110 kV prefabrikirovannaya podstantsiya üçün dizayn Data Center üçün

Giriş

Bulut hesaplama və böyük verilənlər kimi texnologiyaların sürətli inkişafı və "İnternet +"-in müxtəlif sahələrə sızdırılması ilə birlikdə, rəqəmsal iqtisadiyyat məhsulu dünya əhalisinin çoxsaylı ölkələrində və ərazilərində təbii şəkildə inkişaf etməkdədir. Onun həyatda və milli iqtisadında artan dərəcədə vacib mövqe tutması gözlənilir. Xüsusən də hazırkı cümlədən COVID-19 pandemiyasının dünya miqyasında təsiri altında, dünya iqtisadının geridən getməsi intensivləşir. Yalnız rəqəmsal iqtisad bu tendensiyanın qarşısına çıxaraq güclü inkişaf momentumunu saxlayır.

GB 50174 - 2017 Verilənlər Mərkəzi Layihə Şərtləri verilənlər mərkəzini xüsusi təyin edir. Verilənlər mərkəzi, verilənlərin idarə edilməsi və saxlanılması ilə bağlı temel təchizat kimi müxtəlif növ verilənlər məlumatını saxlaya bilir. Bununla yanaşı, massiv verilənlərin idarə edilməsi ehtiyacını qarşılamaq üçün verilənlər hesablaması və köçürməsi kimi əsas funksiyaları də dəstəkləyir. Verilənlər mərkəzinin tikintisi bədbək bir trend halına gəlməktədir.

Verilənlər mərkəzi sahəsində onu rəqəmsal emlak adlandırırlar, bu da tradisiya ilə tanınan infrastruktur layihələrindən fərqlidir. Burada verilənlər mərkəzinin bir neçə üstünlük növü var: yüksək enerji istehlakı, yüksək nəzərdə tutulan məhkəmlik tələbləri və tez tikinti sürəti. Verilənlər mərkəzlerinin enerji istehlakı qonsentrasiyaya malikdir, ümumiyyətlə 2N redundanslı konfiqurasiya olaraq təyin edilir. Bu böyük enerji istehlak kapasitəsi, park səviyyəsindəki verilənlər mərkəzi layihələrinin adətən müştərilərə xüsusi 110 kV transformator stansiyaları təmin etməsinə səbəb olur.

Ancaq 110 kV transformator stansiyalarının tikintisi də bir çox problemlərə malikdir, ki, bunlar aşağıdakı aspektlərdə açığa çıxır: Çin ərazisində geleneksel 110 kV transformator stansiyalarının tikinti dövrü adətən 12-24 ay arasıdır, planlaşdırma, yer seçimi, sərhədçilik, layihələndirmə, layihə qeydiyyatı, material tədariki, "dörd birləşmə və bir düzəliş" (su, elektrik, yol, telekomunikasiya və torpaq düzəlişi), tikinti və montaj, testləmə, yağaçlandırma və istehsal qəbulu kimi tam dövr işləri daxil olmaqla. Uzun tikinti dövrü verilənlər mərkəzinin tez təhvil alındığı tələblərlə uyğun düşmür; Müştəri və şəbəkə səbəbləri ilə birgə, Çindəki verilənlər mərkəzi sahəsi əsasən Beijing-Tianjin-Hebei ərazi, Yangtze Dəlləsi və Qandahar-Makao Boğazı əraziyə yayılmışdır. Bu ərazilərin çoxu nisbətən inkişaf etmiş şəhərlərdir və torpaq resursları azdır, dolayısıyla layihə planlaşdırmasında yer limitləri problemlərinə nəzik olunur; Verilənlər mərkəzi transformator stansiyaları belə verilənlər mərkəzindəki fleksibil kapasitet dəyişikliklərinə də uyğunlaşmalıdır.

Verilənlər mərkəzi transformator stansiyalarının tikintisindəki problemlərə görə, prefabricativ modulyar transformator stansiyaları əhəmiyyətli bir həll yolu ifadə edir. Modulyar layihə anlayışına əsaslanan prefabricativ transformator stansiyaları, geleneksel transformator stansiyalarına nisbətən uygulamada fleksibilitə və məhkəmlik üstünlükləri ilə qarşı çıxır. Prefabricativ kabinda bütün sistamlar fabrikada istehsal, montaj, şəbəkələndirilmə, testlənmə və öncədən montaj olunur. Tamamlanıb sonra, onlar doğrudan sahədə monte edilə bilər, bu da effektivliyə, tikinti çətinliklərinə azalma və yüksək dərəcədə inteqrasiyaya səbəb olur. Onlar müxtəlif transformator stansiyası tikinti sənaryuları üçün uyğundur və açıq-rəng üstünlüklər göstərir.

