Проект на предварително изграждане на 110 кВ подстанция за център за данни

Въведение

С бързото развитие на технологии като облака и големите данни, както и с ускореното проникване на „Интернет +“ в различни отрасли, индустрията на цифровата икономика процъфтява в основните страни и региони по света. Тя заема все по-важно място в ежедневния живот и националната икономика. Особено при текущия глобален удар на пандемията COVID-19, когато спадът на световната икономика се засилва, само цифровата икономика е противопоставила тенденцията и поддържа силна динамика на развитие.

GB 50174 - 2017 Проектен стандарт за центрове за данни дава конкретна дефиниция на центровете за данни. Центърът за данни, като основна инфраструктура, свързана с управлението и съхранението на данни, може да съхранява различни видове информация. Освен това поддържа основни функции като изчисление и предаване на данни, за да отговарят на нуждите на масивното управление на данни. Строителството на центрове за данни е станало неизбежна тенденция.

В индустрията на центровете за данни, известна като цифрова недвижима собственост, която е много различна от традиционните инфраструктурни проекти, има няколко явни характеристики: високо енергопотребление, високи изисквания за надеждност и необходимост от бързо строителство. Енергопотреблението на центровете за данни е концентрирано, обикновено конфигурирано с 2N резервация. Голямата капацитет за енергопотребление означава, че парковете с центрове за данни обикновено конфигурират потребителски специфични 110 kV подстанции.

Строителството на 110 kV подстанции обаче има много болезнени точки, които са конкретно изразени в следните аспекти: строителният цикъл на традиционните 110 kV подстанции в Китай обикновено отнема 12-24 месеца, включващ всички циклуси на работа, като планиране, избор на локация, геодезически измервания, проектуване, регистрация на проект, закупуване на материали, „четири връзки и едно равнище“ (достъп до вода, електричество, пътища, телекомуникации и равнище на земята), строителство и монтаж, настройка, восстановяване на зелени повърхности и приемане на производство. Дългият строителен цикъл не може да съответства на изискванията за бърза доставка на центровете за данни; поради причини, свързани с клиентите и мрежата, индустрията на центровете за данни в Китай е най-често разпределена в региона Пекин-Тяньджин-Хебей, долното течение на река Янцзы и района Гуандун-Хонг Конг-Макао. Много от тези региони са относително развити градове с ограничени земни ресурси и често се сблъскват с проблеми, свързани с ограниченията на локациите по време на планирането на проекта; подстанциите на центровете за данни също трябва да се адаптират към гъвкавите промени в капацитета на центровете за данни.

За болезнените точки в строителството на подстанции на центровете за данни, модулните предварително изработени подстанции са важна насока за решение. На базата на концепцията за модулно проектиране, модулните предварително изработени подстанции имат предимства като гъвкавост и надеждност в сравнение с традиционните подстанции при приложение. Всички системи в предварително изработените кабини се произвеждат, инсталират, свързват, тестират и предварително монтират в завод. След завършване те могат директно да бъдат сглобени на местонахождението, постигайки висока ефективност, намалявайки трудността на строителството и имайки високо ниво на интеграция. Те са подходящи за различни сценарии на строителство на подстанции и показват явни предимства.

Тази статия взима за пример проекта за строителство на 110 kV подстанция на Център 1 за данни и прави детайлно представяне на приложението, дизайна на процесна композиция и процесния дизайн на предварително изработените кабини в подстанциите на центровете за данни.

1. Преглед на проекта

Проектът Център 1 за данни е разположен в град Сужу, провинция Юйян. Този проект е ремонтен на стара фабрика. В парка вече има 4 фабрични здания, а именно здания A, B, C и D. Основното съдържание на строителството този път е да се осъществи общият ремонт на парка без промяна на съществуващите условия за планиране на зданията и да се построи надежден парк за данни.

