೧೧೦ ಕಿಲೋವೋಲ್ಟ್ ಪ್ರತ್ಯೇಕ್ಸ್ ಉಪ-ಸ್ಟೇಶನ್ ವಿನ್ಯಾಸ IEE-Business ಡೇಟಾ ಸೆಂಟರ್ ಗುರಿಗೆ
ಪರಿಚಯ
クラウド コンピューティングやビッグ データなどの技術の急速な発展と「インターネット +」がさまざまな産業に浸透するにつれて、デジタル経済産業は世界中の主要国や地域で隆盛を極めています。これは日常生活や国民経済においてますます重要な位置を占めるようになっています。特に現在、世界的なCOVID-19パンデミックの影響により、世界経済の下落傾向が強まっていますが、デジタル経済だけは逆に強い発展の勢いを維持しています。
GB 50174 - 2017 データセンター設計規範では、データセンターについて具体的な定義を与えています。データセンターは、データ管理および保存に関連する基本的な施設であり、さまざまな種類のデータ情報を保存することができます。さらに、大量のデータ管理のニーズを満たすためのデータ計算や伝送など、基本的な機能もサポートします。データセンターの建設は避けられないトレンドとなっています。
データセンターアイテムでは、デジタル不動産とも呼ばれ、従来のインフラプロジェクトとは大きく異なります。ここでは、データセンターのいくつかの顕著な特性を挙げます：高い電力消費量、高い信頼性要件、そして高速な建設速度の要求です。データセンターの電力消費は集中しており、通常は2N冗長構成で設定されます。大きな電力消費能力は、公園レベルのデータセンタープロジェクトが一般的にユーザー専用の110 kV変電所を設定することを意味します。
しかし、110 kV変電所の建設には多くの問題点があります。具体的には以下の点が挙げられます：中国での伝統的な110 kV変電所の建設期間は通常12〜24ヶ月かかり、計画、立地選定、測量、設計、プロジェクト登録、材料調達、「四通一平」（水道、電気、道路、通信へのアクセスと土地の整備）、建設・設置、調整、緑化復元、生産受け入れといった全周期の作業内容を含みます。長い建設期間は、データセンターの迅速な納品の需要に合致しません；顧客とネットワークの理由により、中国のデータセンターアイテムは主に北京・天津・河北地区、長江デルタ、広東・香港・マカオ大ベイエリアに分布しています。これらの地域の多くは比較的発達した都市で、土地資源が希少であり、プロジェクト計画中にしばしば用地制約の問題に直面します；データセンター変電所もまた、データセンターの柔軟な容量変更に対応する必要があります。
データセンター変電所の建設におけるこのような問題点に対する重要な解決策として、プレファブモジュール式変電所があります。モジュールデザインの概念に基づいて、プレファブ変電所は伝統的な変電所と比べて柔軟性と信頼性という利点を持っています。プレファブキャビン内のすべてのシステムは工場で生産、設置、配線、デバッグ、事前組み立てが行われ、完成後は直接現場で組み立てることができ、効率が高く、建設難度を低減し、高度な統合性を持つことができます。異なる変電所建設シナリオに適しており、明確な優位性を示します。
この記事では、データセンターナンバーワンの110 kV変電所建設プロジェクトを例にとって、プレファブ変電所在りのデータセンターにおける適用シーン、プロセスレイアウト設計、プレファブキャビンプロセス設計について詳細に紹介します。
1. プロジェクト概要
データセンターナンバーワンプロジェクトは、江蘇省蘇州市に位置しています。このプロジェクトは古い工場ビルの改装です。既にパーク内にはA、B、C、Dの4つの工場ビルがあります。今回の主な建設内容は、既存の建物計画条件を変えずにパーク全体を改修し、信頼性のあるデータセンターパークを建設することです。
このパークは、GB 50174 - 2017 データセンター設計規範のクラスAデータセンター基準を参照し、10万以上の高性能サーバーを搭載できるパークレベルのデータセンターを建設する計画です。パークは、110 kV変電所を建設してパークの電力供給要件を満たす必要があります。変電所は2つの完全に独立した110 kV商用電源を導入し、それぞれ80,000 kVAの容量を持ち、2N電源供給システムを形成します。正常運転時には、各回路の負荷率はそのフルロード容量の50%を超えない、つまり40,000 kVAです。一つの商用電源が故障した場合、もう一つの電源がデータセンターのすべての負荷を担うことができます。
