Discussion sur les techniques de construction pour le système d'alimentation électrique de 20 kV dans les lignes à grande vitesse
1. Aperçu du projet
Ce projet concerne la construction de la nouvelle ligne ferroviaire à grande vitesse Jakarta–Bandung, avec une longueur de ligne principale de 142,3 km, comprenant 76,79 km de ponts (54,5 %), 16,47 km de tunnels (11,69 %) et 47,64 km de remblais (33,81 %). Quatre gares—Halim, Karawang, Padalarang et Tegal Luar—ont été construites. La ligne principale Jakarta–Bandung mesure 142,3 km de long, conçue pour une vitesse maximale de 350 km/h, avec un espacement de double voie de 4,6 m, incluant environ 83,6 km de voie sans ballast et 58,7 km de voie avec ballast. Le système d'alimentation en traction adopte la méthode d'alimentation AT (Autotransformateur).
L'alimentation externe utilise un niveau de tension de 150 kV, tandis que le système de distribution interne utilise 20 kV. Les bras de caténaire et les dispositifs de positionnement pour la ligne à grande vitesse adoptent une conception standardisée et simplifiée chinoise. China Railway Electrification Bureau est responsable de l'achat des matériaux, de la construction de l'ensemble du système d'énergie et d'alimentation en traction pour la ligne Jakarta–Bandung HSR en Indonésie, ainsi que de la partie de connexion d'énergie externe financée par des sommes provisionnelles.
2. Schéma de conception de la sous-station de distribution 20 kV
2.1 Connexion électrique principale 20 kV et mode opératoire
La barre principale 20 kV adopte une configuration à barre unique segmentée par un disjoncteur de couplage de barre avec transfert automatique de barre. Un section de bus de passage 20 kV est fourni, qui, après avoir traversé un régulateur de tension, alimente la ligne de passage de charge globale 20 kV et la ligne de passage primaire 20 kV. Le point neutre du régulateur de tension est mis à la terre via une petite résistance, et aucun commutateur de contournement n'est installé pour le régulateur de tension.
En fonctionnement normal, les deux sources d'énergie alimentent simultanément avec le disjoncteur de couplage de barre ouvert. Si une source d'énergie tombe en panne, le disjoncteur d'entrée du côté déconnecté s'ouvre, et le disjoncteur de couplage de barre se ferme automatiquement, permettant à l'autre source d'énergie de supporter la charge totale de la sous-station. Un dispositif de compensation de puissance réactive est installé sur la section de bus de passage 20 kV, garantissant que le facteur de puissance du côté entrant de la sous-station est d'au moins 0,9 après compensation.
2.2 Plan de disposition
Toutes les sous-stations de distribution sont situées au rez-de-chaussée, conjointement avec les bâtiments opérationnels et de vie de la zone de la gare, à l'exception de la sous-station du dépôt de rames EMU de Tegal Luar, qui est construite indépendamment en tant que structure à un étage. Aucun plancher intermédiaire pour câbles n'est prévu. Le rez-de-chaussée comprend des salles pour le régulateur de tension (pour les lignes de passage primaire et globale), la compensation de puissance réactive, l'équipement de mise à la terre neutre, la machinerie de communication, le stockage de pièces de rechange, les équipements de haute tension, la salle de contrôle, la salle d'outils et la zone de repos. Les câbles dans la sous-station sont posés dans des tranchées de câbles.
Les connexions entre la salle du régulateur de tension, la salle de compensation de puissance réactive, la salle d'équipement de mise à la terre neutre et la salle de haute tension sont réalisées via des conduits pré-enchâssés. Située dans la zone de la gare, la sous-station ne dispose pas de routes d'accès externes ou de voies de circulation incendie dédiées. Une tranchée technique intégrée extérieure est fournie, équipée de supports de câbles ; les câbles entrants et sortants sont routés via cette tranchée, avec les câbles d'énergie et de basse tension/commande posés de chaque côté de la tranchée. Les autres sections utilisent des tranchées de câbles et des installations de conduits.
3.Préparation de la construction
Étude de terrain : Avant la construction, l'entrepreneur doit effectuer une enquête sur le site basée sur les documents de conception approuvés et les données pertinentes, et préparer un rapport d'enquête sur le site couvrant le terrain, la géologie, les transports routiers, les conditions des bâtiments d'équipement et le tracé de la tranchée technique intégrée.
Vérification des plans de construction : L'entrepreneur doit vérifier sur le site les plans de construction approuvés et confirmer leur exactitude avant utilisation. Toute incohérence doit être signalée immédiatement au client, au concepteur et à l'ingénieur de surveillance pour résolution.
