安科瑞 鮑(bào)靜君

　　摘 要：半(bàn)導體(tǐ)生產(chǎn)製(zhì)造(zào)業(yè)在國民(mín)經濟(jì)中起著(zhuó)*的作用，相關企(qǐ)業的規模也越來越大。其供配電(diàn)係統穩定，可靠的運維不(bù)僅是其安全(quán)生(shēng)產(chǎn)的(dí)基(jī)本保(bǎo)證，還(huán)關係到產品(pǐn)質量(liáng)和(hé)生產的順利進行。而(ér)半(bàn)導(dǎo)體(tǐ)行業(yè)中大(dà)部分工(gōng)藝設(shè)備(bèi)對電能質量(liáng)比較敏感，電壓暫降，諧波(bō)等(děng)電能質(zhì)量問題(tí)會導致設備損壞，生產材(cái)料報廢(fèi)等(děng)產生較(jiào)大的經(jīng)濟(jì)損失(shī)。因(yīn)此，需(xū)要(yào)對半導(dǎo)體行(háng)業裝設(shè)電(diàn)能質(zhì)量監測(cè)裝(zhuāng)置(zhì)來(lái)監(jiān)測(cè)供電的電能質(zhì)量。

　　關鍵(jiàn)詞(cí)：半導體；電(diàn)能質量；電壓暫降；諧波

　　1 項目概況(kuàng)

　　在(zài)國家政(zhèng)策的引(yǐn)導下(xià)，電子行業(yè)發展迅速，同時(shí)新建了大量(liáng)電子(zǐ)行業工廠。工廠用(yòng)電(diàn)量大(dà)且大部(bù)分工藝(yì)需(xū)要(yào)不(bù)間斷運(yùn)行，配(pèi)電係(xì)統(tǒng)結(jié)構復雜，設備一(yī)旦(dàn)意外(wài)斷電(diàn)會導致(zhì)重大(dà)損失，這就需要(yào)對供(gōng)電(diàn)可靠(kào)性要求非(fēi)常高，對故障比較敏感；大部(bù)分工藝設備(bèi)對(duì)電(diàn)壓(yā)，電流比較(jiào)敏(mǐn)感(gǎn)，電(diàn)壓電流的(dí)變(biàn)化(huà)會導(dǎo)致設(shè)備損壞，生產材(cái)料報廢等問(wèn)題；並且工(gōng)廠電壓(yā)等級比較多(duō)，出於供(gōng)電可靠(kào)性(xìng)要求和(hé)工藝(yì)設(shè)備需要電壓等級(jí)不同(tóng)，工(gōng)廠(chǎng)配電電(diàn)壓從(cóng)110kV到(dào)66kV，35kV，10kV，0.48kV，0.4kV不等，涉(shè)及的(dí)各電壓(yā)等(děng)級變壓(yā)器(qì)數(shù)量非常多。針(zhēn)對(duì)以上情(qíng)況(kuàng)，需要配置電能(néng)質(zhì)量監測(cè)裝置來監測用電電(diàn)能(néng)質量(liáng)情況，為後續改善電(diàn)能質量提供依據。

　　某半導(dǎo)體有限(xiàn)公(gōng)司(sī)成立於2018年(nián)05月(yuè)29日，注(zhù)冊地(dì)位於四川(chuān)省(shěng)成都高新區。經(jīng)營範圍(wéi)包括OLED等平(píng)板顯示屏材料，電子材(cái)料及其相關產(chǎn)品的研發，測(cè)試(shì)，生產，銷(xiāo)售(shòu)，技術服(fú)務，技(jì)術咨(zī)詢及其售(shòu)後服務；提供分(fēn)撥(bō)，保稅倉(cāng)儲(chǔ)（不(bù)含(hán)危(wēi)險化學品(pǐn)），保稅加工服務；國際貿(mào)易(yì)，轉口貿易(yì)，保稅區(qū)企(qǐ)業(yè)間(jiān)貿易以及(jí)區內貿易代(dài)理；電子(zǐ)產品(pǐn)及其(qí)零(líng)部件，相(xiāng)關(guān)化(huà)工原料(liào)（不(bù)含(hán)危險(xiǎn)化(huà)學品）的進(jìn)出口，批(pī)發，傭金代理及(jí)相(xiāng)關(guān)配套(tào)業務(wù)（國家(jiā)禁止(zhǐ)或涉及(jí)行政審(shěn)批的貨物和技(jì)術(shù)進(jìn)出(chū)口除外）。

