Paghahanda ng 110 kV Prefabricated Substation para sa Data Center
Pamagat
Sa mabilis na pag-unlad ng teknolohiya tulad ng cloud computing at malalaking datos, at sa pagbilis ng penetrasyon ng "Internet +" sa iba't ibang industriya, ang industriya ng digital na ekonomiya ay umuunlad sa mga pangunahing bansa at rehiyon sa buong mundo. Ito ay nagsisilbing mas mahalagang posisyon sa pang-araw-araw na pamumuhay at sa pambansang ekonomiya. Lalo na sa kasalukuyang epekto ng pandemya ng COVID-19 sa buong mundo, ang pagbaba ng tren ng ekonomiya ng mundo ay lumalakas. Ang tanging digital na ekonomiya lamang ang naglaban sa tren at pinanatili ang malakas na momentum ng pag-unlad.
Ang GB 50174 - 2017 Design Code for Data Centers ay nagbibigay ng espesipikong definisyon ng mga data center. Ang isang data center, bilang isang pangunahing pasilidad na may kaugnayan sa pagmamanage at pag-imbak ng datos, ay maaaring imbakin ang iba't ibang uri ng impormasyon ng datos. Bukod dito, ito ay nagbibigay rin ng mga pangunahing tungkulin tulad ng pagkalkula at pagpapadala ng datos upang mapunan ang mga pangangailangan ng masusing pagmamanage ng datos. Ang pagtatayo ng mga data center ay naging isang hindi maiiwasang tren.
Sa industriya ng data center, ito ay kilala bilang digital na real estate, na napakalayo mula sa mga tradisyonal na proyekto ng imprastraktura. Narito ang ilang prominenteng katangian ng mga data center: mataas na konsumo ng enerhiya, mataas na pangangailangan sa kapani-paniwalang, at pangangailangan para sa mabilis na pagtatayo. Ang konsumo ng enerhiya ng mga data center ay nakonsentrado, karaniwang nakakonfigura ng 2N redundancy. Ang malaking kapasidad ng konsumo ng enerhiya ay nangangahulugan na ang mga proyektong data center sa lebel ng parke ay karaniwang nakakonfigura ng user-specific 110 kV substations.
Gayunpaman, ang pagtatayo ng 110 kV substation ay may marami ring mga puntos ng sakit, na espesipikong ipinapakita sa mga sumusunod na aspeto: Ang siklo ng pagtatayo ng tradisyonal na 110 kV substation sa Tsina karaniwang nagsisimula sa 12-24 buwan, na kasama ang lahat ng siklo ng trabaho tulad ng pagplano, pagpili ng lugar, pagsusuri, disenyo, pagsasampa ng proyekto, pagbili ng materyales, "apat na koneksyon at isang pagpapaligid" (access sa tubig, kuryente, daan, at telekomunikasyon at pagpapaligid ng lupain), pagtatayo at pag-install, pag-debug, pagbabago ng greenery, at pagtanggap ng produksyon. Ang mahabang siklo ng pagtatayo ay hindi makakatugon sa pangangailangan ng mabilis na paghahatid ng mga data center; Dahil sa mga kadahilanan ng customer at network, ang industriya ng data center sa Tsina ay kadalasang nakadistributo sa Beijing-Tianjin-Hebei region, Yangtze River Delta, at Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area. Karamihan sa mga rehiyong ito ay mga relatibong developed na lungsod na may limitadong mga yuta, at madalas na natutuklasan ang mga problema sa pag-limit ng lugar sa panahon ng pagplano ng proyekto; Ang mga substation ng data center ay kailangan din na mag-adjust sa flexible na pagbabago ng kapasidad ng data center.
Para sa mga puntos ng sakit sa pagtatayo ng substation ng data center, ang prefabricated modular substations ay isang mahalagang direksyon ng solusyon. Batay sa konsepto ng modular design, ang mga prefabricated substation ay may mga abilidad ng flexibility at kapani-paniwalang kumpara sa mga tradisyonal na substation sa aplikasyon. Lahat ng mga sistema sa loob ng prefabricated cabin ay ginawa, ininstall, inwire, in-debug, at pre-assemble sa factory. Pagkatapos matapos, ito ay maaaring diretso na ma-assemble on-site, na nagpapataas ng efisiensiya, nagbabawas ng hirap ng pagtatayo, at may mataas na degree ng integration. Ito ay angkop para sa iba't ibang scenario ng pagtatayo ng substation at nagpapakita ng malinaw na abilidad.
