安科瑞(ruì) 陳(chén)聰(cōng)

摘(zhāi) 要：半導(dǎo)體生產(chǎn)製(zhì)造(zào)業(yè)在國民(mín)經濟(jì)中起著*的(dí)作用(yòng)，相(xiāng)關(guān)企(qǐ)業的規模(mó)也越來越大(dà)。其供(gōng)配電(diàn)係統穩定，可靠(kào)的(dí)運(yùn)維不(bù)僅是(shì)其安(ān)全(quán)生產的基本保證，還關(guān)係到產品(pǐn)質量(liáng)和生(shēng)產(chǎn)的順(shùn)利(lì)進行。而半導體行業(yè)中(zhōng)大部分工(gōng)藝設(shè)備(bèi)對(duì)電能質(zhì)量(liáng)比(bǐ)較(jiào)敏(mǐn)感，電(diàn)壓(yā)暫(zàn)降(jiàng)，諧(xié)波等(děng)電能質(zhì)量(liáng)問題(tí)會導致設(shè)備損壞，生(shēng)產材料報(bào)廢等產生較大的經濟損(sǔn)失(shī)。因(yīn)此(cǐ)，需(xū)要對(duì)半導體行(háng)業裝(zhuāng)設電(diàn)能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置來監測供電的電(diàn)能質量(liáng)。

關(guān)鍵詞(cí)：半導(dǎo)體；電(diàn)能(néng)質量；電(diàn)壓暫降(jiàng)；諧波 

1 項目(mù)概況

在(zài)國(guó)家政策(cè)的(dí)引導(dǎo)下，電子(zǐ)行(háng)業發展(zhǎn)迅(xùn)速(sù)，同時(shí)新建(jiàn)了大(dà)量(liáng)電子行(háng)業工廠。工廠(chǎng)用電(diàn)量(liáng)大且(qiě)大部(bù)分(fēn)工藝需要(yào)不(bù)間斷運行(háng)，配(pèi)電係(xì)統(tǒng)結構(gòu)復雜，設備一旦意(yì)外斷電(diàn)會(huì)導(dǎo)致重大損(sǔn)失(shī)，這就需要(yào)對供(gōng)電可靠(kào)性要求非常(cháng)高(gāo)，對故(gù)障比較敏感(gǎn)；大部(bù)分工(gōng)藝設備(bèi)對電壓，電流(liú)比較(jiào)敏感(gǎn)，電壓(yā)電流的變(biàn)化會導(dǎo)致(zhì)設(shè)備(bèi)損(sǔn)壞(huài)，生產材(cái)料報(bào)廢等問題(tí)；並(bìng)且工廠電壓等級比(bǐ)較多(duō)，出於供電可靠(kào)性(xìng)要(yào)求和(hé)工(gōng)藝(yì)設備(bèi)需要電壓(yā)等(děng)級不同(tóng)，工廠配電電壓(yā)從110kV到66kV，35kV，10kV，0.48kV，0.4kV不等，涉及的各(gè)電(diàn)壓(yā)等級(jí)變壓器(qì)數(shù)量非常多(duō)。針對以上情況(kuàng)，需要配置電能質量監測裝(zhuāng)置來監(jiān)測用電(diàn)電能(néng)質量情況(kuàng)，為後續(xù)改(gǎi)善(shàn)電能(néng)質量(liáng)提(tí)供依據。  

某(mǒu)半導體有限公司(sī)成立於2018年05月29日(rì)，注(zhù)冊地位(wèi)於四(sì)川(chuān)省成都(dū)高新區(qū)。

2 項(xiàng)目需(xū)求(qiú)

本次(cì)項目為某半導體(tǐ)有限公司10/0.4KV用(yòng)戶(hù)變(biàn)電(diàn)站(zhàn)項(xiàng)目，該變電站供(gōng)電(diàn)係統為(wéi)單母綫供電係統(tǒng)，共設(shè)一麵(miàn)高(gāo)壓進(jìn)綫櫃，一麵計(jì)量櫃，一(yī)麵母綫(xiàn)PT櫃和四(sì)麵專變出綫櫃。由於該公(gōng)司主要生(shēng)產(chǎn)電(diàn)子材料(liào)，芯片等(děng)半導(dǎo)體(tǐ)設備，而半(bàn)導體(tǐ)芯(xīn)片(piàn)製(zhì)造生(shēng)產中主(zhǔ)要存在(zài)以下電能質(zhì)量(liáng)問題：

