Discussie over constructietechnieken voor het 20 kV voedingsnetwerk in hogesnelheidslijnen

1. Project Overzicht
Dit project omvat de bouw van de nieuwe hogesnelheidsspoorlijn Jakarta–Bandung, met een hoofdlijn van 142,3 km, inclusief 76,79 km bruggen (54,5%), 16,47 km tunnels (11,69%) en 47,64 km dijken (33,81%). Vier stations - Halim, Karawang, Padalarang en Tegal Luar - zijn gebouwd. De hoofdlijn van de Jakarta–Bandung HSL is 142,3 km lang, ontworpen voor een maximale snelheid van 350 km/u, met een dubbele spoorafstand van 4,6 m, inclusief ongeveer 83,6 km ballastloos spoor en 58,7 km ballastspoor. Het tractievoedingsysteem maakt gebruik van de AT (autotransformator) voedingsmethode. 

De externe voeding gebruikt een spanning van 150 kV, terwijl het interne distributiesysteem 20 kV gebruikt. De catenary polsen en positieapparatuur voor de hogesnelheidsspoorweg maken gebruik van Chinees gestandaardiseerde en vereenvoudigde ontwerpen. Het China Railway Electrification Bureau is verantwoordelijk voor materiaal inkoop, bouw van het volledige elektriciteits- en tractievoedingsysteem voor de Jakarta–Bandung HSL in Indonesië, evenals het externe energieaansluitgedeelte gefinancierd door voorlopige bedragen.

2. 20 kV Distributie Substation Ontwerp Schema
2.1 20 kV Hoofd Elektrische Verbinding en Bedrijfsmodus
De 20 kV hoofdbus gebruikt een single-bus configuratie gedeeld door een bus-tie circuit breaker met automatische bus overdracht. Een 20 kV doorvoer bus sectie wordt geleverd, die na het passeren via een spanningsregelaar, de 20 kV integrale last doorvoer lijn en de 20 kV primaire doorvoer lijn uitvoert. Het neutrale punt van de spanningsregelaar is aangesloten op de grond via een kleine weerstand, en er is geen bypass schakelaar geïnstalleerd voor de spanningsregelaar. 

Bij normale werking leveren beide energiebronnen tegelijkertijd met de bus-tie circuit breaker open. Als één energiebron faalt, opent de ingangscircuit breaker aan de afgeschakelde zijde, en sluit de bus-tie circuit breaker automatisch, waardoor de andere energiebron de volledige substationlast draagt. Er is een reactieve vermogen compensatie apparaat geïnstalleerd op de 20 kV doorvoer bus sectie, zodat de cosinus phi aan de ingangskant van het substation na compensatie niet minder dan 0,9 is.

2.2 Layout Plan
Alle distributie substations zijn geplaatst op de begane grond samen met operationele en woongebouwen in het stationgebied, behalve voor het Tegal Luar EMU Depot substation, dat als een apart eenverdiepingse structuur is gebouwd. Er zijn geen kabel interstitiële verdiepingen voorzien. De begane grond bevat ruimtes voor de spanningsregelaar (voor primaire en integrale doorvoer), reactieve vermogen compensatie, neutrale aarding apparatuur, communicatie machines, reserveonderdelen opslag, hoogspanningsschakelapparatuur, controlekamer, gereedschapruimte, en rustplaats. Kabels binnen het substation worden gelegd in kabelgreppels. 

Verbindingen tussen de spanningsregelaar ruimte, reactieve vermogen compensatie ruimte, neutrale aarding apparatuur ruimte, en de hoogspanningsruimte worden gemaakt via vooraf ingebedde leidingen. Gelegen binnen het stationgebied, heeft het substation geen specifieke toegangswegen of brandweerwegen. Er is een buitenintegratie utiliteit grendel voorzien, uitgerust met kabelsteunen; inkomende en uitgaande kabels worden via deze grendel geleid, met energie en laagspanning/controle kabels gelegd aan tegenovergestelde zijden van de grendel. Andere secties gebruiken kabelgreppels en leiding installaties.

3.Bouwvoorbereiding

• Terreininformatie: Voordat de constructie begint, dient de aannemer een terreinenquête te houden op basis van goedgekeurde ontwerpdocumenten en relevante gegevens, en een terreinenquêterapport te bereiden dat de topografie, geologie, wegtransport, toestand van de apparatuur en de routing van de geïntegreerde utiliteitgreep omvat.

• Controle van Bouwtekeningen: De aannemer dient goedgekeurde bouwtekeningen ter plaatse te controleren en hun juistheid te bevestigen voordat ze worden gebruikt. Eventuele discrepanties moeten onmiddellijk aan de klant, ontwerper en superviserende ingenieur worden gerapporteerd voor oplossing.

• Op basis van de enquête en gecontroleerde tekeningen, dient de aannemer een gedetailleerd implementatieplan en werkhandleiding voor het distributie substation te ontwikkelen, waarbij processenormen, kwaliteitscontrole eisen en interfaces voor belangrijke procedures duidelijk worden gedefinieerd, en genoemde QR-code gebaseerde technische instructies worden gegeven.

