고속철도의 20kV 전력 공급 시스템 건설 기술에 대한 논의
1. 프로젝트 개요
이 프로젝트는 새로운 자카르타-반둥 고속철도 건설을 포함하며, 주선 길이는 142.3km입니다. 이 중 76.79km(54.5%)는 교량, 16.47km(11.69%)는 터널, 47.64km(33.81%)는 제방으로 구성됩니다. 하림, 카라왕, 파달랑, 테갈루아 등 4개 역이 건설되었습니다. 자카르타-반둥 고속철도 주선은 142.3km 길이로 설계되며, 최대 속도는 350km/h이며, 복선 간격은 4.6m입니다. 약 83.6km의 무침목 선로와 58.7km의 침목 선로가 포함되어 있습니다. 견인 전력 공급 시스템은 AT(오토큸스포머) 공급 방식을 채택합니다.
외부 전력 공급은 150kV 전압 수준을 사용하고, 내부 전력 분배 시스템은 20kV를 사용합니다. 고속 철도의 접촉선 팔과 위치 지정 장치는 중국의 표준화되고 단순화된 설계를 채택합니다. 중국 철도 전기화국은 인도네시아 자카르타-반둥 고속철도의 전체 전력 및 견인 전력 공급 시스템의 재료 조달, 건설, 그리고 임시 금액으로 자금을 지원받은 외부 전력 연결 부분을 담당하고 있습니다.
2. 20kV 배전소 설계 계획
2.1 20kV 주 전기 연결 및 운용 모드
20kV 주모선은 버스 연계 차단기로 구분된 단일 버스 구성을 채택하며, 자동 버스 전환 기능이 있습니다. 20kV 통과 급전 버스 섹션이 제공되며, 이는 전압 조정기를 거쳐 20kV 종합 부하 통과 급전선과 20kV 일차 통과 급전선을 공급합니다. 전압 조정기의 중성점은 소형 저항을 통해 접지되며, 전압 조정기에 우회 스위치는 설치되지 않습니다.
정상적인 운영에서는 두 전원이 동시에 공급되며, 버스 연계 차단기는 열려있습니다. 한 전원이 실패하면, 전력을 잃은 쪽의 진입 차단기가 열리고, 버스 연계 차단기가 자동으로 닫혀 다른 전원이 전체 배전소 부하를 처리합니다. 20kV 통과 급전 버스 섹션에 무효 전력 보상 장치가 설치되어 있어, 보상 후 변전소 진입 측의 전력 인수가 0.9 이상이 됩니다.
2.2 배치 계획
모든 배전소는 Tegal Luar EMU 기지 배전소를 제외하고는 지상층에 역 구역 운영 및 생활 건물과 함께 위치합니다. Tegal Luar EMU 기지 배전소는 독립적으로 건설된 1층 구조물입니다. 케이블 중간층은 제공되지 않습니다. 지상층에는 전압 조정기(일차 및 종합 통과 급전용), 무효 전력 보상, 중성점 접지 장비, 통신 기계, 여분 부품 저장실, 고압 스위치기어, 제어실, 도구실, 휴게실이 포함됩니다. 배전소 내 케이블은 케이블 트렌치에 설치됩니다.
전압 조정기 실, 무효 전력 보상 실, 중성점 접지 장비실, 고압실 사이의 연결은 사전에 매설된 관로를 통해 이루어집니다. 역 구역 내에 위치한 배전소는 전용 외부 접근 도로나 소방로가 없습니다. 실외 통합 유틸리티 트렌치가 제공되며, 케이블 지지대가 장착되어 있습니다. 입출 케이블은 이 트렌치를 통해 라우팅되며, 전력 및 저압/제어 케이블은 트렌치의 반대쪽에 설치됩니다. 기타 구간은 케이블 트렌치와 관로 설치를 사용합니다.
3. 건설 준비
현장 조사: 건설 전, 계약자는 승인된 설계 문서 및 관련 데이터를 기반으로 현장 조사를 수행하고, 지형, 지질, 도로 교통, 설비 건물 상태, 통합 유틸리티 트렌치 경로를 포함하는 현장 조사 보고서를 작성해야 합니다.
시공 도면 검증: 계약자는 승인된 시공 도면을 현장에서 검증하고, 사용 전 정확성을 확인해야 합니다. 불일치 사항은 즉시 고객, 설계자, 감독 엔지니어에게 보고하여 해결해야 합니다.
조사 및 검증된 도면을 바탕으로, 계약자는 배전소에 대한 상세한 실행 계획 및 작업 지침서를 작성하고, 주요 절차의 공정 표준, 품질 관리 요구 사항, 인터페이스 요구 사항을 명확히 정의하며, 이름 지정 QR 코드 기반의 기술 브리핑을 수행해야 합니다.
