01概述

科技發(fā)展離不開大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步，特別是半導(dǎo)體相關(guān)的技術(shù)。近幾年受國際環(huán)境影響，國內(nèi)外很多行業(yè)受到芯片供應(yīng)的影響。在國家政策引導(dǎo)下，半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展比較快，新建了較多半導(dǎo)體工廠。半導(dǎo)體工廠用電量大，而且大部分工藝需要24/7不間斷運(yùn)行，對供電可靠性要求非常高，在工廠建設(shè)的時(shí)候設(shè)計(jì)工廠能效管理系統(tǒng)也是非常重要的。

02應(yīng)用分析

半導(dǎo)體工廠用電量比較大，更重要的是為了提高供電質(zhì)量，降低電網(wǎng)干擾，一般采用110kV或更高電壓等級供電。每個(gè)工廠工藝生產(chǎn)用電量與公用工程用電量比例不盡相同，通常工藝生產(chǎn)比公用工程用電量略低，但大致可以認(rèn)為比例為 1:1的關(guān)系，即各占全廠總負(fù)荷的 50% 。植入、光刻、刻蝕生產(chǎn)過程中的機(jī)臺(tái)設(shè)備、泵、高溫爐及其它一些機(jī)械設(shè)備是工藝生產(chǎn)過程中的主要用電設(shè)備，而公用工程直接參與工藝生產(chǎn)的超純水、工藝生產(chǎn)的冷卻水、氮?dú)饧伴g接參與生產(chǎn)的建筑冷卻的冷凍水、清潔干燥的空氣是主要的用電大戶。

AcrelEMS-SEMI電子工廠能效管理系統(tǒng)集變電站綜合自動(dòng)化、電力監(jiān)控、電能質(zhì)量分析及治理、電氣安全、能耗分析、照明控制、設(shè)備運(yùn)維于一體，為建立可靠、安全、高效的工廠能源管理體系提供數(shù)據(jù)支持。安科瑞葉西平1870+616-00+15

03用戶痛點(diǎn)

①電子半導(dǎo)體廠房用電量非常大，對供電可靠性要求非常高，對故障比較敏感，一旦意外斷電會(huì)導(dǎo)致重大損失，配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜；

②大部分工藝設(shè)備對電能質(zhì)量比較敏感，電壓暫降會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞、生產(chǎn)材料報(bào)廢等產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失；

③生產(chǎn)機(jī)臺(tái)設(shè)備內(nèi)部有大量的電子器件如晶閘管，它們不僅對諧波電壓和電壓波動(dòng)非常敏感，承受較差電能質(zhì)量的能力不是很高，同時(shí)也是主要的諧波源。

④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10kV、0.48kV、0.4kV、0.208kV不等，涉及的各電壓等級變壓器數(shù)量非常多；

⑤工廠電源比較多，包含多路市電、柴油發(fā)電機(jī)，大功率UPS、儲(chǔ)能電池等，設(shè)備維護(hù)工作量大，各電源切換邏輯復(fù)雜；

⑥安全生產(chǎn)壓力大：配電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)隱患需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分工藝生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生有害氣體，安全生產(chǎn)無論怎么重視都不為過；

⑦工廠變頻設(shè)備、UPS等設(shè)備多，功率大，產(chǎn)生諧波較大，對無功補(bǔ)償和諧波治理有一定要求；

⑧空調(diào)系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)、CDA系統(tǒng)、PCW 系統(tǒng)、 MAU 系統(tǒng)、FFU 系統(tǒng)、純水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、照明辦公系統(tǒng)等系統(tǒng)設(shè)備和子系統(tǒng)眾多，需要統(tǒng)一運(yùn)維管理。

含有立春、雨水、驚蟄、春分、清明、谷雨等節(jié)氣。

04方案設(shè)計(jì)

半導(dǎo)體制造工廠電源可分為三類即：公共電網(wǎng)電源、柴油發(fā)電機(jī)備用電源和 UPS 電源。國內(nèi)企業(yè)通常會(huì)分別簡稱為：市電、E 電和 U 電。 關(guān)于 UPS 電源，除了集中式大容量UPS電源外，還會(huì)有供機(jī)臺(tái)設(shè)備的 IT和控制用的 UPS，這種UPS 通常為小容量分布式 UPS。

工藝生產(chǎn)負(fù)荷按其對于電源可靠性要求的重要性可分為3個(gè)等級：1級關(guān)鍵負(fù)荷、2 級關(guān)鍵負(fù)荷及3級關(guān)鍵負(fù)荷，重要性是逐步升高的，這里負(fù)荷等級劃分與國家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中負(fù)荷分級定義不同。

以下為一個(gè)工廠的典型電氣單線示意圖(部分)，為了提高工廠供電可靠性，采用2路110kV電源供電，設(shè)立一座110/10kV變電站，配置2000kW/10kV柴油發(fā)電機(jī)作為后備電源，在0.4kV側(cè)配置500kVA UPS用于3級關(guān)鍵負(fù)荷和部分2級關(guān)鍵負(fù)荷工藝設(shè)備供電。

根據(jù)用戶要求，配置AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理系統(tǒng)，為廠房提供全方位的監(jiān)測和控制

05安科瑞EMS系統(tǒng)介紹

用戶變電站實(shí)時(shí)監(jiān)測
①實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等；

②監(jiān)測各進(jìn)線回路電能質(zhì)量，包括電壓暫降、諧波畸變、閃變等數(shù)據(jù)波形記錄，進(jìn)而判斷配電系統(tǒng)擾動(dòng)方向；

