Diskussion om konstruktionstekniker för 20 kV elförsörjningssystem i snabbtåg

1. Projektöversikt
Detta projekt innefattar byggandet av den nya Jakarta–Bandung höghastighetsjärnvägen, med en huvudlinje på 142,3 km, inklusive 76,79 km broar (54,5%), 16,47 km tunnelbanor (11,69%) och 47,64 km dikesbyggnader (33,81%). Fyra stationer – Halim, Karawang, Padalarang och Tegal Luar – har byggts. Huvudlinjen för Jakarta–Bandung HSR är 142,3 km lång, utformad för en maximal hastighet på 350 km/h, med ett spåravstånd på 4,6 m, inklusive cirka 83,6 km ballastfritt spår och 58,7 km ballastspår. Strömförsörjningssystemet använder AT (autotransformator) strömförsörjningsmetod. 

Extern strömförsörjning använder en spänningsnivå på 150 kV, medan intern fördelningsströmförsörjning använder 20 kV. Kontaktnätets vristarmer och positioneringsenheter för höghastighetsjärnvägen använder Kinas standardiserade och förenklade design. China Railway Electrification Bureau är ansvarig för materialinköp, byggande av hela strömförsörjningssystemet och traktionsströmförsörjningssystemet för Jakarta–Bandung HSR i Indonesien, samt den externa strömförsörjningsanslutningen som finansieras av provisoriska belopp.

2. Designschema för 20 kV distributionsstation
2.1 Huvudelströmförsörjning och driftsläge för 20 kV
Huvudbus för 20 kV använder en enkel buskonfiguration segmenterad av en buskopplare med automatisk busöverföring. En 20 kV genomförsörjningsbuss sektion tillhandahålls, vilken efter att ha passerat en spänningsregulator, matar ut den 20 kV sammanlagda laddningen genomförsörjningslinjen och den 20 kV primära genomförsörjningslinjen. Neutralpunkten för spänningsregulatorn är jordad via en liten resistor, och ingen omvägsbrytare är installerad för spänningsregulatorn. 

Under normal drift levereras både strömkällorna samtidigt med öppen buskopplare. Om en strömkälla misslyckas, öppnas inkommande brytaren på den de-energiserade sidan, och buskopplaren stängs automatiskt, vilket gör att den andra strömkällan kan bära hela stationsbelastningen. En reaktiv effektkompensationsenhet är installerad på 20 kV genomförsörjningsbussen, vilket säkerställer att effektfaktorn på inkommande sidan av stationen inte är mindre än 0,9 efter kompensation.

2.2 Layoutplan
Alla distributionsstationer är placerade tillsammans med stationområdets drifts- och boendebyggnader på bottenvåningen, förutom Tegal Luar EMU Depot-station, som är fristående och byggt som en ett-våningsstruktur. Inga kabelflöjlar finns. Bottenvåningen inkluderar rum för spänningsregulator (för primär och sammanlagd genomförsörjning), reaktiv effektkompensation, neutralpunktsgroundingutrustning, kommunikationsutrustning, reservdelar, högspänningsswitchgear, kontrollrum, verktygsrum och vilaområde. Kablar inuti stationen läggs i kabelluckor. 

Anslutningar mellan spänningsregulatorrum, reaktiv effektkompensationsrum, neutralpunktsgroundingutrustningsrum och högspänningsrum görs via förinstallerade rör. Beläget inom stationområdet har stationen inga dedikerade externa åtkomstvägar eller brandvägar. En utomhus integrerad teknikgräv är tillhandahållen, utrustad med kablstöd; inkommande och utgående kablar leder genom denna gräv, med ström och lågspänning/kontrollkablar lagda på motsatta sidor av gräven. Andra sektioner använder kabelluckor och rörinstallationer.

3.Förberedelse för anläggning

• Platsundersökning: Innan anläggningen börjar skall entreprenören utföra en platsundersökning baserad på godkända konstruktionsdokument och relevanta data, och förbereda en platsundersökningsrapport som täcker terräng, geologi, vägtransport, utrustningsbyggnadsförhållanden och routning av integrerad teknikgräv.

• Verifiering av konstruktionsritningar: Entreprenören skall verifiera godkända konstruktionsritningar på plats och bekräfta deras korrekthet innan användning. Eventuella avvikelser måste omedelbart rapporteras till beställaren, designer och övervakningsingenjör för lösning.

