Desain Substasiun Prafabrikasi 110 kV untuk Pusat Data
Pendahuluan
Dengan perkembangan teknologi seperti komputasi awan dan big data yang pesat, serta penetrasi "Internet +" ke berbagai sektor industri yang semakin meningkat, industri ekonomi digital sedang berkembang pesat di negara-negara dan wilayah utama di seluruh dunia. Industri ini memegang peranan yang semakin penting dalam kehidupan sehari-hari dan perekonomian nasional. Terutama di bawah dampak pandemi COVID-19 secara global saat ini, tren penurunan ekonomi dunia semakin intensif. Hanya ekonomi digital yang mampu melawan tren tersebut dan tetap mempertahankan momentum pertumbuhan yang kuat.
GB 50174 - 2017 Kode Desain untuk Pusat Data memberikan definisi spesifik tentang pusat data. Sebagai fasilitas dasar yang terkait dengan manajemen dan penyimpanan data, pusat data dapat menyimpan berbagai jenis informasi data. Selain itu, juga mendukung fungsi dasar seperti perhitungan dan transmisi data untuk memenuhi kebutuhan manajemen data massal. Pembangunan pusat data telah menjadi tren yang tidak terelakkan.
Dalam industri pusat data, dikenal sebagai real estat digital, yang sangat berbeda dari proyek infrastruktur tradisional. Berikut adalah beberapa karakteristik menonjol dari pusat data: konsumsi daya tinggi, persyaratan keandalan yang tinggi, dan permintaan untuk kecepatan pembangunan yang cepat. Konsumsi daya pusat data terkonsentrasi, biasanya dikonfigurasikan dengan redundansi 2N. Kapasitas konsumsi daya yang besar berarti bahwa proyek pusat data level taman umumnya mengkonfigurasi substasi khusus pengguna 110 kV.
Namun, pembangunan substasi 110 kV juga memiliki banyak titik nyeri, yang secara spesifik tercermin dalam aspek berikut: siklus konstruksi substasi 110 kV tradisional di Cina biasanya membutuhkan waktu 12-24 bulan, melibatkan semua pekerjaan sepanjang siklus seperti perencanaan, pemilihan lokasi, survei, desain, pengarsipan proyek, pembelian material, "empat koneksi dan satu perataan" (akses air, listrik, jalan, dan telekomunikasi serta perataan lahan), konstruksi dan pemasangan, penyetelan, restorasi hijau, dan penerimaan produksi. Siklus konstruksi yang panjang tidak sesuai dengan permintaan pengiriman cepat pusat data; Karena alasan pelanggan dan jaringan, industri pusat data di Cina sebagian besar tersebar di wilayah Beijing-Tianjin-Hebei, Delta Sungai Yangtze, dan Wilayah Teluk Besar Guangdong-Hong Kong-Macao. Sebagian besar wilayah ini merupakan kota-kota yang relatif maju dengan sumber daya lahan yang langka, dan masalah batasan lokasi sering ditemui selama perencanaan proyek; Substasi pusat data juga perlu menyesuaikan dengan perubahan kapasitas fleksibel pusat data.
Untuk titik nyeri dalam pembangunan substasi pusat data, substasi moduler prefabrikasi adalah arah solusi penting. Berdasarkan konsep desain modular, substasi prefabrikasi memiliki keunggulan fleksibilitas dan keandalan dibandingkan dengan substasi tradisional dalam aplikasi. Semua sistem dalam kabin prefabrikasi diproduksi, dipasang, dihubungkan, disetel, dan diprakumpulkan di pabrik. Setelah selesai, mereka dapat langsung dirakit di tempat, mencapai efisiensi tinggi, mengurangi kesulitan konstruksi, dan memiliki tingkat integrasi yang tinggi. Mereka cocok untuk berbagai skenario pembangunan substasi dan menunjukkan keunggulan yang jelas.
Artikel ini mengambil proyek pembangunan substasi 110 kV Pusat Data No.1 sebagai contoh, dan menjelaskan secara rinci tentang skenario aplikasi, desain tata letak proses, dan desain proses kabin prefabrikasi substasi dalam pusat data.
1. Tinjauan Proyek
Proyek Pusat Data No.1 berlokasi di Kota Suzhou, Provinsi Jiangsu. Proyek ini merupakan renovasi dari bangunan pabrik lama. Saat ini sudah ada 4 bangunan pabrik di taman, yaitu Bangunan A, B, C, dan D. Konten konstruksi utama kali ini adalah untuk merealisasikan renovasi keseluruhan taman tanpa mengubah kondisi perencanaan bangunan yang ada dan membangun taman pusat data yang andal.
