Razgovor o tehnikama izgradnje sistema snabdevanja električnom energijom na 20 kV u visokobrzim železnicama

1. Pregled projekta
Ovaj projekat uključuje izgradnju nove visokobrzinske železnice Džakarta–Bandung, sa glavnom linijom dužine 142,3 km, uključujući 76,79 km mostova (54,5%), 16,47 km tunela (11,69%) i 47,64 km nasipa (33,81%). Izgrađene su četiri stanice - Halim, Karawang, Padalarang i Tegal Luar. Glavna linija visokobrzinske železnice Džakarta–Bandung je dugacka 142,3 km, dizajnirana za maksimalnu brzinu od 350 km/h, sa dvostrukim prugama na rastojanju od 4,6 m, uključujući približno 83,6 km bezelementne pruge i 58,7 km elementne pruge. Sistem ishrane vlačnog napona koristi AT (autotransformator) metodu ishrane. 

Vanjski sistem ishrane koristi napon nivou 150 kV, dok unutarnji sistem raspodele struje koristi 20 kV. Ramena i uređaji za pozicioniranje kontaktnog voda za visokobrzinsku železnicu koriste standardizovani i pojednostavljeni dizajn iz Kine. Biro za elektrifikaciju železnica Kine je odgovoran za nabavku materijala, izgradnju celog sistema snabdijevanja strujom i vlačnim naponom za visokobrzinsku železnicu Džakarta–Bandung u Indoneziji, kao i za vanjsku vezu s električnom mrežom financiranu privremenim sredstvima.

2. Shema dizajna podstanice za distribuciju na 20 kV
2.1 Glavna električna veza i modus operacije na 20 kV
Glavna busbar na 20 kV koristi konfiguraciju jedinstvene busbare podeljene prekidnikom za vezu busbara sa automatskim prebacivanjem busbara. Nudi se sekcija prodornog voda na 20 kV, koja, nakon prolaženja kroz regulator napona, isporučuje prodornu liniju kompleksne opterećenosti na 20 kV i primarnu prodornu liniju na 20 kV. Neutralni tačka regulatora napona je zemljena putem malog otpornika, a za regulator napona nije instaliran obilazni prekidnik. 

U normalnom radu, obje struje istovremeno snabdevaju, a prekidnik za vezu busbara je otvoren. Ako jedna struja padne, prekidnik na strani bez struje se otvara, a prekidnik za vezu busbara automatski zatvara, omogućavajući drugoj struji da nosi punu opterećenost podstanice. Uređaj za kompenzaciju reaktivne snage je instaliran na sekciji prodornog voda na 20 kV, obezbeđujući da faktor snage na strani ulaza podstanice nakon kompenzacije ne bude manji od 0,9.

2.2 Plan rasporeda
Sve podstanice za distribuciju su smještene zajedno sa zgradama za operativne i životne potrebe u području stanice na prizemlju, osim podstanice za remont EMU vozila u Tegal Luar, koja je zasebno izgrađena kao jednospratna struktura. Ne postoje međuspratni prostori za kablove. Prizemlje uključuje sobe za regulator napona (za primarnu i kompleksnu prodornu liniju), kompenzaciju reaktivne snage, opremu za zemljenje neutralne tačke, komunikacijsku opremu, skladište rezervnih dijelova, opremu za visokonaponske prekidnike, kontrolnu sobu, ormar za alate i odmor. Kablovi unutar podstanice su položeni u kablaste jare.

Veze između sobe regulatora napona, sobe za kompenzaciju reaktivne snage, sobe za opremu za zemljenje neutralne tačke i visokonaponske sobe su ostvare preko unaprijed utopljenih cevova. Smještena u području stanice, podstanica nema posebne pristupne puteve ili vatrogasne staze. Nudi se spoljašnja integrirana utilitarna jara opremljena podršcima za kable; dolazni i odlazni kablovi su usmjereni kroz ovu jaru, pri čemu su kablovi za struju i niskonaponski/kontrolni kablovi položeni na suprotnim stranama jare. Ostali dijelovi koriste kablaste jare i instalacije cevova.

3.Priprema za izgradnju

• Istraživanje lokacije: Prije početka izgradnje, izvođač treba provesti terensko istraživanje temeljeno na odobrenim dokumentima o dizajnu i relevantnim podacima, te pripremiti izvješće o terenskom istraživanju koje pokriva teren, geologiju, prometne puteve, stanje građevina za opremu i rutiranje integrirane utilitarne jare.

• Provjera crteža za izgradnju: Izvođač treba na terenu provjeriti odobrene crteže za izgradnju i potvrditi njihovu točnost prije upotrebe. Bilo kakve razlike trebaju biti odmah prijavljene klijentu, dizajneru i nadzornom inženjeru za rješavanje.