1，諧(xié)波問題

IC測試(shì)台(tái)，PLC控製的(dí)機械(xiè)手(shǒu)，芯片(piàn)製造(zào)用的(dí)晶(jīng)圓機或變(biàn)頻控(kòng)製的(dí)半導體(tǐ)機(jī)台都會產生大量的諧波(bō)，它們(mén)不但會造(zào)成(chéng)機台設(shè)備(bèi)自(zì)身(shēn)的(dí)壞機現(xiàn)象，回(huí)流(liú)進電(diàn)網的(dí)諧波(bō)電流還會引起其他回路的發熱(rè)，電子(zǐ)開(kāi)關(guān)誤(wù)動作(zuò)，供電電(diàn)壓不穩，甚至引起(qǐ)生(shēng)產綫停綫(xiàn)，半成品(pǐn)的報廢。而且高(gāo)能設備如(rú)：外延設備，擴散設備(bèi)，離(lí)子注(zhù)入(rù)設(shè)備的頻繁(fán)加卸(xiè)載，更加重(zhòng)了(liǎo)用(yòng)電環(huán)境(jìng)的惡化。

2，電(diàn)壓(yā)暫(zàn)降及中斷(duàn)

現代化(huà)的(dí)半導(dǎo)體(tǐ)生(shēng)產(chǎn)設備對電(diàn)力(lì)品質問(wèn)題非常敏(mǐn)感，相(xiāng)對於傳(chuán)統工(gōng)業(yè)來(lái)說(shuō)，半(bàn)導體(tǐ)，LCD製(zhì)造(zào)對電壓暫(zàn)降非常敏感(gǎn)，持(chí)續16ms的(dí)幅值(zhí)為額(é)定值85%-90%電(diàn)壓(yā)暫降(jiàng)即(jí)可(kě)能(néng)導(dǎo)致(zhì)設備停(tíng)機。電(diàn)壓(yā)暫(zàn)降(jiàng)與(yǔ)短(duǎn)時(shí)中斷的差別(bié)在於短時(shí)中斷時負載一(yī)般與供電係統基(jī)本斷開（幅值(zhí)低(dī)於額定值(zhí)的10%），而電壓(yā)暫(zàn)降(jiàng)發(fā)生(shēng)時負載仍與電源(yuán)連接。對(duì)於(yú)半導(dǎo)體(tǐ)行業(yè)而言(yán)，兩(liǎng)者(zhě)均(jūn)會造成設備停(tíng)機，產生(shēng)的結果(guǒ)是(shì)相(xiāng)同(tóng)的(dí)，但是電壓(yā)暫降(jiàng)發生的(dí)幾率(shuài)遠高於短時中斷會發(fā)生(shēng)的幾率。調(tiáo)查顯示：在所(suǒ)有配電係統事(shì)故(gù)中(zhōng)，電壓(yā)暫(zàn)降(jiàng)引(yǐn)起(qǐ)的(dí)事(shì)故(gù)占了(liǎo)70%-80%；而在輸電係(xì)統事(shì)故中，電壓暫降(jiàng)引起的事(shì)故所占的(dí)比例超過了(liǎo)90%。

停機的(dí)概(gài)念在傳統產業(yè)中隻(zhī)是生(shēng)產(chǎn)暫(zàn)時的(dí)中斷，而對半(bàn)導(dǎo)體，LCD生產來說就(jiù)是一次(cì)災(zāi)難。因為(wéi)半導(dǎo)體，LCD生產設(shè)備(bèi)的停機(jī)會(huì)造成(chéng)大(dà)量(liáng)直接損失(shī)和(hé)間(jiān)接損失(shī)。這(zhè)些損失包括：

1）直(zhí)接損(sǔn)失：半(bàn)導體(tǐ)產品矽片(piàn)損壞(huài)和浪(làng)費，設備壽命(mìng)縮短甚(shèn)至損壞(huài)，清(qīng)理產綫的人工(gōng)成(chéng)本(běn)等。

2）間接損失：重新啟動生(shēng)產綫需(xū)要(yào)的時(shí)間，降(jiàng)低產品品(pǐn)質(zhì)，延誤(wù)交(jiāo)貨時間(jiān)等。