Taman ini merujuk pada standar pusat data Kelas A dalam GB 50174 - 2017 Kode Desain untuk Pusat Data dan berencana membangun pusat data level taman yang dapat menampung lebih dari 100.000 server kinerja tinggi. Taman memerlukan pembangunan substasi 110 kV untuk memenuhi kebutuhan pasokan listrik taman. Substasi memperkenalkan 2 pasokan listrik publik 110 kV yang sepenuhnya independen, masing-masing dengan kapasitas 80.000 kVA, membentuk sistem pasokan daya 2N. Dalam operasi normal, beban setiap jalur tidak melebihi 50% dari kapasitas penuhnya, yaitu 40.000 kVA. Ketika salah satu pasokan listrik publik gagal, yang lain dapat membawa semua beban pusat data.
Karena proyek ini adalah renovasi pabrik, sebagian besar ruang lahan proyek telah diduduki oleh Bangunan A, B, C, dan D yang telah selesai, dengan batasan ruang fisik yang relatif besar. Ruang luar utama yang tersedia adalah ruang terbuka di sebelah kiri Bangunan B dan ruang terbuka antara Bangunan B dan D. Untuk skema substasi 110 kV tradisional, ketika memasang 2 trafo utama dengan kapasitas 80.000 kVA, diperlukan situs persegi panjang dengan panjang sekitar 70 m dan lebar 40 m. Jarak jernih situs di sebelah kiri Bangunan B adalah 30 m, dan jarak jernih situs antara Bangunan B dan C adalah 50 m. Mengingat jarak pencegahan kebakaran antara substasi dan bangunan serta persyaratan jalur pemadam kebakaran lingkar taman, kedua situs sulit memenuhi persyaratan ruang konstruksi substasi tradisional.
Pelanggan proyek Pusat Data No.1 adalah perusahaan Internet. Sebagai proyek pusat data basis bagi pelanggan ini, taman ini akan mendukung banyak bisnis online pelanggan dan transmisi, operasi, penyimpanan, dan pemrosesan data besar di belakang bisnis tersebut. Pelanggan memiliki persyaratan tinggi terhadap keandalan pusat data ini dan ketat pada waktu pengiriman.
Dalam hal waktu pengiriman, karena perkembangan cepat bisnis data pelanggan, pelanggan memiliki permintaan yang sangat mendesak untuk pusat data, dan seluruh taman pusat data perlu dikirim dalam 6 bulan. Dalam hal keandalan, pelanggan mensyaratkan bahwa dua pasokan listrik 110 kV substasi, yang saling cadangan, harus sepenuhnya independen dari garis masuk hingga garis keluar, dan rutenya lebih dari 10 m terpisah. Perangkat utama seperti GIS, transformator, dan switchgear 10 kV tersebar di ruang fisik yang berbeda untuk menghindari satu kecelakaan mempengaruhi kedua pasokan listrik publik dan dengan demikian mempengaruhi semua bisnis seluruh pusat data.
Karena proyek substasi 110 kV Pusat Data No.1 memiliki batasan ruang, batasan waktu yang ketat, dan persyaratan kustomisasi yang tinggi, bentuk substasi tradisional sulit memenuhi persyaratan proyek. Setelah diskusi dan negosiasi dengan perusahaan jaringan listrik lokal, dipastikan bahwa proyek ini akan mengadopsi bentuk substasi moduler prefabrikasi 110 kV.
2. Desain Tata Letak Proses
2.1 Ruang Fisik
Proyek substasi 110 kV Pusat Data No.1 memiliki total 2 jalur masuk listrik, dan pasokan listrik berasal dari pasokan listrik publik dari substasi 220 kV hulu A dan B masing-masing. Kedua jalur masuk dari pasokan listrik publik A dan B memasuki taman dari selatan melalui penanaman bawah tanah. Mengingat arah rute jalur listrik publik eksternal dan situasi bangunan saat ini di taman, substasi 110 kV ditempatkan di sudut barat daya taman. Diagram skematik bidang lokasi substasi 110 kV ditunjukkan pada Gambar 1.
Substasi prefabrikasi memiliki panjang 82 m, lebar 17 m, dan luas total 1.400 m². Untuk substasi tradisional dalam kondisi yang sama, ketiga parameter ini masing-masing adalah 70 m, 40 m, dan 2.800 m². Dibandingkan dengan substasi tradisional, luas area hemat lebih dari 50%, dan tata letak substasi dapat ditentukan menurut kondisi di lapangan, yang relatif fleksibel.
