安科瑞 鮑靜君

　　摘 要：半導(dǎo)體生產(chǎn)制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中起著舉足輕重的作用,，相關(guān)企業(yè)的規(guī)模也越來越大。其供配電系統(tǒng)穩(wěn)定,、可靠的運維不僅是其安全生產(chǎn)的基本保證,，還關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的順利進(jìn)行。而半導(dǎo)體行業(yè)中大部分工藝設(shè)備對電能質(zhì)量比較敏感,，電壓暫降,、諧波等電能質(zhì)量問題會導(dǎo)致設(shè)備損壞、生產(chǎn)材料報廢等產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失,。因此,，需要對半導(dǎo)體行業(yè)裝設(shè)電能質(zhì)量監(jiān)測裝置來監(jiān)測供電的電能質(zhì)量。

　　關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體,；電能質(zhì)量,；電壓暫降；諧波

　　1 項目概況

　　在國家政策的引導(dǎo)下,，電子行業(yè)發(fā)展迅速,，同時新建了大量電子行業(yè)工廠。工廠用電量大且大部分工藝需要不間斷運行,，配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，設(shè)備一旦意外斷電會導(dǎo)致重大損失，這就需要對供電可靠性要求非常高,，對故障比較敏感,；大部分工藝設(shè)備對電壓、電流比較敏感,，電壓電流的變化會導(dǎo)致設(shè)備損壞,、生產(chǎn)材料報廢等問題；并且工廠電壓等級比較多,，出于供電可靠性要求和工藝設(shè)備需要電壓等級不同,，工廠配電電壓從110kV到66kV,、35kV、10kV,、0.48kV,、0.4kV不等，涉及的各電壓等級變壓器數(shù)量非常多,。針對以上情況,，需要配置電能質(zhì)量監(jiān)測裝置來監(jiān)測用電電能質(zhì)量情況，為后續(xù)改善電能質(zhì)量提供依據(jù),。

　　某半導(dǎo)體有限公司成立于2018年05月29日,，注冊地位于四川省成都高新區(qū)。經(jīng)營范圍包括OLED等平板顯示屏材料,、電子材料及其相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā),、測試、生產(chǎn),、銷售,、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)咨詢及其售后服務(wù),；提供分撥,、保稅倉儲（不含危險化學(xué)品）、保稅加工服務(wù),；國際貿(mào)易,、轉(zhuǎn)口貿(mào)易、保稅區(qū)企業(yè)間貿(mào)易以及區(qū)內(nèi)貿(mào)易代理,；電子產(chǎn)品及其零部件,、相關(guān)化工原料（不含危險化學(xué)品）的進(jìn)出口、批發(fā),、傭金代理及相關(guān)配套業(yè)務(wù)（國家禁止或涉及行政審批的貨物和技術(shù)進(jìn)出口除外）,。

　　2 項目需求

　　本次項目為某半導(dǎo)體有限公司10/0.4KV用戶變電站項目，該變電站供電系統(tǒng)為單母線供電系統(tǒng),，共設(shè)一面高壓進(jìn)線柜,、一面計量柜、一面母線PT柜和四面專變出線柜,。由于該公司主要生產(chǎn)電子材料,、芯片等半導(dǎo)體設(shè)備，而半導(dǎo)體芯片制造生產(chǎn)中主要存在以下電能質(zhì)量問題：

　　1,、諧波問題

　　IC測試臺,、PLC控制的機(jī)械手、芯片制造用的晶圓機(jī)或變頻控制的半導(dǎo)體機(jī)臺都會產(chǎn)生大量的諧波,，它們不但會造成機(jī)臺設(shè)備自身的壞機(jī)現(xiàn)象,，回流進(jìn)電網(wǎng)的諧波電流還會引起其他回路的發(fā)熱,、電子開關(guān)誤動作、供電電壓不穩(wěn),，甚至引起生產(chǎn)線停線,、半成品的報廢。而且高能設(shè)備如：外延設(shè)備,、擴(kuò)散設(shè)備,、離子注入設(shè)備的頻繁加卸載，更加重了用電環(huán)境的惡化,。

　　2,、電壓暫降及中斷

　　現(xiàn)代化的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備對電力品質(zhì)問題非常敏感，相對于傳統(tǒng)工業(yè)來說,，半導(dǎo)體,、LCD制造對電壓暫降非常敏感，持續(xù)16ms的幅值為額定值85%-90%電壓暫降即可能導(dǎo)致設(shè)備停機(jī),。電壓暫降與短時中斷的差別在于短時中斷時負(fù)載一般與供電系統(tǒng)基本斷開（幅值低于額定值的10%），而電壓暫降發(fā)生時負(fù)載仍與電源連接,。對于半導(dǎo)體行業(yè)而言,，兩者均會造成設(shè)備停機(jī)，產(chǎn)生的結(jié)果是相同的,，但是電壓暫降發(fā)生的幾率遠(yuǎn)高于短時中斷會發(fā)生的幾率,。調(diào)查顯示：在所有配電系統(tǒng)事故中，電壓暫降引起的事故占了70%-80%,；而在輸電系統(tǒng)事故中,，電壓暫降引起的事故所占的比例超過了90%。

　　停機(jī)的概念在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中只是生產(chǎn)暫時的中斷,，而對半導(dǎo)體,、LCD生產(chǎn)來說就是一次災(zāi)難。因為半導(dǎo)體,、LCD生產(chǎn)設(shè)備的停機(jī)會造成大量直接損失和間接損失,。這些損失包括：