國家(jiā)發(fā)改(gǎi)委經濟調節(jié)運行(háng)局曾開展(zhǎn)了(liǎo)電能質(zhì)量(liáng)經濟性影(yǐng)響調(tiáo)查(chá)，經過(guò)大量的調研與分析，都(dū)表(biǎo)明電壓暫降與短時中(zhōng)斷(duàn)都(dū)是(shì)顯(xiǎn)著(zhù)的電能(néng)質量問題，成為供用電(diàn)雙(shuāng)方(fāng)共(gòng)同麵(miàn)臨(lín)的(dí)挑戰。其(qí)中(zhōng)半(bàn)導(dǎo)體行業因(yīn)電(diàn)能質量擾動帶來的(dí)生(shēng)產損失占據高位。

因此，為(wéi)了(liǎo)實時監測供電的電能(néng)質(zhì)量，在本項(xiàng)目的高(gāo)壓配電進(jìn)綫(xiàn)櫃(guì)處裝(zhuāng)設一(yī)台(tái)電能質量監(jiān)測(cè)裝置APView500，同時(shí)為(wéi)了保(bǎo)證整個配(pèi)電係統(tǒng)日常安(ān)全(quán)穩(wěn)定運(yùn)行(háng)，在每麵(miàn)高壓開關櫃(guì)裝設一(yī)台(tái)AM5係列微(wēi)機保(bǎo)護裝(zhuāng)置(zhì)和一台(tái)ASD200智能操控(kòng)裝置(zhì)；為了監測各回路(lù)的(dí)電(diàn)能，在(zài)每麵(miàn)高壓開關櫃(guì)和低(dī)壓(yā)櫃均配置我司的(dí)多功能儀(yí)表。各類(lèi)設(shè)備主要(yào)實現(xiàn)的(dí)功(gōng)能(néng)如(rú)下(xià)：

3 係統需(xū)求

為實時監視整個配電室的運(yùn)行(háng)以(yǐ)及(jí)數據(jù)采集(jí)，該項目配(pèi)置(zhì)一(yī)套Acrel-2000Z電力監控(kòng)係(xì)統，其(qí)可(kě)實現(xiàn)的功能(néng)如下(xià)：

1）實(shí)時監測：以(yǐ)配電一(yī)次圖(tú)的(dí)形式直觀(guān)顯(xiǎn)示(shì)配電(diàn)綫路的運行狀態(tài)，可以實時(shí)監(jiān)測(cè)各(gè)回路電(diàn)壓(yā)，電(diàn)流(liú)，功(gōng)率，功(gōng)率因數等電參數信(xìn)息，動(dòng)態監(jiān)視各(gè)配(pèi)電(diàn)回路斷路器(qì)，隔離開(kāi)關(guān)，地刀等(děng)合，分(fēn)閘狀(zhuàng)態(tài)。

圖1 10kV變(biàn)電站配(pèi)電(diàn)監測(cè)界麵(miàn)

圖2 0.4kV配電室(shì)母(mǔ)綫(xiàn)配電(diàn)監測界麵

2）電參(cān)量查(chá)詢(xún)：在(zài)配電一次圖中(zhōng)，可(kě)以直接(jiē)查(chá)看該回路詳(xiáng)細電(diàn)參(cān)量，包(bāo)括三相(xiāng)電流，三相電壓，總有(yǒu)功功(gōng)率，總無功功率，總(zǒng)功(gōng)率因數(shù)，正(zhèng)向有功(gōng)電能等。

3）運(yùn)行報表(biǎo)： 查(chá)詢各回路或設備(bèi)相應時(shí)間的運行參數，報表中(zhōng)顯(xiǎn)示(shì)電參量信息(xī)應(yīng)包括(kuò)：各相(xiāng)電流，三相電(diàn)壓(yā)，總功率因數(shù)，總(zǒng)有(yǒu)功功(gōng)率，總無功功率，正向(xiàng)有功電(diàn)能(néng)等，報表格(gé)式(shì)有(yǒu)日(rì)報表，月報表(biǎo)，年報表(biǎo)等。

圖(tú)3 0.4kV電參量(liáng)查詢(xún)界麵(miàn)

4）實時告(gào)警：能夠(gòu)對配(pèi)電(diàn)回(huí)路斷路器，隔離開關，接地刀分(fēn)，合動作(zuò)等遙(yáo)信變位，保護動(dòng)作(zuò)，事故跳閘(zhá)等(děng)事件(jiàn)發(fā)出告警(jǐng)。