Gambar 1 Diagram skematik rencana lokasi substasi 110 kV
2.2 Tata Letak Proses
Gambar 2 menunjukkan diagram tata letak proses substasi 110 kV. Bagian dalam substasi terdiri dari dua kabin GIS (Perangkat Gabungan Logam Isolasi Gas SF6) prefabrikasi, satu kabin perangkat utama prefabrikasi, dan dua transformator 110 kV outdoor. Tata letaknya disusun dalam pola linear.
2.3 Rute Daya
Substasi proyek ini pada dasarnya sepenuhnya simetris. Seperti yang terlihat dari Gambar 2, dengan firewall di tengah dua kabin perangkat utama prefabrikasi sebagai batas, di sisi kiri dan kanan masing-masing adalah kabin GIS prefabrikasi, kabin perangkat utama prefabrikasi, transformator 110 kV, dan kabin kapasitor prefabrikasi untuk pasokan daya Jalur A dan B, dan perangkat Jalur A dan B sepenuhnya independen.
Seluruh substasi dilengkapi dengan dinding pagar independen dan beroperasi secara independen dari taman pusat data. Pintu masuk independen keluar taman disediakan di sisi selatan. Hanya personel profesional yang diperbolehkan memasuki substasi 110 kV, dan personel lain tidak memiliki hak akses, yang dapat menjamin keandalan operasi substasi.
Kabin GIS adalah kabin prefabrikasi bertingkat tunggal. Di dalamnya, terutama dilengkapi dengan perangkat gabungan listrik GIS 110 kV dengan arus nominal 2.000 A. Untuk setiap bagian desain, heksafluorida sulfur (SF6) adalah media pemadam busur penting dan dapat diterapkan dalam GIS. Dari segi struktur, GIS terutama dibagi menjadi beberapa bagian, termasuk transformator tegangan, pelindung petir, pemutus sirkuit, dan bushing, dll. Bagian-bagian ini perlu dihubungkan dengan benar, dan keandalan setiap komponen perlu dijamin untuk secara efektif mencapai fungsi keseluruhan [8].
Transformator utama terutama menggunakan transformator tiga fasa dua gulungan pendingin minyak sendiri, dengan metode grounding YN, dengan tingkat tegangan [10,5 ± (2×2,5%/0,4)] kV, dan model spesifiknya adalah SZ11 - 80000/110.
Kabin perangkat utama memiliki struktur dua lantai. Lantai pertama terdiri dari dua kabin panel output 10 kV yang sepenuhnya independen, dipisahkan oleh firewall, dan masing-masing dilengkapi dengan switchgear 10 kV dan transformator stasiun yang sesuai dengan pasokan daya Jalur A dan B. Switchgear 10 kV menggunakan switchgear berpenutup logam yang dilengkapi dengan pemutus sirkuit vakum. Untuk panel feeder, kapasitor, dan transformator stasiun, arus nominal dan arus pemutusan masing-masing adalah 1,25 kA dan 25 kA; untuk garis masuk, masing-masing 3,15 kA dan 31,5 kA. Kapasitas transformator stasiun dipilih 100 kVA, menggunakan transformator kering tipe SC11, dengan tegangan [110 ± (8×1,25%/10,5)] kV, grup pengkabelan Dyn11, tegangan impedansi Uk = 4%, penutup pelindung IP40, dan kelas efisiensi energi 2. Untuk meningkatkan keandalan sistem, setiap garis masuk 110 kV sesuai dengan dua bagian busbar 10 kV, yang dapat mengurangi cakupan kecelakaan jika terjadi gangguan.
Lantai kedua perlu dilengkapi dengan transformator grounding, kabin kapasitor prefabrikasi, dll. Bank kapasitor dikonfigurasi di kabin prefabrikasi, dengan perlindungan tekanan diferensial yang ditetapkan, dan kapasitas 6.000 kVA perlu dicapai. Selain bagian-bagian yang disebutkan di atas, reaktor inti besi dipilih dalam desain ini, dengan tingkat reaktansi 12%. Perangkat lengkap resistansi kecil grounding, dengan resistansi grounding 10 Ω dan kapasitas 400 kVA. Lantai kedua juga memiliki ruang sekunder. Ruang sekunder secara khusus dibagi menjadi beberapa bagian, termasuk pengawasan video, lemari meter kilowatt-jam, pengumpulan energi listrik, perekaman gangguan, kontrol ukuran umum, komunikasi telekontrol, perlindungan relai, pemantauan komputer, sistem kontrol bantu cerdas, sistem sinkronisasi waktu, dll.
