Dizajn 110 kV predelane podstanice za podatkovni center
Predstavitev
S hitrim razvojem tehnologij, kot so oblačno računanje in veliki podatki, ter s pospeševanjem vdelave "Internet +" v različne industrije, se digitalna gospodarstva v glavnih državah in regijah po vsem svetu zelo razvijajo. Zasedajo vse pomembnejše mesto v vsakdanjem življenju in nacionalnem gospodarstvu. Še posebej pod trenutnim vplivom pandemije COVID-19 na globalni ravni se negativna gibanja svetovnega gospodarstva posrečujejo. Le digitalno gospodarstvo je prekročilo trend in ohranilo močen razvojni zagon.
GB 50174 - 2017 Pravilnik za oblikovanje podatkovnih centrov podaja specifično definicijo podatkovnih centrov. Podatkovni center, kot osnovna infrastruktura, povezana s upravljanjem in shranjevanjem podatkov, lahko shranjuje različne vrste informacij iz podatkov. Poleg tega podpira tudi osnovne funkcije, kot so izračunavanje in prenos podatkov, da bi zadovoljila potrebe za upravljanjem obsežnih podatkov. Gradnja podatkovnih centrov je postala neizbežna tendenca.
V industriji podatkovnih centerjev je znano kot digitalna nepremičnina, ki se zelo razlikuje od tradicionalnih infrastrukturnih projektov. Tukaj so nekateri izstopajoči značilnosti podatkovnih centrov: visoka poraba energije, visoki zahtevi glede zanesljivosti in zahteva po hitri gradnji. Poraba energije v podatkovnih centrih je koncentrirana, običajno je konfigurirana z 2N redundanco. Velika sposobnost porabe energije pomeni, da parkovi podatkovnih centrov običajno konfigurirajo uporabniško specifične 110 kV transformatorne postaje.
Vendar ima gradnja 110 kV transformatornih postaj mnogo težav, ki so specifično odražene v naslednjih vidikih: Običajno traja gradnja tradicionalnih 110 kV transformatornih postaj v Kitajski 12-24 mesece, pri čemer je vključen celoten cikel del, kot so načrtovanje, izbira lokacije, merjenje, oblikovanje, registracija projekta, nakup materialov, "štiri povezave in eno uravnavanje" (dostop do vode, elektrike, cest in telekomunikacij in uravnavanje tal), gradnja in namestitev, usklajevanje, obnova zelenja in sprejetje proizvodnje. Dolgi gradbeni čas ne more ustremiti potrebam za hitro dostavo podatkovnih centrov; zaradi strank in omrežja je industrija podatkovnih centerjev v Kitajski večinoma razpršena v regiji Peking-Tianjin-Hebei, dolini Jangcze in večji območji Guangdong-Hong Kong-Macao. Večina teh regij so relativno razvitja mesta z redkimi zemljišči, in med načrtovanjem projektov pogosto pride do omejitve lokacije; transformatorne postaje podatkovnih centerjev morajo prilagoditi spremenljivo kapaciteto podatkovnih centerjev.
Za težave pri gradnji transformatornih postaj podatkovnih centerjev so predvarilne modulne transformatorne postaje pomembna smer reševanja. Na podlagi koncepta modularnega oblikovanja imajo predvarilne transformatorne postaje prednosti fleksibilnosti in zanesljivosti v primerjavi z tradicionalnimi transformatornimi postajami. Vsi sistemi v predvarilnem prostoru so proizvedeni, nameščeni, vezani, razkrivalni in predvarilno montirani v tovarni. Po zaključku jih je mogoče neposredno montirati na mestu, kar doseže visoko učinkovitost, zmanjša težave pri gradnji in ima visoko stopnjo integracije. Ustreza različnim scenarijem gradnje transformatornih postaj in pokazuje očitne prednosti.
Ta članek uporablja projekt gradnje 110 kV transformatorne postaje podatkovnega centra št. 1 kot primer in podrobno predstavi uporabne scene, načrtovanje postopka in načrtovanje postopka predvarilnega prostora predvarilnih transformatornih postaj v podatkovnih centerjih.
