 20 kV, que, después de pasar por un regulador de voltaje, alimenta la línea de alimentación de paso de carga general de 20 kV y la línea de alimentación de paso primario de 20 kV. El punto neutro del regulador de voltaje está conectado a tierra a través de una pequeña resistencia, y no se instala un interruptor bypass para el regulador de voltaje.
En operación normal, ambas fuentes de alimentación suministran simultáneamente con el interruptor de acoplamiento de barras abierto. Si falla una fuente de alimentación, el interruptor de entrada del lado desenergizado se abre, y el interruptor de acoplamiento de barras cierra automáticamente, permitiendo que la otra fuente de alimentación soporte toda la carga de la subestación. Se instala un dispositivo de compensación de potencia reactiva en la sección de la barra de alimentación de paso de 20 kV, asegurando que el factor de potencia en el lado de entrada de la subestación sea no menor a 0,9 después de la compensación.
2.2 Plan de Disposición
Todas las subestaciones de distribución están ubicadas en el mismo edificio que las instalaciones operativas y de vida del área de la estación, excepto la subestación del Depósito de EMU Tegal Luar, que se construye independientemente como una estructura de un solo piso. No se proporcionan pisos intermedios para cables. El piso inferior incluye salas para el regulador de voltaje (para alimentaciones de paso primario y general), compensación de potencia reactiva, equipo de conexión a tierra del punto neutro, maquinaria de comunicación, almacenamiento de repuestos, equipos de media tensión, sala de control, sala de herramientas y área de descanso. Los cables dentro de la subestación se colocan en zanjas de cable.
Las conexiones entre la sala del regulador de voltaje, la sala de compensación de potencia reactiva, la sala de equipo de conexión a tierra del punto neutro y la sala de media tensión se realizan mediante conductos pre-empotrados. Ubicada dentro del área de la estación, la subestación no tiene caminos de acceso o carriles contra incendios externos dedicados. Se proporciona una zanja de servicios integrados al aire libre, equipada con soportes para cables; los cables de entrada y salida se rutan a través de esta zanja, con los cables de potencia y baja tensión/control colocados en lados opuestos de la zanja. Otras secciones utilizan zanjas de cable e instalaciones de conductos.
3.Preparación de la Construcción
Investigación del Sitio: Antes de la construcción, el contratista deberá realizar una inspección de sitio basada en los documentos de diseño aprobados y datos relevantes, y preparar un informe de investigación de sitio que cubra el terreno, geología, transporte por carretera, condiciones de los edificios de equipos y rutas de la zanja de servicios integrados.
Verificación de Dibujos de Construcción: El contratista deberá verificar los dibujos de construcción aprobados en el sitio y confirmar su precisión antes de su uso. Cualquier discrepancia debe ser reportada de inmediato al cliente, diseñador e ingeniero supervisor para su resolución.
Basándose en la inspección y los dibujos verificados, el contratista deberá desarrollar un plan detallado de implementación y un manual de instrucciones de trabajo para la subestación de distribución, definiendo claramente los estándares de proceso, los requisitos de control de calidad y las necesidades de interfaz para procedimientos críticos, y realizar breves técnicas basadas en códigos QR nombrados.
Optimización BIM: Durante la fase inicial de construcción, se utilizará la tecnología BIM para simular la instalación de equipos y el tendido de cables en la subestación de distribución de 20 kV. Esto permite optimizar la disposición de los equipos y la arreglación de las zanjas y tuberías dentro del edificio, simular el tendido de cables en zanjas de cable interior y exterior, optimizar las rutas de cable y determinar con precisión las ubicaciones de los soportes. Las capacidades de visualización y simulación de BIM ayudan a evitar conflictos espaciales durante la construcción y mejorar la eficiencia.
