Projekt 110 kV prefabrykowanej podstacji dla centrum danych

Wprowadzenie

Z szybkim rozwojem technologii takich jak obliczenia w chmurze i big data, oraz przyspieszającą penetracją "Internet +" do różnych branż, cyfrowa gospodarka rozwija się dynamicznie w głównych krajach i regionach na całym świecie. Zajmuje ona coraz ważniejsze miejsce w codziennym życiu i gospodarce narodowej. Szczególnie pod wpływem globalnego pandemii COVID-19, trend spadkowy światowej gospodarki nasilił się. Tylko cyfrowa gospodarka przeciwdziała temu trendowi i utrzymuje silny pęd do rozwoju.

GB 50174 - 2017 Normy projektowania centrów danych definiują centra danych w sposób szczegółowy. Centrum danych, jako podstawowa infrastruktura związana z zarządzaniem i przechowywaniem danych, może przechowywać różne typy informacji. Ponadto wspiera podstawowe funkcje, takie jak obliczenia i transmisja danych, aby spełnić potrzeby zarządzania masowymi danymi. Budowa centrów danych stała się nieuniknioną tendencją.

W branży centrów danych znane są one jako cyfrowe nieruchomości, co jest bardzo różne od tradycyjnych projektów infrastruktury. Oto kilka wyrazistych cech centrów danych: wysokie zużycie energii, wysokie wymagania dotyczące niezawodności i potrzeba szybkiego budowania. Zużycie energii w centrach danych jest koncentrowane, zazwyczaj skonfigurowane z redundancją 2N. Wielkie możliwości zużycia energii oznaczają, że projekty centrów danych na poziomie parku zwykle są wyposażone w dedykowane podstacje transformatorowe 110 kV dla użytkownika.

Jednak budowa podstacji 110 kV ma wiele problemów, które konkretnie manifestują się w następujących aspektach: cykl budowy tradycyjnej podstacji 110 kV w Chinach zwykle trwa 12-24 miesiące, obejmując wszystkie etapy pracy, takie jak planowanie, lokalizacja, pomiary, projekt, rejestracja projektu, zakup materiałów, "cztery połączenia i jedno wyrównanie" (dostęp do wody, prądu, dróg, telekomunikacji i wyrównanie terenu), budowa i montaż, dostosowanie, przywrócenie zieleni i akceptacja produkcji. Długi cykl budowy nie odpowiada potrzebie szybkiej dostawy centrów danych; ze względu na klientów i sieci, branża centrów danych w Chinach koncentruje się głównie w regionie Pekin-Tianjin-Hebei, delcie rzeki Jangcy i regionie Wielkiej Zatoki Gwangdong-Hongkong-Makau. Większość tych regionów to stosunkowo rozwinięte miasta z ograniczonymi zasobami ziemi, a problemy związane z dostępnością terenów często występują podczas planowania projektów; podstacje centrów danych muszą również dostosować się do elastycznych zmian pojemności centrów danych.

Dla problemów związanych z budową podstacji centrów danych, prefabrykowane modułowe podstacje są ważnym kierunkiem rozwiązania. Opierając się na koncepcji modułowego projektowania, prefabrykowane podstacje mają zalety elastyczności i niezawodności w porównaniu z tradycyjnymi podstacjami. Wszystkie systemy w prefabrykowanej kabince są produkowane, montowane, przewiązywane, testowane i przedmontowane w fabryce. Po ukończeniu mogą być bezpośrednio złożone na miejscu, osiągając wysoką efektywność, redukując trudność budowy i mając wysoki stopień integracji. Są one odpowiednie dla różnych scenariuszy budowy podstacji i wykazują oczywiste zalety.

Ten artykuł opisuje szczegółowo scenariusze zastosowania, projekt układu procesowego i projekt prefabrykowanej kabiny prefabrykowanych podstacji w projekcie budowy podstacji 110 kV Centrum Danych Nr 1.

1. Przegląd projektu

Projekt Centrum Danych Nr 1 znajduje się w Suzhou, prowincja Jiangsu. Ten projekt to przebudowa starej hali fabrycznej. W parku istnieje już cztery hale fabryczne, czyli budynki A, B, C i D. Głównym zadaniem tej przebudowy jest ogólne odnowienie parku bez zmiany istniejących warunków planowania budynków i stworzenie niezawodnego parku centrów danych.