このプロジェクトは工場ビルの改装であるため、プロジェクトの大部分の土地スペースは既に完成しているA、B、C、Dビルによって占められており、物理的なスペース制約が大きくなっています。主に利用可能な屋外スペースは、Bビルの左側の開放スペースとBビルとDビルの間の開放スペースです。伝統的な110 kV変電所案では、80,000 kVAの容量を持つ2台の主変圧器を設置するには、約70 mの長さと40 mの幅の長方形のサイトが必要です。Bビルの左側のサイトのクリアランスは30 m、BビルとCビルの間のサイトのクリアランスは50 mです。変電所と建物との間の防火距離とパークの消防環状道路の要件を考慮すると、両方のサイトとも伝統的な変電所の建設スペース要件を満たすのは難しいです。
データセンターナンバーワンプロジェクトの顧客は、インターネット企業です。この顧客にとってのベース型データセンタープロジェクトとして、このパークは顧客の大規模なオンラインビジネスとそれらの背後にある大量のデータ伝送、運用、保管、処理をサポートします。顧客はこのデータセンターの信頼性に対して高い要求を持ち、納期もタイトです。
納期に関しては、顧客のデータビジネスが急速に発展しているため、データセンターに対する顧客の要求は非常に緊急であり、データセンターパーク全体を6ヶ月以内に納品する必要があります。信頼性に関しては、顧客は110 kV変電所の2つの商用電源が互いにバックアップとなるように、入力線から出力線まで完全に独立して、ルートが10 m以上離れていることを要求しています。GIS、変圧器、10 kVスイッチギアなどの主要設備は異なる物理空間に分散配置され、単一の事故が両方の商用電源に影響を与えて、データセンター全体のビジネスに影響を与えることを防ぎます。
データセンターナンバーワンの110 kV変電所プロジェクトは、スペース制約、時間制約、および高カスタマイズ要件があるため、伝統的な変電所形式ではプロジェクト要件を満たすのが難しいです。地元の電力網会社との協議と議論の結果、このプロジェクトはプレファブモジュラー式110 kV変電所の形式を採用することが確認されました。
2. プロセスレイアウト設計
2.1 物理スペース
データセンターナンバーワンの110 kV変電所プロジェクトには合計2つの入力電源線があり、これらは上流の220 kV変電所AとBからの商用電源から供給されます。AとBの両商用電源の入力線は南側から地下埋設を通じてパークに入ります。外部商用電源線ルートの方向と現在のパーク内の建物状況を考慮し、110 kV変電所はパークの南西隅に設置されます。110 kV変電所の位置の平面図は図1に示されています。
プレファブ変電所は長さ82 m、幅17 m、総床面積1,400 m²です。同条件の伝統的な変電所の場合、これらの3つのパラメータはそれぞれ70 m、40 m、2,800 m²です。伝統的な変電所と比較して、床面積は50%以上節約され、変電所のレイアウトは現場の状況に応じて決定でき、比較的柔軟です。
図1 110 kV変電所の位置計画図
2.2 プロセスレイアウト
図2は110 kV変電所のプロセスレイアウト図を示しています。変電所内部は2つのプレファブGIS（SF6ガス絶縁金属閉鎖開閉装置）キャビン、1つのプレファブ主要設備キャビン、2つの屋外110 kV変圧器で構成されており、レイアウトは直線的に配置されています。
2.3 電力ルーティング
このプロジェクトの変電所は基本的に完全に対称です。図2から、2つのプレファブ主要設備キャビンの中間にある防火壁を境界として、左側と右側にはそれぞれAルートとBルートの商用電源用のプレファブGISキャビン、プレファブ主要設備キャビン、110 kV変圧器、プレファブキャパシタキャビンが配置されており、AルートとBルートの設備は完全に独立しています。
全変電所は独立した囲い壁を備え、データセンターパークとは独立して動作します。南側にパーク外への独立した入口が設けられており、110 kV変電所に入るには専門家のみが許可され、他の人はアクセス権がありません。これにより、変電所の動作の信頼性が確保されます。
GISキャビンは単層のプレファブキャビンです。内部には主に2,000 Aの定格電流を持つ110 kV GIS組み合わせ電器が装備されています。設計の各部分において、六フッ化硫黄（SF6）は重要な消弧媒体であり、GISに適用できます。構造的には、GISは主に電圧トランスフォーマー、避雷器、遮断器、端子箱などのいくつかの部分に分かれています。これらの部分は正しく接続され、各部品の信頼性が確保されなければならず、全体的な機能を有効に達成するために必要です [8]。
