Σχεδιασμός 110 kV Προετοιμασμένης Υποσταθμίδας για Κέντρο Δεδομένων

Εισαγωγή

Με την ταχεία εξέλιξη τεχνολογιών όπως η υπολογιστική σύνδεση σε ευρύτερη κλίμακα (cloud computing) και τα μεγάλα δεδομένα, καθώς και την επιτάχυνση της ενσωμάτωσης του "Internet +" σε διάφορες βιομηχανίες, η βιομηχανία της ψηφιακής οικονομίας ανθίζει σε μεγάλες χώρες και περιοχές σε όλο τον κόσμο. Καταλαμβάνει ολοένα και πιο σημαντική θέση στην καθημερινή ζωή και την εθνική οικονομία. Ειδικά υπό την τρέχουσα επίδραση της πανδημίας COVID-19 σε παγκόσμια κλίμακα, η κατεύθυνση πτώσης της παγκόσμιας οικονομίας εντείνεται. Μόνη η ψηφιακή οικονομία έχει αντιστραφεί την τάση και διατηρεί ισχυρή δυναμική ανάπτυξης.

Το GB 50174 - 2017 Κώδικας Σχεδίασης Δεδομένων δίνει συγκεκριμένη ορισμό για κέντρα δεδομένων. Ένα κέντρο δεδομένων, ως βασική υποδομή σχετικά με τη διαχείριση και αποθήκευση δεδομένων, μπορεί να αποθηκεύει διάφορα είδη πληροφοριών δεδομένων. Επιπλέον, υποστηρίζει βασικές λειτουργίες όπως η υπολογιστική επεξεργασία και μεταφορά δεδομένων για να εξυπηρετήσει τις ανάγκες της μαζικής διαχείρισης δεδομένων. Η κατασκευή κέντρων δεδομένων έχει γίνει μια αναπόφευκτη τάση.

Στη βιομηχανία κέντρων δεδομένων, γνωστά ως ψηφιακή ακίνητη περιουσία, είναι αρκετά διαφορετικά από τα παραδοσιακά έργα υποδομών. Υπάρχουν μερικά ξεχωριστά χαρακτηριστικά κέντρων δεδομένων: υψηλή κατανάλωση ενέργειας, υψηλές απαιτήσεις αξιοπιστίας και απαίτηση για ταχεία κατασκευή. Η κατανάλωση ενέργειας των κέντρων δεδομένων είναι συγκεντρωμένη, γενικά ρυθμιζόμενη με 2N επισκιώσεις. Η τεράστια δυνατότητα κατανάλωσης ενέργειας σημαίνει ότι έργα πάρκου κέντρων δεδομένων συνήθως ρυθμίζονται με 110 kV υποσταθμίους που είναι συγκεκριμένα επιμελημένες για τους χρήστες.

Ωστόσο, η κατασκευή 110 kV υποσταθμίων έχει πολλές πόνοι, συγκεκριμένα αντικειμενοποιημένες στα εξής πτυχές: Ο κύκλος κατασκευής παραδοσιακών 110 kV υποσταθμίων στην Κίνα συνήθως απαιτεί 12-24 μήνες, περιλαμβανομένων όλων των εργασιών όπως προγραμματισμός, επιλογή τόπου, μετρήσεις, σχεδιασμός, καταχώρηση του έργου, αγορά υλικών, "τέσσερα συνδέσματα και ένα επίπεδο" (πρόσβαση σε νερό, ηλεκτρισμό, οδούς, και τηλεπικοινωνίες και επίπεδο έδαφος), κατασκευή και εγκατάσταση, δοκιμή, αποκατάσταση φυτείας, και αποδοχή παραγωγής. Ο μακρόχρονος κύκλος κατασκευής δεν μπορεί να ανταποκριθεί στην απαίτηση για ταχεία παράδοση κέντρων δεδομένων· Λόγω λόγω πελατών και δικτύων, η βιομηχανία κέντρων δεδομένων στην Κίνα είναι κυρίως εκτεταμένη στην περιοχή Πεκίνου-Τιεντζίν-Χέιπίν, τον Αγγαιοκίνδυνο, και την Περιοχή Γκουάντον-Χονγκ Κονγκ-Μακάο. Περισσότερες από αυτές τις περιοχές είναι αναπτυγμένες πόλεις με σπάνιες γης, και τα προβλήματα περιορισμού τόπου συναντώνται συχνά κατά την προγραμματισμό του έργου· Οι υποσταθμίους κέντρων δεδομένων πρέπει επίσης να προσαρμοστούν στις ευέλικτες αλλαγές της δυνατότητας των κέντρων δεδομένων.

