Dizajn 110 kV prefabricirane podstanice za data center

Uvod

S brzim razvojem tehnologija poput cloud computinga i velikih podataka, te ubrzanim prodiranjem "Interneta +" u različite industrije, industrija digitalne ekonomije bujno raste u glavnim zemljama i regijama diljem svijeta. Zauzima sve važniju poziciju u svakodnevnom životu i nacionalnoj ekonomiji. Posebno, uz trenutni globalni utjecaj pandemije COVID-19, trend pada svjetske ekonomije se intenzivira. Samo digitalna ekonomija je premašila taj trend i održala snažan razvojni potencijal.

GB 50174 - 2017 Norma za dizajn centara podataka daje specifičnu definiciju centara podataka. Centar podataka, kao osnovna infrastruktura vezana za upravljanje i pohranu podataka, može pohranjivati razne vrste informacija. Također podržava osnovne funkcije poput izračuna i prijenosa podataka kako bi ispunio potrebe za masovnim upravljanjem podacima. Izgradnja centara podataka postala je neizbiven trend.

U industriji centara podataka, poznata kao digitalna nekretnina, veoma se razlikuje od tradicionalnih infrastrukturnih projekata. Evo nekoliko istaknutih karakteristika centara podataka: visoka potrošnja struje, visoki zahtjevi za pouzdanosti, te potreba za brzom izgradnjom. Potrošnja struje u centrima podataka je koncentrirana, obično konfigurirana sa 2N redundancijom. Velika kapacitetna potrošnja znači da parkovi centara podataka obično konfiguriraju korisnički specifične 110 kV transformatorne stanice.

Međutim, izgradnja 110 kV transformatorskih stanic ima mnogo problematičnih točaka, specifično vidljivih u sljedećim aspektima: Vrijeme izgradnje tradicionalnih 110 kV transformatorskih stanic u Kini obično traje 12-24 mjeseca, uključujući ciklus radova poput planiranja, odabira lokacije, geodezijskog istraživanja, dizajna, registracije projekta, nabave materijala, "četiri spajanja i jednog ravnanja" (pristup vodi, struji, cestama i telekomunikacijama i ravnanje zemljišta), građevinskih i montažnih radova, kalibracije, povratka zelenila i prihvaćanja proizvodnje. Dug trajanje izgradnje ne može usporediti s potrebom za brzom dostavom centara podataka; zbog razloga korisnika i mreže, industrija centara podataka u Kini je uglavnom distribuirana u regiji Peking-Tianjin-Hebei, delti Jangcze Kije i Velikoj regiji Gvangdžou-Hong Kong-Makao. Većina ovih regija su relativno razvijene gradove s rijetkim zemljišnim resursima, a tijekom planiranja projekta često se susreću s ograničenjima lokacije; transformatorske stanice centara podataka također moraju prilagoditi fleksibilnim promjenama kapaciteta centara podataka.

Za probleme u izgradnji transformatorskih stanic centara podataka, prefabricirane modularne transformatorske stanice predstavljaju važnu smjerovnicu rješenja. Na temelju modularnog dizajn koncepta, prefabricirane transformatorske stanice imaju prednosti fleksibilnosti i pouzdanosti u usporedbi s tradicionalnim transformatorskim stanicama u primjeni. Svi sustavi unutar prefabricirane kuće proizvedeni, instalirani, povezani, kalibrirani i predmontirani su u tvornici. Nakon završetka, mogu se direktno montirati na mjestu, ostvarujući visoku učinkovitost, smanjujući teškoće izgradnje i imajući visok stupanj integracije. Prilagođene su različitim scenarijima izgradnje transformatorskih stanic i pokazuju očigledne prednosti.

Ovaj članak uzima projekat izgradnje 110 kV transformatorske stanice Centra podataka broj 1 kao primjer, te detaljno opisuje primjene, dizajn rasporeda procesa i dizajn prefabricirane kuće prefabriciranih transformatorskih stanic u centrima podataka.

