摘 要：半導體生產(chǎn)制造業(yè)在國民經(jīng)濟中起著舉足輕重的作用，相關企業(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，還關系到產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)的順利進行,。而半導體行業(yè)中大部分工藝設備對電能質(zhì)量比較敏感,，電壓暫降、諧波等電能質(zhì)量問題會導致設備損壞,、生產(chǎn)材料報廢等產(chǎn)生較大的經(jīng)濟損失,。因此，需要對半導體行業(yè)裝設電能質(zhì)量監(jiān)測裝置來監(jiān)測供電的電能質(zhì)量,。
關鍵詞：半導體,；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)復雜，設備一旦意外斷電會導致重大損失,，這就需要對供電可靠性要求非常高,，對故障比較敏感；大部分工藝設備對電壓,、電流比較敏感,，電壓電流的變化會導致設備損壞,、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,、電子材料及其相關產(chǎn)品的研發(fā)、測試,、生產(chǎn),、銷售、技術服務,、技術咨詢及其售后服務,；提供分撥、保稅倉儲（不含危險化學品）,、保稅加工服務,；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、相關化工原料（不含危險化學品）的進出口,、批發(fā),、傭金代理（拍M除外）及相關配套業(yè)務（國家禁止或涉及行政審批的貨物和技術進出口除外）。
2 項目需求
本次項目為某半導體有限公司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),，共設一面高壓進線柜、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、芯片等半導體設備,，而半導體芯片制造生產(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控制的機械手、芯片制造用的晶圓機或變頻控制的半導體機臺都會產(chǎn)生大量的諧波,，它們不但會造成機臺設備自身的壞機現(xiàn)象,，回流進電網(wǎng)的諧波電流還會引起其他回路的發(fā)熱、電子開關誤動作,、供電電壓不穩(wěn),，甚至引起生產(chǎn)線停線、半成品的報廢,。而且高能設備如：外延設備,、擴散設備、離子注入設備的頻繁加卸載,，更加重了用電環(huán)境的惡化。
2,、電壓暫降及中斷
現(xiàn)代化的半導體生產(chǎn)設備對電力品質(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%電壓暫降即可能導致設備停機。電壓暫降與短時中斷的差別在于短時中斷時負載一般與供電系統(tǒng)基本斷開（幅值低于額定值的10%）,，而電壓暫降發(fā)生時負載仍與電源連接,。對于半導體行業(yè)而言，兩者均會造成設備停機,，產(chǎn)生的結(jié)果是相同的,，但是電壓暫降發(fā)生的幾率遠高于短時中斷會發(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,，而對半導體、LCD生產(chǎn)來說就是一次災難,。因為半導體,、LCD生產(chǎn)設備的停機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：半導體產(chǎn)品硅片損壞和浪費,、設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)濟調(diào)節(jié)運行局曾開展了電能質(zhì)量經(jīng)濟性影響調(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*為顯著的電能質(zhì)量問題,，成為供用電雙方共同面臨的挑戰(zhàn)。其中半導體行業(yè)因電能質(zhì)量擾動帶來的生產(chǎn)損失高居前位,。
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線柜處裝設一臺電能質(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,，在每面高壓開關柜裝設一臺AM5系列微機保護裝置和一臺ASD200智能操控裝置；為了監(jiān)測各回路的電能,，在每面高壓開關柜和低壓柜均配置我司的多功能儀表,。各類設備主要實現(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,、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： 查詢各回路或設備時間的運行參數(shù),，報表中顯示電參量信息應包括：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?、隔離開關,、接地刀分、合動作等遙信變位,，保護動作,、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)越限等事件記錄進行存儲和管理,，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警信息進行歷史追溯,，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,，包括開關位置、 保護動作狀態(tài),、遙測量等,，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎。
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）用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（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限的權限組（如管理員組、工程師組,、操作員組等）,，在每個權限組里分配不同用戶，為系統(tǒng)運行,、維護,、管理提供可靠的安全保障。
10）網(wǎng)絡拓撲圖：支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài),，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位,。
圖4 網(wǎng)絡拓撲圖
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)的設備進行遠程遙控操作。
12）通信管理：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備通信情況進行管理,、控制,、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。
4 現(xiàn)場安裝圖片
本項目各類設備均就地安裝于開關柜中,，電力監(jiān)控系統(tǒng)主機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，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,。但伴隨信息技術的飛速發(fā)展,，基于計算機、微處理器的用電設備和各種電力電子設備在電力系統(tǒng)中大量投入使用,，它們對系統(tǒng)干擾比機電設備更加敏感,，對供電質(zhì)量的要求也更為苛刻，相對低劣的電能質(zhì)量嚴重影響了靈敏設備的安全運行,。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
[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.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
