Dizajn 110 kV prefabricirane podstajnice za data center

Uvod

Sa brzim razvojem tehnologija poput cloud computing-a i big data, kao i ubrzanim penetriranjem "Internet +” u razne industrije, industrija digitalne ekonomije procveta u svim značajnim zemljama i regionima širom sveta. Ona zauzima sve važniju poziciju u svakodnevnom životu i nacionalnoj ekonomiji. Posebno pod sadašnjim uticajem pandemije COVID-19 širom sveta, trend pada svjetske ekonomije se ojačava. Samo digitalna ekonomija je prevarila trendove i održala snažnu tendenciju rasta.

GB 50174 - 2017 Pravilnik za dizajn centara podataka daje specifičnu definiciju centara podataka. Centar podataka, kao osnovna infrastruktura vezana za upravljanje i čuvanje podataka, može čuvati različite vrste informacija o podacima. Takođe podržava osnovne funkcije poput izračunavanja i prenosa podataka kako bi ispunio potrebe za masivnim upravljanjem podacima. Izgradnja centara podataka postala je neizbežan trend.

U industriji centara podataka, oni su poznati kao digitalni nekretnine, što je vrlo različito od tradicionalnih infrastrukturnih projekata. Evo nekoliko istaknutih karakteristika centara podataka: visok potrošnja struje, visoke zahteve za pouzdanosti, i potreba za brzom izgradnjom. Potrošnja električne energije u centrima podataka je koncentrisana, obično sa 2N redundantnosti. Ova ogromna kapacitetna potreba znači da parkovi centara podataka obično konfigurišu korisnički specifične 110 kV transformatorne stanice.

Međutim, izgradnja 110 kV transformatorskih stanica takođe ima mnogo problema, koji se konkretno odražavaju u sledećim aspektima: ciklus izgradnje tradicionalnih 110 kV transformatorskih stanica u Kini obično traje 12-24 meseca, uključujući sve radne sadržaje tokom ciklusa, kao što su planiranje, odabir lokacije, merenja, dizajn, prijava projekta, nabavka materijala, "četiri veze i jedno ravnanje" (pristup vodi, strujni mreži, putevima, telekomunikacijama i ravnanje zemljišta), građevinsko montažno delo, podesavanje, povraćaj zelenila i prihvat proizvodnje. Dug ciklus izgradnje ne može biti usklađen sa potrebama za brzim isporučivanjem centara podataka; zbog klijentskih i mrežnih razloga, industrija centara podataka u Kini je uglavnom raspoređena u regiji Peking-Tianjin-Hebei, Jangce Kraj, i Veliki Zaliv Gvan-Hong-Makao. Većina ovih regija su relativno razvijene gradove sa skupim zemljištem, i problem ograničenja lokacije se često susreće tokom planiranja projekta; transformatorske stanice centara podataka takođe moraju prilagoditi fleksibilnim promenama kapaciteta centara podataka.

Za probleme u izgradnji transformatorskih stanica centara podataka, prefabricirane modulare transformatorske stanice predstavljaju važnu smjerovnu rešenju. Na osnovu modularnog dizajnerskog koncepta, prefabricirane transformatorske stanice imaju prednosti fleksibilnosti i pouzdanosti u upotrebi u poređenju sa tradicionalnim transformatorskim stanicama. Svi sistemi unutar prefabricirane kabine su proizvedeni, instalirani, spojeni, debljuženi i predmontirani u fabriki. Nakon završetka, mogu direktno biti montirani na mestu, dostižući visoku efikasnost, smanjujući težinu izgradnje, i imaju visok stepen integracije. One su pogodne za različite scenarije izgradnje transformatorskih stanica i pokazuju očigledne prednosti.

Ovaj članak uzima projekat izgradnje 110 kV transformatorske stanicu Data Center No.1 kao primer, i detaljno opisuje primene, dizajn rasporeda procesa, i prefabricirani kabin proces dizajna prefabriciranih transformatorskih stanica u centrima podataka.

1. Pregled Projekta

Projekat Data Center No.1 nalazi se u gradu Suzhou, provincija Jiangsu. Ovaj projekat predstavlja renoviranje stare tovarne. U parku već postoje 4 tovarne, to jest zgrade A, B, C i D. Glavni sadržaj izgradnje ovog puta je realizacija celokupne renovacije parka bez promene postojećih planerskih uslova i izgradnja pouzdanog parka centara podataka.

Ovaj park se pridržava standarda klase A centara podataka u GB 50174 - 2017 Pravilnik za dizajn centara podataka i planira izgradnju parkskog centra podataka koji može nositi više od 100.000 visoko performansnih servera. Park treba izgraditi 110 kV transformatorsku stanicu kako bi ispunio potrebe za snabdijevanjem strujom parka. Transformatorska stanica uvođenje 2 potpuno nezavisna 110 kV javna napajanja, svaki sa kapacitetom od 80.000 kVA, formirajući 2N sistem napajanja. Pod normalnim radnim uslovima, opterećenje svake linije ne prelazi 50% njegove punog kapaciteta, to jest 40.000 kVA. Kada jedno javno napajanje padne, drugo može nositi sve opterećenje centra podataka.