③對中高壓回路進(jìn)行故障錄波、事件順序記錄等功能，協(xié)助分析故障原因并改進(jìn)；

④完成多路電源的自動(dòng)切換邏輯；

⑤對中壓開關(guān)柜母排設(shè)置弧光保護(hù)裝置，探測到故障性弧光快速跳閘并報(bào)警；

電氣安全實(shí)時(shí)監(jiān)測

①對0.4kV和0.208kV側(cè)進(jìn)行電能質(zhì)量治理，包括諧波治理和無功補(bǔ)償；

②實(shí)時(shí)監(jiān)測0.48kV、0.4kV和0.208kV饋線漏電電流，異常時(shí)報(bào)警；

③監(jiān)測各電氣接點(diǎn)、母排、密集型母線槽溫度并實(shí)時(shí)預(yù)警；

④實(shí)時(shí)監(jiān)測消防設(shè)備的電源狀態(tài)，發(fā)生異常時(shí)報(bào)警；

⑤實(shí)時(shí)監(jiān)測廠房內(nèi)防火門、安全門狀態(tài)，發(fā)生異常時(shí)及時(shí)報(bào)警；

⑥監(jiān)測廠區(qū)內(nèi)消防應(yīng)急照明和疏散指示燈具工作狀態(tài)，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)提供疏散應(yīng)急預(yù)案，燈具有異常時(shí)報(bào)警；

⑦對UPS電池間電池溫度、電流、電壓、內(nèi)阻進(jìn)行監(jiān)測；

能耗分析

①按照建筑棟別或用戶要求的區(qū)域采集廠區(qū)內(nèi)建筑的能耗數(shù)據(jù)，包括電、水、氣、汽、壓縮空氣、冷熱量等，并進(jìn)行折標(biāo)煤計(jì)算和CO2排放趨勢統(tǒng)計(jì)；

②采集廠內(nèi)冰機(jī)系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、PCW 系統(tǒng)、MAU 系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、FFU 系統(tǒng)、純水系統(tǒng)、廢水系統(tǒng)、純水拋光系統(tǒng)、空壓機(jī)系統(tǒng)、氣體純化系統(tǒng)、大宗氣站、照明辦公系統(tǒng)、IT 數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)、工藝機(jī)臺(tái)等，展示畫面形式包括餅圖、折線圖、柱狀圖等，可對歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、累計(jì)電量、功率、分時(shí)段（年、月、周、日）電量及功率進(jìn)行展示對比分析；

③按照照明插座、空調(diào)、工藝設(shè)備、特殊用電對廠內(nèi)用電進(jìn)行分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，并通過餅圖方式展現(xiàn)；

④分析廠內(nèi)單位產(chǎn)量能耗數(shù)據(jù)，并可按照建筑或區(qū)域產(chǎn)線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；

照明管理

①對廠區(qū)內(nèi)照明進(jìn)行集中管理，包括廠房內(nèi)和廠區(qū)道路、停車庫照明；

②通過系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制、定時(shí)控制、光照度感應(yīng)控制、人體感應(yīng)控制、區(qū)域控制等；

③對光照度有要求的特定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)調(diào)光控制；

④對廠區(qū)道路照明實(shí)現(xiàn)基于經(jīng)緯度和日落日出時(shí)間的定時(shí)控制；

⑤對停車庫實(shí)現(xiàn)雷達(dá)感應(yīng)控制；

新能源管理

①接入廠區(qū)分布式光伏電站發(fā)電數(shù)據(jù)，采集光伏逆變器、并網(wǎng)柜數(shù)據(jù)，并進(jìn)行日、月、年、累計(jì)收益分析和減排分析；

②對光伏系統(tǒng)異常及時(shí)預(yù)警；

③接入儲(chǔ)能系統(tǒng)和BMS數(shù)據(jù)，根據(jù)負(fù)荷曲線制定儲(chǔ)能充放電使用策略；

④對廠區(qū)內(nèi)電動(dòng)汽車和電瓶車充電樁進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和充電交易管理；

職工宿舍管理

①對廠區(qū)內(nèi)職工宿舍進(jìn)行負(fù)載管理，包括惡性負(fù)載識(shí)別管理、負(fù)載閾值管理；

②對員工宿舍進(jìn)行水電收費(fèi)管理，支持微信、支付寶等繳費(fèi)方式；

③采集職工宿舍能耗數(shù)據(jù)；

廠區(qū)環(huán)境監(jiān)測管理

①對廠內(nèi)特定區(qū)域進(jìn)行空調(diào)漏水、溫濕度、空氣質(zhì)量、粉塵含量等監(jiān)測；

②對特定區(qū)域如UPS電池間氫氣濃度進(jìn)行監(jiān)測，在濃度超標(biāo)時(shí)可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)。

06總結(jié)

方案基于工廠不同的應(yīng)用場景，配置終端感知設(shè)備，包括微機(jī)保護(hù)測控裝置、操控裝置、測溫傳感器、弧光探測單元、電能質(zhì)量分析裝置、多功能計(jì)量儀表、有源濾波裝置、無功補(bǔ)償裝置、電氣火災(zāi)探測器、電池監(jiān)測單元、氣體傳感器、照明控制器和傳感器、暖通儀表等，配合現(xiàn)場具備通訊接口的設(shè)備如柴油發(fā)電機(jī)控制柜、UPS、直流屏等設(shè)備，通過智能網(wǎng)關(guān)采集設(shè)備數(shù)據(jù)，進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分析、就地存儲(chǔ)、邏輯判斷后上傳能效管理平臺(tái)，為管理人員提供電氣、設(shè)備、環(huán)境全方位監(jiān)測、控制和預(yù)警，提升了工廠運(yùn)行可靠性和安全性，提高管理效率，減少在供電、環(huán)境和設(shè)備上的運(yùn)維人力成本。

審核編輯 黃宇