　　2 項(xiàng)目(mù)需求

　　本(běn)次項目(mù)為某半導(dǎo)體有(yǒu)限公司(sī)10/0.4KV用戶(hù)變電(diàn)站(zhàn)項目，該變(biàn)電站(zhàn)供(gōng)電係(xì)統為單母綫(xiàn)供電係統，共(gòng)設一(yī)麵(miàn)高(gāo)壓(yā)進綫櫃，一麵計量(liáng)櫃，一麵(miàn)母綫(xiàn)PT櫃(guì)和四(sì)麵(miàn)專(zhuān)變(biàn)出(chū)綫(xiàn)櫃(guì)。由於該公司主要(yào)生產電(diàn)子材料(liào)，芯(xīn)片(piàn)等(děng)半導體設(shè)備，而半導體(tǐ)芯(xīn)片製造生產中主(zhǔ)要存在(zài)以下(xià)電能質量問題(tí)：

　　1，諧波問題

　　IC測(cè)試台(tái)，PLC控(kòng)製的機(jī)械手(shǒu)，芯(xīn)片(piàn)製(zhì)造(zào)用(yòng)的晶(jīng)圓(yuán)機或(huò)變頻控製的(dí)半導體機(jī)台(tái)都會產生大(dà)量(liáng)的諧波(bō)，它們不(bù)但會造(zào)成機台(tái)設備(bèi)自身的(dí)壞機現象(xiàng)，回流進電網的(dí)諧(xié)波(bō)電流(liú)還會(huì)引起(qǐ)其他回路的發熱(rè)，電子開關(guān)誤(wù)動作，供(gōng)電電壓不(bù)穩，甚(shèn)至引(yǐn)起生(shēng)產(chǎn)綫(xiàn)停綫，半成品的(dí)報廢。而(ér)且高能設備(bèi)如(rú)：外延設(shè)備，擴散設備(bèi)，離子注入設(shè)備的(dí)頻(pín)繁加(jiā)卸載(zǎi)，更加(jiā)重(zhòng)了用(yòng)電環(huán)境的惡(è)化。

　　2，電壓(yā)暫降(jiàng)及中斷(duàn)

　　現代化的半(bàn)導(dǎo)體生(shēng)產(chǎn)設(shè)備對(duì)電(diàn)力品(pǐn)質問題(tí)非常敏感，相對於傳統工(gōng)業(yè)來說，半導體(tǐ)，LCD製造(zào)對(duì)電壓(yā)暫降非常(cháng)敏(mǐn)感(gǎn)，持續(xù)16ms的(dí)幅(fú)值為額(é)定(dìng)值85%-90%電壓暫(zàn)降(jiàng)即可能(néng)導致設(shè)備(bèi)停(tíng)機(jī)。電(diàn)壓暫降與(yǔ)短時中斷(duàn)的(dí)差別在(zài)於(yú)短時中斷(duàn)時(shí)負(fù)載一(yī)般(bān)與供(gōng)電係(xì)統(tǒng)基本(běn)斷開（幅值(zhí)低於(yú)額定(dìng)值的(dí)10%），而電(diàn)壓暫(zàn)降(jiàng)發生(shēng)時負(fù)載仍與電(diàn)源連接(jiē)。對於(yú)半導(dǎo)體行業而(ér)言(yán)，兩者(zhě)均(jūn)會造成(chéng)設(shè)備停(tíng)機，產(chǎn)生(shēng)的(dí)結(jié)果(guǒ)是(shì)相同(tóng)的，但(dàn)是電壓暫(zàn)降發生(shēng)的(dí)幾率遠(yuǎn)高(gāo)於短時(shí)中斷會發生的(dí)幾(jī)率(shuài)。調查顯示(shì)：在(zài)所有(yǒu)配(pèi)電係統事故(gù)中，電壓(yā)暫(zàn)降引起的事故(gù)占了70%-80%；而(ér)在(zài)輸電(diàn)係統事故中(zhōng)，電壓暫(zàn)降引(yǐn)起的事故所占的比例超過(guò)了(liǎo)90%。

　　停(tíng)機的概念在(zài)傳統(tǒng)產業中(zhōng)隻是生產暫時的(dí)中斷，而(ér)對半導體，LCD生(shēng)產(chǎn)來說(shuō)就(jiù)是一(yī)次(cì)災(zāi)難。因(yīn)為半導體，LCD生產設備的停機(jī)會造成(chéng)大(dà)量(liáng)直接損失(shī)和(hé)間接(jiē)損失(shī)。這(zhè)些損失包(bāo)括：

