110 కిలోవోల్ట్ ప్రమాదకాలీన ఉపస్థానం డేటా సెంటర్ కోసం డిజైన్
పరిచయం
క్లోడ్ కంప్యూటింగ్, బిగ్ డేటా వంటి సాంకేతిక విజ్ఞానాల ద్రుత అభివృద్ధి మరియు "ఇంటర్నెట్ +" వివిధ వ్యవసాయాలలో ద్రుత ప్రవేశం ను దృష్టిపై లోకంలోని ప్రధాన దేశాల్లో మరియు ప్రాంతాల్లో డిజిటల్ ఇకోనమీ వ్యవసాయం ప్రసిద్ధి చెందుతుంది. ఇది దినంతో జీవితం మరియు రాష్ట్ర ఆర్థిక వ్యవస్థలో ప్రతి దశలో ఎంతో ముఖ్యమైన స్థానంలో ఉంది. విశేషంగా ఈ ప్రస్తుతం లోకంలో COVID - 19 పాండెమిక్ ద్వారా ప్రభావితంగా ఉన్నప్పుడు, ప్రపంచ ఆర్థిక వ్యవస్థ ద్రుతంగా గాయపడుతుంది. మాత్రమే డిజిటల్ ఇకోనమీ వ్యతిరేకంగా ప్రవర్తించి ద్రుతంగా అభివృద్ధి చెందింది.
GB 50174 - 2017 డేటా సెంటర్ల డిజైన్ కోడ్ డేటా సెంటర్లకు ఒక నిర్దిష్ట నిర్వచనం ఇస్తుంది. డేటా సెంటర్, డేటా నిర్వహణ మరియు నిల్వ సంబంధిత ఒక ప్రాథమిక సౌకర్యంగా వివిధ రకాల డేటా సమాచారాన్ని నిల్వ చేయవచ్చు. అదేవిధంగా, ఇది డేటా గణన మరియు ప్రసారణ వంటి ప్రాథమిక పన్నులను ప్రదానం చేస్తుంది, మహా డేటా నిర్వహణ అవసరాలను తీర్చడానికి. డేటా సెంటర్ల నిర్మాణం ఒక అనివార్యమైన ప్రవృత్తి అయింది.
డేటా సెంటర్ వ్యవసాయంలో, ఇది డిజిటల్ రియల్ ఎస్టేట్ అని పిలువబడుతుంది, ఇది ప్రధాన ఇంフラストラクチャ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：高電力消費、高い信頼性要件、および高速な建設速度への需要。データセンタの電力消費は集中しており、通常は2N冗長性で構成されています。巨大な電力消費能力は、公園レベルのデータセンタプロジェクトが通常、ユーザー固有の110 kV変電所を配置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課題があり、具体的には以下の点に表れます：中国の伝統的な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地）、建設と設置、調整、緑化復元、生産受け入れなど、全サイクルの作業内容が含まれます。長い建設期間は、データセンタの迅速な納品の要求に合わせられません。顧客やネットワークの理由により、中国のデータセンタ業界は主に北京-天津-河北地域、長江デルタ、広東-香港-マカオ大湾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展した都市であり、土地資源が希少で、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。また、データセンタの変電所もデータセンタの柔軟な容量変更に対応する必要があります。
データセンタの変電所建設における課題に対して、プレファブモジュール式変電所は重要な解決策の方向です。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較して、適用において柔軟性と信頼性の利点があります。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、調整、予組み立てされ、完成後直接現場で組み立てることができ、効率が高く、建設難易度が低く、高度な統合性を持っています。異なる変電所建設シナリオに適しており、明確な利点を示しています。
この記事では、データセンタNo.1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適用シナリオ、プロセスレイアウト設計、プレファブキャビンのプロセス設計について詳しく紹介します。
1. プロジェクト概要
データセンタNo.1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建物の改装です。現在、敷地内にはA、B、C、Dの4つの工場建物があります。今回の主な建設内容は、既存の建物計画条件を変えずに全体的な敷地の改装を行い、信頼性のあるデータセンタ敷地を建設することです。
この敷地はGB 50174 - 2017 データセンタ設計規範のクラスAデータセンタ標準を参照し、10万台以上の高性能サーバーを搭載できる公園レベルのデータセンタを計画しています。公園には電力供給要件を満たすために110 kV変電所を建設する必要があります。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電源システムを形成します。通常運転時、各回路の負荷率はその満載容量の50％を超えない、つまり40,000 kVAです。一方の商用電源が故障した場合、もう一方がデータセンタの全負荷を担うことができます。
このプロジェクトは工場建物の改装であるため、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ります。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変電所の計画の場合、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の幅の長方形の用地が必要です。Bビルの左側の用地のクリアランスは30 m、BビルとCビルの間の用地のクリアランスは50 mです。変電所と建物との間の防火距離と公園の消防環状道路の要件を考慮すると、両方の用地とも伝統的な変電所の建設スペース要件を満たすのが難しいです。
データセンタNo.1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プロジェクトとして、この公園は大量のオンラインビジネスとそれらの背後の大量のデータ送信、運用、保存、処理をサポートします。顧客はこのデータセンタの信頼性に高い要求があり、納期もタイトです。
納期に関して、顧客のデータビジネスの急速な発展により、顧客はデータセンタに対する非常に緊急な需要があり、全データセンタ公園を6ヶ月以内に納品する必要があります。信頼性に関して、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し、受電から送電まで完全に独立し、経路が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、結果的に全データセンタの業務に影響を与えることを防ぎます。
データセンタNo.1の110 kV変電所プロジェクトは、スペース制約、時間制約、および高度な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困難です。現地電力会社との協議と議論の結果、このプロジェクトではプレファブモジュール式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No.1の110 kV変電所プロジェクトには合計2本の入力電源ラインがあり、それぞれ上流の220 kV変電所AとBからの商用電源が供給されます。両商用電源AとBの入力ラインは南側から地下埋設を通じて公園に入ります。外部商用電源ラインのルートと公園内の現在の建物状況を考慮して、110 kV変電所は公園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。同じ条件下での伝統的な変電所では、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%以上節約でき、変電所のレイアウトは現場の条件に応じて決定できるため、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、および2つの屋外110 kV変圧器で構成されており、直線状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から見て取れるように、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ルートの商用電源に対応するプレファブGISキャビン、プレファブ主要設備キャビン、110 kV変圧器、およびプレファブキャパシターキャビンが配置され、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周囲壁を備えており、データセンタ公園から独立して動作します。南側に公園外への独立した入口が設けられています。110 kV変電所に入る許可は専門家のみに与えられ、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は主に電圧変換器、避雷器、遮断器、およびブッシングなど、いくつかの部分に分けられます。これらの部分は正しく接続され、各コンポーネントの信頼性が確保されなければなりません。