1. Pregled projekta
Projekt podatkovnega centra št. 1 se nahaja v mestu Suzhou, provincija Jiangsu. Ta projekt je prenova stare tovarne. V parku že obstaja 4 tovarn, to je stavbe A, B, C in D. Glavni vsebini gradnje tokrat je celovita prenova parka brez spremembe obstoječih pogojev gradbenega načrtovanja in ustvaritev zanesljivega parka podatkovnih centerjev.
Ta park uporablja standard razreda A podatkovnih centerjev v GB 50174 - 2017 Pravilnik za oblikovanje podatkovnih centrov in načrtuje gradnjo parka podatkovnega centra, ki lahko nosi več kot 100.000 visokoproizvodnih strežnikov. Park mora graditi 110 kV transformatorno postajo, da bo zadovolil potrebe po oskrbi s strmi v parku. Transformatorska postaja uvaja dva popolnoma neodvisna 110 kV javna napajanja, vsako z zmogljivostjo 80.000 kVA, sestavljajo sistem napajanja 2N. V normalnem delovanju ne preseže obremenjenost vsake linije 50 % njene polne zmogljivosti, to je 40.000 kVA. Če en javni vir napajanja odpade, drug lahko prenese vse obremenitve podatkovnega centra.
Ker je ta projekt prenova tovarne, je večina prostora projekta zasedena z dokončanimi stavbami A, B, C in D, z relativno velikimi fizičnimi omejitvami prostora. Glavni zunajprostorski prostori so odprt prostor na levi strani stavbe B in odprt prostor med stavbo B in stavbo D. Za tradicionalno shemo 110 kV transformatorne postaje, ko se namesti dva glavna transformatorja z zmogljivostjo 80.000 kVA, je potreben pravokotni prostor z dolžino približno 70 m in širino 40 m. Prostor na levi strani stavbe B je 30 m, in prostor med stavbo B in stavbo C je 50 m. Upoštevajoč varnostno razdaljo med transformatorno postajo in stavbami ter zahteve za protipožarno okrožno cesto, je težko, da bi oba prosta ustrema prostornim zahtevam tradicionalnih transformatornih postaj.
Stranka projekta podatkovnega centra št. 1 je internetna podjetja. Kot temeljno podatkovno centra za to stranko bo ta park podpiral veliko število spletnih poslovnih dejavnosti stranke in veliko količino prenosa, delovanja, shranjevanja in obdelave podatkov za te poslovne dejavnosti. Stranka ima visoke zahteve glede zanesljivosti tega podatkovnega centra in je tesno omejena s časom dostave.
Glede časa dostave, zaradi hitrega razvoja podatkovne poslovanja stranke, ima stranka zelo nujno potrebo po podatkovnem centru, in celotni park podatkovnega centra mora biti dostavljen v 6 mesecih. Glede zanesljivosti zahteva stranka, da sta dva javna vira napajanja 110 kV transformatorne postaje, ki se vzajemno nadomescata, popolnoma neodvisna od vhodne do izhodne linije, in da so poti več kot 10 m razmaknjene. Glavna oprema, kot so GIS, transformatorji in 10 kV sklopki, je razporejena v različnih fizičnih prostorih, da se izogne, da bi ena nesreča vplivala na obe javni vira napajanja in tako na vse poslovne dejavnosti celotnega podatkovnega centra.
Ker ima 110 kV transformatorna postaja projekta podatkovnega centra št. 1 omejitve prostora, tesno omejitve časa in visoke zahteve po prilagoditvi, je težko, da bi tradicionalna oblika transformatorne postaje ustremla zahtevam projekta. Po pogajanjih in razpravah z lokalno električno omrežno družbo je bilo potrjeno, da bo ta projekt uporabil obliko predvarilne modularne 110 kV transformatorne postaje.