4.Optimización Detallada del Proceso
4.1 Disposición de Zanjas de Cable en la Subestación de Distribución
La subestación es una estructura de un solo piso, y se eliminan las zanjas de cable secundarias para las salas individuales de equipos. Entre los cimientos de la sala del regulador de voltaje, la sala del reactor y la sala del resistor pequeño de conexión a tierra y las salas de media tensión/control, se utilizan conductos de acero pre-empotrados, extendiéndose hasta la zanja de cable de la sala de media tensión hasta la altura del segundo nivel de soporte de cable desde el fondo. Para facilitar el jalado de cables, el conducto pre-empotrado entre la zanja de servicios integrados al aire libre y la zanja de cable de la sala de media tensión se optimiza en forma de zanja, con placas de penetración de pared instaladas en los cruces de pared.
4.2 Instalación de Barras en la Sala del Regulador de Voltaje
El soporte de terminación de cable horizontal de una sola capa en la sala del regulador de voltaje se ha optimizado añadiendo refuerzos de acero angulado debajo del soporte horizontal para mejorar la estabilidad y prevenir el temblor. Los cables entran al regulador de voltaje desde la parte superior, con soportes instalados a una altura de 2,500 mm. La capa de blindaje y la armadura de las terminaciones de cable de alta tensión se conectan a tierra por separado.
Todos los soportes estructurales están conectados al conductor de tierra principal mediante barras de acero planas o redondas. Las barras de cobre conectan las terminaciones del cable a los terminales del regulador de voltaje, protegidas por tubo termorretráctil irradiado de coloración de fase. Para la supervisión operativa, se instala una barrera de malla de acero inoxidable en forma de L con una puerta de mantenimiento de acero inoxidable (equipada con un cerrojo electromagnético que solo se desbloquea cuando el interruptor de alta tensión está abierto). La barrera y la puerta están posicionadas para garantizar la seguridad del personal y mantener las distancias de aislamiento necesarias.
4.3 Instalación de soportes de cables
La simulación previa de tendido de cables basada en BIM permitió una ruta segregada: el lado de la fuente de alimentación 1, el lado de la fuente de alimentación 2, el lado de la línea de paso primaria y el lado de la línea de paso general se colocan en lados separados de la zanja, evitando que una falla en una línea de alimentación dañe la otra. Se respetan los radios de curvatura de los cables y se determinó la posición precisa de cada cable en los soportes, lo que definió el tipo y ubicación óptimos de los soportes.
La detección de colisiones de BIM ajustó las alturas de los soportes para evitar cruces de cables. Todos los travesaños horizontales de los soportes están alineados en el mismo plano, con desviaciones del centro ≤5 mm. Los soportes se fijan a placas de acero preincrustadas en las paredes de la zanja, con la parte inferior de los soportes ≥150 mm sobre el suelo de la zanja. En la zanja de servicios integrados, los soportes de cables se conectan a tierra mediante acero plano de 40 mm × 4 mm, con dos conductores de tierra conectados al sistema de tierra integrado.
4.4 Construcción del tendido de cables
Principio de disposición de cables: Los cables de diferentes niveles de voltaje deben dispone de arriba hacia abajo en el orden de cables de potencia de alta tensión, cables de control y cables de señal. Los cables de diferentes clasificaciones o los dos circuitos de cargas primarias no deben colocarse en el mismo nivel de soporte.
Refinamiento del diseño: Basado en los dibujos, las técnicas de tendido de cables permiten un refinamiento más profundo del diseño, lo que permite un plan de construcción completo y sistemático que asegura la integración fluida del flujo de trabajo y mejora el control de calidad y seguridad.
Cálculo de fuerza de tracción: Las máquinas de tracción se colocan en el punto final, con alimentadores de cable aproximadamente cada 1 m. Basado en la experiencia, se añaden 10 cm adicionales en las curvas para el cálculo de la fuerza de tracción.
Inspección en el sitio: Antes de tender, inspeccionar las condiciones de instalación del equipo. Asegúrate de que la fuerza de tracción permanezca por debajo de la resistencia de tracción permitida del cable. Realiza controles de seguridad en la maquinaria de tendido de cables y realiza un levantamiento topográfico para confirmar la ubicación de los carretes de cable; ajusta inmediatamente si no se cumplen los estándares.