Sur la base de l'enquête et des plans vérifiés, l'entrepreneur doit élaborer un plan d'exécution détaillé et un manuel d'instructions de travail pour la sous-station de distribution, définissant clairement les normes de processus, les exigences de contrôle de qualité et les besoins d'interface pour les procédures clés, et effectuer des briefings techniques basés sur des codes QR nommés.
Optimisation BIM : Au cours de la phase initiale de construction, la technologie BIM sera utilisée pour simuler l'installation de l'équipement et le cheminement des câbles dans la sous-station de distribution 20 kV. Cela permet une optimisation de la disposition de l'équipement et des arrangements de tranchées/tuyaux dans le bâtiment, une simulation du cheminement des câbles dans les tranchées de câbles intérieures et extérieures, une optimisation des itinéraires des câbles et une détermination précise des emplacements des supports. Les capacités de visualisation et de simulation de BIM aident à éviter les conflits spatiaux pendant la construction et améliorent l'efficacité.
4.Optimisation des détails de processus
4.1 Disposition des tranchées de câbles dans la sous-station de distribution
La sous-station est une structure à un étage, et les tranchées de câbles de branchement pour les salles d'équipement individuelles sont éliminées. Entre les fondations de la salle du régulateur de tension, de la salle du réacteur et de la salle de mise à la terre par petite résistance et les salles de haute tension/contrôle, des conduits d'acier pré-enchâssés sont utilisés, s'étendant jusqu'à la hauteur du deuxième support de câbles depuis le fond de la tranchée de câbles de la salle de haute tension. Pour faciliter le tirage des câbles, le conduit pré-enchâssé entre la tranchée technique extérieure et la tranchée de câbles de la salle de haute tension est optimisé sous forme de tranchée, avec des plaques de passage à travers les murs installées aux croisements de murs.
4.2 Installation de la barre de collecteur dans la salle du régulateur de tension
Le support de terminaison de câble horizontal à simple couche original dans la salle du régulateur de tension a été optimisé en ajoutant un renfort en acier incliné sous le support horizontal pour améliorer la stabilité et empêcher les tremblements. Les câbles entrent dans le régulateur de tension par le haut, avec des supports installés à une hauteur de 2 500 mm. La couche de blindage et l'armure des terminaisons de câbles haute tension sont mises à la terre séparément.
Tous les supports structurels sont connectés au conducteur de mise à la terre principal en utilisant des barres d'acier plates ou rondes. Des barres de cuivre relient les terminaisons de câbles aux bornes du régulateur de tension, protégées par des gaines thermorétractables irradiées croisées avec des marques de phase. Pour la surveillance opérationnelle, une barrière en maille inox en forme de L avec une porte de maintenance en inox (équipée d'un verrou électromagnétique qui ne se déverrouille que lorsque l'interrupteur haute tension est ouvert) est installée. La barrière et la porte sont positionnées pour assurer la sécurité du personnel et maintenir les distances requises entre les parties sous tension.
4.3 Installation des supports de câbles
La simulation préalable de pose de câbles basée sur BIM a permis un routage ségrégué : le côté source d'alimentation 1, le côté source d'alimentation 2, le côté alimentation principale traversante et le côté alimentation générale traversante sont posés de chaque côté de la tranchée, évitant ainsi qu'une panne sur une ligne électrique n'endommage l'autre. Les rayons de courbure des câbles sont respectés, et le positionnement précis de chaque câble sur les supports a déterminé le type et l'emplacement optimal des supports.
La détection de collisions BIM a ajusté les hauteurs des supports pour éviter les croisements de câbles. Toutes les barres horizontales des supports sont alignées sur le même plan, avec des écarts de centre ≤5 mm. Les supports sont fixés sur des plaques d'acier pré-enchâssées dans les murs de la tranchée, avec le bas des supports ≥150 mm au-dessus du fond de la tranchée. Dans la tranchée technique intégrée, les supports de câbles sont mis à la terre en utilisant de l'acier plat de 40 mm × 4 mm, avec deux conducteurs de mise à la terre connectés au système de mise à la terre intégré.
4.4 Construction de la pose de câbles
Principe de disposition des câbles : Les câbles de différents niveaux de tension doivent être disposés du haut vers le bas dans l'ordre suivant : câbles d'alimentation haute tension, câbles de commande et câbles de signalisation. Les câbles de différentes catégories ou les deux circuits de charges primaires ne doivent pas être placés sur le même niveau de support.
Affinement de la conception : Sur la base des plans, les techniques de pose de câbles permettent un affinement plus poussé de la conception, permettant un plan de construction complet et systématique qui assure une intégration fluide des processus de travail et améliore le contrôle de la sécurité et de la qualité.
Calcul de la force de traction : Les machines de traction sont placées au point final, avec des distributeurs de câbles placés environ tous les 1 m. En fonction de l'expérience, 10 cm supplémentaires sont ajoutés aux virages pour le calcul de la force de traction.