Για τους πόνους στην κατασκευή υποσταθμίων κέντρων δεδομένων, οι προετοιμασμένες μοντουλάρες υποσταθμίους είναι μια σημαντική κατεύθυνση λύσης. Βασιζόμενες στην έννοια μοντουλάρου σχεδιασμού, οι προετοιμασμένες υποσταθμίους έχουν πλεονεκτήματα ευελιξίας και αξιοπιστίας σε σύγκριση με τις παραδοσιακές υποσταθμίους στην εφαρμογή. Όλα τα συστήματα στην προετοιμασμένη καμπίνα παράγονται, εγκαταστάνται, συνδέονται, επεξεργάζονται, και προετοιμάζονται στο εργοστάσιο. Μετά την ολοκλήρωση, μπορούν να συναρμολογηθούν άμεσα στο χώρο, επιτυγχάνοντας υψηλή αποτελεσματικότητα, μείωση της δυσκολίας κατασκευής, και υψηλό βαθμό ολοκλήρωσης. Είναι κατάλληλες για διαφορετικά σενάρια κατασκευής υποσταθμίων και δείχνουν ξεκάθαρα πλεονεκτήματα.

Αυτό το άρθρο παίρνει ως παράδειγμα το έργο κατασκευής 110 kV υποσταθμίου του Κέντρου Δεδομένων Αριθ. 1, και κάνει λεπτομερή εισαγωγή στα σενάρια εφαρμογής, τον σχεδιασμό διαδικασίας κατάταξης, και τον σχεδιασμό διαδικασίας της προετοιμασμένης καμπίνας στα κέντρα δεδομένων.

1. Περιγραφή Έργου

Το έργο Κέντρου Δεδομένων Αριθ. 1 βρίσκεται στην πόλη Σουζού, Προβίνσεια Τζιάνγκσου. Αυτό το έργο είναι μια ανακαίνιση ενός παλιού εργοστασίου. Υπάρχουν ήδη 4 εργοστάσια στο πάρκο, δηλαδή τα κτίρια A, B, C, και D. Το κύριο περιεχόμενο της κατασκευής αυτή τη φορά είναι να επιτευχθεί η συνολική ανακαίνιση του πάρκου χωρίς να αλλάξει τις υπάρχουσες συνθήκες σχεδιασμού κτιρίων και να κατασκευαστεί ένα αξιόπιστο πάρκο κέντρων δεδομένων.

Αυτό το πάρκο αναφέρεται στον Κατηγορία A πρότυπο κέντρων δεδομένων στο GB 50174 - 2017 Κώδικας Σχεδίασης Δεδομένων και προτίθεται να κατασκευάσει ένα πάρκο επιπέδου κέντρων δεδομένων που μπορεί να φέρει περισσότερα από 100.000 υψηλών επιδόσεων διακομιστές. Το πάρκο χρειάζεται να κατασκευάσει μια 110 kV υποσταθμίου για να καλύψει τις ανάγκες εφοδιασμού ενέργειας του πάρκου. Η υποσταθμία εισάγει 2 εντελώς ανεξάρτητες 110 kV δημόσιες εφοδιασμού, κάθε μία με δυναμικό 80.000 kVA, σχηματίζοντας ένα σύστημα εφοδιασμού 2N. Κατά την κανονική λειτουργία, η επιβαρυντική ταχύτητα κάθε γραμμής δεν υπερβαίνει το 50% της πλήρους επιβάρυνσης, δηλαδή 40.000 kVA. Όταν ένας δημόσιος εφοδιασμός αποτυγχάνει, ο άλλος μπορεί να φέρει όλες τις επιβαρύνσεις του κέντρου δεδομένων.

Επειδή αυτό το έργο είναι μια ανακαίνιση εργοστασίου, οι περισσότερες χώρες του έργου έχουν καταληφθεί από τα ολοκληρωμένα κτίρια A, B, C, και D, με σχετικά μεγάλες φυσικές περιορισμούς χώρου. Οι κύριες διαθέσιμες εξωτερικές χώροι είναι η ανοιχτή χώρα στα αριστερά του κτιρίου B και η ανοιχτή χώρα μεταξύ των κτιρίων B και D. Για την παραδοσιακή λύση 110 kV υποσταθμίου, όταν εγκαταστάνται 2 κύριοι μετατροπείς με δυναμικό 80.000 kVA, απαιτείται ένα ορθογώνιο χώρο με μήκος περίπου 70 m και πλάτος 40 m. Το καθαρό μήκος του χώρου στα αριστερά του κτιρίου B είναι 30 m, και το καθαρό μήκος του χώρου μεταξύ των κτιρίων B και C είναι 50 m. Λαμβάνοντας υπόψη την απόσταση προστασίας από πυρκαγιά μεταξύ της υποσταθμίου και των κτιρίων και τις απαιτήσεις του πυρκαγιοστάσιου διαδρομής του πάρκου, είναι δύσκολο για και τα δύο χώρα να καλύψουν τις απαιτήσεις χώρου κατασκευής παραδοσιακών υποσταθμίων.