Bu məqalə, Verilənlər Mərkəzi No.1-in 110 kV transformator stansiyası tikinti layihəsini nümunə kimi götürür və prefabricativ transformator stansiyalarının verilənlər mərkəzlərindəki tətbiq sahələri, proses planlaşdırma dizaynı və prefabricativ kabın proses dizaynını detallı şəkildə təsvir edir.

1. Layihənin Ümumi Baxışı

Verilənlər Mərkəzi No.1 layihəsi Cinin Ciansu provinsiyasında Suzhou şəhərində yerləşir. Bu layihə, bir eski zavod binasının yenilənməsidir. Parkda artıq A, B, C və D binaları olan 4 zavod binası var. Bu dəfə əsas tikinti məzmunu, mövcud bina planlaşdırma şərtlərini dəyişmədən parkın ümumi yenilənməsini və məhkəm bir verilənlər mərkəzi parkı tikmək olduğunu təmin etməkdir.

Bu park, GB 50174 - 2017 Verilənlər Mərkəzi Layihə Şərtləri-dəki A sinif verilənlər mərkəzi standartına əsaslanır və 100,000-dən çox yüksək performanslı serverləri saxlaya bilən park səviyyəsindəki verilənlər mərkəzinin tikilməsini planlayır. Park, parkın enerji təminatı tələblərini ödəmək üçün 110 kV transformator stansiyası tikməlidir. Stansiya 80,000 kVA kapasitəli 2 tamamilə müstəqil 110 kV şəbəkə enerjisi daxili hatlarını təqdim edir, bu da 2N enerji təminat sisteminin formalaşmasını təmin edir. Normal iş rejimində, hər hattın yük nisbəti onun tam yük kapasitəsinin 50%-indən çox olmamalıdır, yəni 40,000 kVA. Bir şəbəkə enerjisi daxili hatı arızaya uğradıqda, digəri verilənlər mərkəzinin bütün yükünü taşıyabilər.

