Обсуждение технологий строительства системы электроснабжения 20 кВ для высокоскоростных железных дорог
1. Обзор проекта
Проект включает строительство новой высокоскоростной железной дороги Джакарта–Бандунг длиной 142,3 км, включая 76,79 км мостов (54,5%), 16,47 км тоннелей (11,69%) и 47,64 км насыпей (33,81%). Построены четыре станции — Халим, Караванг, Падаларанг и Тегал Луар. Главная линия высокоскоростной железной дороги Джакарта–Бандунг имеет длину 142,3 км, спроектирована для максимальной скорости 350 км/ч, с двойным путем на расстоянии 4,6 м, включая приблизительно 83,6 км безбалластного пути и 58,7 км балластного пути. Система питания тяги использует метод питания AT (автотрансформатор).
Внешнее питание осуществляется на уровне напряжения 150 кВ, а внутренняя система распределения электроэнергии использует 20 кВ. Рукава контактной сети и устройства позиционирования для высокоскоростной железной дороги используют стандартизированный и упрощенный дизайн Китая. China Railway Electrification Bureau отвечает за закупку материалов, строительство всей системы питания и тяги для высокоскоростной железной дороги Джакарта–Бандунг в Индонезии, а также за внешнее подключение питания, финансируемое временным фондом.
2. Схема проектирования подстанции 20 кВ
2.1 Основное электрическое соединение и режим работы 20 кВ
Основная шина 20 кВ имеет одиночную конфигурацию, разделенную разъединителем с автоматическим переключением. Предусмотрен участок пропускной шины 20 кВ, который, после прохождения через регулятор напряжения, выводит пропускную линию 20 кВ для комплексной нагрузки и основную пропускную линию 20 кВ. Нейтральная точка регулятора напряжения заземлена через малый резистор, и не установлен обходной выключатель для регулятора напряжения.
В нормальном режиме работы оба источника питания работают одновременно с открытым разъединителем. Если один источник питания выходит из строя, входной выключатель на стороне обесточенной стороны открывается, и разъединитель автоматически закрывается, позволяя другому источнику питания нести полную нагрузку подстанции. Устройство компенсации реактивной мощности установлено на участке пропускной шины 20 кВ, обеспечивая коэффициент мощности на входе подстанции не менее 0,9 после компенсации.
2.2 План расположения
Все распределительные подстанции расположены на первом этаже вместе с операционными и жилыми зданиями станционной зоны, за исключением подстанции депо EMU Тегал Луар, которая построена как отдельное одноэтажное здание. Не предусмотрены межэтажные кабельные пространства. На первом этаже находятся помещения для регулятора напряжения (для основных и комплексных пропускных линий), компенсации реактивной мощности, оборудования заземления нейтрали, коммуникационного оборудования, хранения запасных частей, высоковольтного оборудования, контрольной комнаты, инструментальной комнаты и комнаты отдыха. Кабели внутри подстанции проложены в кабельных каналах.
Соединения между помещением регулятора напряжения, помещением компенсации реактивной мощности, помещением оборудования заземления нейтрали и высоковольтным помещением выполнены через предварительно встроенные каналы. Расположенная в зоне станции, подстанция не имеет специальных внешних подъездных дорог или пожарных проездов. Предусмотрен наружный интегрированный технический канал, оборудованный кабельными опорами; входящие и исходящие кабели проложены через этот канал, с электрическими и низковольтными/контрольными кабелями, расположенными по противоположным сторонам канала. В других секциях используются кабельные каналы и установки труб.
3. Подготовка к строительству
Изучение местности: до начала строительства подрядчик должен провести обследование площадки на основе утвержденных проектных документов и соответствующих данных, и подготовить отчет о местности, включающий рельеф, геологию, транспортные дороги, условия строительства оборудования и маршруты интегрированных технических каналов.
Проверка рабочих чертежей: подрядчик должен проверить утвержденные рабочие чертежи на месте и подтвердить их точность перед использованием. Все несоответствия должны быть немедленно сообщены заказчику, проектировщику и надзорному инженеру для решения.
На основе проведенного обследования и проверенных чертежей подрядчик должен разработать подробный план реализации и руководство по работе для распределительной подстанции, четко определяя стандарты процессов, требования к контролю качества и потребности в интерфейсах для ключевых процедур, и проводить технические инструктажи на основе QR-кода.
