עיצוב של תחנת כוח מוכנה ב-110 ק"ו数据中心预制110 kV变电站设计 请允许我纠正上述翻译，以符合希伯来语的准确翻译要求： עיצוב של תחנת כוח מוכנה ב-110 ק"ו למרכז נתונים

הקדמה

עם התפתחות מהירה של טכנולוגיות כמו ענן ונתונים גדולים, וה חדירה המאיצה של "אינטרנט +" לתעשיות שונות, התעשייה הדיגיטלית מתפתחת במהירות במדינות ואזורים מרכזיים ברחבי העולם. היא מחזיקה במקום חשוב יותר ויותר בחיים היומיומיים והכלכלה הלאומית. במיוחד תחת השפעת מגפת הקורונה גלובלית הנוכחית, מגמת ירידה בכלכלת העולם מתחזקת. רק הכלכלה הדיגיטלית נעה נגד מגמה זו ושומרת על מומנטום חזק להתפתחות.

GB 50174 - 2017 תקנות תכנון למרכזים נתונים מציג הגדרה ספציפית למרכזים נתונים. מרכז נתונים, כמתקן בסיסי הקשור לניהול ומחסן נתונים, יכול להכיל סוגים שונים של מידע נתונים. בנוסף, הוא גם תומך בפונקציות בסיסיות כמו חישוב נתונים והעברת נתונים כדי לענות על הצרכים של ניהול נתונים מסיביים. בניית מרכזים נתונים הפכה לטרנד בלתי נמנע.

בתעשיית מרכזים הנתונים, היא מכונה נדל"ן דיגיטלי, שמשתלב בצורה שונה מאוד ממיזמי תשתיות מסורתיים. הנה כמה מאפיינים בולטים של מרכזים נתונים: צריכת חשמל גבוהה, דרישות אמינות גבוהות, ומגמה לבנייה מהירה. צריכת החשמל של מרכזים נתונים מרוכזת, בדרך כלל עם תצורה של 2N רזרבה. יכולת צריכת החשמל הענקית פירושה שמיזמי מרכז נתונים ברמת הפארק בדרך כלל מתכוננים עם תחנות כוח 110 kV מותאמות ללקוח.

עם זאת, בניית תחנות כוח 110 kV יש לה מספר נקודות כאב, המבטאות באופן ספציפי באספקטים הבאים: זמן הבנייה של תחנות כוח 110 kV מסורתיות בסין בדרך כלל נמשך 12-24 חודשים, כולל כל תוכן העבודה לאורך כל המחזור כגון תכנון, בחירת אתר, סקר, תכנון, הרשאת פרויקט, רכישת חומרים, "ארבעה חיבורים ואחד מישור" (גישה למים, חשמל, דרכים ותקשורת ושטיחת אדמה), בניה והתקנה, בדיקה, שחזור צמחייה וקבלת תוצר. זמן הבנייה הארוך אינו מתאים לדרישה להצגת מהירה של מרכזים נתונים; בשל סיבות לקוחות ורשת, תעשיית מרכזים הנתונים בסין ברובה מופצה באזור בייג'ינג-טיינג'ין-הבי, דלתא נהר היאנגצה ובאי הגדול של גואנגדונג-הונג קונג-מאקו. רוב האזורים הללו הם ערים מפותחות יחסית עם משאבים קרקעיים נדירים, ולעיתים קרובות נתקלים בעיות מגבלות אתר במהלך תכנון הפרויקט; תחנות כוח של מרכזים נתונים גם צריכות להתאים לשינויים גמישים בכמות של מרכזים נתונים.