• BIM Optimalisatie: Tijdens de vroege constructiefase, dient BIM-technologie te worden gebruikt om de installatie van apparatuur en kabelrouting in het 20 kV distributie substation te simuleren. Dit stelt optimale plaatsing van apparatuur en grendel/leidingarrangementen binnen het gebouw in staat, gesimuleerde kabelrouting in binnen- en buitengreppels, geoptimaliseerde kabelroutes, en precieze bepaling van steunbracketlocaties. BIM's visualisatie- en simulatiecapaciteiten helpen ruimtelijke conflicten tijdens de constructie te voorkomen en efficiëntie te verbeteren.

4.Process Detail Optimalisatie
4.1 Kabelgreppel Lay-out in Distributie Substation
Het substation is een eenverdiepingse structuur, en takkende kabelgreppels voor individuele apparatuur ruimtes zijn verwijderd. Tussen de funderingen in de spanningsregelaar ruimte, reactor ruimte, en kleine weerstand aarding ruimte en de hoogspanning/controle kamers, worden vooraf ingebedde staalleidingen gebruikt, die zich uitstrekken naar de kabelgreppel in de hoogspanningsruimte tot de hoogte van het tweede niveau kabelsteun van onderaf. Om kabeltrekking te vergemakkelijken, wordt de vooraf ingebedde leiding tussen de buitenintegratie grendel en de kabelgreppel in de hoogspanningsruimte geoptimaliseerd in een grendelvorm, met muurdoorbraakplaten geïnstalleerd bij muurovergangen.

4.2 Busbar Installatie in Spanningsregelaar Ruimte
De originele enkelvoudige horizontale kabelterminatie steunbracket in de spanningsregelaar ruimte is geoptimaliseerd door de toevoeging van een hoekstaal ondersteuning onder de horizontale bracket om stabiliteit te verhogen en trillingen te voorkomen. Kabels komen de spanningsregelaar van bovenaf binnen, met brackets geïnstalleerd op een hoogte van 2.500 mm. De schildlaag en pantsering van de hoogspanningskabel terminaties zijn afzonderlijk aangesloten op de grond.

 Alle constructieve steunen zijn verbonden met de hoofdaardingsleider met behulp van platte of ronde staafstaven. Koperen busbalken verbinden de kabelaansluitingen met de spanningregelaarsterminals, beschermd door gekruisde geïrradieerde hitteverkorte buizen met fasekleurmarkeringen. Voor operationeel toezicht is een L-vormig roestvrijstaal gaashek met een roestvrijstalen onderhoudsdeur (uitgerust met een elektromagnetisch slot dat alleen ontgrendelt wanneer de hoogspanningschakelaar open staat) geïnstalleerd. Het hek en de deur zijn zo geplaatst dat de veiligheid van het personeel wordt gewaarborgd en de vereiste afstanden tot levensgevaarlijke delen worden gehandhaafd.

4.3 Installatie van kabelsteunen
Met behulp van BIM-gebaseerde simulaties voor de voorgelegging van kabels werd gescheiden routing mogelijk gemaakt: energiebronzijde 1, energiebronzijde 2, primaire doorgangslijnzijde en integrale doorgangslijnzijde werden op aparte zijden van de sleuf gelegd, waardoor een storing in één elektriciteitsleiding niet schadelijk kan zijn voor de andere. De boogstralen van de kabels worden gerespecteerd, en de precieze positie van elke kabel op de steunen bepaalt het optimale type en de locatie van de steunen.

 BIM-botsingdetectie heeft de hoogte van de steunen aangepast om kabeloverkruisingen te voorkomen. Alle horizontale sporten van de steunen liggen in hetzelfde vlak, met centrumafwijkingen ≤5 mm. De steunen zijn vastgezet aan voorbedde ingevoegde staalplaten op de wanden van de sleuf, met de onderkant van de steunen ≥150 mm boven de vloer van de sleuf. In de geïntegreerde nutsleiding worden de kabelsteunen geaard met 40 mm × 4 mm plat staal, met twee aardingssnoeren verbonden met het geïntegreerde aardingsysteem.

4.4 Uitvoering van de kabellegging

• Principe voor kabelaanleg: Kabels van verschillende spanningniveaus moeten van boven naar beneden gerangschikt worden in de volgorde van hoogspanningsenergiekabels, besturingskabels en signaaldraden. Kabels van verschillende klassen of de twee circuits van primaire belastingen mogen niet op hetzelfde steunniveau worden geplaatst.

• Ontwerpverfijning: Op basis van tekeningen stelt de techniek voor de kabellegging een diepere ontwerpverfijning in, waardoor een volledig en systematisch bouwplan wordt gecreëerd dat zorgt voor een soepele workflowintegratie en de veiligheid en kwaliteitscontrole verhoogt.

