大型芯片生產廠房供配電系統設計闡述

張留生

摘 要：大型芯片生產廠房作為芯片生產的重要場所，對企業的生產效益和安全有著舉足輕重的影響。文章從大型芯片生產廠房供配電系統設計的基本原則入手，重點對大型芯片生產廠房供配電系統設計的方法進行了闡述，同時對設計中的注意事項提出了一點淺顯的建議，希望能給相關工作者提供借鑒。

關鍵詞：大型芯片生產廠房;供配電系統;設計

1 ? ?供配電系統設計因素

近年來，我國經濟快速發展，芯片工業生產的規模也在不斷擴大。大型芯片生產廠房的配電系統要比民用及一般工業廠房的配電系統復雜得多。因此，在芯片工業廠房配電系統設計時，應全面考慮工廠生產的實際情況，注意芯片生產廠房配電設計的要點。

芯片生產廠房供配電系統方案的確定，應統籌考慮以下因素：負荷的性質及等級、用電容量、工程特點、地區供電條件、業主的運行習慣。

2 ? ?供配電系統負荷等級的確定及供電保障措施

2.1 ?配電設計中非消防用電設備負荷分級確定

2.1.1 ?規范依據

根據《供配電系統設計規范》（GB 50052—2009）第3.0.1條，芯片生產廠房用電設備基本都符合規范3.0.1條第1—2條的內容，其中“中斷供電將在經濟上造成重大損失”是非常直接的表現，同時這種損失還會向下游行業傳導，對相關行業產生價格波動影響，不可估量。

2.1.2 ?一級負荷

一級負荷的用電設備或場所一般如下：

重要工藝設備;凈化空調系統、FFU;冷凍水系統;工藝冷卻水系統;酸堿洗滌系統;工藝廢氣、廢液處理系統;潔凈區照明系統;其他支持工藝設備正常運行的動力設備，包括純水、真空系統等;甲類庫房等。配電要求：通常采用正常電源N供電，柴油發電機組電源E作后備電源，在正常電源供電系統出現短時故障、計劃性停電檢修時，提供必要的電源保障。配電方式應采用放射式配電。

2.1.3 ?一級負荷中特別重要的負荷

一級負荷中特別重要的負荷的用電設備或場所一般如下：部分重要工藝設備;部分重要凈化空調系統、FFU;部分酸堿洗滌系統;部分工藝廢氣、廢液處理系統;部分潔凈區照明;IT數據中心;FMCS系統;工藝控制系統。配電要求：通常采用正常電源N供電，柴油發電機組電源E，靜態UPS不間斷電源裝置或動態D-UPS作后備電源，在正常電源供電系統出現短時故障、計劃性停電檢修時，提供不間斷的電源保障。配電形式采用放射式配電。

2.1.4 ?二級負荷

二級負荷的用電設備或場所一般如下：部分設備站房內動力支持設備;非潔凈區照明系統。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 ?三級負荷

三級負荷的用電設備或場所一般如下：一般工藝設備、風機、水泵、插座等輔助動力設備按三級負荷供電。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 ?配電設計中消防用電設備負荷分級確定

根據《建筑設計防火規范》（GB 50016—2014）（2018年版）第10.1.1—10.1.4條，進行消防設備負荷分級確定。芯片生產廠房因建筑體量大，火災危險性高，依據水專業設計提資，室外消防水量通常為40 L/s及以上，在工業建筑范圍內，根據《建筑設計防火規范》10.1.2條規定，消防設備應按二級負荷供電。

需要明確一個問題，供電系統具備一級負荷供電能力時，消防負荷分級是否也提升為一級負荷，規范沒有這個要求。一級負荷、二級負荷配電，還是有差異的，會導致建設成本差異，主要是針對應急照明系統會有差異。

配電要求：消防用電設備主要包括消防泵、噴淋泵、排煙風機、正壓補風機、消防應急照明和疏散指示系統、火災報警系統、消防控制室等。消防用電設備采用正常、應急兩路專用回路供電，并在配電線路的最末一級配電箱處設置電源自動切換裝置。

2.3 ?供電系統可靠性保障

2.3.1 ?停電帶來的重大經濟損失的案例

案例1（信息來源于網絡）：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生爆炸，隨后產生明火，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、力成等多家半導體廠均受到了不同程度的影響。

案例2（信息來源于網絡）：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，但是導致兩座工廠停工5天，另外3座工廠停產一個月左右。

2.3.2 ?供電系統可靠性保障

根據上文停電帶來重大經濟損失的案例來看，大型芯片工業廠房一般需采用2路220 kV輸電線路，100%互為備用，即當線路中的任一條線路故障，另一線路能供所有用電負荷用電。220 kV變電站內設定的主變壓器，一般同時運行，任意兩臺可供全廠用電負荷。

本文除上述兩路220 kV獨立電源外，一般還需配置負荷容量適當的自備柴油發電機組和應急不間斷電源。

3 ? ?供配電設計的注意事項

為了能夠更好地保證大型芯片生產廠房供電和配電的安全性，使其能夠安全、可靠、穩定地運行，必須要對導線和電纜的選擇予以高度重視。

4 ? ?結語

綜上所述，大型芯片生產廠房的供配電系統設計是一項內容繁雜、涉及面廣的綜合性設計工作，每個項目的平面布置千差萬別，應根據項目的實際情況確定，滿足規范的相關規定。大型芯片生產廠房雖然以工藝為主，但是設計過程中應與工藝密切溝通，盡量將配電系統設置在技術、經濟合理的位置。

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