　　1）直接損失：半導(dǎo)體產(chǎn)品硅片損壞和浪費、設(shè)備壽命縮短甚至損壞,、清理產(chǎn)線的人工成本等,。

　　2）間接損失：重新啟動生產(chǎn)線需要的時間、降低產(chǎn)品品質(zhì),、延誤交貨時間等,。

　　國家發(fā)改委經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)運行局曾開展了電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性影響調(diào)查，經(jīng)過大量的調(diào)研與分析,，都表明電壓暫降與短時中斷都是顯著的電能質(zhì)量問題,，成為供用電雙方共同面臨的挑戰(zhàn),。其中半導(dǎo)體行業(yè)因電能質(zhì)量擾動帶來的生產(chǎn)損失占據(jù)高位。

　　因此,，為了實時監(jiān)測供電的電能質(zhì)量,，在本項目的高壓配電進(jìn)線柜處裝設(shè)一臺電能質(zhì)量監(jiān)測裝置APView500，同時為了保證整個配電系統(tǒng)日常安全穩(wěn)定運行,，在每面高壓開關(guān)柜裝設(shè)一臺AM5系列微機(jī)保護(hù)裝置和一臺ASD200智能操控裝置,；為了監(jiān)測各回路的電能，在每面高壓開關(guān)柜和低壓柜均配置我司的多功能儀表,。各類設(shè)備主要實現(xiàn)的功能如下：

　　3 系統(tǒng)需求

　　為實時監(jiān)視整個配電室的運行以及數(shù)據(jù)采集,，該項目配置一套Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，其可實現(xiàn)的功能如下：

　　1）實時監(jiān)測：以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài),，可以實時監(jiān)測各回路電壓,、電流、功率,、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān),、地刀等合,、分閘狀態(tài)。

圖1 10kV變電站配電監(jiān)測界面

圖2 0.4kV配電室母線配電監(jiān)測界面

　　2）電參量查詢：在配電一次圖中,，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量,，包括三相電流、三相電壓,、總有功功率,、總無功功率、總功率因數(shù),、正向有功電能等,。

　　3）運行報表： 查詢各回路或設(shè)備時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流,、三相電壓,、總功率因數(shù)、總有功功率,、總無功功率,、正向有功電能等，報表格式有日報表,、月報表,、年報表等。

圖3 0.4kV電參量查詢界面

　　4）實時告警：能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關(guān),、接地刀分,、合動作等遙信變位，保護(hù)動作,、事故跳閘等事件發(fā)出告警,。

　　5）歷史事件查詢：能夠?qū)b信變位，保護(hù)動作,、事故跳閘,，以及電壓、電流,、功率,、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警信息進(jìn)行歷史追溯,，查詢統(tǒng)計,、事故分析。

　　6）故障錄波：能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時,，自動準(zhǔn)確地記錄故障前,、后過程的各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析,、比較,，對分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動作,、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。

　　7）事故追憶：能夠自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息,，包括開關(guān)位置,、 保護(hù)動作狀態(tài)、遙測量等,，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),。

　　8）曲線查詢：能夠查詢實時曲線和歷史曲線，包括三相電流,、三相電壓,、有功功率、無功功率,、功率因數(shù)等所有遙測量,。

　　9）用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作,，數(shù)據(jù)庫修改等）,。系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員組、工程師組,、操作員組等）,，在每個權(quán)限組里分配不同用戶,，為系統(tǒng)運行、維護(hù),、管理提供可靠的安全保障,。

　　10）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài),，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

　　11）遙控功能：根據(jù)電力規(guī)程要求,，可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作,。

　　12）通信管理：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制,、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測,。

　　4 現(xiàn)場安裝圖片

　　本項目各類設(shè)備均就地安裝于開關(guān)柜中，電力監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)放置于高壓配電房值班室內(nèi)中,，現(xiàn)場安裝圖片如下,。

圖5 現(xiàn)場圖片

　　5 現(xiàn)場運行情況

　　本項目自裝設(shè)電能質(zhì)量監(jiān)測裝置起，對電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障情況均可靠監(jiān)測,，在此過程中,，出現(xiàn)多次電壓暫降，事件記錄如圖6,。去年2022年10月份由于限電,，出現(xiàn)過一次電壓暫降，暫降深度為1380V,，持續(xù)時間為0.039s,，如圖7；2023年1月23日發(fā)生過一次電壓暫降,，暫降深度為2999V,，持續(xù)時間為0.620s，由于春節(jié)期間,，用戶單位放假,，所有設(shè)備均停運，故未造成損失,，如圖8,；圖9為2月9號電力系統(tǒng)發(fā)生故障造成的電壓暫降事故監(jiān)測界面，暫降深度為3453V,，持續(xù)時間為0.637s,，造成現(xiàn)場所有變頻器均停機(jī)，且照明燈也出現(xiàn)閃變的現(xiàn)象，該事件記錄的時間和故障類型均和電力公司反饋的情況吻合,，得到用戶的認(rèn)可,。

圖6 電壓暫降事件記錄

圖7  10月28日電壓暫降事件記錄

圖8  1月23日電壓暫降事件記錄

圖9  2月9日電壓暫降事件記錄

　　6 結(jié)語

　　半導(dǎo)體滲透到我們工作、生活的方方面面,，隨著生活水平的提高,，我們對芯片制造需求也越來越多。但伴隨信息技術(shù)的飛速發(fā)展,，基于計算機(jī),、微處理器的用電設(shè)備和各種電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中大量投入使用，它們對系統(tǒng)干擾比機(jī)電設(shè)備更加敏感,，對供電質(zhì)量的要求也更為苛刻,，相對低劣的電能質(zhì)量嚴(yán)重影響了靈敏設(shè)備的安全運行。本文介紹的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置可以針對供電電能質(zhì)量起到監(jiān)測作用,，為電能質(zhì)量治理提供可靠依據(jù),。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.6月版

　　[2] 安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2021.11月版