Reka Bentuk Substesyen Prafabrikasi 110 kV untuk Pusat Data
Pengenalan
Dengan perkembangan teknologi seperti komputasi awan dan data besar, serta penyebaran "Internet +" ke pelbagai industri, industri ekonomi digital sedang berkembang pesat di negara-negara dan kawasan utama di seluruh dunia. Ia menduduki posisi yang semakin penting dalam kehidupan sehari-hari dan ekonomi nasional. Terutamanya di bawah kesan pandemik COVID-19 secara global, trend penurunan ekonomi dunia semakin meningkat. Hanya ekonomi digital yang bergerak melawan arus dan mengekalkan momentum perkembangan yang kuat.
GB 50174 - 2017 Kod Reka Bentuk Pusat Data memberikan definisi spesifik untuk pusat data. Sebagai infrastruktur asas berkaitan pengurusan dan penyimpanan data, pusat data boleh menyimpan pelbagai jenis maklumat data. Selain itu, ia juga menyokong fungsi asas seperti pengiraan dan penghantaran data untuk memenuhi keperluan pengurusan data yang masif. Pembinaan pusat data telah menjadi trend yang tidak dapat dielakkan.
Dalam industri pusat data, ia dikenali sebagai hartanah digital, yang sangat berbeza daripada projek infrastruktur tradisional. Berikut adalah beberapa ciri-ciri menonjol pusat data: penggunaan tenaga yang tinggi, keperluan kebolehpercayaan yang tinggi, dan permintaan untuk kelajuan pembinaan yang cepat. Penggunaan tenaga pusat data terpusat, biasanya dikonfigurasikan dengan redundansi 2N. Kapasiti penggunaan tenaga yang besar ini bermaksud bahawa projek pusat data peringkat taman biasanya mengkonfigurasikan substesen 110 kV khusus pengguna.
Namun, pembinaan substesen 110 kV juga mempunyai banyak masalah, yang ditunjukkan secara spesifik dalam aspek berikut: tempoh pembinaan substesen 110 kV tradisional di China biasanya mengambil masa 12-24 bulan, melibatkan semua kerja sepanjang siklus seperti perancangan, pemilihan tapak, tinjauan, reka bentuk, pendaftaran projek, pembelian bahan, "empat sambungan dan satu perataan" (akses air, elektrik, jalan, dan telekomunikasi dan perataan tanah), pembinaan dan pemasangan, penyetelan, pemulihan landskap, dan penerimaan produksi. Tempoh pembinaan yang panjang ini tidak dapat sepadan dengan permintaan penghantaran cepat pusat data; Karena alasan pelanggan dan rangkaian, industri pusat data di China kebanyakannya tersebar di kawasan Beijing-Tianjin-Hebei, Delta Sungai Yangtze, dan Kawasan Teluk Besar Guangdong-Hong Kong-Macau. Sebahagian besar kawasan-kawasan ini adalah bandar-bandar yang agak maju dengan sumber tanah yang terhad, dan sering kali menghadapi masalah batasan tapak semasa perancangan projek; Substesen pusat data juga perlu menyesuaikan diri dengan perubahan kapasiti fleksibel pusat data.
Untuk masalah-masalah dalam pembinaan substesen pusat data, substesen modular pra-fabrikasi adalah satu arah penyelesaian yang penting. Berdasarkan konsep reka bentuk modular, substesen pra-fabrikasi mempunyai kelebihan fleksibiliti dan kebolehpercayaan berbanding substesen tradisional dalam aplikasi. Semua sistem dalam kabin pra-fabrikasi diproduksi, dipasang, disambung, diset, dan prakonfigurasi di kilang. Setelah siap, mereka boleh langsung dirakit di tapak, mencapai efisiensi yang tinggi, mengurangkan kesukaran pembinaan, dan mempunyai tahap integrasi yang tinggi. Mereka sesuai untuk pelbagai skenario pembinaan substesen dan menunjukkan kelebihan yang jelas.
Artikel ini mengambil projek pembinaan substesen 110 kV Pusat Data No.1 sebagai contoh, dan membuat perkenalan rinci tentang skenario aplikasi, reka bentuk susun atur proses, dan reka bentuk proses kabin pra-fabrikasi substesen dalam pusat data.
1. Gambaran Projek
Projek Pusat Data No.1 terletak di Bandar Suzhou, Provinsi Jiangsu. Projek ini adalah renovasi sebuah bangunan kilang lama. Sudah ada empat bangunan kilang di taman, iaitu Bangunan A, B, C, dan D. Isi utama pembinaan kali ini adalah untuk mewujudkan renovasi keseluruhan taman tanpa mengubah syarat-syarat perancangan bangunan yang sedia ada dan membina taman pusat data yang boleh dipercayai.