　　1）直接損失：半導體(tǐ)產(chǎn)品(pǐn)矽(guī)片(piàn)損(sǔn)壞和浪(làng)費(fèi)，設(shè)備壽(shòu)命縮(suō)短(duǎn)甚至(zhì)損壞，清理產綫(xiàn)的人工(gōng)成本等(děng)。

　　2）間接(jiē)損失：重(zhòng)新啟動生產(chǎn)綫需(xū)要的(dí)時間(jiān)，降低(dī)產(chǎn)品(pǐn)品(pǐn)質，延誤(wù)交貨時(shí)間(jiān)等。

　　國(guó)家發改(gǎi)委經濟調節(jié)運行局(jú)曾(zēng)開(kāi)展了(liǎo)電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性(xìng)影(yǐng)響調查，經(jīng)過(guò)大量的(dí)調研(yán)與(yǔ)分(fēn)析，都表明電壓(yā)暫降與(yǔ)短(duǎn)時中斷都是(shì)顯著的電(diàn)能(néng)質量(liáng)問題，成為(wéi)供(gōng)用電雙方(fāng)共同(tóng)麵臨(lín)的挑戰(zhàn)。其(qí)中半(bàn)導(dǎo)體(tǐ)行業(yè)因電(diàn)能質(zhì)量擾動帶來的生(shēng)產損失占據(jù)高位。

　　因此，為(wéi)了實時(shí)監測(cè)供(gōng)電(diàn)的電能(néng)質量，在本項目(mù)的高(gāo)壓配(pèi)電(diàn)進綫(xiàn)櫃處裝設一台電能質(zhì)量監測裝(zhuāng)置(zhì)APView500，同時為了(liǎo)保證(zhèng)整個配電係(xì)統(tǒng)日(rì)常(cháng)安全(quán)穩定(dìng)運行，在每(měi)麵高(gāo)壓開關櫃裝(zhuāng)設一(yī)台AM5係(xì)列微機(jī)保(bǎo)護裝置(zhì)和一台(tái)ASD200智能(néng)操控裝(zhuāng)置；為了(liǎo)監測(cè)各(gè)回路(lù)的(dí)電能，在(zài)每麵高壓開關(guān)櫃(guì)和(hé)低壓(yā)櫃均(jūn)配置我司的多功能儀表(biǎo)。各類設(shè)備(bèi)主要實(shí)現的(dí)功(gōng)能如下：

　　3 係(xì)統(tǒng)需求

　　為(wéi)實時監視整(zhěng)個配電室的(dí)運(yùn)行(háng)以及數(shù)據采(cǎi)集(jí)，該項(xiàng)目(mù)配置一套(tào)Acrel-2000Z電(diàn)力(lì)監控係統，其可(kě)實現的功能(néng)如下(xià)：

　　1）實時監測：以配電一次(cì)圖(tú)的形(xíng)式(shì)直(zhí)觀(guān)顯示配電綫路(lù)的(dí)運行(háng)狀態，可以(yǐ)實時監測(cè)各回路電壓，電流(liú)，功(gōng)率(shuài)，功(gōng)率因數等電參數信(xìn)息，動態監視各配電(diàn)回(huí)路(lù)斷路(lù)器(qì)，隔離開(kāi)關，地刀等合，分閘狀態。

圖(tú)1 10kV變(biàn)電站配(pèi)電(diàn)監(jiān)測(cè)界麵(miàn)

圖(tú)2 0.4kV配電室母(mǔ)綫(xiàn)配(pèi)電(diàn)監測界麵

　　2）電(diàn)參量查(chá)詢：在配(pèi)電(diàn)一次(cì)圖中，可以直接查(chá)看(kàn)該回(huí)路(lù)詳(xiáng)細(xì)電(diàn)參量，包括三相電流，三相電壓(yā)，總有功功(gōng)率，總(zǒng)無(wú)功(gōng)功率(shuài)，總功(gōng)率(shuài)因數(shù)，正向有功電(diàn)能等。

　　3）運行報(bào)表： 查(chá)詢各回路或(huò)設備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報表中顯(xiǎn)示電(diàn)參(cān)量信息(xī)應包括：各(gè)相電流，三(sān)相電壓(yā)，總(zǒng)功(gōng)率(shuài)因數，總(zǒng)有功功(gōng)率，總無(wú)功(gōng)功率，正(zhèng)向(xiàng)有功(gōng)電能等，報(bào)表(biǎo)格式(shì)有(yǒu)日報表，月報(bào)表，年(nián)報(bào)表等。