• Berekening van trekkracht: Trekmachines worden op het eindpunt geplaatst, met kabelvoeders ongeveer elke 1 m. Op basis van ervaring wordt bij bochten 10 cm extra toegevoegd voor de berekening van de trekkracht.

• Terreininspectie: Voordat de kabels worden gelegd, inspecteer de installatiecondities van de apparatuur. Zorg ervoor dat de trekkracht onder de toelaatbare treksterkte van de kabel blijft. Voer veiligheidscontroles uit op de kabellegapparatuur en verkijk de plaats om de positie van de kabelspoelen te bevestigen; pas onmiddellijk aan als de normen niet worden voldaan.

• Uitvoering van de kabellegging: Vóór de legging worden labels en nummering op basis van tekeningen voorbereid door gekwalificeerde technici. Supervisie ter plaatse zorgt ervoor dat de juiste kabelroutes en modellen worden gebruikt. Tijdens mechanische legging mogen de kabels geen pantserplatting, draaiing of mantelbeschadiging vertonen. Gebruik een kraan om de kabelspoel te positioneren, ondersteund door een speciale uitlegstandaard om het losrollen vanaf de top te laten gebeuren en wrijving met de grond te voorkomen. Plaats kabeltrekklemmen op de eindpunten voordat de trekkracht wordt toegepast. Gekwalificeerde technici moeten de bediening van de apparatuur en de plaatsing van de voederapparatuur superviseren: een hoofdtrekmachine op het eindpunt, voeders op 80–100 m afstand, en grote straalwielen bij bochten.

• Vastlegging van kabels: Na de legging worden de kabels vastgezet op start-/eindpunten en aan beide zijden van bochten, met vastspreidingsintervallen van 5–10 m. Pas het principe van "leg een, bind een" toe en hersecureer de kabels vanaf het startpunt achterwaarts. Hang identificatielabels aan beide zijden, bij bochten en kruispunten; op rechte stukken, labels elke 20 m. De labels moeten uniform de kabelnummer, specificatie, start-/eindpunten en spanning weergeven.

• Inspectie van kabelcircuits: Na de legging wordt het hele kabelcircuit, de bijbehorende componenten en faciliteiten geïnspecteerd. Controleer de nauwkeurigheid van de labels, controleer op ontbrekende/verkeerde installaties en bevestig de kwaliteit. Om veilige werking te garanderen:

• Installeer scheidingswandjes tussen AC/DC-kabels of circuits van verschillende spanningen wanneer ze geen dienblad delen;

• Zorg ervoor dat alle sleufdeksels op hun plaats zijn en de sleuven vrij zijn van obstakels en water;

• Voer isolatieduurzaamheid- en lekstroomtests uit volgens de normen;

• Controleer tijdens de acceptatie de uitlijning van de terminals en de compatibiliteit met het netwerk.

4.5 Brandwerende en brandbestendige maatregelen
Alle doorgangen tussen brandcompartimenten, gebouw-ingangen, vloerschilden en openingen onder HV/LV-kasten moeten brandwerend worden afgesloten. Brandwerende materialen moeten voldoen aan Indonesische normen voor prestatie, testmethoden, algemene technische specificaties voor brandwerende kabelcoatings en technische eisen voor vlamvertragende kabelomhulsels. Brandwerende kabels worden binnenshuis gebruikt. Niet-brandwerende kabels die het substation binnenkomen, moeten worden omwikkeld met vlamvertragende tape of bedekt met brandwerende verf.

5. Geïntegreerde bouw en onderhoud
Tijdens de bouw waren de operatie- en onderhoudseenheden vroeg betrokken om de bouw- en onderhoudsnormen te aligneren, waardoor een basis werd gelegd voor een HSR van hoge kwaliteit, esthetisch aangenaam en milieuvriendelijk. Enerzijds hielp nauwe samenwerking met de overnemende entiteit tijdens ontwerpbrievingen, specificatiebeoordelingen en technische contactbesprekingen bij het verfijnen van procesnormen en de prestatie-eisen van apparatuur/materiaal op basis van operationele ervaring. Anderzijds, tijdens de bouw—terwijl de ontwerpen en codes werden voldaan—werden processen geoptimaliseerd vanuit een perspectief van operationele veiligheid en onderhoudbaarheid, inclusief verbeteringen aan kabelsleuven, kabelonderhoudstoegang, kruispunten, aarding, beschermende gaasbarrières en bewijsstukken, waardoor de operationele veiligheid en fysieke kwaliteit werden verhoogd.

6. Conclusie
Tot slot blijven de constructietechnologieën voor HSR-krachtstelsels evolueren, met meer ingenieurs die geïntegreerde concepten toepassen op HSR-projecten. Verbeteringen in elektromagnetische technologie, snelle optimalisatie van BIM en verbeterde vroegwaarschuwingssystemen ondersteunen allemaal de ontwikkeling van de integratie van de "Vier-Elektriciteiten" (elektriciteit, sein, telecom en tractie) van HSR. Dit artikel heeft als doel zinvolle inzichten te bieden voor de verdere ontwikkeling van deze technologieën.