低压供配电系统电能质量在线监测

唐雪阳

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定  201801

半导体行业电能质量痛点突出，谐波危害亟待治理

我国半导体行业在政策支持下快速发展，本土厂商逐步打破国外垄断，但半导体厂房的单晶炉、多晶炉等设备属非线性负荷，会产生以6N±1次为主的大量谐波，同时变频设备频繁加卸载进一步恶化用电环境。这些谐波不仅导致电网功率损耗增加、设备寿命缩短、中性线电流超标，还可能引发设备损坏、生产线停线、火灾隐患及通信干扰，严重影响精密设备运行与生产安全，亟需针对性的电能质量治理方案。

安科瑞定制化解决方案，筑牢供配电安全防线

安科瑞电气推出半导体行业电能质量监测与治理系统解决方案，贴合行业高电能质量要求与谐波特征，采用“集中补偿+就地补偿"策略，搭配符合IEC61000-4-30标准的高精度监测设备与三电平电力电子驱动治理装置，可实时监控电压偏差、谐波等指标并精准治理。方案支持本地运维与AcrelEMS-SEMI平台远程管理，能生成诊断报告、优化能耗，有效降低设备故障率，解决谐波干扰与误跳闸问题，为半导体厂房供配电系统稳定可靠运行提供一站式保障。

安科瑞电能质量监测与治理系统产品选型

(1)集中治理

电子厂房内会使用到如风机、空调等等电器，这些电器分布较为分散，且单一的设备产生的谐波量较少，且为确保无功功率因数达到国标要求值，避免罚款，在配电房处对这些负载产生的电能质量问题进行集中治理，同时也可对整个低压供配电系统进行电能质量在线监测，其中包含谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测等，其集中治理的产品选型见表1。

表1电能质量监测及集中治理产品选型表

(2)就地治理

电子厂房在生产半导体器件的过程中需要使用到可控变流装置、变频调速装置等负荷，这些设备在运行过程中会产生大量的谐波污染电网，如果不从源头治理会影响到电压的畸变率，*终会造成其他负载的损坏。针对以上负载情况，建议在各重要设备的配电箱增加电能质量补偿设备进行就地治理，达到终端治理谐波的目的，避免谐波影响到整个配电系统和其他用电设备。

表2 就地治理的产品选型

电能质量监测与治理系统

（1）平台拓扑

电能质量监测与治理系统系统平台主要由电能质量治理设备、物理网关、服务器及服务终端四部分组成，其中电能质量治理设备作为基础实现对数据采集与电能质量补偿等，物理网关实现设备与服务器间的数据传输以及对设备进行策略功能分配，数据经由服务器*终以服务终端为媒介为用户提供可视化展示。

（2）平台展示

电能质量监测与治理系统除作为本地终端为用户提供电能质量监测、治理与设备运维等功能外，亦可通过接入AcrelEMS企业微电网能效管理平台，为用户提供远程在线服务。

功能展示-可视化管理

项目站点信息

厂区概况

配电房信息

配电房设备补偿运行状态

语音报警

故障信息弹窗

效果对比-治理分析

负载侧2-31次谐波柱状图

电网侧2-31次谐波柱状图

负载侧各相电压及电流畸变率

电网侧侧各相电压及电流畸变率

状态展示-设备运行

设备补偿情况实时监测

设备运行状态

故障分析及描述

设备展示-运行状态

电容数据实时监测

投切状态

江苏某电子厂房项目电能质量治理项目案例

项目背景

江苏某电子厂房内除生产半导体的核心器件外，还有传送系统，水净化系统，风冷系统、空调系统等，对电能质量要求非常高。这些设备皆属于非线性负载，在使用过程中会产生大量谐波并注入系统中;如果不进行谐波治理，对电网造成严重的污染，也影响电子厂房中其他敏感设备的误动作、中断甚至瘫痪，降低了配电系统的安全性、可靠性。

治理方案

根据以往测量经验进行谐波分析与估算，谐波主要由单晶炉、晶圆机和一些非线性负载产生，供电系统由2台1200kVA变压器，采用集中治理+就地治理的方案。

集中治理：电子厂房内空调、风机设备的分布很广，因此在每台变压器下加装400A有源谐波治理系统装置，由两台150A模块和一台100A模块并机实现，型号为整柜式AnSin400-G Ⅰ型，自动跟踪补偿负载产生的谐波电流，保证供电系统安全可靠运行。

就地治理：单晶炉是该中心*恶性的负载，因此需要在配电末端对其产生的谐波电流进行治理，避免干扰其他用电设备，因此在使用单晶炉的配电间安装壁挂式ANAPF600-380/BBL有源电力滤波器，就地治理单晶炉产生的谐波污染。

治理效果

选取该厂房单晶炉出线端配电箱，对其前后波形数据进行对比，通过装设壁挂式ANAPF600-380/BBL有源电力滤波器装置后，电压畸变率以A相为例从10.45%降值5.58%，电流畸变率从28.94%降值5.67%，提升了电网波形质量，具体效果及参数如下表所示。

表3 治理前后波形数据对比

结论

半导体材料技术在国内的发展促使很多半导体加工设备投入使用，这些设备普遍采用了电力电子变流和控制器件。这些设备在工作的同时也会产生大量的谐波，它们不但会造成机台设备自身的坏机现象，回流进电网的谐波电流还会引起其它回路的发热、电子开关误动作、供电电压不稳，甚至引起生产线停线、半成品的报废。因此，安科瑞为电子厂房行业提供了一套完整的电能治理监测与治理的系统解决方案，使电子厂房的电能质量问题得到了有效的治理。从成本、性能、可靠性等角度综合考虑，该方法具有较高的性价比。

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