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安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置在某半導(dǎo)體公司的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間: 2023-05-22  點(diǎn)擊次數(shù): 1204次

  摘 要:半導(dǎo)體生產(chǎn)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。而半導(dǎo)體行業(yè)中大部分工藝設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量比較敏感,電壓暫降、諧波等電能質(zhì)量問(wèn)題會(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。因此,需要對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)裝設(shè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置來(lái)監(jiān)測(cè)供電的電能質(zhì)量。

  關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體;電能質(zhì)量;電壓暫降;諧波。

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  項(xiàng)目概況

  在國(guó)家政策的引導(dǎo)下,電子行業(yè)發(fā)展迅速,同時(shí)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(yùn)行,配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,設(shè)備一旦意外斷電會(huì)導(dǎo)致重大損失,這就需要對(duì)供電可靠性要求非常高,對(duì)故障比較敏感;大部分工藝設(shè)備對(duì)電壓、電流比較敏感,電壓電流的變化會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞、生產(chǎn)材料報(bào)廢等問(wèn)題;并且工廠電壓等級(jí)比較多,出于供電可靠性要求和工藝設(shè)備需要電壓等級(jí)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(jí)變壓器數(shù)量非常多。針對(duì)以上情況,需要配置電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置來(lái)監(jiān)測(cè)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(dǎo)體有限公司成立于2018年05月29日,注冊(cè)地位于四川省成都高新區(qū)。經(jīng)營(yíng)范圍包括OLED等平板顯示屏材料、電子材料及其相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)、測(cè)試、生產(chǎn)、銷售、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)咨詢及其售后服務(wù);提供分撥、保稅倉(cāng)儲(chǔ)(不含危險(xiǎn)化學(xué)品)、保稅加工服務(wù);國(guó)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(guān)化工原料(不含危險(xiǎn)化學(xué)品)的進(jìn)出口、批發(fā)、傭金代理及相關(guān)配套業(yè)務(wù)(國(guó)家禁止或涉及行政審批的貨物和技術(shù)進(jìn)出口除外)。

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  項(xiàng)目需求

  本次項(xiàng)目為某半導(dǎo)體有限公司10/0.4KV用戶變電站項(xiàng)目,該變電站供電系統(tǒng)為單母線供電系統(tǒng),共設(shè)一面高壓進(jìn)線柜、一面計(jì)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(dǎo)體設(shè)備,而半導(dǎo)體芯片制造生產(chǎn)中主要存在以下電能質(zhì)量問(wèn)題:

  1、諧波問(wèn)題

  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,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)引起其他回路的發(fā)熱、電子開(kāi)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。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。

  2、電壓暫降及中斷

  現(xiàn)代化的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備對(duì)電力品質(zhì)問(wèn)題非常敏感,相對(duì)于傳統(tǒng)工業(yè)來(lái)說(shuō),半導(dǎo)體、LCD制造對(duì)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(dǎo)致設(shè)備停機(jī)。電壓暫降與短時(shí)中斷的差別在于短時(shí)中斷時(shí)負(fù)載一般與供電系統(tǒng)基本斷開(kāi)(幅值低于額定值的10%),而電壓暫降發(fā)生時(shí)負(fù)載仍與電源連接。對(duì)于半導(dǎo)體行業(yè)而言,兩者均會(huì)造成設(shè)備停機(jī),產(chǎn)生的結(jié)果是相同的,但是電壓暫降發(fā)生的幾率遠(yuǎn)高于短時(shí)中斷會(huì)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(guò)了90%。

  停機(jī)的概念在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中只是生產(chǎn)暫時(shí)的中斷,而對(duì)半導(dǎo)體、LCD生產(chǎn)來(lái)說(shuō)就是一次災(zāi)難。因?yàn)榘雽?dǎo)體、LCD生產(chǎn)設(shè)備的停機(jī)會(huì)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(dǎo)體產(chǎn)品硅片損壞和浪費(fèi)、設(shè)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(dòng)生產(chǎn)線需要的時(shí)間、降低產(chǎn)品品質(zhì)、延誤交貨時(shí)間等。

  國(guó)家發(fā)改委經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)運(yùn)行局曾開(kāi)展了電能質(zhì)量經(jīng)濟(jì)性影響調(diào)查,經(jīng)過(guò)大量的調(diào)研與分析,都表明電壓暫降與短時(shí)中斷都是顯著的電能質(zhì)量問(wèn)題,成為供用電雙方共同面臨的挑戰(zhàn)。其中半導(dǎo)體行業(yè)因電能質(zhì)量擾動(dòng)帶來(lái)的生產(chǎn)損失占據(jù)高位。