Ang artikulong ito ay gumagamit ng 110 kV substation construction project ng Data Center No.1 bilang halimbawa, at nagbibigay ng detalyadong pagpapakilala sa mga application scenarios, process layout design, at prefabricated cabin process design ng prefabricated substations sa mga data center.
1. Buod ng Proyekto
Ang proyekto ng Data Center No.1 ay matatagpuan sa lungsod ng Suzhou, lalawigan ng Jiangsu. Ang proyekto na ito ay isang renovation ng isang lumang pabrika. Mayroon na ng apat na gusali ng pabrika sa parke, na sina Buildings A, B, C, at D. Ang pangunahing nilalaman ng konstruksyon ngayon ay upang maisakatuparan ang kabuuang renovation ng parke nang hindi babaguhin ang umiiral na kondisyon ng plano ng gusali at bumuo ng isang reliable na data center park.
Ang parke na ito ay tumutukoy sa Class A data center standard sa GB 50174 - 2017 Design Code for Data Centers at nagplano na bumuo ng isang parke-level na data center na maaaring magdala ng higit sa 100,000 high-performance servers. Ang parke ay kailangan ng 110 kV substation upang mapunan ang mga pangangailangan sa suplay ng kuryente ng parke. Ang substation ay ipinasok ang dalawang ganap na independent na 110 kV utility power supplies, bawat isa ay may kapasidad na 80,000 kVA, na bumubuo ng isang 2N power supply system. Sa normal na operasyon, ang load rate ng bawat linya ay hindi lumalampas sa 50% ng full-load capacity nito, na ang ibig sabihin ay 40,000 kVA. Kapag ang isang utility power supply ay nabigo, ang isa pa ay maaaring magdala ng lahat ng mga load ng data center.
Dahil ang proyektong ito ay isang renovation ng pabrika, ang karamihan sa espasyo ng lupain ng proyekto ay nakuha na ng natapos na Buildings A, B, C, at D, na may relatibong malaking pisikal na limitasyon sa espasyo. Ang pangunahing magagamit na outdoor spaces ay ang bukas na lugar sa kaliwa ng Building B at ang bukas na lugar sa pagitan ng Building B at Building D. Para sa tradisyonal na 110 kV substation scheme, kapag ininstall ang 2 main transformers na may kapasidad na 80,000 kVA, kinakailangan ng isang rectangular site na may haba ng humigit-kumulang 70 m at lapad na 40 m. Ang clear distance ng site sa kaliwa ng Building B ay 30 m, at ang clear distance ng site sa pagitan ng Building B at Building C ay 50 m. Inuuna ang fire-prevention distance sa pagitan ng substation at mga gusali at ang mga pangangailangan ng fire-fighting ring road ng parke, mahirap para sa parehong mga lugar na mapuno ang mga pangangailangan sa espasyo ng konstruksyon ng tradisyonal na substations.
Ang customer ng proyekto ng Data Center No.1 ay isang Internet enterprise. Bilang isang base-type na data center project para sa customer na ito, ang parke na ito ay susuporta sa maraming online businesses ng customer at malaking dami ng data transmission, operasyon, imbakan, at proseso sa likod ng mga negosyo. Ang customer ay may mataas na pangangailangan sa kapani-paniwalang ng data center na ito at tiyempo sa pag-deliver.
Sa aspeto ng pag-deliver, dahil sa mabilis na pag-unlad ng data business ng customer, ang customer ay may napakaurgente na pangangailangan para sa data center, at ang buong data center park ay kailangan na i-deliver sa loob ng anim na buwan. Sa aspeto ng kapani-paniwalang, ang customer ay nangangailangan na ang dalawang utility power supplies ng 110 kV substation, na backup sa bawat isa, ay ganap na independent mula sa incoming line hanggang sa outgoing line, at ang mga ruta ay higit sa 10 m apart. Ang pangunahing equipment tulad ng GIS, transformers, at 10 kV switchgear ay nakadistributo sa iba't ibang pisikal na espasyo upang iwasan ang isang accident na maaaring makaapekto sa parehong utility power supplies at samakatuwid ay maaapektuhan ang lahat ng negosyo ng buong data center.
Dahil ang 110 kV substation project ng Data Center No.1 ay may limitasyon sa espasyo, mahigpit na tiyempo, at mataas na pangangailangan sa customization, mahirap para sa tradisyonal na anyo ng substation na mapuno ang mga pangangailangan ng proyekto. Matapos ang usapin at pagtalakay kasama ang lokal na grid company, ito ay napatunayan na ang proyektong ito ay gagamit ng anyo ng prefabricated modular 110 kV substation.