לגבי נקודות הכאב בבניית תחנות כוח של מרכזים נתונים, תחנות כוח מודולריות מזויפות הן כיוון פתרון חשוב. בהתבסס על רעיון התכנון המודולרי, תחנות כוח מזויפות יש להן יתרונות של גמישות ואמינות בהשוואה לתחנות כוח מסורתיות בשימוש. כל המערכות בתא המזויף מיוצרות, מותקנות, מוטות, מבדקות ומורכבות במפעל. לאחר השלמתן, ניתן להרכיב אותן ישירות באתר ולהגיע ליעילות גבוהה, להפחית את קושי הבנייה ולהיות מותאמות לאינטגרציה גבוהה. הם מתאימים לשנייה מקרי בנייה שונים של תחנות כוח ומציגים יתרונות ברורים.

מאמר זה לוקח את פרויקט בניית תחנת הכוח 110 kV של מרכז נתונים מספר 1 כדוגמה, ומביא מבוא מפורט למקרי שימוש, תכנון מיקוד תהליכים ועיצוב תהליך תא מזויף של תחנות כוח מזויפות במרכזי נתונים.

1. סקירת הפרויקט

פרויקט מרכז הנתונים מספר 1 נמצא בעיר סוזהו, מחוז ג'יאנגסו. זהו פרויקט שיפוץ של בניין מפעל ישן. כבר יש 4 בנייני מפעל בפארק, שהם בניינים A, B, C וד. התוכן העיקרי של הבנייה הפעם הוא להשתחרר מהשיפוץ הכללי של הפארק מבלי לשנות את תנאי התכנון של הבניינים הקיימים לבניית פארק נתונים אמין.

הפארק מתכוון לתקן מרכז נתונים מדרגה A ב-GB 50174 - 2017 תקנות תכנון למרכזים נתונים ותכנן לבנות מרכז נתונים ברמת הפארק שיכול לשאת מעל 100,000 שרתים ביצועיים. הפארק צריך לבנות תחנת כוח 110 kV כדי לעמוד בדרישות אספקת החשמל לפארק. תחנת הכוח מכניסה שתי מ guitות חשמל 110 kV עצמאיות לחלוטין, כל אחת עם יכולת 80,000 kVA, ויוצרת מערכת אספקת חשמל 2N. בפעילות נורמלית, שיעור העומס של כל קו אינו עולה על 50% מהיכולת מלאה שלו, כלומר 40,000 kVA. כאשר מ guitת החשמל אחת נכשלת, השנייה יכולה לשאת את כל העומסים של מרכז הנתונים.

מאחר שהפרויקט הוא שיפוץ של בניין מפעל, מרבית המרחב הקרקעי של הפרויקט כבר תפוס על ידי בניינים A, B, C וד שנבנו, עם מגבלות פיזיות גדולות יחסית. המרחבים החיצוניים העיקריים הזמינים הם החלק הפתוח על הצד השמאלי של בניין B והחלל הפתוח בין בניין B לבניין D. עבור הסכמה תחנת כוח 110 kV מסורתית, בעת התקנת שני טרנספורמרים ראשיים עם יכולת 80,000 kVA, נדרש אתר מלבני שאורכו כ-70 מ' ורוחבו 40 מ'. המרחק החפשי של האתר על הצד השמאלי של בניין B הוא 30 מ', והמרחק החפשי של האתר בין בניין B לבניין C הוא 50 מ'. בהתחשב במרחק מנע אש בין תחנת הכוח לבניינים ודרישות הדרך המנעת אש של הפארק, קשה לשני אתרים לעמוד בדרישות המרחב לבנייה של תחנות כוח מסורתיות.

הלקוח של פרויקט מרכז נתונים מספר 1 הוא חברה אינטרנט. כפרויקט מרכז נתונים בסיסי עבור הלקוח, הפארק הזה יצמיח הרבה עסקים מקוונים של הלקוח והתמסורת, ההפעלה, אחסון ומעבדת כמויות גדולות של נתונים מאחורי העסקים. הלקוח יש לו דרישות גבוהות לגבי האמינות של מרכז הנתונים הזה והזמן המוקצב להצגת המוצר קצר.