BIM 최적화: 초기 건설 단계에서 BIM 기술을 사용하여 20kV 배전소의 설비 설치 및 케이블 라우팅을 시뮬레이션합니다. 이를 통해 건물 내 설비 및 트렌치/관로 배열을 최적화하고, 실내 및 실외 케이블 트렌치에서 케이블 라우팅을 시뮬레이션하며, 케이블 경로를 최적화하고, 지지대 위치를 정밀하게 결정할 수 있습니다. BIM의 시각화 및 시뮬레이션 기능은 건설 중 공간 충돌을 피하고 효율성을 향상시킵니다.
4. 공정 세부 최적화
4.1 배전소 내 케이블 트렌치 배치
배전소는 1층 구조물이며, 개별 설비실의 분기 케이블 트렌치는 제거되었습니다. 전압 조정기실, 리액터실, 작은 저항 접지실과 고압/제어실 사이의 기초 사이에 사전 매설된 강관이 사용되며, 고압실 케이블 트렌치까지 2단계 케이블 지지대 높이까지 확장됩니다. 케이블 당겨짐을 용이하게 하기 위해, 실외 유틸리티 트렌치와 고압실 케이블 트렌치 사이의 사전 매설된 관로는 트렌치 형태로 최적화되며, 벽 통과 지점에는 벽 통과 플레이트가 설치됩니다.
4.2 전압 조정기실 내 버스바 설치
전압 조정기실의 원래 단일층 수평 케이블 종단 지지대는 수평 지지대 아래에 각도 강재를 추가하여 안정성을 강화하고 흔들림을 방지하도록 최적화되었습니다. 케이블은 위에서 전압 조정기로 들어가며, 2,500mm 높이에 지지대가 설치됩니다. 고압 케이블 종단의 차폐층과 장갑은 각각 접지됩니다.
모든 구조적 지지대는 평철 또는 원형 강재를 사용하여 주 접지 도체에 연결됩니다. 구리 모자는 케이블 종단부와 전압 조정기 단자에 연결되며, 위상 색 표시가 있는 교차연결 방사선 가열 수축튜브로 보호됩니다. 운영 모니터링을 위해 고압 스위치가 열릴 때만 자석 잠금장치가 해제되는 스테인레스강 망 장벽과 스테인레스강 유지보수 문(L자형)이 설치되었습니다. 장벽과 문은 작업자의 안전을 보장하고 요구되는 대전 부분 간격을 유지하기 위해 위치가 조정되었습니다.
4.3 케이블 지지대 설치
BIM 기반의 케이블 사전 배치 시뮬레이션을 통해 분리된 라우팅이 가능해졌습니다: 전원 공급 측 1, 전원 공급 측 2, 일차 통과 급전 측, 그리고 통합 통과 급전 측이 트렌치의 각각 다른 측면에 배치되어 한 전력선의 고장이 다른 전력선에 영향을 미치지 않도록 합니다. 케이블의 굴곡률이 존중되고, 각 케이블의 정확한 지지대 위치 결정을 통해 최적의 지지대 유형과 위치가 결정됩니다.
BIM 충돌 감지로 지지대의 높이가 조정되어 케이블의 교차를 피합니다. 모든 지지대의 수평 바는 동일한 평면에 맞추어 중심 편차 ≤5 mm로 정렬됩니다. 지지대는 트렌치 벽에 미리 매립된 철판에 고정되며, 지지대의 바닥은 트렌치 바닥에서 ≥150 mm 이상으로 설정됩니다. 통합 유틸리티 트렌치에서 케이블 지지대는 40 mm × 4 mm 평철을 사용하여 접지되며, 두 개의 접지선이 통합 접지 시스템에 연결됩니다.
4.4 케이블 배설 공사
케이블 배치 원칙: 서로 다른 전압 수준의 케이블은 상부에서 하부로 고압 전력 케이블, 제어 케이블, 신호 케이블 순서로 배치되어야 합니다. 서로 다른 분류의 케이블이나 1차 부하의 두 회로는 같은 지지대 수준에 배치되어서는 안 됩니다.
설계 세분화: 도면을 기반으로 케이블 배설 기법을 통해 더 깊은 설계 세분화가 가능해져, 완전하고 체계적인 건설 계획을 가능하게 하여 작업 흐름 통합을 보장하고 안전 및 품질 관리를 향상시킵니다.
끌림력 계산: 끌림기는 끝점에 설치되며, 케이블 피더는 약 1 m마다 배치됩니다. 경험에 따르면, 굴곡부에서 10 cm를 추가하여 끌림력을 계산합니다.
