大型芯片生產(chǎn)廠房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)闡述

張留生

摘 要：大型芯片生產(chǎn)廠房作為芯片生產(chǎn)的重要場所，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)效益和安全有著舉足輕重的影響。文章從大型芯片生產(chǎn)廠房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則入手，重點(diǎn)對(duì)大型芯片生產(chǎn)廠房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行了闡述，同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)提出了一點(diǎn)淺顯的建議，希望能給相關(guān)工作者提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大型芯片生產(chǎn)廠房;供配電系統(tǒng);設(shè)計(jì)

1 ? ?供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)因素

近年來，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，芯片工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大。大型芯片生產(chǎn)廠房的配電系統(tǒng)要比民用及一般工業(yè)廠房的配電系統(tǒng)復(fù)雜得多。因此，在芯片工業(yè)廠房配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)全面考慮工廠生產(chǎn)的實(shí)際情況，注意芯片生產(chǎn)廠房配電設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

芯片生產(chǎn)廠房供配電系統(tǒng)方案的確定，應(yīng)統(tǒng)籌考慮以下因素：負(fù)荷的性質(zhì)及等級(jí)、用電容量、工程特點(diǎn)、地區(qū)供電條件、業(yè)主的運(yùn)行習(xí)慣。

2 ? ?供配電系統(tǒng)負(fù)荷等級(jí)的確定及供電保障措施

2.1 ?配電設(shè)計(jì)中非消防用電設(shè)備負(fù)荷分級(jí)確定

2.1.1 ?規(guī)范依據(jù)

根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50052—2009）第3.0.1條，芯片生產(chǎn)廠房用電設(shè)備基本都符合規(guī)范3.0.1條第1—2條的內(nèi)容，其中“中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失”是非常直接的表現(xiàn)，同時(shí)這種損失還會(huì)向下游行業(yè)傳導(dǎo)，對(duì)相關(guān)行業(yè)產(chǎn)生價(jià)格波動(dòng)影響，不可估量。

2.1.2 ?一級(jí)負(fù)荷

一級(jí)負(fù)荷的用電設(shè)備或場所一般如下：

重要工藝設(shè)備;凈化空調(diào)系統(tǒng)、FFU;冷凍水系統(tǒng);工藝?yán)鋮s水系統(tǒng);酸堿洗滌系統(tǒng);工藝廢氣、廢液處理系統(tǒng);潔凈區(qū)照明系統(tǒng);其他支持工藝設(shè)備正常運(yùn)行的動(dòng)力設(shè)備，包括純水、真空系統(tǒng)等;甲類庫房等。配電要求：通常采用正常電源N供電，柴油發(fā)電機(jī)組電源E作后備電源，在正常電源供電系統(tǒng)出現(xiàn)短時(shí)故障、計(jì)劃性停電檢修時(shí)，提供必要的電源保障。配電方式應(yīng)采用放射式配電。

2.1.3 ?一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷

一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷的用電設(shè)備或場所一般如下：部分重要工藝設(shè)備;部分重要凈化空調(diào)系統(tǒng)、FFU;部分酸堿洗滌系統(tǒng);部分工藝廢氣、廢液處理系統(tǒng);部分潔凈區(qū)照明;IT數(shù)據(jù)中心;FMCS系統(tǒng);工藝控制系統(tǒng)。配電要求：通常采用正常電源N供電，柴油發(fā)電機(jī)組電源E，靜態(tài)UPS不間斷電源裝置或動(dòng)態(tài)D-UPS作后備電源，在正常電源供電系統(tǒng)出現(xiàn)短時(shí)故障、計(jì)劃性停電檢修時(shí)，提供不間斷的電源保障。配電形式采用放射式配電。

2.1.4 ?二級(jí)負(fù)荷

二級(jí)負(fù)荷的用電設(shè)備或場所一般如下：部分設(shè)備站房內(nèi)動(dòng)力支持設(shè)備;非潔凈區(qū)照明系統(tǒng)。配電要求：通常采用正常電源N供電。配電形式采用放射式配電。