בנוגע לזמן ההצגה, בשל התפתחות מהירה של עסקי הנתונים של הלקוח, יש ללקוח דרישה דחופה מאוד למרכז הנתונים, והפארק כולו של מרכז הנתונים צריך להיות מוצג תוך 6 חודשים. מבחינת האמינות, הלקוח דורש כי שתי מ guitות החשמל של תחנת הכוח 110 kV, המשמשות כגיבוי אחד לשני, יהיו עצמאיות לחלוטין מהכניסה עד היציאה, והמסלולים יהיו מרוחקים יותר מ-10 מ'. הציוד העיקרי כגון GIS, טרנספורמרים וציוד מעבר 10 kV מתפלגים במרחבים פיזיים שונים כדי למנוע מאירוע בודד להשפיע על שתי מ guitות החשמל ולהשפיע על כל העסקים של מרכז הנתונים כולו.

מאחר שיש מגבלות מרחב וזמן הדבקה גבוהות בפרויקט תחנת הכוח 110 kV של מרכז נתונים מספר 1, צורת תחנת הכוח המסורתית קשה לעמוד בדרישות הפרויקט. לאחר דיון והסכמה עם חברת החשמל המקומית, הוכרז כי הפרויקט הזה יאמץ את צורת תחנת הכוח המודולרית המזויפה 110 kV.

2. תכנון מיקוד תהליכים
2.1 מרחב פיזי

פרויקט תחנת הכוח 110 kV של מרכז נתונים מספר 1 כולל סך הכל 2 קווי כניסה, והחשמל מגיע מהגיטות החשמל של תחנות הכוח 220 kV A ו-B למעלה. שני קווי הכניסה של הגיטות החשמל A ו-B נכנסים לפארק מהדרום באמצעות קבורת קרקע. בהתחשב בכיוון המסלולים החיצוניים של הגיטות החשמל והמצב הנוכחי של הבניינים בפארק, תחנת הכוח 110 kV ממוקמת בפינה הדרום מערבית של הפארק. מפת המיקוד של מיקום תחנת הכוח 110 kV מוצגת בציור 1.

תחנת הכוח המזויפה היא באורך 82 מ', רוחב 17 מ' ושטח כולל של 1,400 מ"ר. עבור תחנת הכוח מסורתית בתנאים דומים, שלושת הפרמטרים הללו הם 70 מ', 40 מ' ו-2,800 מ"ר בהתאמה. בהשוואה לתחנת הכוח המסורתית, שטח הקרקע חוסך ביותר מ-50%, וניתן לקבוע את מיקוד תחנת הכוח בהתאם לתנאים באתר, שהוא довольно גמיש.

ציור 1 מפת מיקוד של מיקום תחנת הכוח 110 kV

2.2 מיקוד תהליך

ציור 2 מציג מפת מיקוד תהליך של תחנת הכוח 110 kV. בתוך תחנת הכוח ישנם שני תאים GIS (GIS מבודדים בגז SF6) מזויפים, תא ציוד ראשי מזויף אחד ושני טרנספורמרים 110 kV חיצוניים. המיקוד מכוון בצורה ליניארית.

2.3 מסלול חשמל

תחנת הכוח של הפרויקט היא בעיקר סימטרית לחלוטין. כפי שניתן לראות בציור 2, כשהחומה המנעת אש באמצע שני תאים הציוד הראשי מזויפים היא הגבול, מצד שמאל ומימין הם בהתאמה תאים GIS מזויפים, תאים ציוד ראשי מזויפים, טרנספורמרים 110 kV ותאים קבל מזויפים עבור מסלולי הגיטות החשמל A ו-B, והציוד של מסלולי הגיטות החשמל A ו-B הם עצמאיים לחלוטין.

כל תחנת הכוח מצוידת בחומה עצמאית ועובדת באופן עצמאי מהפארק של מרכז הנתונים. פתח כניסה עצמאי מחוץ לפארק מוקם בצד הדרום. רק אנשי מקצוע מורשים להיכנס לתחנת הכוח 110 kV, ואנשים אחרים אין להם זכויות כניסה, מה שיכולה להבטיח את האמינות של פעולת תחנת הכוח.