Taman ini merujuk kepada standard pusat data Kelas A dalam GB 50174 - 2017 Kod Reka Bentuk Pusat Data dan merancang untuk membina pusat data peringkat taman yang boleh membawa lebih dari 100,000 server prestasi tinggi. Taman perlu membina substesen 110 kV untuk memenuhi keperluan bekalan tenaga taman. Substesen memperkenalkan dua bekalan tenaga utiliti 110 kV sepenuhnya bebas, setiap satu dengan kapasiti 80,000 kVA, membentuk sistem bekalan tenaga 2N. Dalam operasi normal, kadar beban setiap laluan tidak melebihi 50% kapasiti penuhnya, iaitu 40,000 kVA. Apabila salah satu bekalan tenaga utiliti gagal, yang lain boleh membawa semua beban pusat data.
Kerana projek ini adalah renovasi bangunan kilang, sebahagian besar ruang tanah projek telah diduduki oleh Bangunan A, B, C, dan D yang telah siap, dengan batasan ruang fizikal 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 substesen 110 kV tradisional, apabila memasang dua transformer utama dengan kapasiti 80,000 kVA, diperlukan tapak segi empat dengan panjang sekitar 70 m dan lebar 40 m. Jarak jelas tapak di sebelah kiri Bangunan B adalah 30 m, dan jarak jelas tapak antara Bangunan B dan C adalah 50 m. Mengambil kira jarak pencegahan kebakaran antara substesen dan bangunan-bangunan serta keperluan jalan lingkar pemadam kebakaran taman, kedua-dua tapak tersebut sukar untuk memenuhi keperluan ruang pembinaan substesen tradisional.
Pelanggan projek Pusat Data No.1 adalah sebuah syarikat Internet. Sebagai projek pusat data jenis asas bagi pelanggan ini, taman ini akan menyokong banyak perniagaan online pelanggan dan transmisi, operasi, penyimpanan, dan pemprosesan data yang besar di belakang perniagaan-perniagaan tersebut. Pelanggan mempunyai keperluan yang tinggi untuk kebolehpercayaan pusat data ini dan waktu penghantaran yang ketat.
Dari segi waktu penghantaran, kerana perkembangan pesat perniagaan data pelanggan, pelanggan mempunyai keperluan yang sangat mendesak untuk pusat data, dan seluruh taman pusat data perlu dihantar dalam tempoh 6 bulan. Dari segi kebolehpercayaan, pelanggan memerlukan kedua-dua bekalan tenaga utiliti 110 kV substesen, yang saling sandaran, sepenuhnya bebas dari laluan masuk hingga laluan keluar, dan laluan-laluan tersebut lebih dari 10 m terpisah. Perkakasan utama seperti GIS, transformer, dan switchgear 10 kV tersebar di ruang-ruang fizikal yang berbeza untuk mengelakkan satu kemalangan mempengaruhi kedua-dua bekalan tenaga utiliti dan seterusnya mempengaruhi semua perniagaan seluruh pusat data.
Kerana projek substesen 110 kV Pusat Data No.1 mempunyai batasan ruang, batasan masa yang ketat, dan keperluan penyesuaian yang tinggi, bentuk substesen tradisional sukar untuk memenuhi keperluan projek. Selepas rundingan dan perbincangan dengan syarikat grid tenaga tempatan, dipastikan projek ini akan mengambil bentuk substesen 110 kV modular pra-fabrikasi.
2. Reka Bentuk Susun Atur Proses
2.1 Ruang Fizikal
Projek substesen 110 kV Pusat Data No.1 mempunyai dua laluan tenaga masuk, dan bekalan tenaga datang dari bekalan tenaga utiliti subestesen 220 kV A dan B hulu masing-masing. Kedua-dua laluan masuk bekalan tenaga utiliti A dan B memasuki taman dari selatan melalui pengebumian bawah tanah. Mengambil kira arah laluan bekalan tenaga utiliti luar dan situasi bangunan semasa di taman, substesen 110 kV diletakkan di sudut barat daya taman. Gambar rajah satah lokasi substesen 110 kV ditunjukkan dalam Rajah 1.
