Обговорення методів будівництва для системи живлення 20 кВ у швидкісних залізничних перевезеннях

1. Огляд проекту
Цей проект передбачає будівництво нової високошвидкісної залізничної колії Джакарта-Бандунг завдовжки 142,3 км, з яких 76,79 км (54,5%) — мости, 16,47 км (11,69%) — тунелі, а 47,64 км (33,81%) — насыпи. Побудовано чотири станції: Халім, Караванг, Падаларанг і Тегал Луар. Головна лінія високошвидкісної залізниці Джакарта-Бандунг має довжину 142,3 км, розрахована на максимальну швидкість 350 км/год, з двоколійним розміщенням на відстані 4,6 м, з яких приблизно 83,6 км безбалластного полотна і 58,7 км балластного полотна. Система живлення тяги використовує метод AT (автотрансформатора).

Зовнішнє живлення використовує напругу 150 кВ, а внутрішня система розподілу електроенергії — 20 кВ. Підвіски контактної мережі та пристрої позиціонування для високошвидкісної залізниці використовують стандартизовані та спрощені китайські конструкції. Бюро електрифікації Китаю відповідає за закупівлю матеріалів, будівництво всієї системи живлення та тяги для високошвидкісної залізниці Джакарта-Бандунг в Індонезії, а також за зовнішнє підключення електроенергії, фінансоване за рахунок приблизних сум.

2. Схема проектування підстанції 20 кВ
2.1 Основне електричне з'єднання та режим роботи підстанції 20 кВ
Основна шина 20 кВ використовує конфігурацію однієї шини, розділеної автоматичним комутатором шин. Предоставлений секційний провід 20 кВ, який, пройшовши через регулятор напруги, підсилює комплексний навантаження провід 20 кВ та основний провід 20 кВ. Нейтральна точка регулятора напруги заземлена через мале опорне сопротивлення, а обхідний вимикач для регулятора напруги не встановлено.

При нормальній роботі обидва джерела живлення працюють одночасно з відкритим комутатором шин. Якщо одна джерело живлення відмовляє, входний вимикач на стороні без енергії відкривається, а комутатор шин автоматично замикатиметься, дозволяючи іншому джерелу живлення забезпечувати повне навантаження підстанції. Установлено пристрій компенсації реактивної потужності на секційному провіді 20 кВ, що гарантує, що коефіцієнт ефективності на вході підстанції після компенсації не менше 0,9.

2.2 План розташування
Усі розподільні підстанції розташовані разом з будівлями експлуатації та житла на території станції на першому поверсі, крім підстанції депо EMU Тегал Луар, яка побудована як окрема одноповерхова будівля. Не передбачено проміжних поверхів для кабельних каналів. На першому поверсі знаходяться кімнати для регулятора напруги (для основного та комплексного проводів), компенсації реактивної потужності, обладнання заземлення нейтралі, комунікаційного обладнання, складу запасних частин, високовольтних вимикачів, керувального пульпу, кімнати інструментів та зони відпочинку. Кабелі в підстанції прокладаються в кабельних каналах.

З'єднання між кімнатами регулятора напруги, компенсації реактивної потужності, обладнання заземлення нейтралі та високовольтною кімнатою виконані через забетоновані труби. Розташована на території станції, підстанція не має спеціальних зовнішніх доріг доступу або пожежних проїздів. Надано зовнішній інтегрований канал комунікацій, оснащений підставками для кабелів; вхідні та вихідні кабелі прокладаються через цей канал, з електропостачання та низьковольтними/керувальними кабелями, які розташовані по протилежній стороні каналу. Інші секції використовують кабельні канали та установки труб.

3. Підготовка до будівництва

• Дослідження місця: перед початком будівництва підрядник повинен провести дослідження місця на основі затверджених проектних документів та відповідних даних, а також підготувати звіт про дослідження місця, який охоплює рельєф, геологію, дорожнє сполучення, умови будівництва обладнання та маршрут інтегрованого каналу комунікацій.

• Перевірка проектних креслень: підрядник повинен перевірити затверджені проектні креслення на місці та підтвердити їхню точність перед використанням. Всі виявлені невідповідності повинні бути негайно звільнені замовнику, проектувальнику та технічному нагляду для вирішення.