Pošto je ovaj projekat renovacija tovarne, veći dio prostora projekta je zauzet završenim zgradama A, B, C i D, sa relativno velikim fizičkim ograničenjima prostora. Glavni dostupni spoljašnji prostori su otvoreni prostor levo od zgrade B i otvoreni prostor između zgrade B i D. Za tradicionalnu shemu 110 kV transformatorske stanice, kada se instaliraju 2 glavna transformatora sa kapacitetom od 80.000 kVA, potreban je pravougaoni prostor dužine oko 70 m i širine 40 m. Čisti rastojanje prostora levo od zgrade B je 30 m, a čisto rastojanje između zgrade B i C je 50 m. Uzimajući u obzir rastojanje od požarnog prepreke između transformatorske stanice i zgrada i zahtjeve za protupožarnim ring putem parka, teško je da oba prostora ispunjavaju prostorne zahtjeve za izgradnju tradicionalnih transformatorskih stanica.

Klijent projekta Data Center No.1 je internet preduzeće. Kao bazni projekat centra podataka za ovog klijenta, ovaj park će podržati veliku količinu online poslovnih aktivnosti klijenta i veliku količinu prenosa, operacije, čuvanja i obrade podataka iza poslovnih aktivnosti. Klijent ima visoka zahtjeva za pouzdanost ovog centra podataka i je tesko na rok isporuke.

U pogledu roka isporuke, zbog brzog razvoja poslovnih podataka klijenta, klijent ima veoma urgenciju za centrom podataka, i ceo park centara podataka treba isporučiti unutar 6 meseci. U pogledu pouzdanosti, klijent zahteva da dva javna napajanja 110 kV transformatorske stanice, koja su rezervna jedna za drugu, budu potpuno nezavisna od dolazne do odlazne linije, i rute su udaljene više od 10 m. Glavna oprema kao što su GIS, transformatori i 10 kV switchgear su raspoređeni u različitim fizičkim prostorima kako bi se izbeglo da jedan nesrećni događaj utiče na oba javna napajanja i time na sve poslove cijelog centra podataka.

Pošto 110 kV transformatorski projekat Data Center No.1 ima ograničenja prostora, teski rokove i visoke zahtjeve za prilagođavanjem, tradicionalna forma transformatorske stanice je teško da ispunjava zahtjeve projekta. Nakon pregovora i rasprave sa lokalnom električnom mrežom, potvrđeno je da će ovaj projekat koristiti formu prefabricirane modularne 110 kV transformatorske stanice.

2. Dizajn rasporeda procesa
2.1 Fizički prostor

Projekat 110 kV transformatorske stanice Data Center No.1 ima ukupno 2 dolazne linije, a napajanje dolazi od gornjih 220 kV transformatorskih stanica A i B. Dolazne linije obje javne napajanja A i B ulaze u park sa jugozapada kroz podzemnu zakopanu. Uzimajući u obzir smjer vanjskih ruta javnih napajanja i trenutnu situaciju zgrada u parku, 110 kV transformatorska stanica je postavljena u jugozapadnom uglu parka. Shematni dijagram lokacije 110 kV transformatorske stanice dat je na slici 1.

Prefabricirana transformatorska stanica je 82 m duga, 17 m široka, sa ukupnom površinom od 1.400 m². Za tradicionalnu transformatorsku stanicu pod istim uslovima, ovi tri parametra su redom 70 m, 40 m i 2.800 m². U poređenju sa tradicionalnom transformatorskom stanicom, površina je uštedjena preko 50%, a raspored transformatorske stanice može biti određen prema uslovima na mestu, što je relativno fleksibilno.

Slika 1 Shematni dijagram lokacije 110 kV transformatorske stanice

2.2 Raspored procesa

Slika 2 pokazuje raspored procesa 110 kV transformatorske stanice. Unutrašnjost transformatorske stanice sastoji se od dve prefabricirane GIS (SF6 Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear) kabine, jedne prefabricirane glavne opreme kabine, i dva spoljašnja 110 kV transformatora. Raspored je organizovan u linearnom obliku.

2.3 Rutiranje struje

Transformatorska stanica ovog projekta je u osnovi potpuno simetrična. Kao što se može videti na slici 2, uzimajući firewal između dve prefabricirane glavne opreme kabine kao granicu, sa leve i desne strane su redom prefabricirane GIS kabine, prefabricirane glavne opreme kabine, 110 kV transformatori, i prefabricirane kondenzatorske kabine za rutu A i rutu B napajanja, a oprema za rutu A i rutu B su potpuno nezavisne.

Cela transformatorska stanica je opremljena nezavisnim zidom oklopom i radi nezavisno od parka centara podataka. Nezavisni ulaz izvan parka je postavljen na jugu. Dozvoljen je samo profesionalni ljudi da uđu u 110 kV transformatorsku stanicu, a ostali ljudi nemaju pristup, što može osigurati pouzdanost rada transformatorske stanice.

