Ontwerp van 'n 110 kV voorgemaakte onderstasie vir data-sentrum
Inleiding
Met die vinnige ontwikkeling van tegnologieë soos wolkrekenaar en groot data, en die versnelde doordring van "Internet +" in verskeie bedrywe, is die digitale ekonomie-industrie in hooflande en -gebiede regoor die wêreld aan die bloei. Dit beset 'n steeds belangriker wordende posisie in alledaagse lewe en die nasionale ekonomie. Veral onder die huidige impak van die COVID-19 pandemie wêreldwyd, waar die afwaartse tendens van die wêreldwye ekonomie versterk word, het slegs die digitale ekonomie teen die stroom ingeswem en 'n sterke groeimomentum behou.
GB 50174-2017 Ontwerpkode vir Datacenters gee 'n spesifieke definisie van datacenters. 'n Datacenter, as 'n basiese infrastruktuur wat verband hou met databestuur en -opslag, kan verskeie tipes data-inligting opberg. Daarbenewens ondersteun dit ook basisfunksies soos databerekening en -oorsending om die behoeftes van massiewe databestuur te bevredig. Die bou van datacenters het 'n onvermydelike tendens geword.
In die datacenterbedryf staan dit bekend as digitale onroerende goed, wat baie verskil van tradisionele infrastruktuurprojekte. Hier is 'n aantal prominente eienskappe van datacenters: hoë energieverbruik, hoë betroubaarheidsvereistes, en 'n behoefte aan vinnige bouspoed. Die energieverbruik van datacenters is geconcentreerd, en word gewoonlik met 2N-redundans gekonfigureer. Die enorme energieverbruikskapasiteit beteken dat parkvlak-datacenterprojekte gewoonlik gebruiker-spesifieke 110 kV transformasiesubstasies konfigureer.
Die bou van 110 kV transformasiesubstasies het egter vele pynpunte, wat spesifiek weerspieël word in die volgende aspekte: Die bouperiode van tradisionele 110 kV transformasiesubstasies in China neem gewoonlik 12-24 maande in beslag, wat alle sikluswerksoorte insluit soos beplanning, standplaas, opmeting, ontwerp, projekregistrasie, materiaalkoop, "vier verbindinge en een vlakking" (toegang tot water, elektrisiteit, pad, en telekomunikasie en grondvlakking), bou en installasie, toerusting, groenherstel, en produksie-aanvaarding. Die lange bouperiode kan nie by die behoefte aan vinnige oplevering van datacenters pas nie; As gevolg van kliënt- en netwerkredes, is die datacenterbedryf in China meestal verdeel in die Beijing-Tianjin-Hebei gebied, die Jangtseki-rivierdelta, en die Grootbaai van Guangdong-Hong Kong-Macau. Die meeste van hierdie gebiede is relatief ontwikkelde stede met skarse grondhulpbronne, en standplaasbeperkings word dikwels tydens projekbeplanning ervaar; Datacenter substasies moet ook aanpasbaar wees aan die buigsame kapasiteitsveranderinge van datacenters.
Vir die pynpunte in die bou van datacenter substasies, is voorgefabriseerde modulêre substasies 'n belangrike oplossingsrigting. Gebaseer op die modulêre ontwerpkonsep, het voorgefabriseerde substasies die voordele van buigsamheid en betroubaarheid in vergelyking met tradisionele substasies in toepassing. Al die stelsels in die voorgefabriseerde hokke word in die fabriek vervaardig, geïnstalleer, bedraad, getoets, en vooraf samengestel. Nadat dit voltooi is, kan dit direk ter plaatse saamgestel word, wat hoë doeltreffendheid bewerkstellig, die boumoeilikheid verminder, en 'n hoë mate van integrasie het. Dit is geskik vir verskillende substasiebouscenarios en wys duidelike voordele.
Hierdie artikel neem die 110 kV transformasiesubstasiebouprojek van Data Center No.1 as voorbeeld, en gee 'n gedetailleerde inleiding tot die toepassingscenario's, proseslayoutontwerp, en voorgefabriseerde hokprosesontwerp van voorgefabriseerde substasies in datacenters.
1. Projek Oorsig
Die Data Center No.1 projek is geleë in Suzhou Stad, Jiangsu Provinsie. Hierdie projek is 'n herstel van 'n ou fabrieksgebou. Daar is reeds 4 fabrieksgeboue in die park, naamlik Gebou A, B, C, en D. Die hoofbouinhoud hierdie keer is om die algehele herstel van die park sonder verandering van die bestaande geboubeplanningsvoorwaardes te bewerkstellig en 'n betroubare datacenterpark te bou.