主変圧器は主に三相二巻線油浸自冷変圧器を使用し、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2階建て構造です。1階は2つの完全に独立した10 kV出力盤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スイッチギアと駅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装備した金属覆いスイッチギアを使用します。給電盤、キャパシター、および駅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、受電線ではそれぞれ3.15 kAと31.5 kAです。駅サービス変圧器の容量は100 kVAに設定され、SC11 - 型乾式変圧器を使用し、電圧は[110 ± (8×1.25%/10.5)] kV、接続グループはDyn11、インピーダンス電圧Uk = 4%、IP40保護エンクロージャ、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受電線に対応する2セクションの10 kVバスバーが設置され、障害時の事故範囲を減らすことができます。
2階には接地変圧器、プレファブキャパシター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内には差動圧力保護が設定されたキャパシタバンクが配置され、6,000 kVAの容量が必要です。上記の部分に加えて、この設計では鉄心リアクターを選択し、リアクタンス率は12%です。接地小抵抗コンプリートデバイス、接地抵抗10 Ω、容量400 kVAです。2階には二次室もあります。二次室は具体的にはいくつかの部分に分割され、ビデオ監視、キロワット時計キャビネット、電力収集、故障記録、公共測定制御、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、同期システムなどがあります。
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商用電源入力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、間隔は10 m以上あり、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から変圧器までの線、変圧器から10 kVスイッチギアまでのバスバー、10 kVスイッチギアの出力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分離されています。AルートとBルートの電力ルーティングは完全に分離されています。伝統的な変電所と比較して、スペースを節約し、高度なカスタマイズ性があり、柔軟かつ効果的で、データセンタ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ステーション完全モジュール式プレファブ方式を採用しています。現場では帯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。モジュール式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でき、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、土木プロジェクトによる変電所建設時間の制約を回避します。
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基準の設計実装レベルを確保し、現場での施工品質が設備に及ぼす影響を避けます。構造的には、ボックス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厚の高品質冷延鋼板で溶接されています。一体構造で耐衝撃性が高いです。
ボックス体の特徴は主に3つの側面で表れます：腐食防止、3層構造、密封性。これらは基本的な操作要件を満たし、各コンポーネントが安定した動作状態を維持できるようにします。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、風圧、地震、雪荷重に対する優れた耐性も備えています。
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、火災警報、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
キャビンは防湿性と密封性に関する高要件を満たす必要があります。そうでないと、動作品質が保証できません。このプロジェクトの道路輸送における長さと幅の制限を考慮して、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。大きな寸法のプレファブキャビンは分割して輸送され、比較的小さな寸法の他のプレファブキャビンは全体として輸送されます。これにより道路輸送の要件が満たされます。サイト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サイトに輸送することができます。
3.3 現場での設置
このプロジェクトはモジュール式プレファブ方式を採用し、土木工事が少ないです。主な土木工事の内容には、2組の新設主変圧器基礎、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、198 m長さ、2.3 m高さの空洞周囲壁、14の主変圧器支柱、80 m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ト + 分割して現場に輸送し、その後組み立て」の方式を採用しています。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、問題が早期に発見され、現場に問題が残らないようにすることで、現場での建設期間と建設品質が確保されます。現場での吊り上げと組み立ては短期間で行われ、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、「クレーンを使用して機器を初期位置に配置 + チェーンブロックで徐々に押す + 定位ピンで正確に位置を調整」という現場組み立てプロセスを採用しています。キャビンの組み立てが「ぴったり」になるようにするために、現場での吊り上げ写真を図3に示します。
密封要件を満たすためには、組み立てジョイントが適切に設計されていることが重要です。主に密封材と機械構造の設計方法を使用します。ボックス体の組み立てでは防水ボタン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ルーを追加し、次にシールテープで処理します。最後に防水ボタンと発泡材料を順に設置します。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それらをつなぐケーブルはすでに工場で完全に生産および設置されています。各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際には、初期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もできます。
データセンタNo.1の110 kV変電所建設プロジェクトは、12月初旬に蘇州電網とのプランコミュニケーションを開始し、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。全行程は6ヶ月未満で、プロジェクト入札決定からプロジェクト完成および電力供給受け入れまでの時間は約100日でした。これはデータセンタ分野で最短の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、将来的に必要に応じて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、広い発展の可能性を示しています。
4. 結論
プレファブ変電所は、データセンタ分野における伝統的な変電所の課題に対処しています。