Ten park nawiązuje do standardu klasy A centrów danych w GB 50174 - 2017 Normy projektowania centrów danych i planuje budowę parkowego centrum danych, które może obsługiwać ponad 100 000 wysokowydajnych serwerów. Park potrzebuje zbudować podstację 110 kV, aby spełnić wymagania energetyczne parku. Podstacja wprowadza dwie całkowicie niezależne linie energetyczne 110 kV, każda o mocy 80 000 kVA, tworząc system zasilania 2N. W normalnym działaniu obciążenie każdej linii nie przekracza 50% jej pełnej mocy, czyli 40 000 kVA. Gdy jedna linia zasilania awarii, druga może obsłużyć całe obciążenia centrum danych.

Ponieważ ten projekt to przebudowa hali fabrycznej, większość powierzchni gruntu projektu została zajęta przez zbudowane budynki A, B, C i D, z dużymi fizycznymi ograniczeniami przestrzeni. Główne dostępne przestrzenie zewnętrzne to otwarta przestrzeń po lewej stronie budynku B i otwarta przestrzeń między budynkiem B a budynkiem D. Dla tradycyjnego schematu podstacji 110 kV, przy instalacji dwóch głównych transformatorów o mocy 80 000 kVA, wymagany jest prostokątny teren o długości około 70 m i szerokości 40 m. Wolna odległość terenu po lewej stronie budynku B wynosi 30 m, a wolna odległość terenu między budynkiem B a budynkiem C wynosi 50 m. Biorąc pod uwagę odległość zapobiegającą pożarom między podstacją a budynkami i wymagania parku dotyczące drogi przeciwpożarowej, trudno jest, aby oba tereny spełniały wymagania przestrzenne dla tradycyjnych podstacji.

Klientem projektu Centrum Danych Nr 1 jest przedsiębiorstwo internetowe. Jako bazowy projekt centrum danych dla tego klienta, ten park będzie wspierał dużą liczbę online biznesów klienta i dużą ilość przesyłania, operacji, przechowywania i przetwarzania danych za tymi biznesami. Klient ma wysokie wymagania co do niezawodności tego centrum danych i jest mocno ograniczony czasowo.

Pod względem czasu dostawy, ze względu na szybki rozwój danych biznesowych klienta, klient ma bardzo pilną potrzebę centrum danych, a cały park centrum danych musi być dostarczony w ciągu 6 miesięcy. Pod względem niezawodności, klient wymaga, aby dwa źródła zasilania podstacji 110 kV, które są wzajemnie rezerwowane, były całkowicie niezależne od linii wejściowej do linii wyjściowej, a ich trasy są oddalone o więcej niż 10 m. Główne urządzenia, takie jak GIS, transformatory i szafy przełączników 10 kV, są rozmieszczone w różnych przestrzeniach fizycznych, aby uniknąć sytuacji, gdy pojedynczy wypadek wpływał na oba źródła zasilania i tym samym na wszystkie działania całego centrum danych.

Ponieważ projekt podstacji 110 kV Centrum Danych Nr 1 ma ograniczenia przestrzenne, ograniczenia czasowe i wysokie wymagania niestandardowe, forma tradycyjnej podstacji trudno spełnia wymagania projektu. Po konsultacjach i dyskusji z lokalną firmą dystrybucji energii, potwierdzono, że ten projekt przyjmie formę prefabrykowanej modułowej podstacji 110 kV.

2. Projekt układu procesowego
2.1 Przestrzeń fizyczna

Projekt podstacji 110 kV Centrum Danych Nr 1 ma łącznie 2 linie zasilające, a zasilanie pochodzi z sieci 220 kV z górnego poziomu A i B. Obie linie zasilające A i B wchodzą do parku z południa poprzez podziemne zasypywanie. Biorąc pod uwagę kierunek tras linii zewnętrznych i obecny stan budynków w parku, podstacja 110 kV jest umieszczona w południowo-zachodnim narożniku parku. Schematyczny plan lokacji podstacji 110 kV pokazany jest na Rysunku 1.

Prefabrykowana podstacja ma 82 m długości, 17 m szerokości i całkowitą powierzchnię 1 400 m². Dla tradycyjnej podstacji w tych samych warunkach te trzy parametry wynoszą odpowiednio 70 m, 40 m i 2 800 m². W porównaniu z tradycyjną podstacją, powierzchnia jest oszczędzana o ponad 50%, a układ podstacji można określić według warunków lokalnych, co jest stosunkowo elastyczne.