Hierdie park verwys na die Klasse A datacenterstandaard in GB 50174-2017 Ontwerpkode vir Datacenters en beplan om 'n parkvlak-datacenter te bou wat meer as 100 000 hoogprestasieservers kan dra. Die park moet 'n 110 kV transformasiesubstasie bou om die kragverskaffingsbehoeftes van die park te bevredig. Die substasie voer 2 volledig onafhanklike 110 kV openbare kragvoorsieninge aan, elkeen met 'n kapasiteit van 80 000 kVA, wat 'n 2N-kragverskaffingstelsel vorm. Tussen normale operasie, oorskryf die belastingkoers van elke lyn nie 50% van sy volbelastingkapasiteit nie, d.w.s. 40 000 kVA. Wanneer een openbare kragvoorsiening fouteer, kan die ander al die laste van die datacenter dra.
Aangesien hierdie projek 'n fabrieksgebouherstel is, is die meeste landruimte van die projek reeds deur die voltooide Gebou A, B, C, en D beset, met relatief groot fisiese ruimtebeperkings. Die hoof buiteluimtes wat beskikbaar is, is die oop ruimte aan die linkerkant van Gebou B en die oop ruimte tussen Gebou B en D. Vir die tradisionele 110 kV transformasiesubstasieskema, wanneer 2 hooftransformators met 'n kapasiteit van 80 000 kVA geïnstalleer word, is 'n reghoekige standplaas met 'n lengte van ongeveer 70 m en 'n wydte van 40 m nodig. Die klare afstand van die standplaas aan die linkerkant van Gebou B is 30 m, en die klare afstand van die standplaas tussen Gebou B en C is 50 m. Met inagneming van die brandbeveiligingsafstand tussen die substasie en die geboue en die vereistes van die park se brandveilingsringpad, is dit moeilik vir beide standplase om die bouruimtevereistes van tradisionele substasies te bevredig.
Die kliënt van die Data Center No.1 projek is 'n internetonderneming. As 'n basisdatacenterprojek vir hierdie kliënt, sal hierdie park 'n groot aantal van die kliënt se aanlynbesighede en 'n groot hoeveelheid data-oordrag, -operasie, -opslag, en -verwerking agter die besighede ondersteun. Die kliënt het hoë vereistes vir die betroubaarheid van hierdie datacenter en is streng oor die opleveringstyd.
In terme van opleveringstyd, as gevolg van die vinnige groei van die kliënt se databesigheid, het die kliënt 'n dringende behoefte aan die datacenter, en die hele datacentrepark moet binne 6 maande oorgelewer word. In terme van betroubaarheid, vereis die kliënt dat die twee 110 kV transformasiesubstasie-openbare kragvoorsieninge, wat as rugsteun vir mekaar dien, volledig onafhanklik moet wees van die ingangslyn tot die uitgangslyn, en die roetes is meer as 10 m van mekaar weg. Die hooftoerusting soos GIS, transformators, en 10 kV switstoel is verdeel in verskillende fisiese ruimtes om te vermy dat 'n enkele ongeluk beide openbare kragvoorsieninge beïnvloed en dus al die besighede van die hele datacenter beïnvloed.
Aangesien die 110 kV transformasiesubstasieprojek van Data Center No.1 ruimtebeperkings, strak tydperke, en hoë aanpassingsvereistes het, is die tradisionele substasievorm moeilik om die projekvereistes te bevredig. Na besprekings en ooreenkomste met die plaaslike kragnetmaatskappy, is bevestig dat hierdie projek die vorm van 'n voorgefabriseerde modulêre 110 kV transformasiesubstasie sou gebruik.
2. Proses Layout Ontwerp
2.1 Fisiese Ruimte
Die 110 kV transformasiesubstasieprojek van Data Center No.1 het 'n totaal van 2 ingangslyne, en die kragvoorsieninge kom van die openbare kragvoorsieninge van die bo-af 220 kV transformasiesubstasies A en B. Beide die ingangslyne van die twee openbare kragvoorsieninge A en B gaan die park van die suide in deur ondergrondse begrawing. Met inagneming van die rigting van die buite openbare kraglynroetes en die huidige geboustaat in die park, is die 110 kV transformasiesubstasie in die suidweshoek van die park gestel. Die platte diagram van die 110 kV transformasiesubstasieposisie word in Figuur 1 getoon.