Оптимизация BIM: на ранней стадии строительства должна использоваться технология BIM для моделирования установки оборудования и прокладки кабелей в распределительной подстанции 20 кВ. Это позволяет оптимизировать размещение оборудования и расположение траншей/трубопроводов в здании, смоделировать прокладку кабелей в наружных и внутренних кабельных траншеях, оптимизировать пути кабелей и точно определить местоположение опорных кронштейнов. Визуальные и симуляционные возможности BIM помогают избежать пространственных конфликтов во время строительства и повысить эффективность.
4. Оптимизация деталей процесса
4.1 Размещение кабельных траншей в распределительной подстанции
Подстанция представляет собой одноэтажное здание, и отдельные ответвления кабельных траншей для каждого помещения оборудования исключены. Между фундаментами в помещениях регулятора напряжения, реактора и малого резистора заземления и высоковольтных/контрольных помещениях используются предварительно встроенные стальные каналы, которые простираются в кабельный траншей высоковольтного помещения до уровня второй кабельной опоры снизу. Для облегчения протяжки кабелей предварительно встроенный канал между наружным техническим каналом и кабельным траншеем высоковольтного помещения оптимизирован в форму траншеи, с установленными стеновыми плашками на пересечениях стен.
4.2 Установка шин в помещении регулятора напряжения
Оригинальная однослочная горизонтальная опора для оконцевания кабелей в помещении регулятора напряжения была оптимизирована путем добавления подпорки из уголка под горизонтальной опорой для повышения устойчивости и предотвращения колебаний. Кабели входят в регулятор напряжения сверху, с опорами, установленными на высоте 2500 мм. Экранирующий слой и броня оконцеваний высоковольтных кабелей заземлены отдельно.
Все конструктивные опоры соединены с основным заземляющим проводником с использованием плоских или круглых стальных прутьев. Медные шины соединяют концы кабелей с клеммами регулятора напряжения, защищенные термоусадочной трубкой с фазовой маркировкой. Для оперативного мониторинга установлена L-образная нержавеющая сетчатая ограждающая конструкция с дверью для обслуживания из нержавеющей стали (снабженной электромагнитным замком, который открывается только при открытом высоковольтном выключателе). Ограждение и дверь расположены таким образом, чтобы обеспечить безопасность персонала и поддерживать необходимые расстояния до токоведущих частей.
4.3 Установка кабельных опор
С помощью BIM-моделирования предварительной укладки кабелей было обеспечено раздельное прокладывание: источник питания 1, источник питания 2, первичный проходящий участок и комплексный проходящий участок проложены на разных сторонах траншеи, что предотвращает повреждение одного кабеля в случае аварии на другом. Соблюдаются радиусы изгиба кабелей, и точное позиционирование каждого кабеля на опорах определяет оптимальный тип и местоположение опор.
С помощью BIM-детекции столкновений были скорректированы высоты опор, чтобы избежать пересечения кабелей. Все горизонтальные ступени опор выровнены на одной плоскости, с отклонением центра ≤5 мм. Опоры закреплены на заранее встроенных стальных пластинах на стенах траншеи, нижняя часть опор ≥150 мм над дном траншеи. В интегрированной кабельной траншее кабельные опоры заземлены с помощью плоской стали 40 мм × 4 мм, с двумя заземляющими проводниками, подключенными к интегрированной заземляющей системе.
4.4 Выполнение работ по укладке кабелей
Принцип расположения кабелей: кабели различных уровней напряжения должны располагаться сверху вниз в следующем порядке: высоковольтные силовые кабели, кабели управления, сигнальные кабели. Кабели различных категорий или двух цепей первичной нагрузки не должны размещаться на одном уровне опор.
Уточнение проекта: на основе чертежей, техника укладки кабелей позволяет глубже уточнить проект, что обеспечивает полный и систематический план строительства, способствующий интеграции рабочего процесса и улучшению контроля безопасности и качества.
Расчет усилия тяги: тяговые машины устанавливаются на конечной точке, с кабельными подающими устройствами, расположенными примерно каждые 1 м. На основании опыта, добавляется дополнительные 10 см на изгибы для расчета усилия тяги.