5）歷(lì)史事件查詢：能夠(gòu)對(duì)遙信變位(wèi)，保(bǎo)護(hù)動作(zuò)，事故(gù)跳閘，以及(jí)電壓(yā)，電流，功率(shuài)，功率因數越(yuè)限等(děng)事件記錄進(jìn)行(háng)存儲和管理(lǐ)，方便用戶對(duì)係統(tǒng)事件(jiàn)和報警信(xìn)息進行(háng)歷(lì)史追溯，查詢統計，事故(gù)分(fēn)析(xī)。

6）故(gù)障(zhàng)錄(lù)波(bō)：能(néng)夠(gòu)在(zài)係統(tǒng)發(fā)生(shēng)故障(zhàng)時，自動準確(què)地記錄(lù)故(gù)障前(qián)，後(hòu)過程的(dí)各種電氣(qì)量(liáng)的(dí)變化(huà)情況，通(tōng)過對這(zhè)些電氣(qì)量(liáng)的分析(xī)，比(bǐ)較(jiào)，對分析處理事故(gù)，判斷保護(hù)是否(fǒu)正確(què)動作，提高電(diàn)力係統安(ān)全運行(háng)水平(píng)有(yǒu)著重(zhòng)要作用(yòng)。

7）事故追憶：能(néng)夠自動記錄(lù)事故(gù)時刻前後一段(duàn)時(shí)間(jiān)的(dí)所有(yǒu)實時(shí)穩態信(xìn)息，包括開關位置， 保(bǎo)護(hù)動(dòng)作(zuò)狀態(tài)，遙測(cè)量等(děng)，形(xíng)成事故(gù)分析的數據基(jī)礎(chǔ)。

8）曲(qū)綫(xiàn)查(chá)詢(xún)：能夠查詢(xún)實時曲綫(xiàn)和(hé)歷史曲綫，包括三相電流，三(sān)相電(diàn)壓，有(yǒu)功功(gōng)率，無(wú)功功率，功(gōng)率因(yīn)數等所有遙(yáo)測(cè)量。

9）用(yòng)戶(hù)權限管理：設置了(liǎo)用戶權限(xiàn)管理(lǐ)功能，通過用(yòng)戶權限(xiàn)管(guǎn)理(lǐ)能夠(gòu)防止(zhǐ)未經授(shòu)權(quán)的操作（如遙(yáo)控的操作，數據庫修改等(děng)）。係統可以定義(yì)不(bù)同操作(zuò)權限的權限(xiàn)組(zǔ)（如(rú)管理(lǐ)員(yuán)組，工(gōng)程師組(zǔ)，操作(zuò)員組(zǔ)等），在(zài)每(měi)個權(quán)限組(zǔ)裏分配(pèi)不(bù)同(tóng)用(yòng)戶(hù)，為係統運(yùn)行，維(wéi)護，管(guǎn)理提(tí)供(gōng)可靠的安全(quán)保障。

10）網絡(luò)拓撲(pū)圖(tú)：支持實(shí)時監視(shì)接(jiē)入係統的(dí)各設(shè)備(bèi)的(dí)通訊(xùn)狀(zhuàng)態，能夠完整(zhěng)的顯示整個(gè)係統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構；可在綫診斷(duàn)設(shè)備(bèi)通(tōng)訊(xùn)狀(zhuàng)態，發(fā)生網絡(luò)異常(cháng)時能(néng)自動(dòng)在(zài)界(jiè)麵(miàn)上(shàng)顯示(shì)故障(zhàng)設(shè)備(bèi)或元(yuán)件及其(qí)故障部位。

圖(tú)4 網(wǎng)絡拓撲(pū)圖

11）遙(yáo)控功能(néng)：根(gēn)據電力規程(chéng)要(yào)求，可(kě)以對整(zhěng)個配電係(xì)統範(fàn)圍內的設(shè)備進(jìn)行遠程(chéng)遙控(kòng)操作(zuò)。

12）通信管理(lǐ)：可以(yǐ)對整(zhěng)個(gè)配(pèi)電係統範(fàn)圍(wéi)內(nèi)的設備通(tōng)信(xìn)情況進(jìn)行(háng)管理，控製(zhì)，數(shù)據的實(shí)時(shí)監測(cè)。

4 現場(cháng)安裝(zhuāng)圖(tú)片

本項目各類(lèi)設備均(jūn)就地(dì)安(ān)裝(zhuāng)於開關(guān)櫃中，電(diàn)力監(jiān)控係(xì)統主(zhǔ)機(jī)放(fàng)置於(yú)高(gāo)壓(yā)配(pèi)電房(fáng)值班室(shì)內(nèi)中，現場安裝(zhuāng)圖片如下。