2. Načrtovanje postopka
2.1 Fizični prostor
Projekt 110 kV transformatorne postaje podatkovnega centra št. 1 ima skupaj 2 vhodne napajalske linije, in viri napajanja prihajajo iz navzkrižnega 220 kV transformatorne postaje A in B. Vhodne linije obeh javnih virov napajanja A in B vstopajo v park z zemljskim zazemljevanjem s smeri jug. Upoštevajoč smer zunanje poti javnega napajanja in trenutno stanje stavb v parku, je 110 kV transformatorna postaja postavljena v jugozahodnem kotu parka. Shema ravninske lokacije 110 kV transformatorne postaje je prikazana na Sliki 1.
Predvarilna transformatorna postaja je dolga 82 m, široka 17 m in ima skupno površino 1.400 m². Za tradicionalno transformatorno postajo pod istimi pogoji so ti trije parametri 70 m, 40 m in 2.800 m² respectivno. V primerjavi s tradicionalno transformatorno postajo je površina shranjena za več kot 50%, in razpostavitev transformatorne postaje je mogoče določiti glede na lokalne pogoje, kar je relativno prilagodljivo.
Slika 1 Shema lokacijskega načrta 110 kV transformatorne postaje
2.2 Postopek razpostavitve
Slika 2 prikazuje diagram postopka 110 kV transformatorne postaje. Notranjost transformatorne postaje sestoji iz dveh predvarilnih GIS (SF6 Plinsko izolirane metalne zaprtih sklopke) prostorov, enega predvarilnega glavnega opreme prostora in dveh zunanjih 110 kV transformatorjev. Razpostavitev je razporejena v linearnem vzorecu.
2.3 Usmerjanje električne energije
Transformatorna postaja tega projekta je bistveno popolnoma simetrična. Kot je videti iz Slike 2, vzeti za mejo vmesni protipožarni zid med dvema predvarilnima glavnima opreme prostoroma, na levi in desni strani so predvarilni GIS prostori, predvarilni glavni opreme prostori, 110 kV transformatorji in predvarilni kondenzatorski prostori za napajalsko pot A in B, in oprema za napajalsko pot A in B je popolnoma neodvisna.
Celotna transformatorna postaja je opremljena z neodvisnim ograjenim zidom in deluje neodvisno od parka podatkovnega centra. Na jugu je postavljena neodvisna vhodna izhoda iz parka. Do 110 kV transformatorne postaje je dovoljeno vstopiti samo strokovnjakom, ostali osebe nimajo dostopa, kar zagotavlja zanesljivost delovanja transformatorne postaje.
GIS prostor je enoslojni predvarilni prostor. Notranjost je predvsem opremljena z 110 kV GIS kombiniranimi električnimi aparati z nazivno tokom 2.000 A. Za vsak del oblikovanja je šesterflurov plin (SF6) pomembno sredstvo za uglaševanje loka in se lahko uporablja v GIS. Strukturno je GIS glavno razdeljen v nekaj delov, vključno z napetostnimi transformatorji, zaščitnimi napravami, prekinitvami in cevlji itd. Ti deli morajo biti pravilno povezani, in zanesljivost vsake komponente mora biti zagotovljena, da bi učinkovito dosegla celotno funkcionalnost [8].
Glavni transformator predvsem uporablja trofazni dvovaljni masleno ohlajeni transformator, ki uporablja YN zazemljenje, z napetostno raven [10.5 ± (2×2.5%/0.4)] kV, in specifični model je SZ11 - 80000/110.
Glavni opreme prostor ima dvoslojno strukturo. Prvi sloj sestoji iz dveh popolnoma neodvisnih 10 kV izhodnih škafeljnih prostorov, ločenih z protipožarnim zidom, in je opremljen z 10 kV sklopki in postajskimi transformatorji, ki ustrezata napajalski poti A in B. 10 kV sklopke uporabljajo metalične sklopke, opremljene z vakuumskimi prekinitvami. Za krmarne škafelje, kondenzatorje in postajne transformatorje so njihovi nazivni tok in prekinilni tok 1.25 kA in 25 kA, za vhodne linije pa 3.15 kA in 31.5 kA. Kapaciteta postajnega transformatorja je izbrana 100 kVA, uporablja SC11 tip suhega transformatorja, z napetostjo [110 ± (8×1.25%/10.5)] kV, zvezanjem Dyn11, upornostjo napetosti Uk = 4%, IP40 zaščitnim oklepom in energetsko učinkovitostjo 2. Za izboljšanje zanesljivosti sistema vsaka 110 kV vhodna linija ustrema dvema odsekom 10 kV busbarjev, kar lahko zmanjša obseg nesreče v primeru tega.