2. Design ng Layout ng Proseso
2.1 Pisikal na Espasyo
Ang 110 kV substation project ng Data Center No.1 ay may kabuuang 2 incoming power lines, at ang mga power supplies ay nanggagaling sa utility power supplies ng upstream 220 kV substations A at B. Ang parehong incoming lines ng utility power supplies A at B ay pumasok sa parke mula sa timog sa pamamagitan ng underground burial. Inuuna ang direksyon ng mga ruta ng external utility power line at ang kasalukuyang kalagayan ng mga gusali sa parke, ang 110 kV substation ay itinayo sa southwest corner ng parke. Ang plane schematic diagram ng lokasyon ng 110 kV substation ay ipinapakita sa Figure 1.
Ang prefabricated substation ay 82 m haba, 17 m lapad, at may kabuuang floor area na 1,400 m². Para sa tradisyonal na substation sa parehong kondisyon, ang tatlong parameter na ito ay 70 m, 40 m, at 2,800 m², respectively. Kumpara sa tradisyonal na substation, ang floor area ay na-save ng higit sa 50%, at ang layout ng substation ay maaaring matukoy batay sa kondisyon ng on-site, na mas flexible.
Figure 1 Schematic diagram ng plano ng lokasyon ng 110 kV substation
2.2 Layout ng Proseso
Ang Figure 2 ay ipinapakita ang layout ng proseso ng 110 kV substation. Ang interior ng substation ay binubuo ng dalawang prefabricated GIS (SF6 Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear) cabins, isang prefabricated main equipment cabin, at dalawang outdoor 110 kV transformers. Ang layout ay inarange sa linear pattern.
2.3 Routing ng Power
Ang substation ng proyektong ito ay halos ganap na symmetrical. Tulad ng makikita sa Figure 2, tinatakan ang firewall sa gitna ng dalawang prefabricated main equipment cabins bilang boundary, sa kaliwa at kanana ay ang prefabricated GIS cabins, prefabricated main equipment cabins, 110 kV transformers, at prefabricated capacitor cabins para sa Route A at Route B power supplies, at ang mga equipment ng Route A at Route B ay ganap na independent.
Ang buong substation ay equipped ng isang independent enclosure wall at independiyenteng nag-ooperate mula sa data center park. Isinasaayos ang isang independent entrance out of the park sa south side. Ang mga propesyonal na personnel lang ang pinapayagan na pumasok sa 110 kV substation, at ang iba pang mga tao ay walang access rights, na maaaring siguraduhin ang kapani-paniwalang ng operasyon ng substation.
Ang GIS cabin ay isang single-layer prefabricated cabin. Sa loob nito, ito ay mainly equipped ng 110 kV GIS combined electrical appliances na may rated current na 2,000 A. Para sa bawat bahagi ng disenyo, ang sulfur hexafluoride (SF6) ay isang mahalagang arc-extinguishing medium at maaaring gamitin sa GIS. Structurally, ang GIS ay mainly divided sa ilang bahagi, kabilang ang voltage transformers, arresters, circuit breakers, at bushings, etc. Ang mga bahaging ito ay kailangang tama na konektado, at ang kapani-paniwalang ng bawat component ay kailangang matiyak upang makuha ang overall function [8].
Ang main transformer mainly uses a three-phase double-winding oil-immersed self-cooled transformer, adopting the YN grounding method, with a voltage level of [10.5 ± (2×2.5%/0.4)] kV, and the specific model is SZ11 - 80000/110.
Ang main equipment cabin ay may two-layer structure. Ang unang layer ay binubuo ng dalawang ganap na independent 10 kV output cabinet cabins, separated by a firewall, at respectively equipped ng 10 kV switchgear at station service transformers corresponding to Route A at Route B power supplies. Ang 10 kV switchgear uses metal-clad switchgear equipped with vacuum circuit breakers. Para sa feeder cabinets, capacitors, at station service transformers, ang kanilang rated current at breaking current ay 1.25 kA at 25 kA, respectively; para sa incoming lines, sila ay 3.15 kA at 31.5 kA, respectively. Ang capacity ng station service transformer ay selected na 100 kVA, using a SC11 - type dry-type transformer, with a voltage of [110 ± (8×1.25%/10.5)] kV, a wiring group of Dyn11, an impedance voltage Uk = 4%, an IP40 protective enclosure, at energy efficiency class na 2. Upang mapataas ang kapani-paniwalang ng sistema, ang bawat 110 kV incoming line ay kumakatawan sa dalawang section ng 10 kV busbars, na maaaring bawasan ang scope ng accident sa pagkakaroon ng fault.
