| 半導(dǎo)體行業(yè)怎么選擇可靠的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理產(chǎn)品 |
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安科瑞電氣股份有限公司
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電子半導(dǎo)體行業(yè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)解決方案 摘要：本土半導(dǎo)體材料廠商不斷提升半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)水平和研發(fā)能力，逐漸打破了國(guó)外半導(dǎo)體廠商的壟斷格局，推進(jìn)中國(guó)半導(dǎo)體材料國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，促進(jìn)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。半導(dǎo)體產(chǎn)品的制造使用到的設(shè)備如單晶爐、多晶爐等都是惡性的諧波源，這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波會(huì)污染電力系統(tǒng)，影響系統(tǒng)的供電質(zhì)量。因此這些生產(chǎn)半導(dǎo)體的電子廠房需要一套系統(tǒng)解決方案，有效解決其產(chǎn)生的電能質(zhì)量問(wèn)題。 關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體行業(yè)；電能質(zhì)量；電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理；系統(tǒng)解決方案 1引言半導(dǎo)體是許多工業(yè)整機(jī)設(shè)備的核心，普遍應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)/醫(yī)療、軍事等核心領(lǐng)域。為鼓勵(lì)半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，突破產(chǎn)業(yè)瓶頸，我國(guó)出臺(tái)等多項(xiàng)政策支持半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，為半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供良好的發(fā)展環(huán)境。半導(dǎo)體等電子廠房相較于其他工業(yè)類廠房，主要特殊之處在于其潔凈等級(jí)要求高，光刻機(jī)、等離子注入機(jī)等精密設(shè)備的電源質(zhì)量和電壓等級(jí)要求高。生產(chǎn)半導(dǎo)體的廠房使用到的大部分電子產(chǎn)品采用了非線性的可控變流裝置、變頻調(diào)速裝置等負(fù)荷，其產(chǎn)生的諧波問(wèn)題導(dǎo)致了公用電網(wǎng)電能品質(zhì)降低。若不治理，不僅會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí){患者的生命安全，因此對(duì)半導(dǎo)體廠房供配電系統(tǒng)電能質(zhì)量治理的深入分析研究勢(shì)在必行。 2諧波源分析半導(dǎo)體芯片加工電子廠房生產(chǎn)制造配電系統(tǒng),主要諧波負(fù)載為主要諧波源為單晶爐、多晶爐、各類精密設(shè)備、照明及變頻通風(fēng)設(shè)備、計(jì)算機(jī)及UPS等。
目前大多數(shù)單晶爐是采用中頻感應(yīng)電源加熱的工作方式，中頻電源主電路包括整流電路、濾波電路、單相橋式逆變電路和并聯(lián)諧振電路。其中整流電路采用三相全控橋式整流電路，作用是將三相50Hz工頻交流電壓整流成波動(dòng)的直流電壓。單晶爐的中頻電源產(chǎn)生諧波電流僅含 單晶爐、多晶爐、IC測(cè)試臺(tái)、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(tái)都會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，他們不但會(huì)造成機(jī)臺(tái)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(huì)引起其它回路的發(fā)熱，電子開關(guān)誤動(dòng)作、供電電壓不穩(wěn)，甚至生產(chǎn)線停線、半成品的報(bào)廢，其損失不可謂不大。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。 3諧波影響3.1對(duì)電網(wǎng)的影響導(dǎo)致電網(wǎng)功率消耗變大、設(shè)備試用時(shí)間降低、接地保護(hù)功能和遙控功能出現(xiàn)異常、線路與設(shè)備熱量變大等，特別是三次諧波導(dǎo)致非常大的中性線電流，造成配電變壓器零線電流大于相線電流數(shù)值，致使設(shè)備不能平穩(wěn)運(yùn)行。因此，諧波還能引發(fā)造成諧振在電網(wǎng)中發(fā)生，則會(huì)將運(yùn)行正常的供電停止、情況嚴(yán)重、電網(wǎng)解裂等情況發(fā)生。諧振造成變電站局部并聯(lián)與串聯(lián)，致使電壓互感器設(shè)施損壞；造成變電站系統(tǒng)當(dāng)中的設(shè)備與元件生成附加的諧波損耗，導(dǎo)致電力變壓器、電力電纜、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備溫度上升，電容器損壞，進(jìn)而促進(jìn)了絕緣材料發(fā)生質(zhì)變的速率。 3.2對(duì)用電安全造成的影響第一，失火造成災(zāi)害。有些意外失火狀況的起因多數(shù)跟電力諧波有聯(lián)系，F(xiàn)階段節(jié)能燈、調(diào)光器設(shè)施中關(guān)開電源很普及，*初為了節(jié)約能源，之后這些設(shè)施卻產(chǎn)生了諧波源，導(dǎo)致電網(wǎng)的危險(xiǎn)系數(shù)增加,中性線電流變大，嚴(yán)重的超出線電流，造成失火的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。