2.3 Rute Daya
Dalam hal rute daya, garis masuk utilitas 110 kV Jalur A dan B keduanya memasuki dari sisi pendek 17 m lebar di sebelah kanan. Dua rute memasuki secara paralel, dengan jarak lebih dari 10 m, dan masing-masing diperkenalkan ke kabin GIS prefabrikasi yang sesuai dengan Jalur A dan B. Garis dari GIS ke transformator untuk Jalur A dan B, busbar dari transformator ke switchgear 10 kV, dan garis keluar switchgear 10 kV semua independen, dan jaraknya lebih dari 10 m.
2.4 Keunggulan Desain Tata Letak Proses
Perangkat utama proyek, termasuk kabin GIS prefabrikasi, transformator 110 kV, kabin perangkat utama prefabrikasi, dll., semua terisolasi sepenuhnya antara Jalur A dan B. Rute daya Jalur A dan B sepenuhnya terisolasi. Dibandingkan dengan substasi tradisional, ia menempati ruang yang lebih sedikit, memiliki tingkat kustomisasi yang tinggi, fleksibel dan efektif, dan dapat memenuhi persyaratan keandalan pusat data.
3. Teknologi Kabin Prefabrikasi
Proyek ini mengadopsi metode prefabricasi moduler seluruh stasiun. Di lapangan, hanya fasilitas bantu seperti fondasi strip dan firewall yang perlu dibangun. Produksi dan pemrosesan kabin prefabrikasi moduler dapat dilakukan secara bersamaan dengan pekerjaan sipil, mengurangi secara signifikan jumlah pekerjaan sipil. Ini menyelesaikan masalah jumlah pekerjaan sipil yang besar dan siklus konstruksi yang panjang dalam mode konstruksi substasi tradisional, dan menghindari situasi di mana waktu konstruksi substasi dibatasi oleh proyek sipil.
3.1 Teknologi Kabin
Kabin prefabrikasi diproduksi dan disetel di pabrik, memastikan kualitas produk yang luar biasa dan tingkat implementasi desain standar tinggi, dan menghindari dampak kualitas konstruksi di lapangan terhadap perangkat. Dari segi struktur, komponen kerangka bawah kotak badan dihubungkan dengan baja channel, dan panel pintu dan tutup atas di las dengan pelat dingin berkualitas tinggi 2 mm. Ia memiliki struktur integral dan ketahanan benturan yang kuat.
Ciri-ciri kotak badan terutama tercermin dalam tiga aspek: anti-korosi, struktur tiga lapis, dan penyegelan, yang dapat memenuhi persyaratan operasi dasar dan memastikan setiap komponen tetap dalam keadaan kerja yang stabil. Cangkang luar perlu mencapai tingkat perlindungan IP54 atau lebih tinggi. Kabin prefabrikasi mengadopsi desain all-condition dan juga memiliki ketahanan angin, gempa, dan beban salju yang baik untuk memastikan operasi perangkat yang aman.
Perangkat di dalam kabin sangat terintegrasi. Melalui desain struktur kabin dan koordinasi berbagai sistem internal, kabin prefabrikasi memenuhi kebutuhan operasi perangkat. Kabin tidak hanya mempertimbangkan perangkat primer, sekunder, dan komunikasi substasi 110 kV, tetapi juga mempertimbangkan sistem bantu seperti kontrol lingkungan, pencahayaan, pencahayaan darurat, pemadam kebakaran, dan grounding.
3.2 Transportasi Kabin
Kabin perlu memenuhi persyaratan tinggi, terutama melibatkan sifat tahan air dan penyegelan, jika tidak, kualitas operasi tidak dapat dijamin. Mengingat pembatasan panjang dan lebar untuk transportasi jalan raya dalam proyek ini, panjang setiap unit transportasi dibatasi hingga 14 m, lebar hingga 3,4 m, dan tinggi hingga 4,5 m. Kabin prefabrikasi dengan dimensi yang lebih besar diangkut secara terpisah, dan kabin prefabrikasi lainnya dengan dimensi yang relatif lebih kecil diangkut secara utuh, memenuhi persyaratan transportasi jalan raya. Jika situs telah mencapai persyaratan perakitan, dapat diangkut ke situs untuk perakitan tahap selanjutnya.