• Baserat på undersökningen och verifierade ritningar skall entreprenören utarbeta en detaljerad implementeringsplan och arbetsinstruktion för distributionsstationen, med tydlig definition av processstandarder, kvalitetskontrollkrav och gränssnittsbehov för kritiska procedurer, och genomföra namngivna QR-kodbaserade tekniska genomgångar.

• BIM-optimering: Under tidiga anläggningsfasen skall BIM-teknik användas för att simulera utrustningsinstallation och kabelläggning i 20 kV distributionsstationen. Detta möjliggör optimerad layout av utrustning och rörledningsarrangemang inom byggnaden, simulerad kabelläggning i inomhus- och utomhuskabelluckor, optimerade kabellinjer och exakt fastställande av stödbrackets placering. BIM:s visualisering och simuleringsförmåga hjälper till att undvika rumsliga konflikter under anläggningen och förbättra effektiviteten.

4.Processdetaljoptimering
4.1 Kabellucklayout i distributionsstation
Stationen är en ettvåningsstruktur, och grenkabelluckor för enskilda utrustningsrum tas bort. Mellan grundläggningen i spänningsregulatorrum, reaktorrums och småresistor groundingrum samt högspänning/kontrollrum används förinstallerade stålledningar, som sträcker sig in i högspänningrummets kabellucka upp till höjden av det andragradiga kabelluckstödet från botten. För att underlätta kabldragning optimeras den förinstallerade ledningen mellan den utomhus teknikgräv och högspänningrummets kabellucka till en grävform, med vägggenombrottsskivor installerade vid vägggenombrott.

4.2 Busbarinstallation i spänningsregulatorrum
Den ursprungliga enkelvånings horisontala kabelterminationsstödbracketen i spänningsregulatorrummet har optimerats genom att lägga till skäggstål under stödbracketen för att öka stabilitet och förhindra skakning. Kablar går in i spänningsregulatorn från toppen, med stödbracketar installerade vid en höjd på 2 500 mm. Sköldskikt och rustning för högspänningskabelter termineras separat.

 Alla strukturella stöd är anslutna till den huvudsakliga jordningsledaren med hjälp av platta eller runda stålbjälkar. Kopparbussar ansluter kablsslutet till spänningsregulatorernas terminaler, skyddade av korslänkade bestrålade värmeformade skynken med fasfärgsmarkering. För driftövervakning är en L-formad rostfri stålnätbarriär med en rostfri underhållsdörr (utrustad med en elektromagnetisk lås som bara låser upp när högspänningsbrytaren är öppen) installerad. Barriären och dörren är placerade för att säkerställa personnelsäkerhet och upprätthålla de nödvändiga livdelaravstånden.

4.3 Kabellägeinstallation
BIM-baserad kabelförhandsläggningssimulering möjliggjorde separerad rutt: strömkällsidan 1, strömkällsidan 2, primär genomförsid och sammanlagd genomförsid lades på separata sidor av gropen, vilket förhindrar att ett fel i en strömföring skadar den andra. Kabelböjningsradier respekteras, och exakt positionering av varje kabel på stöd bestämde det optimala stödtypen och läget.

 BIM-kollisionssökning justerade stödhöjderna för att undvika kabelskäringar. Alla horisontella trappsteg på stöden är justerade på samma plan, med centrumavvikelse ≤5 mm. Stöd är fastsatta till förinkorporerade stålplattor på gropväggar, med botten av stöd ≥150 mm över gropens botten. I den integrerade teknikgropen är kabellägesstöd jordade med 40 mm × 4 mm platt stål, med två jordningsledare anslutna till det integrerade jordningssystemet.

4.4 Kablegging

• Kabelplaceringsprincip: Kablar av olika spänningsnivåer ska placeras från topp till botten i ordningen högspänningskablar, kontrollkablar och signal kablar. Kablar av olika klassificeringar eller de två kretsarna av primära belastningar får inte placeras på samma stödnivå.

• Designförfining: Baserat på ritningar möjliggör kabellägeteknik djupgående designförfining, vilket möjliggör en komplett och systematisk konstruktionsplan som säkerställer en smidig arbetsflödesintegration och förbättrar säkerhet och kvalitetskontroll.