第二，有關(guān)設(shè)備損壞。電能質(zhì)量會(huì)影響繼電保護(hù)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與精細(xì)儀器和機(jī)械等，造成其不能平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)和操控，減少設(shè)施利用期限，進(jìn)而導(dǎo)致繼電保護(hù)錯(cuò)誤操作出現(xiàn)可避免的意外損失，造成不同情況的干擾。第三，通信擾亂。其電網(wǎng)擾亂的主要因素為發(fā)生諧波，通過(guò)基本靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，經(jīng)過(guò)通信線路導(dǎo)致聲頻混亂。其諧波頻率提升，則會(huì)有雜音問(wèn)題，通過(guò)通信線路上導(dǎo)致音頻混亂。 3.3 諧波對(duì)于電氣設(shè)備產(chǎn)生的影響第一，電力電容器產(chǎn)生的影響。而電容器在電網(wǎng)無(wú)功配置容量中占有比重很大，其中少數(shù)電容器安排只參照無(wú)功補(bǔ)償量，不會(huì)參照裝置點(diǎn)電能質(zhì)量現(xiàn)實(shí)存在的污染狀況。惡劣情況下會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)并聯(lián)諧振，造成電容器諧波過(guò)電壓與過(guò)電流，導(dǎo)致電容器開裂；第二，變壓器產(chǎn)生影響。諧波電流在變壓器中發(fā)生，致使銅耗提高，造成局部過(guò)熱、震蕩、聲音變大、繞組附加過(guò)熱等；第三，同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的影響。在系統(tǒng)里面的同步發(fā)電機(jī)中流入負(fù)序電流與諧波電流，造成多余的損耗，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)局部過(guò)熱，絕緣力度降低。第四，自動(dòng)控制器產(chǎn)生的影響。現(xiàn)如今，數(shù)字控制技術(shù)已投入到更加廣泛領(lǐng)域，諸多精細(xì)負(fù)載針對(duì)受電電能質(zhì)量指標(biāo)有更高要求；诖，電能質(zhì)量被沾上臟物則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的監(jiān)測(cè)模塊中引發(fā)畸變量、擾亂一般分解計(jì)算、造成出錯(cuò)的輸出結(jié)果的損害。 4電子半導(dǎo)體行業(yè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和治理系統(tǒng)解決方案4.1行業(yè)特征
4.2解決方案半導(dǎo)體芯片制造業(yè)在國(guó)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(lái)越大，其供配電系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運(yùn)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。集成電路芯片制造關(guān)鍵設(shè)備多、工位器具多、工藝步驟繁多復(fù)雜。除供配電系統(tǒng)外，還需傳送系統(tǒng)、超純水凈化系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、氣冷風(fēng)冷系統(tǒng)、特殊氣體分配系統(tǒng)來(lái)保證生產(chǎn)過(guò)程的順利實(shí)施以及關(guān)鍵設(shè)備的安全運(yùn)行。由于整個(gè)工廠的生產(chǎn)條件*終通過(guò)電能供給來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此半導(dǎo)體芯片制造對(duì)供電質(zhì)量要求特別高。 安科瑞電氣提出的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)解決方案可滿足電力監(jiān)控管理、運(yùn)維與電能質(zhì)量治理等方面的需求，致力于為高速公路行業(yè)用戶提供一站式的整體解決方案，從產(chǎn)品、系統(tǒng)、服務(wù)等不同方面來(lái)滿足用戶的需要，為用戶創(chuàng)造價(jià)值。 4.3方案特點(diǎn)
4.4方案效果
5安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)產(chǎn)品選型5.1集中治理電子廠房?jī)?nèi)會(huì)使用到如風(fēng)機(jī)、空調(diào)等等電器，這些電器分布較為分散，且單一的設(shè)備產(chǎn)生的諧波量較少，且為確保無(wú)功功率因數(shù)達(dá)到國(guó)標(biāo)要求值，避免罰款，在配電房處對(duì)這些負(fù)載產(chǎn)生的電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行集中治理，同時(shí)也可對(duì)整個(gè)低壓供配電系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)，其中包含諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測(cè)等，其集中治理的產(chǎn)品選型見表1。 表1電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及集中治理產(chǎn)品選型表
5.2就地治理電子廠房在生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的過(guò)程中需要使用到可控變流裝置、變頻調(diào)速裝置等負(fù)荷，這些設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波污染電網(wǎng)，如果不從源頭治理會(huì)影響到電壓的畸變率，*終會(huì)造成其他負(fù)載的損壞。針對(duì)以上負(fù)載情況，建議在各重要設(shè)備的配電箱增加電能質(zhì)量補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行就地治理，達(dá)到終端治理諧波的目的，避免諧波影響到整個(gè)配電系統(tǒng)和其他用電設(shè)備。 表2 就地治理的產(chǎn)品選型