Ang ikalawang layer ay kailangang equipped ng isang grounding transformer, isang prefabricated capacitor cabin, etc. Ang isang capacitor bank ay configured sa prefabricated cabin, na may differential pressure protection set, at ang capacity na 6,000 kVA ay kailangang matamo. Bukod sa mga nabanggit na bahagi, isinapalaran ang isang iron-core reactor sa disenyo, na may reactance rate na 12%. Ang isang complete set ng grounding small-resistance device, na may grounding resistance na 10 Ω at capacity na 400 kVA. Ang ikalawang layer ay may secondary room din. Ang secondary room ay specifically divided sa ilang bahagi, kabilang ang video surveillance, kilowatt-hour meter cabinets, electrical energy collection, fault recording, public measurement and control, telecontrol communication, relay protection, computer monitoring, intelligent auxiliary control systems, time synchronization systems, etc.
2.3 Routing ng Power
Sa aspeto ng routing ng power, ang 110 kV utility power incoming lines ng Route A at Route B ay parehong pumasok mula sa 17-m wide short side sa kanan. Ang dalawang ruta ay pumasok nang parallel, na may distansya na higit sa 10 m, at parehong ipinakilala sa prefabricated GIS cabins na kinalalagyan ng Route A at Route B. Ang mga linya mula sa GIS patungo sa transformers para sa Route A at Route B, ang mga busbars mula sa transformers patungo sa 10 kV switchgear, at ang mga outgoing lines ng 10 kV switchgear ay lahat independent, at ang distansya ay higit sa 10 m.
2.4 Mga Abilidad ng Design ng Layout ng Proseso
Ang pangunahing equipment ng proyekto, kabilang ang prefabricated GIS cabins, 110 kV transformers, prefabricated main equipment cabins, etc., ay lahat ganap na isolated sa pagitan ng Route A at Route B. Ang routing ng power ng Route A at Route B ay ganap na isolated. Kumpara sa tradisyonal na substations, ito ay okupado ng mas kaunti na espasyo, may mataas na degree ng customization, flexible at effective, at maaaring tugunan ang mga pangangailangan sa kapani-paniwalang ng mga data center.
3. Teknolohiya ng Prefabricated Cabin
Ang proyektong ito ay gumagamit ng buong-station fully modular prefabrication method. On-site, kailangan lamang ng auxiliary facilities tulad ng strip foundations at firewalls ang maitayo. Ang produksyon at processing ng modular prefabricated cabins ay maaaring gawin kasabay ng civil engineering work, na nagbabawas ng malaking bahagi ng civil engineering work. Ito ay naglutas ng mga problem ng malaking civil engineering quantities at mahabang siklo ng pagtatayo sa tradisyonal na mode ng pagtatayo ng substation, at iniiwasan ang sitwasyon kung saan ang oras ng pagtatayo ng substation ay limited sa pamamagitan ng mga proyekto ng civil engineering.
3.1 Teknolohiya ng Cabin
Ang prefabricated cabins ay ginagawa at in-debug sa factory, na nag-aasikaso ng exquisitely high-quality product at high-standard design implementation level, at iniiwasan ang epekto ng kalidad ng on-site construction sa equipment. Structurally, ang bottom frame components ng box body ay konektado sa pamamagitan ng channel steel, at ang door panels at top covers ay welded na may 2-mm thick high-quality cold-rolled plates. Ito ay may integral structure at malakas na impact resistance.
Ang mga katangian ng box body ay mainly reflected sa tatlong aspeto: anti-corrosion, three-layer structure, at sealing, na maaaring tugunan ang basic operation requirements at matiyak na bawat component ay nananatiling stable working state. Ang outer shell kailangang marating ang protection level na IP54 o higit pa. Ang prefabricated cabins ay gumagamit ng full-working-condition design at may din good wind resistance, seismic resistance, at snow load resistance upang matiyak ang safe operation ng equipment.
Ang equipment sa loob ng cabin ay highly integrated. Through the design ng cabin structure at coordination ng iba't ibang internal systems, ang prefabricated cabin ay tugunan ang mga pangangailangan ng operation ng equipment. Ang cabin hindi lamang inconsider ang primary, secondary, at communication equipment ng 110 kV substation kundi inconsider din ang auxiliary systems tulad ng environmental control, lighting, emergency lighting, fire protection, at grounding.