Drugi sloj mora biti opremljen z zazemljenim transformatorjem, predvarilnim kondenzatorskim prostorom itd. V predvarilnem prostoru je konfiguriran paket kondenzatorjev, z nastavljeno zaščito diferencialnega tlaka, in mora doseči kapaciteto 6.000 kVA. Poleg zgornje omenjenih delov je v tem oblikovanju izbran železni jedrski reaktor, z reaktivno stopnjo 12%. Kompletna naprava z majhnim zazemljenim upornikom, z zazemljenim upornikom 10 Ω in kapaciteto 400 kVA. Drugi sloj ima tudi sekundarno sobo. Sekundarna soba je specifično razdeljena na nekaj delov, vključno z video nadzorom, škatlama za merjenje energije, zbiranje električne energije, zapisovanje napak, javno merjenje in nadzor, oddaljeni komunikacije, relejna zaščita, računalniški nadzor, inteligentni pomočni sistemi, sistemi za sinhronizacijo časa itd.
2.3 Usmerjanje električne energije
Glede usmerjanja električne energije oba 110 kV javna napajanja napajalske poti A in B vstopita s 17-m široko kratko stranico na desni. Oba poteka vstopita vzporedno, z razmikom več kot 10 m, in sta vnesena v predvarilne GIS prostore, ki ustrezata napajalski poti A in B. Linije od GIS do transformatorjev za napajalsko pot A in B, busbarji od transformatorjev do 10 kV sklopki in izhodne linije 10 kV sklopki so vse neodvisne, in razmik je več kot 10 m.
2.4 Prednosti načrtovanja postopka razpostavitve
Glavna oprema projekta, vključno s predvarilnimi GIS prostori, 110 kV transformatorji, predvarilnimi glavnimi opreme prostori itd., so vse popolnoma izolirane med napajalsko potjo A in B. Usmerjanje električne energije napajalske poti A in B je popolnoma izolirano. V primerjavi s tradicionalnimi transformatornimi postajami zaseda manj prostora, ima visoko stopnjo prilagoditve, je prilagodljivo in učinkovito, in lahko ustremla zahtevam glede zanesljivosti podatkovnih centerjev.
3. Tehnologija predvarilnega prostora
Ta projekt uporablja celostni predvarilni modularni pristop. Na mestu je potrebno graditi le pomožne instalacije, kot so podlaze in protipožarni zid. Proizvodnja in obdelava modulnih predvarilnih prostorov lahko potekata hkrati s gradbeništvom, kar veliko zmanjša količino gradbeniških del. Reši probleme velike količine gradbeniških del in dolgega gradbenega časa v tradicionalnem načinu gradnje transformatorne postaje, in izogni situaciji, da bi čas gradnje transformatorne postaje bil omejen z gradbeniškimi projektom.
3.1 Tehnologija prostora
Predvarilni prostori so proizvedeni in preverjeni v tovarni, kar zagotavlja odlično kakovost izdelka in visoko standardno stopnjo izvajanja oblikovanja, in izogni vplivu kakovosti gradnje na mestu na opremo. Strukturno so komponente dna okvirja pripojene z profilom, vrata in pokrov so zavarovani z 2-mm debelimi visokokakovostnimi hladnokovalnimi listi. Imajo celostno strukturo in močno odpornost na udare.
Značilnosti okvirja so predvsem odražene v treh vidikih: odpornost na korozijo, trostranska struktura in zategnitev, ki lahko zadostijo osnovnim operativnim zahtevam in zagotovijo, da vsaka komponenta ohranja stabilno delovno stanje. Vanjski oklep mora doseči stopnjo zaščite IP54 ali višjo. Predvarilni prostori uporabljajo celostni pristop in imajo tudi dobro odpornost na veter, potresa in sneg, da zagotovijo varno delovanje opreme.