主変圧器は主に三相二巻き油冷自冷式変圧器を使用し、YN接地方式を採用し、電圧レベルは[10.5 ± (2×2.5%/0.4)] kVで、具体的なモデルはSZ11 - 80000/110です。
主要設備キャビンは二階建て構造です。一階は完全に独立した2つの10 kV出力キャビンキャビンで構成され、防火壁で分離され、それぞれAルートとBルートの商用電源に対応する10 kVスイッチギアとステーションサービス変圧器が装備されています。10 kVスイッチギアは真空遮断器を備えた金属覆いスイッチギアを使用します。給電盤、キャパシタ、ステーションサービス変圧器の定格電流と切断電流はそれぞれ1.25 kAと25 kAで、入線についてはそれぞれ3.15 kAと31.5 kAです。ステーションサービス変圧器の容量は100 kVAを選択し、SC11 - 型乾式変圧器を使用し、電圧は[110 ± (8×1.25%/10.5)] kV、接続群はDyn11、インピーダンス電圧Uk = 4%、IP40保護ケース、エネルギー効率クラス2です。システムの信頼性を向上させるために、各110 kV入線に対応して2セクションの10 kVバスバーが設定され、障害時の事故範囲を縮小できます。
二階には接地変圧器、プレファブキャパシタキャビンなどが装備される必要があります。プレファブキャビンにはキャパシタバンクが設定され、差動圧保護が設定され、6,000 kVAの容量が必要です。上記の部分以外にも、この設計ではコアリアクターが選択され、リアクタンス率は12%です。接地抵抗セット装置、接地抵抗10 Ω、容量400 kVA。二階には二次室もあります。二次室は具体的には、ビデオ監視、キロワット時計キャビネット、電力収集、障害記録、共通計測制御、遠隔通信、継電保護、コンピュータ監視、スマート補助制御システム、タイム同期システムなどのいくつかの部分に分けられています。
2.3 電力ルーティング
電力ルーティングに関して、AルートとBルートの110 kV商用電源入線はどちらも右側の17 m幅の短辺から入ります。2つのルートは並行して入り、10 m以上の間隔があり、それぞれAルートとBルートに対応するプレファブGISキャビンに導入されます。AルートとBルートのGISから変圧器への線路、変圧器から10 kVスイッチギアへのバスバー、10 kVスイッチギアの出線はすべて独立しており、間隔は10 m以上です。
2.4 プロセスレイアウト設計の利点
プロジェクトの主要設備、プレファブGISキャビン、110 kV変圧器、プレファブ主要設備キャビンなどは、AルートとBルートの間に完全に隔離されています。AルートとBルートの電力ルーティングは完全に隔離されています。伝統的な変電所と比較して、スペースをより少なく使用し、高度なカスタマイズ性を持ち、柔軟かつ効果的であり、データセンターの信頼性要件を満たすことができます。
3. プレファブキャビン技術
このプロジェクトは全駅フルモジュールプレファブ方法を採用しています。現場ではストリップ基礎や防火壁などの補助施設のみを建設する必要があります。モジュールプレファブキャビンの生産と加工は土木工事と同時に進行し、土木工事の量を大幅に削減します。これは伝統的な変電所建設モードにおける大量の土木工事と長い建設期間の問題を解決し、変電所建設時間が土木プロジェクトに制限されることを避けることができます。
3.1 キャビン技術
プレファブキャビンは工場で生産およびデバッグされ、精巧な製品品質と高標準の設計実装レベルを確保し、現場施工品質による設備への影響を避けます。構造的には、ボックス本体の底フレーム部品はチャンネル鋼で接続され、ドアパネルとトップカバーは2 mm厚の高品質冷間圧延板で溶接されています。一体構造で衝撃に強く、耐久性があります。
ボックス本体の特徴は主に3つの側面に表れます：腐食防止、3層構造、密封性。これにより基本的な動作要件を満たし、各部品が安定した動作状態を維持することができます。外殻はIP54以上の保護等級に達する必要があります。プレファブキャビンは全動作条件設計を採用しており、風耐性、耐震性、雪荷重耐性も良好で、設備の安全な動作を確保します。