圖(tú)5 現場圖片(piàn)

5 現場運(yùn)行(háng)情(qíng)況(kuàng)

本(běn)項目自裝設電(diàn)能(néng)質(zhì)量監測裝(zhuāng)置(zhì)起，對電力係(xì)統(tǒng)中(zhōng)出現的故障情況均可(kě)靠監測，在(zài)此過(guò)程中，出現多次(cì)電(diàn)壓暫降，事(shì)件記(jì)錄如(rú)圖6。去(qù)年2022年10月(yuè)份由(yóu)於限電，出現(xiàn)過(guò)一(yī)次電壓暫降，暫(zàn)降深(shēn)度(dù)為1380V，持(chí)續(xù)時(shí)間為0.039s，如圖7；2023年(nián)1月(yuè)23日(rì)發生過(guò)一(yī)次電壓(yā)暫降(jiàng)，暫(zàn)降(jiàng)深度(dù)為(wéi)2999V，持續時間(jiān)為0.620s，由(yóu)於春(chūn)節期間(jiān)，用戶單位(wèi)放假，所(suǒ)有設(shè)備均(jūn)停(tíng)運(yùn)，故未(wèi)造成(chéng)損失，如圖8；圖(tú)9為2月9號電力係統發(fā)生(shēng)故(gù)障造成(chéng)的電壓暫降事(shì)故(gù)監測界麵，暫降深度(dù)為3453V，持(chí)續時間為0.637s，造成現(xiàn)場所有(yǒu)變頻器(qì)均停(tíng)機，且照(zhào)明燈也出(chū)現閃變的現(xiàn)象，該事(shì)件(jiàn)記錄的(dí)時(shí)間(jiān)和故障(zhàng)類(lèi)型(xíng)均和電(diàn)力(lì)公司(sī)反(fǎn)饋(kuì)的(dí)情況吻(wěn)合(hé)，得到(dào)用(yòng)戶(hù)的(dí)認可。

圖6 電(diàn)壓暫降事件(jiàn)記(jì)錄(lù)                    圖7  10月28日(rì)電(diàn)壓暫降(jiàng)事件記錄

圖8  1月23日電(diàn)壓暫(zàn)降(jiàng)事(shì)件(jiàn)記(jì)錄          圖9  2月(yuè)9日(rì)電壓暫(zàn)降(jiàng)事(shì)件記錄

6 結語

半(bàn)導(dǎo)體滲(shèn)透到(dào)我(wǒ)們工作(zuò)，生(shēng)活(huó)的方方(fāng)麵麵(miàn)，隨著(zhuó)生活水(shuǐ)平(píng)的提(tí)高，我們(mén)對芯(xīn)片(piàn)製(zhì)造需求也越來越多。但(dàn)伴隨信(xìn)息技(jì)術(shù)的(dí)飛(fēi)速發展(zhǎn)，基(jī)於計(jì)算機(jī)，微處理器的(dí)用電(diàn)設備(bèi)和(hé)各(gè)種(zhǒng)電力電子設備(bèi)在(zài)電力(lì)係統(tǒng)中(zhōng)大量投入使(shǐ)用(yòng)，它們(mén)對係統幹(gān)擾(rǎo)比機電設(shè)備更加敏感(gǎn)，對(duì)供電質(zhì)量的要求(qiú)也更為苛刻，相(xiāng)對低劣的電能(néng)質量(liáng)嚴重影響(xiǎng)了(liǎo)靈敏(mǐn)設(shè)備(bèi)的(dí)安全(quán)運行。本文介紹的電能質量(liáng)監測(cè)裝(zhuāng)置(zhì)可(kě)以(yǐ)針對供電電(diàn)能(néng)質量起到監測(cè)作用(yòng)，為電(diàn)能質量(liáng)治理(lǐ)提供可(kě)靠(kào)依據。

參考(kǎo)文(wén)獻

[1] 安(ān)科(kē)瑞(ruì)企業微電(diàn)網設計與(yǔ)應(yīng)用(yòng)手(shǒu)冊.2020.6月(yuè)版(bǎn)

[2] 安科(kē)瑞(ruì)用(yòng)戶變電站(zhàn)綜(zōng)合自動(dòng)化(huà)與運維解(jiě)決方案.2021.11月版(bǎn)