• На основі проведеного дослідження та перевірених креслень підрядник повинен розробити детальний план реалізації та інструкцію з роботи для розподільної підстанції, чітко визначивши стандартні процеси, вимоги до контролю якості та потреби в інтерфейсах для ключових процедур, а також провести технічні інструктажі з використанням QR-кодів.

• Оптимізація BIM: на ранніх стадіях будівництва технологія BIM повинна бути використана для моделювання встановлення обладнання та маршрутування кабелів в розподільній підстанції 20 кВ. Це дозволяє оптимізувати розташування обладнання та каналів/труб в будівлі, моделювати маршрути кабелів в закритих та відкритих кабельних каналах, оптимізувати шляхи кабелів та точно визначити місця розташування підставок. Візуальні та симуляційні можливості BIM допомагають уникнути просторових конфліктів під час будівництва та підвищити ефективність.

4. Деталізація та оптимізація процесу
4.1 Розташування кабельних каналів в розподільній підстанції
Підстанція є одноповерховою будівлею, і виключені розгалужені кабельні канали для окремих кімнат обладнання. Між фундаментами в кімнаті регулятора напруги, реакторній кімнаті та кімнаті з малим опорним сопротивленням та високовольтними/керувальними кімнатами використовуються забетоновані сталеві труби, які простягаються до високовольтного кабельного каналу до висоти другого рівня підставок. Для сприяння прокладання кабелів забетоновані труби між зовнішнім каналом комунікацій та високовольтним кабельним каналом оптимізовані до форми каналу, з установкою пластин для проходження стін на перехрестях стін.

4.2 Встановлення шин в кімнаті регулятора напруги
Оригінальна однорівнева горизонтальна підставка для кінцевих кабелів в кімнаті регулятора напруги була оптимізована шляхом додавання стального підпору під горизонтальну підставку для підвищення стабільності та запобігання струміння. Кабелі входять в регулятор напруги зверху, з підставками, встановленими на висоті 2500 мм. Екранний шар та броня кінцевих кабелів високого напруги заземлені окремо.

 Усі конструктивні підтримки з'єднані з головним заземлюючим провідником за допомогою плоских або круглих стальних прутів. Мідні шини з'єднують кінці кабелей з контактами регулятора напруги, захищеними перехрещено-покращеними термочервоними трубками з позначенням фаз. Для операційного моніторингу встановлено L-подібну сітку з нержавіючої сталі з дверима для обслуговування (обладнаними електромагнітним замком, який відкривається лише при відкритому високовольтному виплеску). Бар'єр і двері розташовані так, щоб забезпечити безпеку персоналу та необхідні відстані від живих частин.

4.3 Встановлення підтримок кабелів
Симуляція передварительного укладання кабелів на основі BIM дозволила розділити маршрути: сторона джерела енергії 1, сторона джерела енергії 2, первинна сторона проходження, та комплексна сторона проходження викладаються по різні сторони канави, щоб запобігти пошкодженню одного лінії електропостачання через аварію іншої. Відповідаються радіуси згину кабелів, а точне розташування кожного кабелю на підтримках визначило оптимальний тип та розташування підтримок.

 Виявлення зіткнень BIM врегульвало висоти підтримок, щоб уникнути перетинів кабелів. Усі горизонтальні перекладини підтримок вирівняні на одній площині, з центровим відхиленням ≤5 мм. Підтримки закріплені на передзаводжених сталевих пластинках на стінах канави, з нижньою частиною підтримок ≥150 мм над дном канави. У комплексній канаві для комунікацій, підтримки кабелів заземлені за допомогою плоскої сталі 40 мм × 4 мм, з двома заземлювальними провідниками, з'єднаними з комплексною системою заземлення.

4.4 Будівництво укладання кабелів

• Засади розташування кабелів: кабелі різних рівнів напруги мають бути розташовані зверху вниз у порядку: високовольтові силові кабелі, кабелі управління, та сигнальні кабелі. Кабелі різних класів або дві колії первинного навантаження не можуть бути розташовані на одному рівні підтримок.

• Деталізація проекту: На основі креслень, техніки укладання кабелів дозволяють глибшу деталізацію проекту, що дозволяє створити повний та систематичний план будівництва, забезпечуючи плавне включення робочих процесів та покращення контролю безпеки та якості.

• Розрахунок тягового зусилля: Тягові машини встановлені в кінцевій точці, з кабельними годителями, розташованими приблизно кожні 1 м. На основі досвіду, до розрахунку тягового зусилля додається додаткові 10 см на згинах.