圖3 0.4kV電參(cān)量(liáng)查(chá)詢(xún)界麵

　　4）實時(shí)告警：能夠對配電回路斷路器，隔(gé)離開(kāi)關(guān)，接地刀分(fēn)，合動作(zuò)等(děng)遙(yáo)信(xìn)變位，保護動作，事故(gù)跳(tiào)閘等(děng)事(shì)件(jiàn)發(fā)出(chū)告警。

　　5）歷(lì)史(shǐ)事件查詢：能(néng)夠(gòu)對(duì)遙信(xìn)變位(wèi)，保(bǎo)護(hù)動作(zuò)，事故(gù)跳(tiào)閘，以及(jí)電(diàn)壓(yā)，電(diàn)流(liú)，功(gōng)率(shuài)，功(gōng)率因數越限(xiàn)等事(shì)件記(jì)錄(lù)進(jìn)行存儲和(hé)管(guǎn)理，方便(biàn)用戶(hù)對係統事件(jiàn)和(hé)報(bào)警(jǐng)信息進(jìn)行(háng)歷史追(zhuī)溯(sù)，查詢(xún)統計，事(shì)故分(fēn)析(xī)。

　　6）故(gù)障(zhàng)錄波(bō)：能夠(gòu)在係統(tǒng)發生(shēng)故障(zhàng)時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前，後過(guò)程的(dí)各種電氣量的變(biàn)化(huà)情況，通過(guò)對這(zhè)些(xiē)電(diàn)氣(qì)量(liáng)的分析，比較(jiào)，對分析(xī)處(chǔ)理事故，判斷(duàn)保(bǎo)護是(shì)否正(zhèng)確動(dòng)作，提高電(diàn)力係統(tǒng)安全(quán)運(yùn)行(háng)水(shuǐ)平(píng)有(yǒu)著重要作用。

　　7）事(shì)故(gù)追(zhuī)憶(yì)：能夠自動(dòng)記錄(lù)事故(gù)時刻前後(hòu)一段時間的所有實(shí)時(shí)穩態信息，包(bāo)括(kuò)開(kāi)關(guān)位置， 保護(hù)動作(zuò)狀態，遙測量(liáng)等，形成事故(gù)分析的數據基礎(chǔ)。

　　8）曲(qū)綫查詢(xún)：能(néng)夠查詢(xún)實(shí)時(shí)曲(qū)綫(xiàn)和(hé)歷(lì)史曲(qū)綫(xiàn)，包(bāo)括三相(xiāng)電流，三相(xiāng)電壓(yā)，有功功率，無(wú)功(gōng)功率(shuài)，功(gōng)率(shuài)因(yīn)數等所(suǒ)有遙測(cè)量。

　　9）用戶權(quán)限管(guǎn)理(lǐ)：設置(zhì)了用(yòng)戶權限(xiàn)管理(lǐ)功(gōng)能(néng)，通過用戶(hù)權限管理能夠防止未(wèi)經(jīng)授權的操作（如遙控(kòng)的(dí)操作，數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）。係統可以(yǐ)定(dìng)義不同操作權限的權限組（如管理(lǐ)員組(zǔ)，工程師(shī)組(zǔ)，操作員組等(děng)），在每個權限(xiàn)組(zǔ)裏分配不同(tóng)用(yòng)戶，為係統運行，維護，管理提(tí)供(gōng)可靠(kào)的安全保障。

　　10）網(wǎng)絡拓撲圖：支(zhī)持實時(shí)監視(shì)接(jiē)入係(xì)統(tǒng)的各設備的通(tōng)訊狀(zhuàng)態，能夠完整的顯示(shì)整個係統網(wǎng)絡(luò)結構；可(kě)在(zài)綫診(zhěn)斷設備通(tōng)訊狀態，發(fā)生(shēng)網(wǎng)絡異常(cháng)時能自動在(zài)界麵上(shàng)顯示(shì)故障(zhàng)設(shè)備(bèi)或(huò)元件及(jí)其故障(zhàng)部位。

圖(tú)4 網絡拓(tuò)撲(pū)圖

　　11）遙控功(gōng)能(néng)：根據電力規(guī)程(chéng)要求(qiú)，可(kě)以(yǐ)對整(zhěng)個配(pèi)電係統範圍(wéi)內(nèi)的(dí)設備進(jìn)行(háng)遠(yuǎn)程(chéng)遙控操(cāo)作(zuò)。