תא ה-GIS הוא תא מזויף חד-שכבתי. בתוכו הוא מצויד בעיקר במכשירים חשמליים משולבים 110 kV עם זרם נומינלי של 2,000 A. עבור כל חלק מהעיצוב, פלואוריד סולפורי (SF6) הוא מדיה חשובה לכיבוי חשמל ונוכל ליישם אותו ב-GIS. מבנית, GIS מחולק בעיקר לכמה חלקים, כולל מחליפים מתח, מעצרי ברק, מתגים וצינורות, וכדומה. החלקים הללו צריכים להיות מחוברים נכון, והאמינות של כל רכיב צריכה להיות מובטחת כדי להשיג בצורה יעילה את הפונקציה הכוללת [8].

הטרנספורמר הראשי משתמש בעיקר בטרנספורמר נוזלי שלושה פאזה דו-מתיחה, המאמץ את דרך ה-YN, עם רמת מתח של [10.5 ± (2×2.5%/0.4)] kV, והדגם הספציפי הוא SZ11 - 80000/110.

תא הציוד הראשי הוא מבנה דו-שכבתי. השכבה הראשונה מורכבת משני תאים עצמאיים לחלוטין של תאי יציאה 10 kV, מופרדים על ידי חומה מנע אש, ומכילים בהתאמה ציוד מעבר 10 kV וטרנספורמרים שירות תחנה המתאימים למסלולי הגיטות החשמל A ו-B. הציוד מעבר 10 kV משתמש בציוד מעבר מבודד מתכת מצויד במתגים וואקום. עבור תאים מזינים, קבלים וטרנספורמרים שירות תחנה, הזרם הנומינלי והזרם המנתק שלהם הם 1.25 kA ו-25 kA בהתאמה; עבור קווי כניסה, הם 3.15 kA ו-31.5 kA בהתאמה. המידה של טרנספורמר השירות תחנה נבחרה כ-100 kVA, משתמשת בטרנספורמר יבש מסוג SC11, עם מתח של [110 ± (8×1.25%/10.5)] kV, קבוצת חיבור Dyn11, מתח מונע U= 4%, תיבה מגן IP40 ורמת יעילות אנרגיה 2. כדי לשפר את האמינות של המערכת, לכל קו כניסה 110 kV יש שני קטעי חשמל 10 kV, שיכולים להפחית את טווח האירוע במקרה של תקלה.

השכבה השנייה צריכה להיות מצוידת בטרנספורמר קרקעי, תא קבל מזויף, וכדומה.バンクが構成され、差動保護が設定され、6,000 kVAの容量を達成する必要があります。また、この設計では鉄心リアクトルを選択し、リアクトル率は12％です。接地小抵抗装置セットで、接地抵抗は10Ω、容量は400 kVAです。第2層には二次室もあります。二次室は具体的にいくつかの部分に分割され、ビデオ監視、キロワット時計キャビネット、電力収集、故障記録、公共測定制御、遠隔通信、リレー保護、コンピュータ監視、インテリジェント補助制御システム、時間同期システムなどが含まれます。

2.3 חשמל מסלול

בנוגע למסלול החשמל, קווי הגיטות החשמל 110 kV של מסלולי A ו-B שניהם נכנסים מהצד הקצר ברוחב 17 מ' מימין. שני המסלולים נכנסים במקביל, עם מרחק של יותר מ-10 מ', ונכנסים לתאים GIS המזויפים המתאימים למסלולי A ו-B. הקווים מ-GIS לטרנספורמרים עבור מסלולי A ו-B, החשמל מהטרנספורמרים לציוד מעבר 10 kV, והקווים היוצאים של ציוד מעבר 10 kV הם עצמאיים, והמרחק ביןיהם הוא יותר מ-10 מ'.

