01概述

科技發展離不開大規模集成電路技術的進步，特別是半導體相關的技術。近幾年受國際環境影響，國內外很多行業受到芯片供應的影響。在國家政策引導下，半導體行業發展比較快，新建了較多半導體工廠。半導體工廠用電量大，而且大部分工藝需要24/7不間斷運行，對供電可靠性要求非常高，在工廠建設的時候設計工廠能效管理系統也是非常重要的。

02應用分析

半導體工廠用電量比較大，更重要的是為了提高供電質量，降低電網干擾，一般采用110kV或更高電壓等級供電。每個工廠工藝生產用電量與公用工程用電量比例不盡相同，通常工藝生產比公用工程用電量略低，但大致可以認為比例為 1:1的關系，即各占全廠總負荷的 50% 。植入、光刻、刻蝕生產過程中的機臺設備、泵、高溫爐及其它一些機械設備是工藝生產過程中的主要用電設備，而公用工程直接參與工藝生產的超純水、工藝生產的冷卻水、氮氣及間接參與生產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集變電站綜合自動化、電力監控、電能質量分析及治理、電氣安全、能耗分析、照明控制、設備運維于一體，為建立可靠、安全、高效的工廠能源管理體系提供數據支持。安科瑞葉西平1870+616-00+15

03用戶痛點

①電子半導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，一旦意外斷電會導致重大損失，配電系統結構復雜；

②大部分工藝設備對電能質量比較敏感，電壓暫降會導致設備損壞、生產材料報廢等產生較大的經濟損失；

③生產機臺設備內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非常敏感，承受較差電能質量的能力不是很高，同時也是主要的諧波源。

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量非常多；

⑤工廠電源比較多，包含多路市電、柴油發電機，大功率UPS、儲能電池等，設備維護工作量大，各電源切換邏輯復雜；

⑥安全生產壓力大：配電系統、消防系統隱患需要及時發現，部分工藝生產過程中會產生有害氣體，安全生產無論怎么重視都不為過；

⑦工廠變頻設備、UPS等設備多，功率大，產生諧波較大，對無功補償和諧波治理有一定要求；

⑧空調系統、冷卻塔系統、CDA系統、PCW 系統、 MAU 系統、FFU 系統、純水系統、廢水系統、空壓機系統、照明辦公系統等系統設備和子系統眾多，需要統一運維管理。

含有立春、雨水、驚蟄、春分、清明、谷雨等節氣。

04方案設計

半導體制造工廠電源可分為三類即：公共電網電源、柴油發電機備用電源和 UPS 電源。國內企業通常會分別簡稱為：市電、E 電和 U 電。 關于 UPS 電源，除了集中式大容量UPS電源外，還會有供機臺設備的 IT和控制用的 UPS，這種UPS 通常為小容量分布式 UPS。

工藝生產負荷按其對于電源可靠性要求的重要性可分為3個等級：1級關鍵負荷、2 級關鍵負荷及3級關鍵負荷，重要性是逐步升高的，這里負荷等級劃分與國家標準GB50052-2009《供配電系統設計規范》中負荷分級定義不同。

以下為一個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，設立一座110/10kV變電站，配置2000kW/10kV柴油發電機作為后備電源，在0.4kV側配置500kVA UPS用于3級關鍵負荷和部分2級關鍵負荷工藝設備供電。

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

05安科瑞EMS系統介紹

用戶變電站實時監測
①實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等；

②監測各進線回路電能質量，包括電壓暫降、諧波畸變、閃變等數據波形記錄，進而判斷配電系統擾動方向；

③對中高壓回路進行故障錄波、事件順序記錄等功能，協助分析故障原因并改進；

④完成多路電源的自動切換邏輯；

⑤對中壓開關柜母排設置弧光保護裝置，探測到故障性弧光快速跳閘并報警；

電氣安全實時監測

①對0.4kV和0.208kV側進行電能質量治理，包括諧波治理和無功補償；

②實時監測0.48kV、0.4kV和0.208kV饋線漏電電流，異常時報警；

③監測各電氣接點、母排、密集型母線槽溫度并實時預警；

④實時監測消防設備的電源狀態，發生異常時報警；

⑤實時監測廠房內防火門、安全門狀態，發生異常時及時報警；

⑥監測廠區內消防應急照明和疏散指示燈具工作狀態，在發生火災時提供疏散應急預案，燈具有異常時報警；

⑦對UPS電池間電池溫度、電流、電壓、內阻進行監測；

能耗分析

①按照建筑棟別或用戶要求的區域采集廠區內建筑的能耗數據，包括電、水、氣、汽、壓縮空氣、冷熱量等，并進行折標煤計算和CO2排放趨勢統計；

②采集廠內冰機系統、冷卻塔系統、熱水系統、PCW 系統、MAU 系統、排氣系統、FFU 系統、純水系統、廢水系統、純水拋光系統、空壓機系統、氣體純化系統、大宗氣站、照明辦公系統、IT 數據中心系統、工藝機臺等，展示畫面形式包括餅圖、折線圖、柱狀圖等，可對歷史數據、實時數據、累計電量、功率、分時段（年、月、周、日）電量及功率進行展示對比分析；

③按照照明插座、空調、工藝設備、特殊用電對廠內用電進行分項統計，并通過餅圖方式展現；

④分析廠內單位產量能耗數據，并可按照建筑或區域產線進行統計；

照明管理

①對廠區內照明進行集中管理，包括廠房內和廠區道路、停車庫照明；

②通過系統實現集中控制、定時控制、光照度感應控制、人體感應控制、區域控制等；

③對光照度有要求的特定區域實現調光控制；

④對廠區道路照明實現基于經緯度和日落日出時間的定時控制；

⑤對停車庫實現雷達感應控制；

新能源管理

①接入廠區分布式光伏電站發電數據，采集光伏逆變器、并網柜數據，并進行日、月、年、累計收益分析和減排分析；

②對光伏系統異常及時預警；

③接入儲能系統和BMS數據，根據負荷曲線制定儲能充放電使用策略；

④對廠區內電動汽車和電瓶車充電樁進行狀態監測和充電交易管理；

職工宿舍管理

①對廠區內職工宿舍進行負載管理，包括惡性負載識別管理、負載閾值管理；

②對員工宿舍進行水電收費管理，支持微信、支付寶等繳費方式；

③采集職工宿舍能耗數據；

廠區環境監測管理

①對廠內特定區域進行空調漏水、溫濕度、空氣質量、粉塵含量等監測；

②對特定區域如UPS電池間氫氣濃度進行監測，在濃度超標時可自動啟動排風。

06總結

方案基于工廠不同的應用場景，配置終端感知設備，包括微機保護測控裝置、操控裝置、測溫傳感器、弧光探測單元、電能質量分析裝置、多功能計量儀表、有源濾波裝置、無功補償裝置、電氣火災探測器、電池監測單元、氣體傳感器、照明控制器和傳感器、暖通儀表等，配合現場具備通訊接口的設備如柴油發電機控制柜、UPS、直流屏等設備，通過智能網關采集設備數據，進行協議轉換、數據分析、就地存儲、邏輯判斷后上傳能效管理平臺，為管理人員提供電氣、設備、環境全方位監測、控制和預警，提升了工廠運行可靠性和安全性，提高管理效率，減少在供電、環境和設備上的運維人力成本。

審核編輯 黃宇