• Dragkraftberäkning: Dragmaskiner är satta vid slutpunkten, med kabelförsörjare placerade ungefär varannan meter. Baserat på erfarenhet adderas ytterligare 10 cm vid böjningar för dragkraftsberäkning.

• Platsinspektion: Innan lagning, inspektera utrustningsinstalleringsvillkor. Se till att dragkraften hålls under kablens tillåtna dragstyrka. Genomför säkerhetskontroller av kabellägemaskineri och undersök platsen för att bekräfta kabylindens placering; justera omedelbart om standarder inte uppfylls.

• Utförande av kabelläggning: Före lagning, förbered etiketter och numrering baserat på ritningar av behöriga tekniker. Arbetsplatsövervakning säkerställer korrekt kabelläge och modellanvändning. Under mekanisk lagning får kablar inte visa några pansarflätning, vrider eller mantelskador. Använd en kran för att positionera kabylinden, stödd av en dedikerad utmattningsställning för att tillåta top-end lossning och förhindra markfriction. Installera kabeldraggrepp på terminaler innan dragning. Behöriga tekniker måste övervaka utrustningsdrift och försörjningsmaskinplacering: en huvuddragmaskin vid slutpunkten, försörjare med 80–100 m mellanrum, och stora radiehjul vid böjningar.

• Kabelfixering: Efter lagning, fixera kablar vid start/slutpunkter och på båda sidor av böjningar, med fästintervall på 5–10 m. Använd "lägg en, bind en" bindningsprincip och återfixera kablar bakåt från startpunkten. För kablar på brädor, hänga identifieringsetiketter på båda sidor, böjningar och korsningar; på raksträckor, etiketter var 20:e meter. Etiketter måste enhetligt visa kabellnummer, specifikation, start/slutpunkter och spänning.

• Kabelcirkuitsinspektion: Efter lagning, inspektera hela kabelcirkuitet, associerade komponenter och anläggningar. Verifiera etikettens korrekthet, kontrollera för saknade/felaktiga installationer och bekräfta kvalitetskompatibilitet. För att säkerställa säker drift:

• Installera partitioner mellan VV/DC kablar eller kretsar av olika spänningsnivåer när de inte delar en bräda;

• Se till att alla groplock är på plats och gropar är fria från hinder och vatten;

• Genomför isoleringsmotstånd och läckageströmstester enligt standarder;

• Verifiera terminaljustering och nätverkskompatibilitet under godkännandet.

4.5 Brandhämmande och brandskyddsåtgärder
Alla genombrott mellan brandceller, byggnadsingångar, golvlag och öppningar under hög-/lågspänningskabinetter måste vara brandstoppade. Brandstoppningsmaterial måste vara i enlighet med indonesiska standarder för prestanda, testmetoder, allmänna tekniska specifikationer för kabelformade brandhämmandebeläggningar, och tekniska krav för flammskyddande kabelysningar. Flammskyddande kablar används inomhus. Ej-flammskyddande kablar som går in i understationen måste omfattas av flammskyddande band eller beläggas med brandskyddsfärg.

5. Integrerad konstruktion och underhåll
Under konstruktionen var drift- och underhållsenheter involverade tidigt för att justera konstruktions- och underhållsstandarder, vilket lade grunden för en högkvalitativ, estetiskt tilltalande och miljövänlig HSR. Å ena sidan bidrog nära samordning med övertagandeentiteten under designpresentationer, specifikationsgranskningar och tekniska samråd till att förfining av processstandarder och prestandakrav för utrustning/material baserat på driftserfarenhet. Å andra sidan, under konstruktionen—medan man uppfyllde design- och kodkrav—optimerades processer ur ett perspektiv av driftsäkerhet och underhållbarhet, inklusive förbättringar av kablegropar, kabellunderhållsåtkomst, kopplingsboxar, jordning, skyddsnätbarriärer och skyltar, vilket förbättrade driftsäkerhet och fysisk kvalitet.

6. Slutsats
I korthet fortskrida byggnadsteknikerna för HSR-energisystem, med fler ingenjörer som tillämpar integrerade koncept på HSR-projekt. Förbättringar inom elektromagnetisk teknik, snabb optimering av BIM och förbättrade tidigvarningssystem stöder utvecklingen av HSR:s "Fyra-elektriska" (ström, signalering, telekomunikation och traktion) integration. Detta dokument syftar till att ge meningsfulla insikter för den vidare utvecklingen av dessa teknologier.