Този парк се придържа към стандарта за клас А на центровете за данни в GB 50174 - 2017 Проектен стандарт за центрове за данни и планира да построи парков център за данни, който може да носи повече от 100 000 високопроизводителни сървъра. Паркът трябва да построи 110 kV подстанция, за да удовлетвори енергийните изисквания на парка. Подстанцията вкарва 2 напълно независими 110 kV обществени електроенергийни доставки, всяка с капацитет 80 000 kVA, формирайки система за електроенергийно снабдяване 2N. При нормална работа, нагрузката на всяка линия не надхвърля 50% от нейния максимален капацитет, тоест 40 000 kVA. Когато един обществен източник на електроенергия се повреди, другият може да носи всички нагрузки на центъра за данни.

Тъй като този проект е ремонтен на фабрика, повечето пространство на земята на проекта вече е заето от завършените здания A, B, C и D, с относително големи физически пространствени ограничения. Основните налични открити пространства са отвореното пространство вляво от здание B и отвореното пространство между здание B и здание D. За традиционната схема на 110 kV подстанция, когато се инсталират 2 главни трансформатора с капацитет 80 000 kVA, се изисква правоъгълна площ с дължина около 70 м и ширина 40 м. Чистото разстояние на площадката вляво от здание B е 30 м, а чистото разстояние на площадката между здание B и здание C е 50 м. При положение, че се вземат предвид противопожарните разстояния между подстанцията и зданията и изискванията на противопожарната кръгова пътека в парка, трудно е и двете площадки да удовлетворят пространствените изисквания за строителство на традиционни подстанции.

Клиентът на проекта Център 1 за данни е интернет компания. Като основен проект на център за данни за този клиент, този парк ще подкрепя голям брой онлайн бизнеси на клиента и голямо количество данни, които се предават, обработват, съхраняват и обработват зад бизнесите. Клиентът има високи изисквания към надеждността на този център за данни и е ограничен по сроковете за доставка.

По отношение на сроковете за доставка, тъй като данните на клиента се развива бързо, клиента има много спешна нужда от центъра за данни, и целият парк за данни трябва да бъде доставен в рамките на 6 месеца. По отношение на надеждността, клиента изисква двата обществени източника на електроенергия 110 kV, които са резервни един за друг, да бъдат напълно независими от входящата до изходящата линия, и маршрутовете да са на повече от 10 м разстояние. Главното оборудване като GIS, трансформатори и 10 kV комутационно оборудване са разпределени в различни физически пространства, за да се избегне единична авария да влияе на двата обществени източника на електроенергия и следователно да влиять на всички бизнеси на целия център за данни.

Тъй като проектът 110 kV подстанция на Център 1 за данни има ограничения в пространството, строги ограничения по време и високи изисквания за персонализация, традиционната форма на подстанция е трудно да удовлетвори изискванията на проекта. След преговори и обсъждания с местната електроенергийна мрежа, беше потвърдено, че този проект ще използва форма на модулна предварително изработена 110 kV подстанция.

2. Процесен дизайн на композицията
2.1 Физическо пространство

Проектът 110 kV подстанция на Център 1 за данни има общо 2 входящи електроенергийни линии, и електроенергийните доставки идват от обществените електроенергийни доставки на горните 220 kV подстанции A и B. И двете входящи линии на обществените електроенергийни доставки A и B влизат в парка от юг чрез подземно заровяване. При положение, че се вземат предвид маршрутите на външните обществени електроенергийни линии и съществуващата ситуация на зданията в парка, 110 kV подстанцията е разположена в югозападния ъгъл на парка. Плановата схема на местонахождението на 110 kV подстанцията е показана на фигура 1.

Предварително изработената подстанция е с дължина 82 м, широчина 17 м и общо площ 1,400 м². За традиционна подстанция при същите условия, тези три параметъра са съответно 70 м, 40 м и 2,800 м². В сравнение с традиционната подстанция, площта е спестена с повече от 50%, и композицията на подстанцията може да бъде определена в зависимост от местните условия, което е относително гъвкаво.