GIS kabin je jednoslojna prefabricirana kabin. Unutra je uglavnom opremljena 110 kV GIS kombiniranim uređajima sa nominacijom struje od 2.000 A. Za svaki deo dizajna, šesterfluorid sumpora (SF6) je važan sredstvo za gasenje lukova i može se primeniti u GIS. Strukturno, GIS je uglavnom podeljen na nekoliko delova, uključujući naponske transformatori, grebnice, prekidače, i izlazne bušene, itd. Ovi delovi moraju biti tačno povezani, a pouzdanost svakog komponenta mora biti osigurana kako bi se efektivno postigla ukupna funkcija [8].

Glavni transformator uglavnom koristi trofazni dvoslojni masni samohladići, koristeći YN metodu zemljenja, sa nivoom napona [10.5 ± (2×2.5%/0.4)] kV, a specifični model je SZ11-80000/110.

Glavna oprema kabin ima dvostruk strukturu. Prvi sloj sastoji se od dve potpuno nezavisne 10 kV izlazne ormarne kabine, razdvojene firewalom, i redom opremljene 10 kV switchgear i transformatori stanice koji odgovaraju rutama A i B napajanja. 10 kV switchgear koristi metalne omotačke ormare opremljene vakuumskim prekidačima. Za feeder ormare, kondenzatore, i transformatori stanice, njihove nominacije struje i prekidne struje su redom 1.25 kA i 25 kA; za dolazne linije, one su 3.15 kA i 31.5 kA. Kapacitet transformatora stanice je odabran na 100 kVA, koristeći SC11 tip suhih transformatora, sa naponom [110 ± (8×1.25%/10.5)] kV, grupom povezivanja Dyn11, impedancijskim naponom Uk = 4%, IP40 zaštitnim oklopom, i energetskom klasom 2. Da bi se poboljšala pouzdanost sistema, svaka 110 kV dolazna linija odgovara dve sekcije 10 kV busova, što može smanjiti obim nesreće u slučaju greške .

Drugi sloj treba biti opremljen grounding transformatorom, prefabriciranom kondenzatorskom kabinom, itd. Kondenzatorska banka je konfigurisana u prefabriciranoj kabini, sa diferencijalnim pritiskom zaštitom, i potrebno je dostići kapacitet od 6.000 kVA. Pored gore navedenih delova, u ovom dizajnu je izabran željezni jezgra reaktor, sa reaktivnom stopom od 12%. Kompletan uređaj za grounding malog otpora, sa grounding otporom od 10 Ω i kapacitetom od 400 kVA. Drugi sloj takođe ima sekundarnu sobu. Sekundarna soba je specifično podeljena na nekoliko delova, uključujući video nadzor, kvarometarske ormare, električnu energiju sakupljanja, zabeležavanje grešaka, javne merne i kontrolne, daljinsko komunikacijske, reljayske zaštite, računalne nadzorske, inteligentne pomoćne kontrole, sistem sinkronizacije vremena, itd.

2.3 Rutiranje struje

U pogledu rutiranja struje, 110 kV javna napajanja dolazne linije za rutu A i rutu B oba ulaze sa 17-m širokog kraja desno. Dve rute ulaze paralelno, sa rastojanjem preko 10 m, i su redom uvedene u prefabricirane GIS kabine koje odgovaraju rutama A i B. Linije od GIS do transformatora za rutu A i rutu B, busovi od transformatora do 10 kV switchgear, i izlazne linije 10 kV switchgear su svi nezavisni, a rastojanje je preko 10 m.

2.4 Prednosti dizajna rasporeda procesa

Glavna oprema projekta, uključujući prefabricirane GIS kabine, 110 kV transformatori, prefabricirane glavne opreme kabine, itd., su potpuno izolirane između rute A i rute B. Rutiranje struje za rutu A i rutu B je potpuno izolirano. U poređenju sa tradicionalnim transformatorskim stanicama, zauzima manje prostora, ima visok stepen prilagođavanja, fleksibilnost i efikasnost, i može ispuniti zahtjeve za pouzdanost centara podataka.

3. Tehnologija prefabriciranih kabina

Ovaj projekat koristi celi-stanici potpuno modularni prefabricirani metod. Na mestu, samo su potrebne pomoćne instalacije kao što su podnošnice i firewalls. Proizvodnja i obrada modularnih prefabriciranih kabina može se vršiti istovremeno sa građevinskim radovima, što značajno smanjuje količinu građevinskih radova. Rešava probleme velike količine građevinskih radova i dugih ciklusa izgradnje u tradicionalnom modu izgradnje transformatorskih stanica, i izbegava situaciju u kojoj je vreme izgradnje transformatorske stanice ograničeno građevinskimi projektima.

3.1 Tehnologija kabina

Prefabricirane kabine su proizvedene i testirane u fabriki, obezbeđujući izuzetnu kvalitet proizvoda i visok standard implementacije dizajna, i izbegavajući uticaj kvaliteta izgradnje na mestu na opremu. Strukturno, donji ramski komponenti kučista su spojeni kanalnim čelikom, a vrata i poklopci su savarenjena sa 2-mm debelim kvalitetnim hladnokovanim platnama. Imaju integralnu strukturu i snažnu otpornost na udar.

Karakt