Substesen pra-fabrikasi panjangnya 82 m, lebar 17 m, dan mempunyai luas total 1,400 m². Untuk substesen tradisional di bawah keadaan yang sama, tiga parameter ini masing-masing adalah 70 m, 40 m, dan 2,800 m². Berbanding dengan substesen tradisional, luas lantai disimpan lebih dari 50%, dan susun atur substesen boleh ditentukan mengikut keadaan di tapak, yang relatif fleksibel.
Rajah 1 Gambar rajah satah lokasi substesen 110 kV
2.2 Susun Atur Proses
Rajah 2 menunjukkan gambar rajah susun atur proses substesen 110 kV. Bagian dalam substesen terdiri daripada dua kabin GIS (GIS Gas SF6 Logam Bertutup) pra-fabrikasi, satu kabin peralatan utama pra-fabrikasi, dan dua transformer 110 kV luar. Susun atur disusun dalam corak linear.
2.3 Laluan Tenaga
Substesen projek ini pada dasarnya sepenuhnya simetri. Seperti yang dapat dilihat dari Rajah 2, mengambil tembok pemisah di tengah dua kabin peralatan utama pra-fabrikasi sebagai batasan, di sebelah kiri dan kanan masing-masing adalah kabin GIS pra-fabrikasi, kabin peralatan utama pra-fabrikasi, transformer 110 kV, dan kabin kapasitor pra-fabrikasi untuk bekalan tenaga Laluan A dan B, dan peralatan Laluan A dan B sepenuhnya bebas.
Seluruh substesen dilengkapi dengan dinding tutupan sendiri dan beroperasi secara bebas dari taman pusat data. Satu pintu masuk sendiri keluar taman disediakan di sisi selatan. Hanya orang profesional yang dibenarkan memasuki substesen 110 kV, dan orang lain tidak mempunyai hak akses, yang dapat memastikan kebolehpercayaan operasi substesen.
Kabin GIS adalah kabin pra-fabrikasi bertingkat tunggal. Di dalamnya, ia terutamanya dilengkapi dengan peralatan gabungan GIS 110 kV dengan arus nominal 2,000 A. Untuk setiap bahagian reka bentuk, heksafluorida sulfur (SF6) adalah media pemadam busur yang penting dan boleh digunakan dalam GIS. Secara struktur, GIS terutamanya dibahagikan kepada beberapa bahagian, termasuk transformator voltan, pemelindung petir, pemutus litar, dan bushing, dll. Bahagian-bahagian ini perlu disambung dengan betul, dan kebolehpercayaan setiap komponen perlu dijamin untuk mencapai fungsi keseluruhan secara berkesan [8].
Transformer utama terutamanya menggunakan transformer minyak dicelup tiga fasa dwi-gulungan, mengambil kaedah grounding YN, dengan tahap voltan [10.5 ± (2×2.5%/0.4)] kV, dan model spesifik adalah SZ11 - 80000/110.
Kabin peralatan utama mempunyai struktur bertingkat dua. Tingkat pertama terdiri daripada dua kabin rak output 10 kV sepenuhnya bebas, dipisahkan oleh tembok pemisah, dan masing-masing dilengkapi dengan switchgear 10 kV dan transformer stesen yang bersesuaian dengan bekalan tenaga Laluan A dan B. Switchgear 10 kV menggunakan switchgear bertutup logam yang dilengkapi dengan pemutus litar vakum. Untuk rak feeder, kapasitor, dan transformer stesen, arus nominal dan arus pemutusan mereka masing-masing 1.25 kA dan 25 kA; untuk laluan masuk, mereka masing-masing 3.15 kA dan 31.5 kA. Kapasiti transformer stesen dipilih sebagai 100 kVA, menggunakan transformer kering jenis SC11, dengan voltan [110 ± (8×1.25%/10.5)] kV, grup penyambungan Dyn11, voltan impedans Uk = 4%, tutupan perlindungan IP40, dan kelas efisiensi energi 2. Untuk meningkatkan kebolehpercayaan sistem, setiap laluan masuk 110 kV berkoresponden dengan dua bahagian busbar 10 kV, yang dapat mengurangkan skop kemalangan dalam kes terjadi kesalahan.