Ο πελάτης του έργου Κέντρου Δεδομένων Αριθ. 1 είναι μια εταιρεία Internet. Ως βάση-τύπο έργο κέντρου δεδομένων γι' αυτόν τον πελάτη, αυτό το πάρκο θα υποστηρίξει μεγάλο αριθμό online επιχειρήσεων του πελάτη και μεγάλο όγκο μεταφοράς, λειτουργίας, αποθήκευσης, και επεξεργασίας δεδομένων πίσω από τις επιχειρήσεις. Ο πελάτης έχει υψηλές απαιτήσεις για την αξιοπιστία αυτού του κέντρου δεδομένων και είναι στενός στην παράδοση.

Όσον αφορά την παράδοση, λόγω της ταχείας ανάπτυξης της επιχείρησης δεδομένων του πελάτη, ο πελάτης έχει πολύ επείγουσα ανάγκη για το κέντρο δεδομένων, και ολόκληρο το πάρκο κέντρων δεδομένων πρέπει να παραδοθεί εντός 6 μηνών. Όσον αφορά την αξιοπιστία, ο πελάτης απαιτεί ότι οι δύο δημόσιοι εφοδιασμοί 110 kV υποσταθμίου, οι οποίοι είναι εφοδιασμοί αντικατάστασης, πρέπει να είναι εντελώς ανεξάρτητοι από την είσοδο στην έξοδο, και οι διαδρομές πρέπει να είναι πάνω από 10 m μακριά. Τα κύρια εξοπλισμό όπως GIS, μετατροπείς, και 10 kV διακόπτες είναι κατανεμημένα σε διαφορετικά φυσικά χώρα, για να αποφευχθεί ένα ατύχημα να επηρεάσει και τους δύο δημόσιους εφοδιασμούς και έτσι να επηρεάσει όλες τις επιχειρήσεις του ολόκληρου κέντρου δεδομένων.

Επειδή το έργο 110 kV υποσταθμίου του Κέντρου Δεδομένων Αριθ. 1 έχει περιορισμούς χώρου, στενές προθεσμίες, και υψηλές απαιτήσεις προσαρμογής, η παραδοσιακή μορφή υποσταθμίου είναι δύσκολο να καλύψει τις απαιτήσεις του έργου. Μετά από συζήτηση και συζήτηση με την τοπική εταιρεία δικτύου, επιβεβαιώθηκε ότι αυτό το έργο θα χρησιμοποιήσει τη μορφή μιας προετοιμασμένης μοντουλάρης 110 kV υποσταθμίου.

2. Σχεδιασμός Διαδικασίας Κατάταξης
2.1 Φυσικός Χώρος

Το έργο 110 kV υποσταθμίου του Κέντρου Δεδομένων Αριθ. 1 έχει συνολικά 2 εισερχόμενες γραμμές εφοδιασμού, και οι εφοδιασμοί προέρχονται από τους δημόσιους εφοδιασμούς 220 kV υποσταθμίων A και B αντίστοιχα. Και οι δύο εισερχόμενες γραμμές των δημόσιων εφοδιασμών A και B εισέρχονται στο πάρκο από το νότιο μέρος μέσω υπόγειας θάλασσας. Λαμβάνοντας υπόψη την κατεύθυνση των εξωτερικών διαδρομών δημόσιων εφοδιασμών και την τρέχουσα κατάσταση κτιρίων στο πάρκο, η 110 kV υποσταθμία έχει τοποθετηθεί στη νοτιοδυτική γωνία του πάρκου. Το σχεδιαγράμμα τοποθεσίας της 110 kV υποσταθμίου είναι δείκνυμενο στο Σχήμα 1.

Σχήμα 1 Σχεδιαγράμμα τοποθεσίας της 110 kV υποσταθμίου

2.2 Σχεδιασμός Διαδικασίας

Το Σχήμα 2 δείχνει το σχεδιαγράμμα διαδικασίας της 110 kV υποσταθμίου. Το εσωτερικό της υποσταθμίου αποτελείται από δύο προετοιμασμένες καμπίνες GIS (SF6 Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear), μια προετοιμασμένη καμπίνα κύριου εξοπλισμού, και δύο εξωτερικούς 110 kV μετατροπείς. Η διάταξη είναι σε γραμμικό σχήμα.

2.3 Διαδρομή Ρεύματος