Die voorgefabriseerde substasie is 82 m lank, 17 m wyd, en het 'n totale vloerarea van 1 400 m². Vir 'n tradisionele substasie onder dieselfde omstandighede, is hierdie drie parameters onderskeidelik 70 m, 40 m, en 2 800 m². In vergelyking met die tradisionele substasie, is die vloerarea met meer as 50% bespaar, en kan die substasie-layout volgens die ter plekke kondisies bepaal word, wat relatief buigsam is.
Figuur 1 Skematiese diagram van die liggingplan van die 110 kV transformasiesubstasie
2.2 Proses Layout
Figuur 2 wys die proses layoutdiagram van die 110 kV transformasiesubstasie. Die binnekant van die substasie bestaan uit twee voorgefabriseerde GIS (SF6 Gas-Geesloten Metalaangedane Switstoel) hokke, een voorgefabriseerde hooftoerustinghok, en twee buiteluimte 110 kV transformators. Die layout is in 'n lineêre patroon gerangskik.
2.3 Kragroeting
Die substasie van hierdie projek is byna volledig simmetries. Soos uit Figuur 2 kan sien, met die brandmuur in die middel van die twee voorgefabriseerde hooftoerustinghokke as grens, is links en regs onderskeidelik die voorgefabriseerde GIS hokke, voorgefabriseerde hooftoerustinghokke, 110 kV transformators, en voorgefabriseerde kondensatorhokke vir Roete A en Roete B kragvoorsieninge, en die toerusting van Roete A en Roete B is volledig onafhanklik.
Die hele substasie is toegerus met 'n onafhanklike omheiningmuur en werk onafhanklik van die datacentrepark. 'n Onafhanklike ingang buite die park is aan die suidkant ingestel. Slegs professionele personeel mag die 110 kV transformasiesubstasie betree, en ander personeel het geen toegangsregte nie, wat die betroubaarheid van die substasie se operasie kan verseker.
Die GIS hok is 'n enkelvloers voorgefabriseerde hok. Binne is dit hoofsaaklik toegerus met 110 kV GIS kombinasiëlektrotegniese toerusting met 'n nominale stroom van 2 000 A. Vir elke deel van die ontwerp, is sesfluorkoolstof (SF6) 'n belangrike lugverdelgemeedium en kan in GIS toegepas word. Struktureel is GIS hoofsaaklik verdeel in verskeie dele, insluitend spanningsvermeniger, bliksemvangers, switsers, en busse, ens. Hierdie dele moet korrek verbonden word, en die betroubaarheid van elke komponent moet verseker word om die algehele funksie effektief te bereik [8].
Die hooftransformator maak hoofsaaklik gebruik van 'n driefase dubbelwindings oliegekoelde selfgekoelde transformator, wat die YN-grondingmetode gebruik, met 'n spanskynvlak van [10.5 ± (2×2.5%/0.4)] kV, en die spesifieke model is SZ11-80000/110.
Die hooftoerustinghok het 'n tweevloers struktuur. Die eerste vloer bestaan uit twee volledig onafhanklike 10 kV uitsetkasboorde, geskei deur 'n brandmuur, en onderskeidelik toegerus met 10 kV switstoelle en stasietransformators wat ooreenstem met Roete A en Roete B kragvoorsieninge. Die 10 kV switstoelle maak gebruik van metaalomhulde switstoelle toegerus met vakuumswitsers. Vir voederkasboorde, kondensators, en stasietransformators, is hul nominale stroom en breukstroom onderskeidelik 1.25 kA en 25 kA; vir ingangslyne, is dit 3.15 kA en 31.5 kA. Die kapasiteit van die stasietransformator word geselekteer as 100 kVA, wat 'n SC11-tipe droë transformator gebruik, met 'n spanskynvlak van [110 ± (8×1.25%/10.5)] kV, 'n spanningsgroepering van Dyn11, 'n impedansiespanning Uk = 4%, 'n IP40-beskermingsomhulsel, en 'n energie-effekklas van 2. Om die betroubaarheid van die stelsel te verbeter, stem elke 110 kV ingangslyn ooreen met twee seksies 10 kV busse, wat die omvang van 'n ongeluk kan verminder in geval van 'n fout.