Tingkat kedua perlu dilengkapi dengan transformer grounding, kabin kapasitor pra-fabrikasi, dll. Bank kapasitor dikonfigurasikan dalam kabin pra-fabrikasi, dengan perlindungan tekanan diferensial diset, dan kapasiti 6,000 kVA perlu dicapai. Selain bahagian-bahagian yang disebutkan di atas, reaktor inti besi dipilih dalam reka bentuk ini, dengan kadar reaktansi 12%. Set lengkap peranti grounding hambatan kecil, dengan rintangan grounding 10 Ω dan kapasiti 400 kVA. Tingkat kedua juga mempunyai bilik sekunder. Bilik sekunder secara khusus dibahagikan kepada beberapa bahagian, termasuk pengawasan video, kabinet meter kilowatt-jam, pengumpulan tenaga elektrik, rekod kesalahan, pengukuran dan kawalan awam, komunikasi telekontrol, perlindungan relai, pengawasan komputer, sistem kawalan bantu cerdas, sistem penyelarasan masa, dll.
2.3 Laluan Tenaga
Dari segi laluan tenaga, laluan masuk tenaga utiliti 110 kV Laluan A dan B kedua-duanya memasuki dari sisi pendek lebar 17 m di sebelah kanan. Kedua-dua laluan memasuki secara selari, dengan jarak lebih dari 10 m, dan masing-masing diperkenalkan ke kabin GIS pra-fabrikasi yang bersesuaian dengan Laluan A dan B. Lini dari GIS ke transformer untuk Laluan A dan B, busbar dari transformer ke switchgear 10 kV, dan laluan keluar switchgear 10 kV semua bebas, dan jarak lebih dari 10 m.
2.4 Kelebihan Reka Bentuk Susun Atur Proses
Peralatan utama projek, termasuk kabin GIS pra-fabrikasi, transformer 110 kV, kabin peralatan utama pra-fabrikasi, dll., semua sepenuhnya terisolasi antara Laluan A dan B. Laluan tenaga Laluan A dan B sepenuhnya terisolasi. Berbanding dengan substesen tradisional, ia menduduki ruang yang kurang, mempunyai tahap penyesuaian yang tinggi, fleksibel dan berkesan, dan dapat memenuhi keperluan kebolehpercayaan pusat data.
3. Teknologi Kabin Pra-fabrikasi
Projek ini mengambil kaedah modul pra-fabrikasi seluruh stesen. Di tapak, hanya perlu membina fasiliti tambahan seperti pondasi jalur dan tembok pemisah. Produksi dan pemrosesan kabin pra-fabrikasi modular boleh dilakukan secara serentak dengan kerja sipil, mengurangkan jumlah kerja sipil secara signifikan. Ia menyelesaikan masalah jumlah kerja sipil yang besar dan tempoh pembinaan yang panjang dalam mod pembinan substesen tradisional, dan mengelakkan situasi di mana masa pembinaan substesen dibatasi oleh projek sipil.
3.1 Teknologi Kabin
Kabin pra-fabrikasi diproduksi dan diset di kilang, memastikan kualiti produk yang cemerlang dan tahap pelaksanaan reka bentuk yang tinggi, dan mengelakkan kesan kualiti pembinaan di tapak terhadap peralatan. Secara struktur, komponen rangka bawah kotak badan disambung dengan besi saluran, dan panel pintu dan penutup atas di las dengan plat lembaran berkualiti tinggi 2 mm. Ia mempunyai struktur integral dan ketahanan benturan yang kuat.
Ciri-ciri kotak badan terutamanya ditunjukkan dalam tiga aspek: anti-karatan, struktur tiga lapis, dan penyegelan, yang dapat memenuhi keperluan operasi asas dan memastikan setiap komponen kekal dalam keadaan kerja yang stabil. Cangkerang luar perlu mencapai tahap perlindungan IP54 atau lebih tinggi. Kabin pra-fabrikasi mengambil reka bentuk untuk semua keadaan kerja dan juga mempunyai ketahanan angin, gempa bumi, dan beban salji yang baik untuk memastikan operasi peralatan yang selamat.
Peralatan di dalam kabin sangat terintegrasi. Melalui reka bentuk struktur kabin dan koordinasi pelbagai sistem dalaman, kabin pra-fabrikasi memenuhi keperluan operasi peralatan. Kabin tidak hanya mempertimbangkan peralatan primer, sekunder, dan komunikasi substesen 110 kV tetapi juga mempertimbangkan sistem bantu seperti kawalan persekitaran, pencahayaan, pencahayaan kecemasan, pemadam kebakaran, dan grounding.