2.4 יתרונות של תכנון מיקוד תהליך

הציוד העיקרי של הפרויקט, כולל תאים GIS מזויפים, טרנספורמרים 110 kV, תאים ציוד ראשי מזויפים, ועוד, הם כלם מבודדים לחלוטין בין מסלולי A ו-B. מסלולי החשמל של מסלולי A ו-B הם מבודדים לחלוטין. בהשוואה לתחנות כוח מסורתיות, זה מכסה פחות מקום, יש לו רמת מותאם אישית גבוהה, גמיש ויעיל, ויכולה לעמוד בדרישות האמינות של מרכזים נתונים.

3. טכנולוגיה של תא מזויף

הפרויקט הזה אומץ שיטה מודולרית מזויפה של תחנת כוח מלאה. באתר, רק יש לבנות תשתית עזר כמו יסודות פס וחומת אש. ייצור ועיבוד תאים מזויפים מודולריים יכולים להתבצע בו זמנית עם עבודות האבניבוי, מה שמסייע להפחית משמעותית את כמות העבודות האבניבויות. זה פותר את בעיית כמות עבודה אבניבית גדולה וזמן בנייה ארוך במודל בניית תחנות כוח מסורתיות, ומנגנה מצב שבו זמן בניית תחנת הכוח מוגבל על ידי פרויקטים אבניביים.

3.1 טכנולוגיה של תא

תאי המזויפים מיוצרים ומדובגים במפעל, מה שמבטיח איכות מוצר מושלמת ורמת יישום תכנון גבוהה, ומנגנה את ההשפעה של איכות בניית האתר על הציוד. מבנית, מרכיבי מסגרת הבסיס של גוף התא מחוברים על ידי ברזל ערימה, והדלתות והכיפות העליונות מוצבעות עם לוחות קירור איכותיים בגובה 2 מ"מ. יש לו מבנה מודולרי ועמיד性强冲击抵抗力。 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，确保每个组件保持稳定的工作状态。外壳需要达到IP54或以上的防护等级。预制舱采用全工况设计，还具有良好的抗风、抗震和雪荷载能力，确保设备的安全运行。 舱内设备高度集成。通过舱体结构的设计和各内部系统的协调，预制舱满足了设备运行的需求。舱不仅考虑了110kV变电站的一次、二次及通信设备，还考虑了环境控制、照明、应急照明、消防和接地等辅助系统。 **3.2 舱体运输** 舱体需要满足较高的要求，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，相对尺寸较小的其他预制舱整体运输，满足道路运输的要求。如果现场已达到组装条件，则可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，土建工作量较少。主要土建内容包括两组新建主变压器基础、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长80米的钢筋混凝土电缆沟。 预制舱采用“工厂必须进行试装配以模拟实际运行情况+分段运输到现场后再拼装”的方式进行现场安装。所有模块已在工厂进行了试装配，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。现场吊装拼装周期短，几乎没有原材料积压。 对于大尺寸舱体部件的拼接操作，采用“使用起重机初步定位设备+逐步用链条葫芦推动+精确定位销定位”的现场拼接工艺。为了确保舱体拼接“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，使用防水扣件和防水法兰。拼接完成后，在接缝位置需要加注强力防水胶，然后用密封条处理。最后依次安装防水扣件和发泡材料。当所有工序完成且达到高质量要求时，可以实现密封和防水。 每个模块就位后，进行一次二次连接施工。模块内的电缆和模块间的连接电缆已在工厂完全生产和安装。只需安装各模块之间的连接电缆和母线。当每个模块在工厂组装时，已经进行了初步的联合调试和测试，这也可以缩短现场调试和验收时间。 数据中心一号项目的110kV变电站建设项目从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、设备调试和送电验收，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，是数据中心领域建设周期最短的变电站项目。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，总面积1400平方米。与传统变电站相比，节省了50%以上的占地面积，并可以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，主设备舱和电源路由可以实现A路和B路的完全隔离，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，并像搭积木一样在现场快速拼装，满足数据中心快速交付的要求。 * 该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确，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项不断发展的技术。其建设旨在更好地服务于电网和用户。在确保安全、可靠和经济性的同时，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广以及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中建成投运。