Проверка на месте: перед укладкой проверьте условия установки оборудования. Убедитесь, что усилие тяги остается ниже допустимой прочности на растяжение кабеля. Проведите проверку безопасности кабелеукладочных машин и обследование места, чтобы подтвердить размещение барабана с кабелем; немедленно внесите коррективы, если стандарты не соблюдены.
Выполнение укладки кабелей: перед укладкой подготовьте метки и нумерацию на основе чертежей квалифицированными специалистами. Надзор на месте обеспечивает правильное направление и использование модели кабеля. При механической укладке кабели не должны иметь сплющенной брони, скручивания или повреждения оболочки. Используйте кран для позиционирования барабана с кабелем, который поддерживается специальной стойкой для размотки с верхнего конца, чтобы предотвратить трение о землю. Установите кабельные хваты на концах перед тягой. Квалифицированные специалисты должны контролировать работу оборудования и размещение подающих машин: главная тяговая машина на конечной точке, подающие устройства через 80–100 м, и большие радиусные ролики на изгибах.
Фиксация кабелей: после укладки закрепите кабели в начальной/конечной точках и с обеих сторон изгибов, с интервалами фиксации 5–10 м. Применяйте принцип «укладка-закрепление» и повторно закрепите кабели, начиная с точки начала. Для кабелей на лотках повесьте идентификационные таблички с обеих сторон, на изгибах и перекрестках; на прямых участках таблички каждые 20 м. Таблички должны равномерно отображать номер кабеля, его характеристики, начальную/конечную точки и напряжение.
Проверка кабельных цепей: после укладки проверьте всю кабельную цепь, связанные компоненты и оборудование. Проверьте точность табличек, наличие или отсутствие неправильных установок, и соответствие качеству. Чтобы обеспечить безопасную эксплуатацию:
Установите разделители между кабелями постоянного и переменного тока или цепями различных напряжений, если они не размещаются на одном лотке;
Убедитесь, что все крышки траншей на месте, и траншеи свободны от препятствий и воды;
Проведите испытания на диэлектрическую прочность и ток утечки в соответствии со стандартами;
Проверьте выравнивание клемм и совместимость с сетью при приемке.
4.5 Меры противопожарной защиты и огнестойкости
Все проходы между противопожарными отсеками, входами в здания, перекрытиями и отверстиями под шкафами высокого и низкого напряжения должны быть огнезащищены. Материалы для огнезащиты должны соответствовать индонезийским стандартам по характеристикам, методам испытаний, общим техническим требованиям к огнезащитным покрытиям кабелей и техническим требованиям к огнестойким оболочкам кабелей. Внутри помещений используются огнестойкие кабели. Негорючие кабели, входящие в подстанцию, должны быть обернуты огнестойкой лентой или покрыты огнезащитной краской.
5. Интегрированное строительство и обслуживание
Во время строительства эксплуатационные и ремонтные службы были вовлечены на ранних этапах для согласования стандартов строительства и обслуживания, что создало основу для высококачественного, эстетически привлекательного и экологически чистого высокоскоростного железнодорожного сообщения. С одной стороны, тесное сотрудничество с принимающей организацией во время технических совещаний, проверки спецификаций и технических встреч помогло уточнить стандарты процессов и требования к производительности оборудования и материалов на основе эксплуатационного опыта. С другой стороны, во время строительства, удовлетворяя требованиям проекта и норм, процессы были оптимизированы с точки зрения операционной безопасности и удобства обслуживания, включая улучшения кабельных траншей, доступа для обслуживания кабелей, коробок соединений, заземления, защитных сетчатых ограждений и знаков, что повысило операционную безопасность и физическое качество.
6. Заключение
В заключение, технологии строительства систем электроснабжения высокоскоростных железнодорожных магистралей продолжают развиваться, и все больше инженеров применяют интегрированные концепции в проектах ВСЖМ. Улучшения в области электромагнитных технологий, быстрая оптимизация BIM и совершенствование систем раннего предупреждения поддерживают развитие интеграции "Четырех Электричеств" (энергоснабжение, сигнализация, телекоммуникации и тяга) ВСЖМ. Данная статья призвана предоставить значимые идеи для дальнейшего продвижения этих технологий.