3.2 Pengangkutan Kabin
Kabin perlu memenuhi keperluan yang tinggi, terutamanya melibatkan sifat tahan air dan penyegelan, jika tidak, kualiti operasi tidak dapat dijamin. Mengambil kira had-had panjang dan lebar untuk pengangkutan jalan raya dalam projek ini, panjang setiap unit pengangkutan dibatasi hingga 14 m, lebar hingga 3.4 m, dan ketinggian hingga 4.5 m. Kabin pra-fabrikasi dengan dimensi yang lebih besar diangkut secara berperingkat, dan kabin pra-fabrikasi dengan dimensi yang relatif lebih kecil diangkut secara keseluruhan, memenuhi keperluan pengangkutan jalan raya. Jika tapak telah mencapai keperluan perakitan, ia boleh diangkut ke tapak untuk perakitan langkah seterusnya.
3.3 Pemasangan Di Tapak
Projek ini mengambil kaedah modul pra-fabrikasi, dengan kerja sipil yang lebih sedikit. Isi utama kerja sipil termasuk dua kumpulan pondasi transformer utama baru, empat tembok pemisah dengan panjang 10 m dan ketinggian 6.5 m, dua kumpulan pondasi kabin GIS, satu kumpulan pondasi kabin peralatan utama, satu kolam minyak kecemasan 20 m³, dinding penutup berongga panjang 198 m dan tinggi 2.3 m, 14 sokongan transformer utama, dan parit kabel konkrit bertulang 80 m panjang.
Kabin pra-fabrikasi mengambil modus "perlaksanaan percubaan perakitan di kilang untuk mensimulasikan keadaan operasi sebenar + pengangkutan berperingkat ke tapak dan kemudian penyambungan dan pemasangan" di tapak. Semua modul telah diuji perakitan di kilang, dan masalah dikesan secara tepat tanpa meninggalkan masalah di tapak, memastikan tempoh dan kualiti pembinaan di tapak. Pengangkatan dan perakitan di tapak mempunyai siklus yang singkat, dan hampir tiada penumpukan bahan mentah.
Untuk operasi penyambungan bahagian kabin berukuran besar, proses penyambungan di tapak "menggunakan kran untuk penempatan awal peralatan + mendorong secara beransur-ansur dengan blok rantai + penempatan tepat dengan pin penempatan" diambil. Untuk memastikan penyambungan kabin "ketat", gambar pengangkatan di tapak ditunjukkan dalam Rajah 3.
Untuk memenuhi keperluan penyegelan, sambungan penyambungan direka dengan sewajarnya, terutamanya menggunakan kaedah reka bentuk bahan penyegelan dan struktur mekanikal. Dalam penyambungan kotak badan, kancing tahan air dan flensa tahan air digunakan. Setelah penyambungan selesai, lem tahan air yang kuat perlu ditambah ke kedudukan sambungan, dan kemudian ditangani dengan jalur penyegelan. Akhirnya, kancing tahan air dan bahan busa dipasang secara berurutan. Apabila semua proses selesai dan memenuhi keperluan kualiti yang tinggi, penyegelan dan tahan air dapat dicapai.
Setelah setiap modul berada di tempat, kerja sambungan primer dan sekunder dilakukan. Kabel di dalam modul dan kabel sambungan antara mereka telah sepenuhnya diproduksi dan dipasang di kilang. Hanya kabel sambungan dan busbar antara setiap modul yang perlu dipasang. Apabila setiap modul dirakit di kilang, ujian dan pengujian penyatuan awal telah dilakukan, yang juga dapat mengurangkan masa penyatuan dan penerimaan di tapak.
Projek pembinaan substesen 110 kV Pusat Data No.1 bermula dengan berkomunikasi rancangan dengan grid tenaga Suzhou dan mempromosikan prosedur awal pada awal Disember. Setelah melalui tender projek, pembelian peralatan, produksi di kilang, pembinaan pondasi peralatan di tapak, perakitan di tapak, penyetelan peralatan, dan penerimaan penghantaran tenaga, ia secara rasmi dimulakan pada awal Jun. Proses keseluruhan mengambil masa kurang dari 6 bulan, di mana masa dari penetapan tender projek hingga penyelesaian projek dan penerimaan penghantaran tenaga adalah sekitar 100 hari, yang merupakan projek dengan siklus pembinaan substesen yang paling singkat dalam bidang pusat data. Oleh itu, berbanding dengan substesen tradisional, masa pembinaan telah berkurangan secara signifikan.
Selain kelebihan-kelebihan ini, kerana adopsi konsep reka bentuk modular, ia dapat ditingkatkan dengan berkesan apabila diperlukan di masa depan, yang membantu mengurangkan kos pemeliharaan dan pengembangan, oleh itu juga menunjukkan prospek pembangunan yang luas.
4. Kesimpulan
Substesen pra-fabrikasi telah menangani titik-titik masalah substesen tradisional dalam bidang pusat data.