Rysunek 1 Schematyczny plan lokacji podstacji 110 kV

2.2 Układ procesowy

Rysunek 2 pokazuje diagram układu procesowego podstacji 110 kV. Wnętrze podstacji składa się z dwóch prefabrykowanych kabinek GIS (SF6 Gazowy Metaliczny Zamknięty Przełącznik), jednej prefabrykowanej kabiny głównego sprzętu i dwóch zewnętrznych transformatorów 110 kV. Układ jest ułożony liniowo.

2.3 Trasy zasilania

Podstacja tego projektu jest w zasadzie całkowicie symetryczna. Jak widać na Rysunku 2, biorąc za granicę ścianę ogniotrwałą w środku dwóch prefabrykowanych kabinek głównego sprzętu, po lewej i prawej stronie znajdują się odpowiednio prefabrykowane kabiny GIS, prefabrykowane kabiny głównego sprzętu, transformatory 110 kV i prefabrykowane kabiny kondensatorów dla linii A i B, a sprzęt dla linii A i B jest całkowicie niezależny.

Cała podstacja jest wyposażona w niezależny mur otaczający i działa niezależnie od parku centrum danych. Na południowej stronie jest ustawione niezależne wejście do parku. Do podstacji 110 kV mogą wchodzić tylko fachowcy, a inne osoby nie mają uprawnień dostępu, co zapewnia niezawodność działania podstacji.

Kabina GIS to jednopiętrowa prefabrykowana kabina. Wewnątrz jest głównie wyposażona w łączone urządzenia elektryczne GIS 110 kV o nominalnym prądzie 2 000 A. Dla każdego elementu projektu, sześciofluorek siarki (SF6) jest ważnym środkiem gaszenia łuku i może być zastosowany w GIS. Strukturalnie, GIS jest głównie podzielone na kilka części, w tym transformatory napięcia, zabezpieczenia, przełączniki i izolatory, itp. Te części muszą być poprawnie połączone, a niezawodność każdego komponentu musi być zapewniona, aby skutecznie osiągnąć całościową funkcję [8].

Główny transformator używa głównie trójfazowego dwuwindingowego transformatora olejowego samochłodzącego, przyjmującego metodę ziemienia YN, z poziomem napięcia [10,5 ± (2×2,5%/0,4)] kV, a jego konkretne model to SZ11 - 80000/110.

Kabina głównego sprzętu ma strukturę dwupiętrową. Pierwsze piętro składa się z dwóch całkowicie niezależnych kabinek szaf wylotowych 10 kV, oddzielonych ścianą ogniotrwałą, i odpowiednio wyposażonych w szafy przełączników 10 kV i transformatory stacyjne dla linii A i B. Szafy przełączników 10 kV używają metalowych szaf z wtryskowymi przełącznikami. Dla szaf wylotowych, kondensatorów i transformatorów stacyjnych, ich nominalny prąd i prąd przerywania wynoszą odpowiednio 1,25 kA i 25 kA; dla linii wejściowych, to 3,15 kA i 31,5 kA. Pojemność transformatora stacyjnego jest wybrana na 100 kVA, używając suchego transformatora typu SC11, z napięciem [110 ± (8×1,25%/10,5)] kV, grupą połączeń Dyn11, impedancją napięciową Uk = 4%, obudową ochronną IP40 i klasą efektywności energii 2. Aby zwiększyć niezawodność systemu, każda linia wejściowa 110 kV odpowiada dwóm sekcjom szyn 10 kV, co może zmniejszyć skalę awarii w przypadku uszkodzenia.

Drugie piętro musi być wyposażone w transformator ziemienia, prefabrykowaną kabinę kondensatorów, itp. W prefabrykowanej kabinie jest skonfigurowana bateria kondensatorów, z ustawieniem ochrony różnicowego ciśnienia, i musi osiągnąć pojemność 6 000 kVA. Oprócz powyższych części, w tym projekcie wybrano rdzeniowy reaktor z współczynnikiem indukcyjności 12%. Kompletny zestaw urządzeń z małym rezystorem ziemienia, z opornością ziemienia 10 Ω i pojemnością 400 kVA. Drugie piętro ma również pomieszczenie wtórne. Pomieszczenie wtórne jest specjalnie podzielone na kilka części, w tym monitorowanie wideo, szafy liczników energii, zbieranie energii, rejestracja błędów, publiczne pomiary i sterowanie, zdalna komunikacja, ochrona relacyjna, komputerowe monitorowanie, inteligentne systemy pomocnicze, systemy synchronizacji czasu, itp.