현장 점검: 배설 전에 장비 설치 상태를 점검해야 합니다. 케이블의 허용 인장 강도 이하로 끌림력을 유지하도록 확인해야 합니다. 케이블 배설 기계의 안전 점검을 수행하고 현장을 조사하여 케이블 말뚝의 위치를 확인합니다. 기준에 미치지 못할 경우 즉시 조정해야 합니다.
케이블 배설 실행: 배설 전에 합격한 기술자가 도면을 기반으로 라벨과 번호를 준비합니다. 현장 감독은 올바른 케이블 경로와 모델 사용을 보장합니다. 기계 배설 중에는 케이블의 갑피가 평탄화되지 않거나 꼬이거나 케이블 케이스가 손상되지 않아야 합니다. 크레인을 사용하여 케이블 말뚝을 위치시키고, 전용 페이아웃 스탠드를 사용하여 상단에서 풀려나오도록 하여 지면 마찰을 방지합니다. 견인 전에 케이블 종단부에 케이블 견인 그립을 설치해야 합니다. 합격한 기술자가 장비 작동과 피더 기계 배치를 감독해야 합니다. 끝점에 주 견인기가 설치되고, 피더는 80~100 m 간격으로 배치되며, 굴곡부에서는 큰 굴곡율의 휠을 사용합니다.
케이블 고정: 배설 후, 시작/종료 점과 굴곡부 양쪽에서 케이블을 고정하며, 고정 간격은 5~10 m입니다. "하나 배설하면 하나 묶는" 결합 원칙을 적용하고, 시작점부터 역으로 다시 케이블을 고정합니다. 트레이에 있는 케이블은 양쪽, 굴곡부, 교차점에 식별 태그를 달고, 직선 구간에서는 20 m마다 태그를 달아야 합니다. 태그는 케이블 번호, 사양, 시작/종료 점, 전압을 균일하게 표시해야 합니다.
케이블 회로 점검: 배설 후, 전체 케이블 회로, 관련 구성요소, 시설을 점검합니다. 태그의 정확성을 확인하고 누락 또는 잘못된 설치를 점검하며, 품질 준수를 확인합니다. 안전한 운영을 위해:
트레이를 공유하지 않는 AC/DC 케이블이나 서로 다른 전압의 회로 사이에 파티션을 설치합니다.
모든 트렌치 덮개가 제자리에 있고, 트렌치가 장애물이나 물 없이 자유롭게 되어 있는지 확인합니다.
표준에 따라 절연 내구성 및 누설 전류 테스트를 수행합니다.
승인 시 단자 정렬 및 그리드 호환성을 확인합니다.
4.5 방염 및 방화 조치
방화 구역 간, 건물 출입구, 층판, HV/LV 캐비닛 아래의 개구부 사이의 모든 관통부는 방화 처리되어야 합니다. 방화 재료는 인도네시아 표준에 따른 성능, 시험 방법, 케이블 방염 코팅의 일반 기술 사양, 그리고 방염 케이블 포장의 기술 요구사항을 충족해야 합니다. 실내에서는 방염 케이블이 사용됩니다. 변전소에 들어가는 비방염 케이블은 방염 테이프로 감싸거나 방화 페인트로 코팅되어야 합니다.
5. 통합 건설 및 유지보수
건설 중, 운영 및 유지보수 부서는 초기에 참여하여 건설 및 유지보수 기준을 일치시키고, 고품질, 미관적이고 환경 친화적인 HSR의 기반을 마련했습니다. 한편, 설계 설명회, 사양 검토, 기술 연락회의에서 인수 업체와의 긴밀한 협력은 운영 경험을 기반으로 프로세스 기준과 장비/재료 성능 요구사항을 세분화하는 데 도움이 되었습니다. 다른 한편, 설계 및 코드 요구사항을 충족하면서 건설 중에는 운영 안전성과 유지보수성 관점에서 프로세스를 최적화하였으며, 케이블 트렌치, 케이블 유지보수 접근성, 접속 상자, 접지, 보호 메쉬 장벽, 표지판 등에 대한 개선을 포함하여 운영 안전성과 물리적 품질을 향상시켰습니다.
6. 결론
요약하면, 고속철도 전력 시스템 건설 기술은 계속해서 발전하고 있으며, 더 많은 엔지니어들이 통합 개념을 고속철도 프로젝트에 적용하고 있습니다. 전자기 기술의 업그레이드, BIM의 빠른 최적화, 그리고 개선된 조기 경보 시스템은 모두 고속철도의 "네 가지 전기"(전력, 신호, 통신, 및 견인) 통합을 지원합니다. 이 논문은 이러한 기술의 추가 발전을 위한 의미 있는 통찰력을 제공하는 것을 목표로 합니다.