Фигура 1 Схема на плана на местонахождението на 110 kV подстанция

2.2 Процесен дизайн

Фигура 2 показва процесния дизайн на 110 kV подстанцията. Вътрешността на подстанцията се състои от две предварително изработени GIS (SF6 Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear) кабини, една предварително изработена главна кабина за оборудване и два външни 110 kV трансформатора. Композицията е разположена в линейен модел.

2.3 Енергийни маршрути

Подстанцията на този проект е основно напълно симетрична. Както може да се види от фигура 2, вземайки средната противопожарна стена между двете предварително изработени главни кабини за оборудване като граница, вляво и вдясно са съответно предварително изработените GIS кабини, предварително изработените главни кабини за оборудване, 110 kV трансформатори и предварително изработени кабини за кондензатори за маршрута A и маршрута B, и оборудването за маршрута A и маршрута B са напълно независими.

Цялата подстанция е оборудвана с независима ограда и работи независимо от парка за данни. На южната страна е поставена независима входна врата, извеждаща от парка. Само професионални лица са допуснати да влязат в 110 kV подстанцията, а други лица нямат достъп, което може да гарантира надеждността на операцията на подстанцията.

GIS кабината е едноетажна предварително изработена кабина. Вътре е оборудвана главно с 110 kV GIS комбинирани електроуреди с номинална токова мощност 2,000 A. За всяка част от дизайна, шести-флуориден сулфур (SF6) е важен средство за изгасване на дъга и може да се приложи в GIS. Структурно, GIS е разделен на няколко части, включително напрегнатостни трансформатори, грозници, прекъсватели и изходни клеми, и т.н. Тези части трябва да бъдат коректно свързани, и надеждността на всеки компонент трябва да бъде гарантирана, за да се постигне ефективно цялостната функция [8].

Главният трансформатор използва главно трифазен двоен обиколен масло-изолиран самонагреващ се трансформатор, прилагайки метода YN, с напрежение [10.5 ± (2×2.5%/0.4)] kV, и конкретният модел е SZ11 - 80000/110.

Главната кабина за оборудване има двуетажна структура. Първият етаж се състои от две напълно независими 10 kV изходни кабини, разделени от противопожарна стена, и съответно оборудвани с 10 kV комутационно оборудване и трансформатори за обслужване на станцията, свързани с маршрута A и маршрута B. 10 kV комутационното оборудване използва метално-облицовано комутационно оборудване, оборудвано с вакуумни прекъсватели. За фидерни кабини, кондензатори и трансформатори за обслужване на станцията, техният номинален ток и прекъсващ ток са съответно 1.25 kA и 25 kA; за входящите линии, те са 3.15 kA и 31.5 kA. Капацитетът на трансформатора за обслужване на станцията е избран като 100 kVA, използвайки SC11-тип сух трансформатор, с напрежение [110 ± (8×1.25%/10.5)] kV, схема на връзка Dyn11, импедансно напрежение Uk = 4%, IP40 защитна кабина и енергийна ефективност клас 2. За да се подобри надеждността на системата, всеки 110 kV входяща линия съответства на две секции 10 kV шини, което може да намали обхвата на аварията в случай на дефект.

На втория етаж трябва да бъде оборудвана заземена трансформатор, предварително изработена кабина за кондензатор, и т.н. В предварително изработената кабина е конфигурирана банка от кондензатори, с установена диференциална защита, и трябва да се постигне капацитет 6,000 kVA. Освен по-гореспоменатите части, в този дизайн е избран железен реактор, с реактивно съпротивление 12%. Пълна уредба за малко заземено съпротивление, с заземено съпротивление 10 Ω и капацитет 400 kVA. На втория етаж има и вторична стая. Вторичната стая е конкретно разделена на няколко части, включително видео наблюдение, киловат-часови сметачни кабини, събиране на електроенергия, запис на дефекти, обществени измервания и контрол, телеуправление, релейна защита, компютърно наблюдение, интелигентни възприемчиви контролни системи, синхронизация на време, и т.н.