Die tweede vloer moet toegerus word met 'n grondtransformator, 'n voorgefabriseerde kondensatorhok, ens. 'n Kondensatorbank is in die voorgefabriseerde hok geconfigureer, met 'n differensiedrukbeskerming ingestel, en 'n kapasiteit van 6 000 kVA moet bereik word. Behalwe die bogenoemde dele, is 'n yskernreaktor in hierdie ontwerp gekies, met 'n reaktiewe koers van 12%. 'n Grondkleinweerstandvolledige toerusting, met 'n grondweerstand van 10 Ω en 'n kapasiteit van 400 kVA. Die tweede vloer het ook 'n sekondêre kamer. Die sekondêre kamer is spesifiek verdeel in verskeie dele, insluitend video-toezicht, kilowatt-uur meter kasboorde, elektriese energie-verzameling, foutopname, publieke meet- en beheer, afstandsbediening kommunikasie, relaisbeskerming, rekenaarmonitoring, intelligente hulpstellingsisteme, tydsinkronisasiesisteme, ens.
2.3 Kragroeting
In terme van kragroeting, gaan die 110 kV openbare krag ingangslyne van Roete A en Roete B albei vanaf die 17-m-brede kortkant aan die regterkant binne. Die twee roetes gaan parallel binne, met 'n afstand van meer as 10 m, en word onderskeidelik na die voorgefabriseerde GIS hokke wat ooreenstem met Roete A en Roete B gelei. Die lyne van GIS na transformators vir Roete A en Roete B, die busse van transformators na 10 kV switstoelle, en die uitgaande lyne van 10 kV switstoelle is almal onafhanklik, en die afstand is meer as 10 m.
2.4 Voordelige van Proses Layout Ontwerp
Die hooftoerusting van die projek, insluitend voorgefabriseerde GIS hokke, 110 kV transformators, voorgefabriseerde hooftoerustinghokke, ens., is almal volledig geïsoleer tussen Roete A en Roete B. Die kragroeting van Roete A en Roete B is volledig geïsoleer. In vergelyking met tradisionele substasies, beslaan dit minder ruimte, het 'n hoë mate van aanpassing, is buigsam en effektief, en kan die betroubaarheidsvereistes van datacenters bevredig.
3. Voorgefabriseerde Hoktegnologie
Hierdie projek maak gebruik van 'n vol-stasie volledig modulêre voorgefabriseerde metode. Ter plekke is slegs hulpfasiliteite soos strookfundamente en brandmuure nodig. Die vervaardiging en verwerking van modulêre voorgefabriseerde hokke kan gelyktydig met die burgerlike ingenieurswerk uitgevoer word, wat die hoeveelheid burgerlike ingenieurswerk aansienlik verminder. Dit los die probleme van groot burgerlike ingenieurshoeveelhede en lang bouperiodes in die tradisionele transformasiesubstasieboumodus op, en vermy die situasie waar die substasieboustyd beperk word deur burgerlike ingenieursprojekte.
3.1 Hoktegnologie
Die voorgefabriseerde hokke word in die fabriek vervaardig en getoets, wat verfynde produkgehalte en 'n hoë standaard ontwerp-implementasievlak verseker, en die impak van ter plekke bougehalte op die toerusting vermy. Struktureel is die onderste raamkomponente van die kasskorps deur U-vormige staal verbonden, en die deure en dakbedekking is geweld met 2-mm-dik hoogwaardige gekoelrolle plaat. Dit het 'n heelstrukturale en sterk impakbestandheid.
Die eienskappe van die kasskorps word hoofsaaklik in drie aspekte weerspieël: roestbestendig, driedubbelloops struktuur, en waterdichtheid, wat die basiese operasievereistes kan bevredig en verseker dat elke komponent 'n stabiele werksstand behou. Die buitomhulsel moet 'n beskermingsvlak van IP54 of hoër bereik. Die voorgefabriseerde hokke maak gebruik van 'n volle-werktoestand ontwerp en het ook goeie wind-, seismiese- en sneeuwlastbestandheid om die veilige operasie van die toerusting te verseker.
Die toerusting binne die hok is hoogs geïntegreer. Deur die ontwerp van die hokstruktuur en die samehang van verskeie interne stelsels, bevredig die voorgefabriseerde hok die behoeftes van toerustingoperasie. Die hok neem nie net die primêre, sekondêre, en kommunikasietoerusting van die 110 kV transformasiesubstasie in ag nie, maar neem ook hulpstelsels soos omgewingsbeheer, verligting, noodsverligting, brandbeveiliging, en gronding in ag.