  因此,為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電的電能質(zhì)量,在本項(xiàng)目的高壓配電進(jìn)線柜處裝設(shè)一臺(tái)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置APView500,同時(shí)為了保證整個(gè)配電系統(tǒng)日常安全穩(wěn)定運(yùn)行,在每面高壓開(kāi)關(guān)柜裝設(shè)一臺(tái)AM5系列微機(jī)保護(hù)裝置和一臺(tái)ASD200智能操控裝置;為了監(jiān)測(cè)各回路的電能,在每面高壓開(kāi)關(guān)柜和低壓柜均配置我司的多功能儀表。各類設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)的功能如下:

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  系統(tǒng)需求

  為實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)配電室的運(yùn)行以及數(shù)據(jù)采集,該項(xiàng)目配置一套Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng),其可實(shí)現(xiàn)的功能如下:

  1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè):以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài),可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)。

圖1 10kV變電站配電監(jiān)測(cè)界面

圖2 0.4kV配電室母線配電監(jiān)測(cè)界面

  1)電參量查詢:在配電一次圖中,可以直接查看該回路詳細(xì)電參量,包括三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能等。

  2)運(yùn)行報(bào)表:查詢各回路或設(shè)備特定時(shí)間的運(yùn)行參數(shù),報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括:各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等,報(bào)表格式有日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表等。

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圖3 0.4kV電參量查詢界面

  4)實(shí)時(shí)告警:能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位,保護(hù)動(dòng)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(hù)動(dòng)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警信息進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

  6)故障錄波:能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況,通過(guò)對(duì)這些電氣量的分析、比較,對(duì)分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有著重要作用。

  7)事故追憶:能夠自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息,包括開(kāi)關(guān)位置、 保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測(cè)量等,形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

  8)曲線查詢:能夠查詢實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線,包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等所有遙測(cè)量。

  9)用戶權(quán)限管理:設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能,通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如遙控的操作,數(shù)據(jù)庫(kù)修改等)。系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組(如管理員組、工程師組、操作員組等),在每個(gè)權(quán)限組里分配不同用戶,為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

  10)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D:支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

  11)遙控功能:根據(jù)電力規(guī)程要求,可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

  12)通信管理:可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

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  現(xiàn)場(chǎng)安裝圖片

  本項(xiàng)目各類設(shè)備均就地安裝于開(kāi)關(guān)柜中,電力監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)放置于高壓配電房值班室內(nèi)中,現(xiàn)場(chǎng)安裝圖片如下。

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圖5 現(xiàn)場(chǎng)圖片

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  現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況

  本項(xiàng)目自裝設(shè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置起,對(duì)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障情況均可靠監(jiān)測(cè),在此過(guò)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(guò)一次電壓暫降,暫降深度為1380V,持續(xù)時(shí)間為0.039s,如圖7;2023年1月23日發(fā)生過(guò)一次電壓暫降,暫降深度為2999V,持續(xù)時(shí)間為0.620s,由于春節(jié)期間,用戶單位放假,所有設(shè)備均停運(yùn),故未造成損失,如圖8;圖9為2月9號(hào)電力系統(tǒng)發(fā)生故障造成的電壓暫降事故監(jiān)測(cè)界面,暫降深度為3453V,持續(xù)時(shí)間為0.637s,造成現(xiàn)場(chǎng)所有變頻器均停機(jī),且照明燈也出現(xiàn)閃變的現(xiàn)象,該事件記錄的時(shí)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(rèn)可。

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  結(jié)語(yǔ)

  半導(dǎo)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(duì)芯片制造需求也越來(lái)越多。但伴隨信息技術(shù)的飛速發(fā)展,基于計(jì)算機(jī)、微處理器的用電設(shè)備和各種電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中大量投入使用,它們對(duì)系統(tǒng)干擾比機(jī)電設(shè)備更加敏感,對(duì)供電質(zhì)量的要求也更為苛刻,相對(duì)低劣的電能質(zhì)量嚴(yán)重影響了靈敏設(shè)備的安全運(yùn)行。本文介紹的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置可以針對(duì)供電電能質(zhì)量起到監(jiān)測(cè)作用,為電能質(zhì)量治理提供可靠依據(jù)。


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