Ejecución del tendido de cables: Antes de tender, preparar etiquetas y numeración basada en los dibujos por técnicos calificados. La supervisión en el sitio asegura la ruta correcta y el uso del modelo de cable. Durante el tendido mecánico, los cables no deben mostrar aplanamiento de armadura, torsión o daño de la cubierta. Utiliza una grúa para posicionar el carrete de cable, soportado por un stand de desbobinado dedicado para permitir el desbobinado desde el extremo superior y evitar la fricción con el suelo. Instala garras de tracción en las terminaciones antes de la tracción. Los técnicos calificados deben supervisar la operación del equipo y la colocación de la máquina alimentadora: una máquina de tracción principal en el punto final, alimentadoras espaciadas entre 80–100 m y poleas de gran radio en las curvas.
Fijación de cables: Después de tender, fija los cables en los puntos de inicio/fin y en ambos lados de las curvas, con intervalos de fijación de 5–10 m. Aplica el principio de "tender uno, atar uno" y vuelve a asegurar los cables desde el punto de inicio hacia atrás. Para los cables en bandejas, cuelga etiquetas de identificación en ambos lados, curvas e intersecciones; en secciones rectas, etiquetas cada 20 m. Las etiquetas deben mostrar uniformemente el número de cable, especificación, puntos de inicio/fin y voltaje.
Inspección del circuito de cables: Después de tender, inspecciona todo el circuito de cables, componentes asociados e instalaciones. Verifica la precisión de las etiquetas, verifica la ausencia de instalaciones faltantes o incorrectas y confirma el cumplimiento de la calidad. Para garantizar la operación segura:
Instala particiones entre cables CA/CC o circuitos de diferentes voltajes cuando no compartan bandeja;
Asegúrate de que todas las tapas de la zanja estén en su lugar y que la zanja esté libre de obstrucciones y agua;
Realiza pruebas de resistencia a la intemperie y corriente de fuga según los estándares;
Verifica la alineación de los terminales y la compatibilidad con la rejilla durante la aceptación.
4.5 Medidas ignífugas y antifuego
Todos los penetraciones entre compartimentos contra incendios, entradas de edificios, losas de piso y aberturas bajo los gabinetes de alta/baja tensión deben ser selladas contra incendios. Los materiales de sellado contra incendios deben cumplir con los estándares indonesios de rendimiento, métodos de prueba, especificaciones técnicas generales para revestimientos ignífugos de cables y requisitos técnicos para envolturas de cables retardantes de llama. Se utilizan cables retardantes de llama en interiores. Los cables no retardantes de llama que entran en la subestación deben envolverse con cinta retardante de llama o recubrirse con pintura ignífuga.
5. Construcción y mantenimiento integrados
Durante la construcción, las unidades de operación y mantenimiento se involucraron temprano para alinear los estándares de construcción y mantenimiento, sentando las bases para un ferrocarril de alta velocidad de alta calidad, estéticamente agradable y ecológico. Por un lado, la coordinación estrecha con la entidad encargada durante las reuniones de presentación del diseño, revisiones de especificaciones y reuniones de enlace técnico ayudó a refinar los estándares de proceso y los requisitos de rendimiento de equipos y materiales basados en la experiencia operativa. Por otro lado, durante la construcción—cumpliendo con los requisitos de diseño y código—los procesos se optimizaron desde una perspectiva de seguridad operativa y mantenibilidad, incluyendo mejoras en las zanjas de cables, acceso de mantenimiento de cables, cajas de conexiones, tomas a tierra, barreras protectoras de malla y señalización, lo que mejoró la seguridad operativa y la calidad física.
6. Conclusión
En resumen, las tecnologías de construcción para sistemas de potencia de alta velocidad ferroviaria (HSR) continúan avanzando, con más ingenieros aplicando conceptos integrados a los proyectos HSR. Las actualizaciones en la tecnología electromagnética, la optimización rápida del BIM y los sistemas de alerta temprana mejorados apoyan el desarrollo de la integración de los "Cuatro Eléctricos" (potencia, señalización, telecomunicaciones y tracción) del HSR. Este documento tiene como objetivo proporcionar insights significativos para el avance adicional de estas tecnologías.