2.3 Енергийни маршрути

По отношение на енергийните маршрути, 110 kV обществените електроенергийни входящи линии на маршрута A и маршрута B влизат от 17-метровата къса страна отдясно. Двете маршрута влизат успоредно, с разстояние повече от 10 м, и са съответно вкарани в предварително изработените GIS кабини, свързани с маршрута A и маршрута B. Линиите от GIS до трансформаторите за маршрута A и маршрута B, шините от трансформаторите до 10 kV комутационното оборудване, и изходящите линии на 10 kV комутационното оборудване са всички независими, и разстоянието е повече от 10 м.

2.4 Предимства на процесния дизайн на композицията

Основното оборудване на проекта, включително предварително изработени GIS кабини, 110 kV трансформатори, предварително изработени главни кабини за оборудване, и т.н., са напълно изолирани между маршрута A и маршрута B. Енергийните маршрути на маршрута A и маршрута B са напълно изолирани. В сравнение с традиционните подстанции, заема по-малко пространство, има високо ниво на персонализация, е гъвкаво и ефективно, и може да удовлетвори изискванията за надеждност на центровете за данни.

3. Технология на предварително изработените кабини

Този проект използва цялостен модулно предварително изработен метод. На местонахождението, само са необходими въспомогателни устройства, като лентови фундаменти и противопожарни стени. Производството и обработката на модулно предварително изработени кабини могат да се извършат едновременно с гражданските строителни работи, значително намалявайки количеството на гражданските строителни работи. Решава проблемите с големите количества на гражданските строителни работи и дългите строителни цикли в традиционния модел на строителство на подстанции, и избягва ситуацията, в която времето за строителство на подстанцията е ограничено от гражданските строителни проекти.

3.1 Технология на кабините

Предварително изработените кабини се произвеждат и тестват в завод, гарантирайки изключително качество на продукта и високо ниво на реализация на дизайн, и избягва влиянието на качеството на строителството на местонахождението върху оборудването. Структурно, долните рамни компоненти на кутията са свързани чрез U-образна стомана, а вратите и покривите са сварени с 2-милиметрова висококачествена холодно-валчеста плоча. Има цялостна структура и силна устойчивост към удари.

Характеристиките на кутията са основно изразени в три аспекта: антикорозионни, три-слойна структура и герметизация, които могат да удовлетворят основните оперативни изисквания и да гарантират, че всеки компонент поддържа стабилно работно състояние. Външната обвивка трябва да достигне ниво на защита IP54 или по-високо. Предварително изработените кабини използват дизайн за цялостно състояние и също имат добра устойчивост към вятъра, сейсмичният фактор и снежна нагласа, за да гарантират безопасната операция на оборудването.

Оборудването в кабината е високо интегрирано. Чрез дизайна на структурата на кабината и координацията на различните вътрешни системи, предварително изработената кабина удовлетворява нуждите на операцията на оборудването. Кабината не само взема предвид основните, вторични и комуникационни устройства на 110 kV подстанцията, но и взема предвид въспомогателни системи, като контрол на околната среда, осветление, аварийно осветление, пожарна сигурност и заземяване.

3.2 Транспортиране на кабините

Кабината трябва да отговаря на високи изисквания, главно свързани с водонепроницаемост и герметизация, в противен случай качеството на операцията не може да бъде гарантирано. При положение, че се вземат предвид ограниченията за дължина и ширина при транспортиране по пътя в този проект, дължината на всяка транспортна единица е ограничена до 14 м, ширина до 3.4 м, и височина до 4.5 м. Предварително изработените кабини с по-големи размери се транспортират на части, а други предварително изработени кабини с относително по-малки размери се транспортират цялостно, удовлетворявайки изискванията за транспортиране по пътя. Ако местонахождението е достигнало изискванията за сглобяване, то може да бъде транспортирано до местонахождението за следващата стъпка на сглобяване.

3.3 Инсталация на местонахождението

Този проект използва модулно предварително изработен метод, с по-малко граждански стр