　　12）通(tōng)信(xìn)管(guǎn)理(lǐ)：可以對整(zhěng)個配(pèi)電係統(tǒng)範(fàn)圍(wéi)內的設備通信情(qíng)況進行(háng)管理，控製(zhì)，數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測。

　　4 現場(cháng)安裝(zhuāng)圖(tú)片

　　本項(xiàng)目(mù)各類(lèi)設備均就(jiù)地安裝於(yú)開關櫃中，電力監控係統主機(jī)放置(zhì)於高(gāo)壓配(pèi)電(diàn)房值(zhí)班室內中，現(xiàn)場安(ān)裝圖片如(rú)下。

圖5 現(xiàn)場圖(tú)片

　　5 現場運行(háng)情(qíng)況

　　本(běn)項目自裝設電能質(zhì)量監(jiān)測裝置(zhì)起，對電(diàn)力係統中出(chū)現的故(gù)障情況(kuàng)均可靠監測，在(zài)此過(guò)程(chéng)中(zhōng)，出現(xiàn)多次(cì)電(diàn)壓暫降(jiàng)，事件(jiàn)記錄(lù)如圖6。去年(nián)2022年(nián)10月(yuè)份由於(yú)限(xiàn)電，出現過(guò)一次電壓暫(zàn)降(jiàng)，暫(zàn)降(jiàng)深度為1380V，持續時(shí)間(jiān)為(wéi)0.039s，如(rú)圖7；2023年(nián)1月(yuè)23日發生過一次電(diàn)壓暫降，暫降深(shēn)度(dù)為2999V，持續時間為0.620s，由(yóu)於(yú)春節期間，用(yòng)戶(hù)單位放假，所有設備(bèi)均停運，故(gù)未(wèi)造(zào)成(chéng)損(sǔn)失，如圖8；圖(tú)9為2月9號電(diàn)力係統發生故(gù)障(zhàng)造成的電壓暫降(jiàng)事故(gù)監(jiān)測(cè)界麵(miàn)，暫(zàn)降深度為(wéi)3453V，持續(xù)時(shí)間為(wéi)0.637s，造成(chéng)現場所有變(biàn)頻器均(jūn)停機，且(qiě)照明燈也(yě)出現閃變(biàn)的(dí)現象，該事件(jiàn)記(jì)錄(lù)的時(shí)間(jiān)和故(gù)障類(lèi)型(xíng)均(jūn)和電力公(gōng)司反饋的情況(kuàng)吻合，得到(dào)用戶(hù)的認可(kě)。

圖(tú)6 電(diàn)壓(yā)暫(zàn)降(jiàng)事件記錄

圖7  10月28日(rì)電壓暫降事(shì)件(jiàn)記錄(lù)

圖(tú)8  1月(yuè)23日(rì)電壓暫(zàn)降事件(jiàn)記錄(lù)

圖9  2月9日電壓暫(zàn)降(jiàng)事件記錄

　　6 結語

　　半(bàn)導(dǎo)體(tǐ)滲(shèn)透到我們(mén)工作，生活的方(fāng)方麵麵，隨(suí)著生(shēng)活水平的(dí)提(tí)高(gāo)，我(wǒ)們對(duì)芯片製造(zào)需求(qiú)也越(yuè)來(lái)越(yuè)多(duō)。但伴隨(suí)信(xìn)息技術(shù)的飛速(sù)發展，基於計算機，微處理(lǐ)器(qì)的用(yòng)電(diàn)設(shè)備和各(gè)種電(diàn)力(lì)電(diàn)子設備在電力(lì)係統中大量投(tóu)入(rù)使用(yòng)，它(tā)們(mén)對係統幹擾(rǎo)比機(jī)電(diàn)設備(bèi)更加(jiā)敏感，對(duì)供電(diàn)質量(liáng)的要(yào)求也更為(wéi)苛刻(kè)，相對低劣的(dí)電能(néng)質(zhì)量(liáng)嚴重影響了靈(líng)敏設備(bèi)的安(ān)全運行。本(běn)文介紹(shào)的電能質量監測(cè)裝(zhuāng)置(zhì)可以針(zhēn)對供(gōng)電(diàn)電(diàn)能(néng)質量起(qǐ)到監測作用(yòng)，為電能(néng)質(zhì)量治(zhì)理(lǐ)提供(gōng)可(kě)靠依據。

　　參(cān)考文獻

　　[1] 安(ān)科(kē)瑞企業(yè)微(wēi)電網設(shè)計與(yǔ)應用(yòng)手(shǒu)冊(cè).2020.6月版

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