2.1.5 ?三級(jí)負(fù)荷

三級(jí)負(fù)荷的用電設(shè)備或場所一般如下：一般工藝設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵、插座等輔助動(dòng)力設(shè)備按三級(jí)負(fù)荷供電。配電要求：通常采用正常電源N供電。配電形式采用放射式、樹干式混合配電。

2.2 ?配電設(shè)計(jì)中消防用電設(shè)備負(fù)荷分級(jí)確定

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB 50016—2014）（2018年版）第10.1.1—10.1.4條，進(jìn)行消防設(shè)備負(fù)荷分級(jí)確定。芯片生產(chǎn)廠房因建筑體量大，火災(zāi)危險(xiǎn)性高，依據(jù)水專業(yè)設(shè)計(jì)提資，室外消防水量通常為40 L/s及以上，在工業(yè)建筑范圍內(nèi)，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》10.1.2條規(guī)定，消防設(shè)備應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷供電。

需要明確一個(gè)問題，供電系統(tǒng)具備一級(jí)負(fù)荷供電能力時(shí)，消防負(fù)荷分級(jí)是否也提升為一級(jí)負(fù)荷，規(guī)范沒有這個(gè)要求。一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷配電，還是有差異的，會(huì)導(dǎo)致建設(shè)成本差異，主要是針對(duì)應(yīng)急照明系統(tǒng)會(huì)有差異。

配電要求：消防用電設(shè)備主要包括消防泵、噴淋泵、排煙風(fēng)機(jī)、正壓補(bǔ)風(fēng)機(jī)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、消防控制室等。消防用電設(shè)備采用正常、應(yīng)急兩路專用回路供電，并在配電線路的最末一級(jí)配電箱處設(shè)置電源自動(dòng)切換裝置。

2.3 ?供電系統(tǒng)可靠性保障

2.3.1 ?停電帶來的重大經(jīng)濟(jì)損失的案例

案例1（信息來源于網(wǎng)絡(luò)）：2016年6月18日凌晨，位于陜西省西安市南郊的一處變電站疑因故障發(fā)生爆炸，隨后產(chǎn)生明火，事故致使逾8萬用戶一度停電，附近商店窗戶玻璃被震碎，路邊停放的汽車也有損壞。另外，位于該變電站附近的三星、美光、力成等多家半導(dǎo)體廠均受到了不同程度的影響。

案例2（信息來源于網(wǎng)絡(luò)）：2019年6月15日，東芝位于日本三重縣的NAND閃存工廠意外斷電，雖然停電只有13 min，但是導(dǎo)致兩座工廠停工5天，另外3座工廠停產(chǎn)一個(gè)月左右。

2.3.2 ?供電系統(tǒng)可靠性保障

根據(jù)上文停電帶來重大經(jīng)濟(jì)損失的案例來看，大型芯片工業(yè)廠房一般需采用2路220 kV輸電線路，100%互為備用，即當(dāng)線路中的任一條線路故障，另一線路能供所有用電負(fù)荷用電。220 kV變電站內(nèi)設(shè)定的主變壓器，一般同時(shí)運(yùn)行，任意兩臺(tái)可供全廠用電負(fù)荷。

本文除上述兩路220 kV獨(dú)立電源外，一般還需配置負(fù)荷容量適當(dāng)?shù)淖詡洳裼桶l(fā)電機(jī)組和應(yīng)急不間斷電源。

3 ? ?供配電設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

為了能夠更好地保證大型芯片生產(chǎn)廠房供電和配電的安全性，使其能夠安全、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行，必須要對(duì)導(dǎo)線和電纜的選擇予以高度重視。

4 ? ?結(jié)語

綜上所述，大型芯片生產(chǎn)廠房的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)內(nèi)容繁雜、涉及面廣的綜合性設(shè)計(jì)工作，每個(gè)項(xiàng)目的平面布置千差萬別，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況確定，滿足規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。大型芯片生產(chǎn)廠房雖然以工藝為主，但是設(shè)計(jì)過程中應(yīng)與工藝密切溝通，盡量將配電系統(tǒng)設(shè)置在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)合理的位置。

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