• Перевірка на місці: Перед укладанням перевіряються умови встановлення обладнання. Забезпечте, щоб тягове зусилля залишалось нижче допустимої тягової міцності кабелю. Проведіть перевірку безпеки машин для укладання кабелів та оглянути місце, щоб підтвердити розташування барабана кабелю; зробіть відразу ж корективи, якщо стандарти не виконуються.

• Виконання укладання кабелів: Перед укладанням, підготуйте позначення та номерування на основі креслень кваліфікованими техніками. Нагляд на місці забезпечує правильний маршрут кабелю та використання моделі. Під час механічного укладання, кабелі не повинні мати сплющування броні, зігнуття або пошкодження оболонки. Використовуйте кран для розташування барабана кабелю, підтриманий спеціальною стойкою для виводу верхнього кінця, щоб уникнути тертя про землю. Встановіть захвати для тягнення кабелю на кінцях перед тягненням. Кваліфіковані техніки повинні наглядати за роботою обладнання та розташуванням машин годителів: головна тягова машина в кінцевій точці, годители розташовані на відстані 80–100 м, та великорадіусні блоки на згинах.

• Фіксація кабелів: Після укладання, закріпіть кабелі в початкових/кінцевих точках та з обох сторін згина, з інтервалами фіксації 5–10 м. Застосуйте принцип "укласти один, зв'язати один" та повторно закріпіть кабелі, починаючи з початкової точки назад. Для кабелів на трасах, вішайте ідентифікаційні бірки з обох сторін, на згинах та перехрестях; на прямих відрізках, бірки кожні 20 м. Бірки мають показувати номер кабелю, специфікацію, початкові/кінцеві точки та напругу.

• Перевірка кабельних циклів: Після укладання, перевірте весь кабельний цикл, пов'язані компоненти та об'єкти. Перевірте правильність бірок, наявність відсутніх/невірних встановлень, та підтвердіть відповідність якості. Для забезпечення безпечної роботи:

• Встановіть перегородки між AC/DC кабелями або циклами різних напруг, якщо не діляться на одну трасу;

• Забезпечте, щоб всі кришки канав були на місці, а канави були вільними від зав'язок та води;

• Проведіть випробування на стійкість ізоляції та виток струму за стандартами;

• Перевірте вирівнювання кінців та сумісність з мережею при прийнятті.

4.5 Заходи з пожежної безпеки та захисту від пожежі
Всі прорізи між пожежними секціями, входами до будівель, плитами поверхів та отворами під високовольтовими/низьковольтовими шафами повинні бути захищені від пожежі. Матеріали для захисту від пожежі повинні відповідати індонезійським стандартам щодо продуктивності, методів випробувань, загальних технічних специфікацій для покриття кабелів, що затримують пожежу, та технічних вимог до обгорток кабелів, що затримують пожежу. Кабелі, що затримують пожежу, використовуються в приміщенні. Незапалюючі кабелі, що входять до підстанції, повинні бути обгорнуті лентою, що затримує пожежу, або покриті пожежною фарбою.

5. Інтегроване будівництво та обслуговування
Під час будівництва, підрозділи з експлуатації та обслуговування були включеними раніше, щоб вирівняти стандарти будівництва та обслуговування, заклавши основу для високоякісної, естетично привабливої та екологічно чистої HSR. З одного боку, тісна координація з приймаючою стороною під час презентацій проекту, переглядів специфікацій та технічних зустрічей допомогла вдосконалити стандартні процеси та вимоги до продуктивності обладнання/матеріалів на основі опиту. З іншого боку, під час будівництва—під час виконання проектних та кодових вимог—процеси були оптимізовані з точки зору безпеки та обслуговуваності, включаючи вдосконалення кабельних канав, доступу для обслуговування кабелів, з'єднуючих коробок, заземлення, захисних сіток та знаків, таким чином підвищуючи безпеку та фізичну якість експлуатації.

6. Висновки
В резюме, технології будівництва систем електропостачання для високоскоростних залізниць (HSR) продовжують розвиватися, і все більше інженерів застосовують інтегровані концепції до проектів HSR. Покращення електромагнітної технології, швидка оптимізація BIM та покращення систем раннього попередження всі підтримують розвиток інтеграції "Чотирьох Електрик" (електроенергетика, сигнали, телекомунікації та тяга) HSR. Цей документ спрямований на надання значущих висновків для подальшого розвитку цих технологій.