Inspection sur site : Avant la pose, inspectez les conditions d'installation de l'équipement. Assurez-vous que la force de traction reste en dessous de la résistance de traction admissible du câble. Effectuez des contrôles de sécurité sur les machines de pose de câbles et effectuez une enquête sur le site pour confirmer l'emplacement des bobines de câbles ; ajustez immédiatement si les normes ne sont pas respectées.
Exécution de la pose de câbles : Avant la pose, préparez des étiquettes et un numérotage basés sur les plans par des techniciens qualifiés. La supervision sur site assure une bonne orientation des câbles et l'utilisation du bon modèle. Pendant la pose mécanique, les câbles ne doivent montrer aucun aplatissement de la gaine, aucune torsion ni aucun dommage à la gaine. Utilisez une grue pour positionner la bobine de câble, soutenue par un support de déroulement dédié pour permettre un déroulement par le haut et éviter le frottement au sol. Installez des poignées de traction sur les terminaisons avant la traction. Des techniciens qualifiés doivent superviser le fonctionnement de l'équipement et le placement des machines de distribution : une machine de traction principale au point final, des distributeurs espacés de 80 à 100 m, et des poulies de grand rayon aux virages.
Fixation des câbles : Après la pose, fixez les câbles aux points de départ et d'arrivée et des deux côtés des virages, avec des intervalles de fixation de 5 à 10 m. Appliquez le principe de liaison "poser un, attacher un" et refixez les câbles à partir du point de départ en arrière. Pour les câbles sur les chemins de câbles, suspendez des étiquettes d'identification des deux côtés, aux virages et aux intersections ; sur les sections droites, des étiquettes tous les 20 m. Les étiquettes doivent afficher uniformément le numéro de câble, la spécification, les points de départ et d'arrivée, et la tension.
Inspection du circuit de câbles : Après la pose, inspectez l'ensemble du circuit de câbles, des composants associés et des installations. Vérifiez l'exactitude des étiquettes, vérifiez les manquements/mauvaises installations, et confirmez la conformité de la qualité. Pour assurer un fonctionnement sûr :
Installez des cloisons entre les câbles CA/CC ou les circuits de tensions différentes lorsqu'ils ne partagent pas un chemin de câbles ;
Assurez-vous que tous les couvercles de tranchée sont en place et que les tranchées sont exemptes d'obstacles et d'eau ;
Effectuez des tests de tenue à l'isolement et de courant de fuite selon les normes ;
Vérifiez l'alignement des bornes et la compatibilité du réseau lors de la réception.
4.5 Mesures de retard à la flamme et de protection contre l'incendie
Tous les passages entre les compartiments coupe-feu, les entrées de bâtiments, les dalles de plancher et les ouvertures sous les armoires HV/LV doivent être obturés pour la protection contre l'incendie. Les matériaux d'obturation doivent être conformes aux normes indonésiennes en termes de performance, de méthodes de test, de spécifications techniques générales pour les revêtements ignifuges de câbles et d'exigences techniques pour les enveloppes ignifuges de câbles. Des câbles ignifuges sont utilisés à l'intérieur. Les câbles non ignifuges entrant dans le poste de transformation doivent être enveloppés avec du ruban ignifuge ou recouverts de peinture ignifuge.
5. Construction et maintenance intégrées
Pendant la construction, les unités d'exploitation et de maintenance ont été impliquées dès le début pour aligner les normes de construction et de maintenance, jetant les bases d'un TGV de haute qualité, esthétiquement agréable et écologique. D'une part, une coordination étroite avec l'entité prenant en charge, lors des présentations de conception, des examens de spécifications et des réunions de liaison technique, a aidé à raffiner les normes de processus et les exigences de performance des équipements et des matériaux en fonction de l'expérience opérationnelle. D'autre part, pendant la construction - tout en répondant aux exigences de conception et de code - les processus ont été optimisés du point de vue de la sécurité opérationnelle et de la maintenabilité, y compris des améliorations des tranchées de câbles, de l'accès à la maintenance des câbles, des boîtes de jonction, de la mise à la terre, des barrières de protection en treillis et de la signalisation, améliorant ainsi la sécurité opérationnelle et la qualité physique.
6. Conclusion
En résumé, les technologies de construction pour les systèmes électriques à grande vitesse continuent d'évoluer, avec un nombre croissant d'ingénieurs appliquant des concepts intégrés aux projets de grandes lignes. Les améliorations dans la technologie électromagnétique, l'optimisation rapide du BIM et le perfectionnement des systèmes d'alerte précoce soutiennent tous le développement de l'intégration des "Quatre Électriques" (énergie, signalisation, télécommunications et traction) des grandes lignes. Ce document vise à fournir des perspectives significatives pour le développement ultérieur de ces technologies.