3.3 Pemasangan di Lapangan
Proyek ini mengadopsi metode prefabrikasi moduler, dengan pekerjaan sipil yang lebih sedikit. Konten sipil utama termasuk dua kelompok fondasi trafo utama baru, empat firewall dengan panjang 10 m dan tinggi 6,5 m, dua kelompok fondasi kabin GIS, satu kelompok fondasi kabin perangkat utama, satu kolam minyak kecelakaan 20 m³, dinding pagar berongga 198 m panjang dan 2,3 m tinggi, 14 dukungan trafo utama, dan selokan kabel beton bertulang 80 m panjang.
Kabin prefabrikasi mengadopsi mode "pemasangan uji di pabrik harus dilakukan untuk mensimulasikan situasi operasi sebenarnya + transportasi terpisah ke situs dan kemudian penggabungan dan pemasangan" di lapangan. Semua modul telah dipasang uji di pabrik, dan masalah ditemukan secara tepat waktu tanpa meninggalkan masalah di lapangan, memastikan periode konstruksi dan kualitas konstruksi di lapangan. Pengangkatan dan pemasangan di lapangan memiliki siklus yang pendek, dan hampir tidak ada penumpukan bahan baku.
Untuk operasi penggabungan bagian kabin berukuran besar, proses penggabungan di lapangan "menggunakan derek untuk posisi awal perangkat + mendorong secara bertahap dengan rantai blok + penempatan akurat dengan pin penempatan" diterapkan. Untuk memastikan bahwa penggabungan kabin "pas", foto pengangkatan di lapangan ditunjukkan pada Gambar 3.
Untuk memenuhi persyaratan penyegelan, sambungan penggabungan dirancang dengan wajar, terutama menggunakan metode desain bahan penyegelan dan struktur mekanis. Dalam penggabungan kotak badan, digunakan klip tahan air dan flensa tahan air. Setelah penggabungan selesai, perlu menambahkan lem tahan air yang kuat ke posisi sambungan, dan kemudian diperlakukan dengan strip penyegelan. Akhirnya, klip tahan air dan bahan busa dipasang secara berurutan. Ketika semua proses selesai dan memenuhi persyaratan kualitas tinggi, penyegelan dan tahan air dapat dicapai.
Setelah setiap modul berada di tempat, konstruksi koneksi primer dan sekunder dilakukan. Kabel di dalam modul dan kabel koneksi antara mereka telah sepenuhnya diproduksi dan dipasang di pabrik. Hanya kabel koneksi dan busbar antara setiap modul yang perlu dipasang. Ketika setiap modul dirakit di pabrik, penyetelan dan pengujian gabungan awal telah dilakukan, yang juga dapat mempersingkat waktu penyetelan dan penerimaan di lapangan.
Proyek pembangunan substasi 110 kV Pusat Data No.1 mulai berkomunikasi rencana dengan jaringan listrik Suzhou dan mempromosikan prosedur awal pada awal Desember. Setelah melalui tender proyek, pembelian perangkat, produksi pabrik, konstruksi fondasi perangkat di lapangan, perakitan di lapangan, penyetelan perangkat, dan penerimaan penghidupan listrik, resmi beroperasi pada awal Juni. Seluruh proses membutuhkan waktu kurang dari 6 bulan, di mana waktu dari penentuan tender proyek hingga penyelesaian proyek dan penerimaan penghidupan listrik sekitar 100 hari, yang merupakan proyek dengan siklus konstruksi substasi terpendek di bidang pusat data. Oleh karena itu, dibandingkan dengan substasi tradisional, waktu konstruksi sangat berkurang.
Selain keuntungan-keuntungan ini, karena adopsi konsep desain moduler, dapat ditingkatkan secara efisien jika diperlukan di masa depan, yang membantu mengurangi biaya pemeliharaan dan ekspansi, sehingga juga menunjukkan prospek pengembangan yang luas.
4. Kesimpulan
Substasi prefabrikasi telah mengatasi titik nyeri substasi tradisional di bidang pusat data.
Substasi moduler prefabrikasi mewakili teknologi yang terus berkembang. Pembangunan mereka bertujuan untuk lebih baik melayani jaringan listrik dan pengguna. Sementara memastikan keamanan, keandalan, dan efisiensi ekonomi, mereka memenuhi kebutuhan untuk konstruksi cepat, penghematan ruang, dan pengurangan investasi. Diharapkan, dengan promosi kuat konstruksi infrastruktur baru seperti pusat data oleh negara dan kematangan berkelanjutan teknologi substasi moduler prefabrikasi, semakin banyak substasi moduler prefabrikasi akan diselesaikan dan dikirim di pusat data di masa depan.