Oprema znotraj prostora je visoko integrirana. Skozi oblikovanje strukture prostora in koordinacijo različnih notranjih sistemov, predvarilni prostori zadostijo potrebam delovanja opreme. Prostor ne le upošteva primarne, sekundarne in komunikacijske opreme 110 kV transformatorne postaje, ampak upošteva tudi pomožne sisteme, kot so kontrole okolja, razsvetljava, nujna razsvetljava, protipožarna zaščita in zazemljevanje.
3.2 Prevoz prostora
Prostor mora izpolnjevati visoke zahteve, predvsem vključno z odpornostjo na vlago in zategnitev, sicer ne more biti zagotovljena kakovost delovanja. Upoštevajoč omejitve dolžine in širine za cestni prevoz v tem projektu, je dolžina vsake prevozne enote omejena na 14 m, širina na 3.4 m, in višina na 4.5 m. Predvarilni prostori z večjimi dimenzijami so prevoženi v odsekih, druge predvarilni prostori z relativno manjšimi dimenzijami pa so prevoženi kot celota, da bi izpolnjevali zahteve za cestni prevoz. Če je mesto doseglo zahteve za sestavljanje, ga je mogoče prevesti na mesto za naslednji korak sestavljanja.
3.3 Namestitev na mestu
Ta projekt uporablja modularni predvarilni pristop, z manjšo količino gradbeniških del. Glavni gradbeniški vsebini vključujejo dva novih skupina glavnih temeljev transformatorjev, štiri protipožarna zidja z dolžino 10 m in višino 6.5 m, dva skupina GIS prostornih temeljev, eno skupino glavnih opreme prostornih temeljev, eno 20-m³ nesrečni oljni bazen, 198-m dolgo in 2.3-m visoko prazno ograjen zid, 14 glavnih transformatorjev stojal in 80-m dolgo armiran betonski kabelov rov.
Predvarilni prostori uporabljajo način "tovarniška preskusna montaža mora biti izvedena, da simulira dejansko delovanje + razdeljen prevoz na mesto in nato združevanje in montaža" na mestu. Vsi moduli so bili preskusno montirani v tovarni, in težave so bile odkrite včasih, brez težav na mestu, kar zagotavlja čas gradnje na mestu in kakovost gradnje. Nadmetanje in montaža na mestu imata kratki cikel, in skoraj ni nakopičenja surovin.
Za združevanje velikih delov prostora, uporablja on-site združevalni postopek "uporaba kranja za začetno postavitev opreme + postopno poganjanje z verigom + točno postavitev z položajnim pinom". Da bi zagotovili, da je združevanje prostora "prilegan", je prikazan slika nadmetanja na mestu na Sliki 3.
Za izpolnjevanje zahtev glede zategnitev so združevalni spoji razumno oblikovani, predvsem z uporabo metod oblikovanja zategnalnih materialov in mehanskih struktur. Pri združevanju okvirja se uporabljajo vodootporni klepci in vodootporni flanži. Po zaključku združevanja je potrebno dodati močno vodootporni lepek na položaje spojev, nato pa obravnavati z zategnilnim trakom. Nazadnje je potrebno postaviti vodootporne klepce in puščavne materiali zaporedoma. Ko so vse procese zaključeni in izpolnjevajo visoke zahteve glede kakovosti, je mogoče doseči zategnitev in vodootpornost.
Po tem, ko je vsak modul na mestu, se izvaja gradnja primarnih in sekundarnih povezav. Kabli znotraj modulov in povezovalni kabli med njimi so bili v celoti proizvedeni in nameščeni v tovarni. Potrebno je namestiti le povezovalne kablove in busbare med vsakim modulom. Ko je vsak modul montiran v tovarni, je bila že opravljena začetna združena preskušnja in testiranje, kar lahko tudi zmanjša čas preskušnje in sprejetja na mestu.
Projekt gradnje 110 kV transformatorne postaje podatkovnega centra št. 1 je začel komunicirati s planom s Suzhou električnim omrežjem in spodbujati predhodne postopke v začetku decembra. Po preteklosti projektne licitacije, nakupa opreme, tovarni