5.3電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)（1）平臺(tái)拓?fù)?/strong>
電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)系統(tǒng)平臺(tái)主要由電能質(zhì)量治理設(shè)備、物理網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器及服務(wù)終端四部分組成，其中電能質(zhì)量治理設(shè)備作為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集與電能質(zhì)量補(bǔ)償?shù)，物理網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與服務(wù)器間的數(shù)據(jù)傳輸以及對(duì)設(shè)備進(jìn)行策略功能分配，數(shù)據(jù)經(jīng)由服務(wù)器*終以服務(wù)終端為媒介為用戶提供可視化展示。 （2）平臺(tái)展示 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)除作為本地終端為用戶提供電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、治理與設(shè)備運(yùn)維等功能外，亦可通過(guò)接入AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺(tái)，為用戶提供遠(yuǎn)程在線服務(wù)。
功能展示-可視化管理
效果對(duì)比-治理分析
狀態(tài)展示-設(shè)備運(yùn)行
設(shè)備展示-運(yùn)行狀態(tài)
6江蘇某電子廠房項(xiàng)目電能質(zhì)量治理項(xiàng)目案例6.1項(xiàng)目背景江蘇某電子廠房?jī)?nèi)除生產(chǎn)半導(dǎo)體的核心器件外，還有傳送系統(tǒng)，水凈化系統(tǒng)，風(fēng)冷系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等，對(duì)電能質(zhì)量要求非常高。這些設(shè)備皆屬于非線性負(fù)載，在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波并注入系統(tǒng)中;如果不進(jìn)行諧波治理，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染，也影響電子廠房中其他敏感設(shè)備的誤動(dòng)作、中斷甚至癱瘓，降低了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性。 6.2治理方案根據(jù)以往測(cè)量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行諧波分析與估算，諧波主要由單晶爐、晶圓機(jī)和一些非線性負(fù)載產(chǎn)生，供電系統(tǒng)由2臺(tái)1200kVA變壓器，采用集中治理+就地治理的方案。 集中治理：電子廠房?jī)?nèi)空調(diào)、風(fēng)機(jī)設(shè)備的分布很廣，因此在每臺(tái)變壓器下加裝400A有源諧波治理系統(tǒng)裝置，由兩臺(tái)150A模塊和一臺(tái)100A模塊并機(jī)實(shí)現(xiàn)，型號(hào)為整柜式AnSin400-G Ⅰ型，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，保證供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。 就地治理：?jiǎn)尉t是該中心*惡性的負(fù)載，因此需要在配電末端對(duì)其產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行治理，避免干擾其他用電設(shè)備，因此在使用單晶爐的配電間安裝壁掛式ANAPF600-380/BBL有源電力濾波器，就地治理單晶爐產(chǎn)生的諧波污染。 6.3治理效果選取該廠房單晶爐出線端配電箱，對(duì)其前后波形數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)裝設(shè)壁掛式ANAPF600-380/BBL有源電力濾波器裝置后，電壓畸變率以A相為例從10.45%降值5.58%，電流畸變率從28.94%降值5.67%，提升了電網(wǎng)波形質(zhì)量，具體效果及參數(shù)如下表所示。 表3 治理前后波形數(shù)據(jù)對(duì)比
7 結(jié)論半導(dǎo)體材料技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展促使很多半導(dǎo)體加工設(shè)備投入使用，這些設(shè)備普遍采用了電力電子變流和控制器件。這些設(shè)備在工作的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，它們不但會(huì)造成機(jī)臺(tái)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(huì)引起其它回路的發(fā)熱、電子開關(guān)誤動(dòng)作、供電電壓不穩(wěn)，甚至引起生產(chǎn)線停線、半成品的報(bào)廢。因此，安科瑞為電子廠房行業(yè)提供了一套完整的電能治理監(jiān)測(cè)與治理的系統(tǒng)解決方案，使電子廠房的電能質(zhì)量問(wèn)題得到了有效的治理。從成本、性能、可靠性等角度綜合考慮，該方法具有較高的性價(jià)比。 部分業(yè)績(jī)展示
寧德蕉城時(shí)代鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)基地項(xiàng)目（車?yán)餅乘钠冢?br />
寧德時(shí)代鋰電池生產(chǎn)基地項(xiàng)目（車?yán)餅骋黄冢┠蠀^(qū)項(xiàng)目（明翰） |
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