Bu layihə bir zavod binasının yenilənməsi olduğu üçün, layihənin çox hissəsi A, B, C və D binaları tərəfindən işgal edilmişdir, bu da nisbətən böyük fiziki məkan limitlərinə səbəb olur. Əsas istifadə edilə biləcək室外空间主要是B楼左侧的开阔地以及B楼和D楼之间的开阔地。对于传统的110 kV变电站方案，安装2台容量为80,000 kVA的主变压器时，需要一个长约70米、宽约40米的矩形场地。B楼左侧场地净距为30米，B楼与C楼之间的场地净距为50米。考虑到变电站与建筑物之间的防火距离以及园区消防环路的要求，两个场地都难以满足传统变电站的建设空间需求。 数据中心一号项目的客户是一家互联网企业。作为该客户的基地型数据中心项目，该园区将支持大量在线业务及其背后的数据传输、运行、存储和处理。客户对这个数据中心的可靠性要求很高，并且交付时间紧迫。 在交付时间方面，由于客户数据业务的快速发展，客户对数据中心的需求非常迫切，整个数据中心园区需要在6个月内交付。在可靠性方面，客户要求110 kV变电站的两路市电互为备用，从进线到出线完全独立，路径间距超过10米。GIS、变压器、10 kV开关柜等主要设备分布在不同的物理空间内，以避免单一事故影响两路市电，从而影响整个数据中心的所有业务。 由于数据中心一号项目的110 kV变电站工程存在空间限制、时间紧迫及高定制化要求，传统的变电站形式难以满足项目要求。经过与当地电网公司的协商讨论，确认该项目将采用预制模块化110 kV变电站的形式。 ### 2. 工艺布局设计 #### 2.1 物理空间 数据中心一号项目的110 kV变电站共有2回进线电源，分别来自上游220 kV变电站A站和B站。两路市电进线均从南侧通过地下埋管进入园区。考虑到外部市电线路走向及园区现有建筑情况，110 kV变电站设在园区西南角。110 kV变电站位置平面示意图如图1所示。 预制变电站长82米，宽17米，总建筑面积1,400平方米。相同条件下，传统变电站这三个参数分别为70米、40米和2,800平方米。与传统变电站相比，占地面积节省了50%以上，且可以根据现场条件确定变电站布局，相对灵活。  **图1 110 kV变电站位置平面示意图** #### 2.2 工艺布局 图2为110 kV变电站工艺布局图。变电站内部由两座预制GIS（SF6气体绝缘金属封闭开关设备）舱、一座预制主设备舱以及两台户外110 kV变压器组成，呈线性布置。  #### 2.3 供电路由 本项目变电站基本完全对称。从图2可以看出，以两座预制主设备舱中间的防火墙为界，左右两侧分别为A路和B路电源的预制GIS舱、预制主设备舱、110 kV变压器以及预制电容器舱，A路和B路设备完全独立。 整个变电站设有独立的围墙，与数据中心园区独立运行，在南侧设有独立的出园入口。只有专业人员可以进入110 kV变电站，其他人员无权进入，从而确保变电站运行的可靠性。 GIS舱为单层预制舱，内部主要配置额定电流为2,000 A的110 kV GIS组合电器。在设计的每个部分中，六氟化硫（SF6）是重要的灭弧介质并应用于GIS中。结构上，GIS主要分为电压互感器、避雷器、断路器、套管等多个部分，这些部分需要正确连接，并确保每个组件的可靠性，才能有效实现整体功能[8]。 主变压器主要采用三相双绕组油浸自冷变压器，采用YN接地方式，电压等级为[10.5 ± (2×2.5%/0.4)] kV，具体型号为SZ11-80000/110。 主设备舱为双层结构，第一层由两个完全独立的10 kV出线柜舱组成，中间用防火墙隔开，分别配置A路和B路电源对应的10 kV开关柜和站用变压器。10 kV开关柜采用真空断路器的铠装开关柜，馈线柜、电容器、站用变压器的额定电流和开断电流分别为1.25 kA和25 kA；进线柜分别为3.15 kA和31.5 kA。站用变压器容量选为100 kVA，采用SC11型干式变压器，电压为[110 ± (8×1.25%/10.5)] kV，接线组别为Dyn11，阻抗电压Uk = 4%，防护外壳为IP40，能效等级为2级。为了提高系统的可靠性，每路110 kV进线对应两段10 kV母线，这样可以在故障时缩小事故范围。 第二层需要配置接地变压器、预制电容器舱等。预制舱内配置一组电容器组，设置差压保护，需达到6,000 kVA的容量。此外，本设计中还选用了铁芯电抗器，电抗率为12%。一套小电阻接地成套装置，接地电阻为10 Ω，容量为400 kVA。第二层还设有二次室，二次室具体分为视频监控、电能表柜、电能量采集、故障录波、公测控、远动通信、继电保护、计算机监控、智能辅助控制系统、时钟同步系统等多个部分。 #### 2.3 供电路由 在供电路由方面，A路和B路110 kV市电进线均从右侧17米宽的短边进入。