3.2 Transport ng Cabin
Ang cabin kailangang tugunan ang mataas na pangangailangan, mainly involving moisture-proof at sealing properties, otherwise, ang kalidad ng operasyon ay hindi matitiyak. Inuuna ang mga restrictions sa haba at lapad para sa road transportation sa proyektong ito, ang haba ng bawat unit ng transport ay limitado sa loob ng 14 m, ang lapad sa loob ng 3.4 m, at ang taas sa loob ng 4.5 m. Ang mga prefabricated cabins na may mas malaking dimensyon ay inililipat sa sections, at ang iba pang prefabricated cabins na may relatively mas maliit na dimensyon ay inililipat bilang buo, na tugunan ang mga pangangailangan ng road transportation. Kung ang site ay nakaabot sa assembly requirements, ito ay maaaring ilipat sa site para sa next-step assembly.
3.3 On-Site Installation
Ang proyektong ito ay gumagamit ng modular prefabricated method, na may mas kaunti na civil engineering work. Ang pangunahing nilalaman ng civil engineering ay kabilang ang dalawang grupo ng newly built main transformer foundations, apat na firewall na may haba ng 10 m at taas ng 6.5 m, dalawang grupo ng GIS cabin foundations, isang grupo ng main equipment cabin foundations, isang 20-m³ accident oil pool, isang 198-m long at 2.3-m high hollow enclosure wall, 14 main transformer supports, at isang 80-m long reinforced concrete cable trench.
Ang prefabricated cabins ay gumagamit ng mode ng "factory trial assembly must be carried out to simulate the actual operation situation + split transportation to the site and then splicing and installation" on-site. All modules have been trial-assembled in the factory, and problems are discovered in a timely manner without leaving problems on-site, ensuring the on-site construction period and construction quality. On-site hoisting and assembly have a short cycle, and there is almost no raw material accumulation.
Para sa splicing operation ng large-sized cabin parts, ang on-site splicing process ng "using a crane to initially position the equipment + gradually pushing with a chain block + accurately positioning with a positioning pin" ay ginagamit. Upang matiyak na ang splicing ng cabin ay "tight-fitting," ang on-site hoisting photo ay ipinapakita sa Figure 3.
Upang matugunan ang mga requirement sa sealing, ang splicing joints ay reasonable designed, mainly using the design methods of sealing materials and mechanical structures. Sa box body splicing, ang waterproof buckles at waterproof flanges ay ginagamit. Pagkatapos matapos ang splicing, kailangang idagdag ang strong waterproof glue sa joint positions, at pagkatapos ay treated with a sealing strip. Finally, ang waterproof buckles at foaming materials ay inilalagay nang sunod-sunod. Kapag natapos na ang lahat ng proseso at tugunan ang mataas na kalidad, ang sealing at waterproofing ay maaaring matamo.
Pagkatapos ng bawat module ay nasa lugar, ang primary at secondary connection construction ay isinasagawa. Ang mga kable sa loob ng mga module at ang mga connection cables sa pagitan nito ay completely produced at installed na sa factory. Kailangang ilagay lamang ang mga connection cables at busbars sa pagitan ng bawat module. Kapag ang bawat module ay assembled sa factory, ang preliminary joint debugging at testing ay ginawa na, na maaari ring mabawasan ang on-site debugging at acceptance time.
Ang 110 kV substation construction project ng Data Center No.1 ay nagsimula na komunikasyon sa plano kasama ang Suzhou power grid at in-promote ang preliminary procedures noong early December. After going through project bidding, equipment procurement, factory production, on-site equipment foundation construction, on-site assembly, equipment debugging, at power-on acceptance, ito ay officially put into operation noong early June. Ang buong proseso ay nagsimula sa less than 6 months, kung saan ang oras mula sa project bid determination hanggang sa project completion at power-on acceptance ay about 100 days, na ito ang proyektong may pinakamahabang siklo ng pagtatayo ng substation sa field ng data center. Kaya, kumpara sa tradisyonal na substations, ang oras ng pagtatayo ay mabilis na nabawasan.
Bukod sa mga abilidad na ito, dahil sa paggamit ng modular design concept, ito ay maaaring efficiently upgraded kapag kailangan sa hinaharap, na nakatutulong sa pagbawas ng mga cost ng maintenance at expansion, kaya ito ay nagpapakita rin ng malawak na prospects ng pag-unlad.
4. Kasunod
Ang prefabricated substations ay nasagot ang mga puntos ng sakit ng tradisyonal na substations sa field ng data centers.
Ang prefabricated modular substations ay kumakatawan sa isang patuloy na umuunlad na teknolohiya. Ang kanilang pagtatayo ay lay