1. Pregled projekta

Projekt Centra podataka broj 1 nalazi se u gradu Suzhou, provincija Jiangsu. Ovaj projekt predstavlja renovaciju stare fabrične zgrade. U parku već postoje 4 fabrične zgrade, to su zgrade A, B, C i D. Glavni sadržaj izgradnje ovog puta je realizacija ukupne renovacije parka bez promjene postojećih uvjeta planiranja zgrada i izgradnja pouzdane zone centara podataka.

Ovaj park referentira na standard klase A centara podataka u GB 50174 - 2017 Norma za dizajn centara podataka i planira izgradnju parkskog centra podataka koji može nositi više od 100.000 visokoperformansnih poslužitelja. Park treba izgraditi 110 kV transformatorsku stanicu kako bi ispunio zahtjeve za snabdijevanjem strujom parka. Transformatorska stanica uvodi 2 potpuno nezavisna 110 kV javna struja, svaki kapaciteta 80.000 kVA, formirajući 2N sustav snabdijevanja strujom. Pri normalnoj operaciji, opterećenje svake linije ne prelazi 50% njegove punog opterećenja, to jest 40.000 kVA. Kada jedna javna struja padne, druga može preuzeti sva opterećenja centra podataka.

Budući da se radi o renovaciji fabrične zgrade, većina prostora projekta zauzeta je završenim zgradama A, B, C i D, s relativno velikim fizičkim ograničenjima prostora. Glavni dostupni vanjski prostori su otvoreni prostor lijevo od zgrade B i otvoreni prostor između zgrade B i zgrade D. Za tradicionalnu shemu 110 kV transformatorske stanice, kada se instaliraju 2 glavna transformatora kapaciteta 80.000 kVA, potreban je pravokutni prostor duljine oko 70 m i širine 40 m. Jasna udaljenost mjesta lijevo od zgrade B je 30 m, a jasna udaljenost mjesta između zgrade B i zgrade C je 50 m. Uzimajući u obzir zahtjeve za vatrogasnom razmakom između transformatorske stanicu i zgrada te zahtjeve za vatrogasnom kružnom cestom parka, teško je da oba mjesta ispunjavaju zahtjeve za prostorom izgradnje tradicionalnih transformatorskih stanic.

Klijent projekta Centra podataka broj 1 je internet preduzeće. Kao bazni projekt centra podataka za ovog klijenta, ovaj park će podržati veliki broj online poslova klijenta i veliku količinu prijenosa, obrade, pohrane i obrade podataka iza poslova. Klijent ima visoke zahtjeve za pouzdanosti ovog centra podataka i sužeto je s rokovima isporuke.

U pogledu rokova isporuke, zbog brzog razvoja poslovnih podataka klijenta, klijent ima veoma urgenciju za centrom podataka, a cijeli park centara podataka treba isporučiti unutar 6 mjeseci. U pogledu pouzdanosti, klijent zahtijeva da dvije javne struje 110 kV transformatorske stanice, koje se međusobno nadomještaju, budu potpuno nezavisne od ulazne do izlazne linije, a putovi su udaljeni više od 10 m. Glavna oprema poput GIS-a, transformatora i 10 kV aparatura za prekidnice distribuirana je u različitim fizičkim prostorima kako bi se izbjeglo da jedan nesrećni događaj utječe na obje javne struje, te time na sve poslove cijelog centra podataka.

Budući da projekt 110 kV transformatorske stanice Centra podataka broj 1 ima ograničenja prostora, sužete rokove i visoke zahtjeve za prilagodbom, tradicionalna forma transformatorske stanice je teško ispunjava zahtjeve projekta. Nakon pregovora i rasprave s lokalnim električnim mrežama, potvrđeno je da će ovaj projekt koristiti formu prefabricirane modularne 110 kV transformatorske stanice.