キャビン内の設備は高度に統合されています。キャビン構造の設計と各種内部システムの調整により、プレファブキャビンは設備動作の要件を満たします。キャビンは110 kV変電所の一次、二次、通信設備だけでなく、環境制御、照明、非常照明、消防、接地などの補助システムも考慮しています。
3.2 キャビン輸送
キャビンは主に防湿性と密封性に関する高い要件を満たす必要があります。そうでなければ、動作品質が保証されません。このプロジェクトの道路輸送における長さと幅の制約を考慮し、各輸送ユニットの長さは14 m以下、幅は3.4 m以下、高さは4.5 m以下に制限されています。寸法が大きいプレファブキャビンは分割して輸送され、他の比較的小さな寸法のプレファブキャビンは全体として輸送され、道路輸送の要件を満たします。現場が組み立て要件を満たしている場合、次のステップの組み立てのために現場に輸送することができます。
3.3 現場設置
このプロジェクトはモジュールプレファブ方法を採用しており、土木工事が少ないです。主な土木工事の内容には、2組の新築主変圧器基礎、長さ10 m、高さ6.5 mの4つの防火壁、2組のGISキャビン基礎、1組の主要設備キャビン基礎、20 m³の事故油池、長さ198 m、高さ2.3 mの空洞囲い壁、14の主変圧器支持、80 mの長さの鉄筋コンクリートケーブルトレンチがあります。
プレファブキャビンは「工場での試験組み立てを行い実際の動作状況をシミュレーション + 分割輸送して現場で組み立て」という方法を採用しています。すべてのモジュールはすでに工場で試験組み立てされており、問題点を早期に発見し、現場に問題を残さないようにすることで、現場建設期間と建設品質を確保します。現場での吊り上げと組み立ては短周期で行われ、ほとんど原材料の蓄積はありません。
大型キャビン部品の組み立て作業については、「クレーンで初期位置決め + チェーンブロックで徐々に押し出す + 定位ピンで正確に位置決め」という現場組み立て工程を採用しています。「密着」組み立てを確保するために、現場での吊り上げ写真は図3に示されています。
密封要件を満たすため、組み立てジョイントは合理的に設計され、主に密封材料と機械構造の設計方法を使用しています。ボックス本体の組み立てでは防水クリップと防水フランジを使用します。組み立て完了後、ジョイント位置に強力な防水グリースを追加し、その後シール条で処理します。最後に順番に防水クリップと発泡材を設置します。すべての工程が完了し、高品質要件を満たすことで、密封と防水が達成されます。
各モジュールが設置された後、一次と二次の接続工事を行います。モジュール内のケーブルとモジュール間の接続ケーブルは工場で完全に生産および設置されています。モジュール間の接続ケーブルとバスバーのみを設置する必要があります。各モジュールが工場で組み立てられた時点で、予備の結合デバッグとテストが行われているため、現場でのデバッグと受け入れ時間を短縮することができます。
データセンターナンバーワンの110 kV変電所建設プロジェクトは、12月初旬に蘇州電力網とのプランの打ち合わせを行い、初期手続きを進めました。プロジェクト入札、設備調達、工場生産、現場での設備基礎建設、現場組み立て、設備デバッグ、電力供給受け入れを経て、6月初旬に正式に稼働しました。全工程は6ヶ月未満で完了し、プロジェクト入札決定からプロジェクト完了までの時間は約100日でした。これはデータセンターフィールドで最も短い変電所建設期間のプロジェクトです。したがって、伝統的な変電所と比較して建設時間が大幅に短縮されました。
これらの利点に加えて、モジュールデザインの概念を採用しているため、将来的に必要な場合は効率的にアップグレードでき、メンテナンスと拡張のコストを削減するのに役立ちます。そのため、広い発展の見通しを示しています。
4. 結論
プレファブ変電所は、データセンターフィールドにおける伝統的な変電所の問題点を解決しています。
プレファブモジュラー変電所は、継続的に進化する技術を代表しています。その建設の目的は、電力網とユーザーにより良いサービスを提供することです。安全性、信頼性、経済性を確保しながら、迅速な建設、スペース節約、投資削減のニーズを満たします。国家によるデータセンターなどの新インフラ建設の強力な推進とプレファブモジュラー変電所技術の継続的な成熟により、将来ますます多くのプレファブモジュラー変電所がデータセンターで完成し、納品されることが期待されます。