• Na osnovu provedenog istraživanja i verificiranih crteža, izvođač treba razviti detaljan plan implementacije i uputstvo za radove na podstanici za distribuciju, jasno definirajući standard procesa, zahtjeve za kontrolu kvalitete i potrebe za sučeljima ključnih postupaka, te provoditi tehnička instrukcionalna sastanka temeljena na QR kodima.

• Optimizacija BIM-a: Tijekom rane faze izgradnje, BIM tehnologija treba se koristiti za simulaciju instalacije opreme i smjernice kabliranja u podstanici za distribuciju na 20 kV. To omogućuje optimiziranu raspodjelu opreme i raspored jari/cevova u zgradi, simuliranu smjernicu kabliranja u unutrašnjim i spoljašnjim kablastim jarama, optimizirane putanje kabliranja i precizno određivanje lokacija za podrške. Vizualne i simulacijske mogućnosti BIM-a pomažu u izbjegavanju prostornih sukoba tijekom izgradnje i poboljšanju učinkovitosti.

4.Optimizacija detalja procesa
4.1 Raspored kablastih jari u podstanici za distribuciju
Podstanica je jednospratna struktura, i izbace su podrazumevane granatne kablaste jare za pojedinačne sobe sa opremom. Između temeljaca u sobi regulatora napona, sobi reaktora i sobi za zemljenje malog otpornika i visokonaponskim/sobama za kontrolu, koriste se unaprijed utopljeni čelični cevi, koji se proširuju do visine druge nivoa podršci za kable u visokonaponskoj jari. Radi olakšanja povlačenja kablova, unaprijed utopljeni cevi između spoljašnje utilitarne jare i visokonaponske jare su optimizirani u formu jare, s instaliranim platnama za prolaz kroz zidove.

4.2 Instalacija busbara u sobi regulatora napona
Izvorna jednoslojna horizontalna podrška za terminaciju kabela u sobi regulatora napona je optimizirana dodavanjem kutnog čelika ispod horizontalne podrške kako bi se poboljšala stabilnost i sprečili treperenje. Kabeli ulaze u regulator napona odozgo, a podrške su instalirane na visini od 2.500 mm. Štitni sloj i oklop terminacija visokonaponskih kabela su posebno zemljeni.

 Sve konstrukcione podstave su povezane sa glavnim zemljišnim vodom pomoću ravnoih ili okruglih čelikih štapova. Bakrene busbare povezuju krajnje dijelove kabela s terminalima naponskog regulatora, zaštićeni su križano zračenim toplinskim stijepanjem cevi s oznakama faza. Za operativni nadzor instalirana je L-obična mreža od nerđajućeg čelika sa održavajnom vrata od nerđajućeg čelika (opremljenom elektromagnetskim zaključkom koji se otvara samo kada je visokonaponski prekidač otvoren). Mreža i vrata su pozicionirani kako bi se osigurala sigurnost osoblja i održali potrebni propusti živih dijelova.

4.3 Instalacija podstava za kable
Simulacija predložbe položaja kabela temeljena na BIM omogućila je razdvojenu rutiranja: strana izvora snage 1, strana izvora snage 2, primarna strana prelaznog kabela i kompleksna strana prelaznog kabela su položeni na različitim stranama jare, sprečavajući da greška na jednoj liniji snage oštetiti drugu. Poštuju se radijusi savijanja kabela, a precizno pozicioniranje svakog kabela na podstavama odredilo je optimalnu vrstu i lokaciju podstava.

 Detekcija sudara u BIM-u prilagodila je visine podstava kako bi se spriječili prelazi kabela. Svi horizontalni stupovi podstava su poravnati na istoj ravnini, s odstupanjem centara ≤5 mm. Podstave su fiksirane na unaprijed utopljenim čelikim pločama na zidovima jare, s dnom podstava ≥150 mm iznad dna jare. U integriranoj korisnoj jari, podstave za kable su zemljišne pomoću ravnoih čelikih štapova dimenzija 40 mm × 4 mm, s dvije zemljišne vode povezane sa integriranim zemljišnim sistemom.

4.4 Izgradnja položaja kabela

• Princip raspoređivanja kabela: Kabeli različitih nivoa napona trebaju biti raspoređeni s vrha prema dole u redosledu visokonaponskih kabela snage, kontrolnih kabela i signalnih kabela. Kabeli različitih klasifikacija ili dva kruga primarnih opterećenja ne smiju se nalaziti na istom nivou podstava.

• Unapređenje dizajna: Na osnovu crteža, tehnike položaja kabela omogućuju dublje unapređenje dizajna, omogućavajući potpunu i sistemsku planu izgradnje koja osigurava gladku integraciju radnog procesa i poboljšava kontrolu sigurnosti i kvaliteta.

• Izračunavanje povlačeće snage: Mašine za povlačenje postavljene su na kraju, sa feederima kabela postavljenim približno svakih 1 m. Na osnovu iskustva, dodaje se dodatnih 10 cm na savijanjima za izračunavanje povlačeće snage.