2. Dizajn rasporeda procesa
2.1 Fizički prostor

Projekt 110 kV transformatorske stanice Centra podataka broj 1 ima ukupno 2 linije dolazne struje, a struja dolazi od javnih struja gornjih 220 kV transformatorskih stanica A i B. Obje linije dolazne struje A i B ulaze u park s jugu kroz podzemnu zakopavanje. Uzimajući u obzir smjer putova vanjske javne struje i trenutno stanje zgrada u parku, 110 kV transformatorska stanica smještena je u jugozapadnom kutu parka. Shematski dijagram lokacije 110 kV transformatorske stanice prikazan je na slici 1.

Prefabricirana transformatorska stanica je 82 m duga, 17 m široka, s ukupnom površinom od 1.400 m². Za tradicionalnu transformatorsku stanicu pod istim uvjetima, ovi tri parametra su 70 m, 40 m i 2.800 m² redom. U usporedbi s tradicionalnom transformatorskom stanicom, površina je uštedjena više od 50%, a raspored transformatorske stanicu može se odrediti prema uvjetima na mjestu, što je relativno fleksibilno.

Slika 1 Shematski dijagram lokacije 110 kV transformatorske stanice

2.2 Raspored procesa

Slika 2 prikazuje raspored procesa 110 kV transformatorske stanice. Unutrašnjost transformatorske stanicu sastoji se od dvije prefabricirane kabine GIS (SF6 Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear), jedne prefabricirane kabine glavne opreme i dvije vanjske 110 kV transformatora. Raspored je organiziran u linearnom obliku.

2.3 Smjer prijenosa struje

Transformatorska stanica ovog projekta je gotovo potpuno simetrična. Kao što se može vidjeti na slici 2, uzimajući vatrogasnu zidinu u sredini dvije prefabricirane kabine glavne opreme kao granicu, lijevo i desno su redom prefabricirane kabine GIS, prefabricirane kabine glavne opreme, 110 kV transformatori i prefabricirane kabine kondenzatora za linije A i B, a oprema za liniju A i B je potpuno nezavisna.

Cijela transformatorska stanica opremljena je nezavisnim ograda zidom i nezavisno funkcionira od parka centara podataka. Nezavisni ulaz izvan parka postavljen je na jugu. Samo stručnjaci su dopušteni da uđu u 110 kV transformatorsku stanicu, a drugi ljudi nemaju pravo pristupa, što može osigurati pouzdanost rada transformatorske stanicu.

Kabina GIS je jednoslojna prefabricirana kabina. Unutrašnjost je glavno opremljena 110 kV GIS kombiniranim uređajima s nominalnim strujom od 2.000 A. Za svaki dio dizajna, šesterokisi fluor (SF6) je važan medij za gasenje lukova i može se primijeniti u GIS-u. Strukturno, GIS se glavno dijeli na nekoliko dijelova, uključujući naponske pretvaratelje, zaštite, prekidače i bushinge itd. Ti dijelovi moraju biti ispravno spojeni, a pouzdanost svakog komponenta mora biti osigurana kako bi se efektivno postigla cjelokupna funkcija [8].

Glavni transformator glavno koristi trofazni dvostruki navojni maslinasti samohladići transformator, koristeći YN metodu zemljenja, s naponskim nivoom [10.5 ± (2×2.5%/0.4)] kV, a specifični model je SZ11 - 80000/110.

Kabina glavne opreme ima dvoslojni sustav. Prvi sloj sastoji se od dvije potpuno nezavisne kabine 10 kV izlaznih ormarica, razdvojenih vatrogasnim zidom, i redom opremljenih 10 kV aparaturama za prekidnice i stanice pretvaraca odgovarajućih linija A i B. 10 kV aparatura za prekidnice koristi metalne oklopne aparature za prekidnice opremljene vakuumskim prekidačima. Za ormarice za isporuku, kondenzatore i stanice pretvarace, njihove nominalne struje i prekidne struje su 1.25 kA i 25 kA redom; za ulazne linije, one su 3.15 kA i 31.5 kA redom. Kapacitet stanice pretvaraca odabran je kao 100 kVA, koristeći SC11 - tip suhih pretvaraca, s naponom [110 ± (8×1.25%/10.5)] kV, spojem Dyn11, impedančnim naponom Uk = 4%, IP40 zaštitnim oklopom i energetskom klasom 2. Da bi se poboljšala pouzdanost sustava, svaka 110 kV ulazna linija odgovara dvije sekcije 10 kV busbarova, što može smanjiti opseg nesrećnog događaja u slučaju greške .

