半導(dǎo)體行業(yè)諧波治理全方案：安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理實(shí)踐

唐雪陽(yáng)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

半導(dǎo)體行業(yè)電能質(zhì)量痛點(diǎn)突出，諧波危害亟待治理

我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)在政策支持下快速發(fā)展，本土廠商逐步打破國(guó)外壟斷，但半導(dǎo)體廠房的單晶爐、多晶爐等設(shè)備屬非線性負(fù)荷，會(huì)產(chǎn)生以6N±1次為主的大量諧波，同時(shí)變頻設(shè)備頻繁加卸載進(jìn)一步惡化用電環(huán)境。這些諧波不僅導(dǎo)致電網(wǎng)功率損耗增加、設(shè)備壽命縮短、中性線電流超標(biāo)，還可能引發(fā)設(shè)備損壞、生產(chǎn)線停線、火災(zāi)隱患及通信干擾，嚴(yán)重影響精密設(shè)備運(yùn)行與生產(chǎn)安全，亟需針對(duì)性的電能質(zhì)量治理方案。

安科瑞定制化解決方案，筑牢供配電安全防線

安科瑞電氣推出半導(dǎo)體行業(yè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)解決方案，貼合行業(yè)高電能質(zhì)量要求與諧波特征，采用“集中補(bǔ)償+就地補(bǔ)償”策略，搭配符合IEC61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)的高精度監(jiān)測(cè)設(shè)備與三電平電力電子驅(qū)動(dòng)治理裝置，可實(shí)時(shí)監(jiān)控電壓偏差、諧波等指標(biāo)并精準(zhǔn)治理。方案支持本地運(yùn)維與AcrelEMS-SEMI平臺(tái)遠(yuǎn)程管理，能生成診斷報(bào)告、優(yōu)化能耗，有效降低設(shè)備故障率，解決諧波干擾與誤跳閘問(wèn)題，為半導(dǎo)體廠房供配電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供一站式保障。

安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)產(chǎn)品選型

(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(jiàn)表1。

表1電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及集中治理產(chǎn)品選型表

(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

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

項(xiàng)目站點(diǎn)信息

廠區(qū)概況

配電房信息

配電房設(shè)備補(bǔ)償運(yùn)行狀態(tài)

語(yǔ)音報(bào)警

故障信息彈窗

效果對(duì)比-治理分析

負(fù)載側(cè)2-31次諧波柱狀圖

電網(wǎng)側(cè)2-31次諧波柱狀圖

負(fù)載側(cè)各相電壓及電流畸變率

電網(wǎng)側(cè)側(cè)各相電壓及電流畸變率

狀態(tài)展示-設(shè)備運(yùn)行

設(shè)備補(bǔ)償情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

故障分析及描述

設(shè)備展示-運(yùn)行狀態(tài)

電容數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

投切狀態(tài)

江蘇某電子廠房項(xiàng)目電能質(zhì)量治理項(xiàng)目案例

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。

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。

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

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(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。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。