• Inspekcija lokacije: Pre položaja, inspektujte uslove instalacije opreme. Osigurajte da ostaje povlačeća snaga ispod dopuštene tensile snage kabela. Provedite sigurnosne provere mašina za položaj kabela i obilazak lokacije kako biste potvrdili poziciju bobina kabela; ažurirajte odmah ako standardi nisu ispunjeni.

• Izvršenje položaja kabela: Pre položaja, pripremite oznake i numerisanje na osnovu crteža od strane kvalifikovanih tehničara. Nadzor na mestu osigurava tačno upravljanje kablom i korišćenje modela. Tijekom mehaničkog položaja, kablovi ne smiju pokazati spljoštenje oklopne ljuske, zakretanje ili oštećenje omota. Koristite kran za pozicioniranje bobine kabela, podržanu specijalnom stožerom za isplaitanje kako bi se omogućio isplaitanje s vrha i sprečeno trenje sa tlu. Instalirajte grife za povlačenje kabela na terminalima pre povlačenja. Kvalifikovani tehničari moraju nadgledati rad opreme i postavljanje feeder mašina: glavna mašina za povlačenje na kraju, feederi razmaknuti 80–100 m, i veliki radijusi valjkova na savijanjima.

• Fiksiranje kabela: Nakon položaja, fiksirajte kable na početnim/krajnjim tačkama i na obje strane savijanja, s intervalima fiksiranja od 5–10 m. Primijenite princip vezanja "položi jedan, vezaj jedan" i ponovo osigurajte kable od početne tačke unazad. Za kable na polici, ovisnice identifikacije ovisi na obje strane, savijanja i preseka; na ravnom delu, oznake svakih 20 m. Oznake moraju uniformno prikazivati broj kabela, specifikacije, početne/krajnje tačke i napon.

• Inspekcija kola kabela: Nakon položaja, inspektujte cijeli kolo kabela, povezane komponente i opremu. Verifikujte tačnost oznaka, provjerite nedostajuće/krive instalacije i potvrdite kvalitetnu usklađenost. Da bi se osigurala bezbedna operacija:

• Instalirajte particije između AC/DC kabela ili kola različitih nivoa napona kada ne dele istu policu;

• Osigurajte da su sve poklopne kapake na mestu i da su jare slobodne od prepreka i vode;

• Izvršite testove otpornosti na izolaciju i ispitivanje strujanja prema standardima;

• Verifikujte poravnanje terminala i kompatibilnost mreže tokom prihvatanja.

4.5 Mere protiv požara i vatroganštva
Sve prodorne otvore između vatrogasnih odseka, ulaza u zgrade, podova i otvorenih područja ispod HV/LV ormara moraju biti vatrogasno zaustavljeni. Materijali za vatrogasno zaustavljanje moraju biti u skladu sa indonezijskim standardima za performanse, metode ispitivanja, opšte tehničke specifikacije za vatrogasne preplate kabela i tehničke zahteve za vatrogasne omotača kabela. Vatrogasni kablovi se koriste unutra. Nevatrogasni kablovi koji ulaze u pretvorbu moraju biti omotani vatrogasnom tapom ili premazani vatrogasnom bojom.

5. Integrirana izgradnja i održavanje
Tijekom izgradnje, jedinice za operacije i održavanje bile su ranije uključene kako bi se poravnali standardi izgradnje i održavanja, stvarajući temelj za visokokvalitetnu, estetski privlačnu i ekološku HSR. Sa jedne strane, bliska saradnja s entitetom koji preuzima tokom pregleda projekta, pregleda specifikacija i tehničkih sastanaka pomogla je da se sofisticiraju standardi procesa i zahtevi za performanse opreme i materijala na osnovu iskustva u operacijama. Sa druge strane, tijekom izgradnje - dok se zadovoljavaju zahtevi dizajna i kode - procesi su optimizirani s aspekta bezbednosti operacija i održivosti, uključujući poboljšanja kabelske jare, pristupa za održavanje kabela, spojnih kutija, zemljišta, zaštitnih mreža i oznaka, time se unapređuje bezbednost operacija i fizička kvaliteta.

6. Zaključak
Ukratko, tehnologije za izgradnju sistema snage visokobrzih željeznica (HSR) nastavljaju da napreduju, sa sve više inženjera koji primenjuju integrisane koncepte na projekte HSR. Unapređenja u elektromagnetskoj tehnologiji, brza optimizacija BIM-a i poboljšani sistemi rane upozorenja svi podržavaju razvoj integracije "Četiri elektricne" (snaga, signalizacija, telekomunikacije i vlačnja) HSR. Ovaj rad ima za cilj da pruži značajne uvide za dalji napredak ove tehnologije.