Drugi sloj treba biti opremljen zemljom pretvaraca, prefabriciranom kabinom kondenzatora itd. Banja kondenzatora konfigurirana je u prefabriciranoj kabinu, s postavljenom diferencijalnom zaštitom, i potrebno je dosegnuti kapacitet od 6.000 kVA. Osim gore navedenih dijelova, u ovom dizajnu odabran je željezni jezgra reaktor, s reaktivnim omjerom od 12%. Kompletan uređaj mali otpornik za zemlju, s otpornikom zemlje od 10 Ω i kapacitetom od 400 kVA. Drugi sloj također ima sekundarnu sobu. Sekundarna soba specifično je podijeljena na nekoliko dijelova, uključujući video nadzor, štapiće za merenje potrošnje, skupljanje električne energije, snimanje grešaka, javno merenje i kontrolu, daljinsku komunikaciju, reljaysku zaštitu, računalno nadzor, inteligentne pomoćne kontrole, sustave sinkronizacije vremena itd.

2.3 Smjer prijenosa struje

U pogledu smjera prijenosa struje, 110 kV javne linije dolazne struje za linije A i B oba ulaze s kraja širine od 17 m s desne strane. Dvije linije ulaze paralelno, s razmakom od više od 10 m, i redom su uvedene u prefabricirane kabine GIS odgovarajuće linije A i B. Linije od GIS do transformatora za linije A i B, busbarovi od transformatora do 10 kV aparatura za prekidnice, i izlazne linije 10 kV aparature za prekidnice su svi nezavisni, a razmak između njih je više od 10 m.

2.4 Prednosti dizajna rasporeda procesa

Glavna oprema projekta, uključujući prefabricirane kabine GIS, 110 kV transformatore, prefabricirane kabine glavne opreme itd., su potpuno izolirane između linije A i B. Smjer prijenosa struje za liniju A i B je potpuno izoliran. U usporedbi s tradicionalnim transformatorskim stanicama, zauzima manje prostora, ima visok stupanj prilagodbe, fleksibilnost i učinkovitost, i može ispuniti zahtjeve za pouzdanosti centara podataka.

3. Tehnologija prefabriciranih kabina

Ovaj projekt koristi cijelu stanicu potpuno modularnu prefabriciranu metodu. Na mjestu, samo su potrebni pomoćni uređaji poput temeljnih traka i vatrogasnih zidova. Proizvodnja i obrada modulnih prefabriciranih kabina može se odvijati istovremeno s građevinskimi radovima, znatno smanjujući količinu građevinskih radova. Riješava se problema velike količine građevinskih radova i dugog vremena izgradnje u tradicionalnom načinu izgradnje transformatorskih stanic, i izbjegava situaciju gdje je vrijeme izgradnje transformatorske stanice ograničeno građevinskimi projektima.

3.1 Tehnologija kabina

Prefabricirane kabine proizvedene i kalibrirane su u tvornici, osiguravajući izvrsnu kvalitetu proizvoda i visok standard implementacije dizajna, i izbjegavajući utjecaj kvalitete građevinskih radova na opremu. Strukturno, donji okvirni komponenti kutije povezani su kanalima, a vrata i poklopca su zavarana 2 mm debljim kvalitetnim hladnoprljanim limovima. Ima integralnu strukturu i jak impact resistance.

Karakt