3.2 Hoktransport
Die hok moet hoë vereistes bevredig, hoofsaaklik wat betref vochtafbestendigheid en waterdichtheid, andersins kan die operasiegehalte nie verseker word nie. Met inagneming van die beperkings op lengte en wydte vir padtransport in hierdie projek, word die lengte van elke transporteenheid beperk tot binne 14 m, die wydte tot binne 3.4 m, en die hoogte tot binne 4.5 m. Voorgefabriseerde hokke met groter afmetings word in seksies vervoer, en ander voorgefabriseerde hokke met relatief kleiner afmetings word as 'n geheel vervoer, wat die vereistes van padtransport bevredig. As die standplaas die samestellingsvereistes bereik het, kan dit na die standplaas vervoer word vir die volgende stap samestelling.
3.3 Ter Plekke Installasie
Hierdie projek maak gebruik van 'n modulêre voorgefabriseerde metode, met minder burgerlike ingenieurswerk. Die hoof burgerlike ingenieursinhoud sluit twee groepe nuut gebou hooftransformatorfundamente, vier brandmuure met 'n lengte van 10 m en 'n hoogte van 6.5 m, twee groepe GIS hokfundamente, een groep hooftoerustinghokfundamente, een 20-m³ ongevaloliepool, 'n 198-m-lang en 2.3-m-hoë hol omheiningmuur, 14 hooftransformatorsteunpilare, en 'n 80-m-lange versterkte beton kabelgreppel in.
Die voorgefabriseerde hokke maak gebruik van 'n mode van "fabriek proefsamestelling moet uitgevoer word om die werklike operasie-situasie te simuleer + splittransport na die standplaas en dan saamgestel en geïnstalleer" ter plekke. Al die modules is reeds in die fabriek proefgesamestel, en probleme word tydig opgespoor sonder om probleme ter plekke agter te laat, wat die ter plekke bouperiode en bougehalte verseker. Ter plekke hijs en samestelling het 'n kort siklus, en daar is byna geen raaistofopsporing nie.
Vir die samestellingsoperasie van grootmaat hokkomponente, word die ter plekke samestellingsproses van "gebruik van 'n kraan om die toerusting eers te posisioneer + geleidelike duwing met 'n kettingblok + akkurate posisionering met 'n posisioneringspin" aangewend. Om te verseker dat die samestelling van die hok "strykvlak" is, word die ter plekke hijsfoto in Figuur 3 getoon.
Om die waterdichtheidsvereistes te bevredig, word die samestellingsjoints redelik ontwerp, hoofsaaklik deur die ontwerpmetodes van waterdichte materiale en meganiese strukture. By die kasskorps samestelling, word waterdichte knoppies en waterdichte flense gebruik. Nadat die samestelling voltooi is, moet sterk waterdichte lijm by die jointposisies bygevoeg word, en dan met 'n waterdichte strook behandel. Laastens moet waterdichte knoppies en foam materiaal in volgorde geïnstalleer word. Wanneer alle prosesse voltooi is en hoë gehaltevereistes bevredig, kan waterdichtheid en waterdichtheid bereik word.
Na die plasing van elke module, word primêre en sekondêre verbindingskonstruksie uitgevoer. Die kable binne die modules en die verbindingskable tussen hulle is reeds volledig in die fabriek vervaardig en geïnstalleer. Slegs die verbindingskable en busse tussen elke module moet geïnstalleer word. Wanneer elke module in die fabriek saamgestel word, is voorlopige gemeenskaplike toetsing en toetsing reeds uitgevoer, wat ook die ter plekke toetsing en aanvaardingstyd kan verkort.
Die 110 kV transformasiesubstasiebouprojek van Data Center No.1 het begin Desember met die Suzhou kragnet kommunikeer oor die plan en die voorbereidende prosedures bevorder. Na projekbesteding, toerustinginkopies, fabriek vervaardiging, ter plekke toerustingfundamente bou, ter plekke samestelling, toerustingtoetsing, en kragaanvaarding, is dit in Junie formele in bedryf gestel. Die hele proses het minder as 6 maande geneem, waarvan die tyd van projekbesteding tot projekvoltooiing en kragaanvaarding ongeveer 100 dae was, wat die projek met die kortste substasiebouperiode in die datacenterbedryf is. Dus, in vergelyking met tradisionele substasies, is die bouperiode aansienlik verkort.
Boonop hierdie voordele, as gevolg van die gebruik van die modulêre ontwerpkonsep, kan dit in die toekoms effektief opgewerk word indien nodig, wat help om die koste van instandhouding en uitbreiding te verminder, en dit wys dus ook breë ontwikkelingsperspektiewe.