两条线路平行进入，间距超过10米，分别引入A路和B路对应的预制GIS舱。A路和B路从GIS到变压器的线路、从变压器到10 kV开关柜的母线以及10 kV开关柜的出线均为独立，间距超过10米。 #### 2.4 工艺布局设计的优势 本项目的主要设备，包括预制GIS舱、110 kV变压器、预制主设备舱等，在A路和B路之间完全隔离。A路和B路的供电路由完全隔离。与传统变电站相比，它占用空间少，定制化程度高，灵活有效，能够满足数据中心的可靠性要求。 ### 3. 预制舱技术 本项目采用全站全模块化预制的方式，现场仅需施工条形基础、防火墙等辅助设施。模块化预制舱的生产和加工可以与土建工程同时进行，大大减少了土建工程量，解决了传统变电站建设模式中土建工程量大、建设周期长的问题，避免了变电站建设时间受土建工程限制的情况。 #### 3.1 舱体技术 预制舱在工厂生产调试，确保产品质量精湛、高标准设计实施水平，避免了现场施工质量对设备的影响。结构上，箱体底架部件采用槽钢连接，门板和顶盖焊接2毫米厚优质冷轧钢板，具有整体结构和强抗冲击性。 箱体的特点主要体现在三个方面：防腐、三层结构和密封，可以满足基本运行要求，确保各部件保持稳定的工作状态。外壳需达到IP54以上的防护等级。预制舱采用全天候设计，还具有良好的抗风、抗震和雪载能力，确保设备安全运行。 舱内设备高度集成，通过舱体结构设计和各内部系统的协调，预制舱满足了设备运行的需求。舱内不仅考虑了110 kV变电站的一次、二次和通信设备，还考虑了环境控制、照明、应急照明、消防、接地等辅助系统。 #### 3.2 舱体运输 舱体需要满足高要求，主要涉及防潮和密封性能，否则无法保证运行质量。考虑到本项目道路运输对长度和宽度的限制，每个运输单元的长度限制在14米以内，宽度限制在3.4米以内，高度限制在4.5米以内。尺寸较大的预制舱分段运输，尺寸较小的预制舱整体运输，满足道路运输要求。如果现场达到组装要求，可以运输到现场进行下一步组装。 #### 3.3 现场安装 本项目采用模块化预制方式，土建工程量较少。主要土建内容包括新建两组主变压器基础、四面长10米、高6.5米的防火墙、两组GIS舱基础、一组主设备舱基础、一个20立方米的事故油池、一条长198米、高2.3米的空心围墙、14个主变压器支架和一条80米长的钢筋混凝土电缆沟。 预制舱采用“工厂试装模拟实际运行情况+分段运输到现场后再拼装”的方式。所有模块已在工厂试装，及时发现并解决问题，不留问题在现场，确保现场施工周期和施工质量。现场吊装和组装周期短，几乎没有原材料堆积。 对于大型舱体部件的拼接，现场采用“使用起重机初步定位设备+逐步推拉葫芦+精确定位销”的拼接工艺。为确保舱体拼接“严丝合缝”，现场吊装照片如图3所示。 为了满足密封要求，拼接接头合理设计，主要采用密封材料和机械结构的设计方法。在箱体拼接中，使用防水扣和防水法兰。拼接完成后，接缝处需添加强力防水胶，然后用密封条处理。最后依次安装防水扣和发泡材料。当所有工序完成并达到高质量要求后，可实现密封和防水。 每个模块就位后，进行一次和二次连接施工。模块内的电缆和模块间的连接电缆已在工厂全部生产和安装，只需安装模块间的连接电缆和母线。每个模块在工厂组装时已进行了初步联调和测试，这也可以缩短现场调试和验收时间。 数据中心一号项目的110 kV变电站建设工程于12月初开始与苏州电网沟通方案并推进前期手续。经过项目招标、设备采购、工厂生产、现场设备基础施工、现场组装、设备调试、送电验收等环节，于6月初正式投入运行。整个过程不到6个月，其中从项目中标到项目完工送电验收的时间约为100天，是数据中心领域变电站建设周期最短的项目之一。因此，与传统变电站相比，建设时间大大缩短。 除了这些优势外，由于采用了模块化设计理念，未来必要时可以高效升级，有助于降低维护和扩展成本，因此也显示出广阔的发展前景。 ### 4. 结论 预制变电站解决了数据中心领域传统变电站的痛点。 - 预制变电站长82米，宽17米，总建筑面积1,400平方米。与传统变电站相比，节约了50%以上的建筑面积，并可根据现场条件确定变电站布局，相对灵活。 - 通过预制变电站的工艺布局，主设备舱和供电路由可以实现A路和B路之间的完全隔离，满足数据中心的可靠性要求。 - 预制变电站的所有设备都在工厂生产、组装和调试，可以通过公路快速运输到项目现场，并在现场像搭积木一样快速拼装，满足数据中心快速交付的要求。 - 项目已正式投入运行。目前系统运行稳定，设备状况良好，与上级基站的保护控制和通信正常，为数据中心的可靠运行提供了安全保障。 预制模块化变电站代表了一种不断发展的技术，其建设旨在更好地服务于电网和用户。在确保安全、可靠和经济性的前提下，满足快速建设、节约空间和减少投资的需求。相信随着国家对数据中心等新基建的大力推动和预制模块化变电站技术的不断成熟，未来将有越来越多的预制模块化变电站在数据中心建成并交付。