安科瑞AcrelEMS-SEMI 电子厂房能效管理系统解决方案

背景

政策支持

在国家鼓励半导体材料国产化的政策导向下，本土半导体材料厂商不断提升半导体产品技术水平和研发能力，逐渐打破了国外半导体厂商的垄断格局，推进中国半导体材料国产化进程，促进中国半导体材料行业的发展。

需求巨大

半导体是许多工业整机设备的核心，普遍应用于计算机、通信、消费电子、汽车、工业/医疗、等核心领域。为鼓励半导体材料产业发展，突破产业瓶颈，我国等多项政策支持半导体行业发展，为半导体材料产业的发展提供良好的发展环境。为应对国外技术出口管制风险，多家中国半导体企业也增加了材料国产化率要求，加快了国产半导体材料研发进度。

门槛高

半导体核心材料技术壁垒极高，国内大部分产品自给率较低，市场被美国、日本、欧洲、韩国和中国台湾地区的海外厂商所垄断。目前，国内半导体材料企业仅在部分领域实现自产自销，并在在靶材、电子特气、CMP抛光材料等细分产品已经取得较大突破，各主要细分领域国产替代空间广阔，预计将促进我国半导体材料行业发展。

企业需求

供电可靠，供电质量可靠，用能安全和环境安全，提高能源效率，降低能耗成本，专业全面的能源管理需求，配电系统复杂，运维效率提升。

解决方案

AcrelEMS-SEMI电子工厂能效管理系统集变电站综合自动化、电力监控、电能质量分析及治理、电气安全、能耗分析、照明控制、设备运维于一体，为建立可靠、安全的工厂能源管理体系提供数据支持。

配电结构

芯片制造工厂电源可分为三类即：公共电网电源、柴油发电机备用电源和 UPS 电源。国内企业通常会分别简称为：市电、E 电和 U 电。 工艺生产负荷按其对于电源可靠性要求的重要性可分为3个等级：1级关键负荷、2 级关键负荷及3级关键负荷，重要性是逐步升高的。

以下为一个半导体工厂的典型电气单线示意图(部分)，为了提高工厂供电可靠性，采用2路110kV电源供电，设立一座110/10kV变电站，配置2000kW/10kV柴油发电机作为后备电源，在0.4kV侧配置500kVA UPS用于3级关键负荷和部分2级关键负荷工艺设备供电。

工厂用电分析

每个芯片制造工厂工艺生产用电量与公用工程用电量比例不尽相同，通常工艺生产比公用工程用电量略低，但大致可以认为比例为 1：1的关系，即各占全厂总负荷的 50% 。植入、光刻、蚀刻生产过程中的机台设备、泵、高温炉及其它一些机械设备是工艺生产过程中的主要用电设备，而公用工程直接参与工艺生产的超纯水、工艺生产的冷却水、氮气及间接参与生产的建筑冷却的冷冻水、清洁干燥的空气是主要的用电大户。

AcrelEMS-SEMI能效管理系统组成

AcrelEMS-SEMI提升重点

提升供电可靠：中低压实时监测，电能质量监测和提升，变压器、发电机、UPS状态监测，接点温度监测，实时预警

节能降耗：计量体系完善,能耗数据统计,能源流向分析,工艺生产能耗数据监测,厂务系统能耗数据监测,照明控制,负荷调节

用能安全：电气火灾监测,消防设备电源监测,防火门监控,消防应急照明和疏散指示监测,环境监测

运维辅助：设备台账,设备保养提醒,工单派发,运维流程闭环,专家报告

AcrelEMS-SEMI能效管理系统结构

平台特点

01 方便：

基于HTML5页面开发，浏览器访问，多客户端访问，手机APP访问，语音播报，报警订阅，矢量图，分类分级报警，报警联动工单，多种报警方式，集团化管理

02 灵活：

跨平台部署（Windows、Linux及国产操作系统），标题栏定义、页定义、图形配置、远程维护，菜单管理，个性化定制

03 安全：失电报警，数据加密(硬件或软件加密)，用户密码管理，遥控密码管理，完整的操作记录

04 可靠：断点续传，数据压缩，失电报警

05 ：看板管理，秒级刷新

06 全面：协议全面，设备全生命周期，菜单权限、功能权限、数据权限，全面的权限管理，多语言，多主题，联动控制，视频联动，电气综合管理、集中监控、生产过程、能源监测、能效分析、节能分析、统一运维

变电站综合自动化

实时监控

实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等；

关键供配电设备监测

监测变压器、柴油发电机、UPS的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

故障录波

系统具备故障录波、事件顺序记录，用于分析故障波形，协助分析故障原因并改进。

电能质量监测

监测各进线回路电能质量，包括电压暂降、谐波畸变、闪变等数据波形记录，进而判断配电系统扰动方向。

电气安全

电能质量治理

配置有源滤波装置和无功补偿装置对0.4kV侧电能质量进行补偿和治理，并监测有源滤波装置和无功补偿装置运行情况，确保电能质量符合生产要求。

电气火灾监测

监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对企业电气安全预警。

消防设备电源监测及疏散指示

监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用

接点测温

系统监测断路器、母排、线缆接头、密集型母线槽接点温度并实时预警。

降低能耗

计量体系搭建

为工厂搭建计量体系，显示能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助企业分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

工艺能耗

采集厂内冰机系统、冷却塔系统、热水系统、PCW 系统、MAU 系统、排气系统、FFU 系统、纯水系统、废水系统、纯水抛光系统、空压机系统、气体纯化系统、大宗气站、照明办公系统、IT 数据中心系统、工艺机台等能耗数据。

能耗数据统计

采集工厂工艺用电、厂务用电、纯水、氮气、压缩空气等消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

智能照明控制

单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式。

运维管理

设备档案管理

配置重要设备包括变压器、电气柜、高压电缆、空调主机、水泵、医疗设备等设备信息，配置二维码.

运维流程管理

任务管理、巡检记录、缺陷记录、消警记录、抢修记录、通知工单。

设备维护

在用户维护设备的质保期与安装时间后对设备是否超长时间运行与过期运行进行检测，提醒用户及时查看或更换相应设备，并提示维修或更换建议。

专家报告

系统定期为用户生成能耗分析报告，提供专家建议。

分布式光伏监测

光伏电站收益分析

显示平台所接入的光伏电站所产生的的日/月/年/累计收益和对应减少的碳排放。

光伏电站运行实时监测

实时显示光伏电站一次接线图，光伏组串直流/交流侧实时数据

逆变器运行状态监测

显示单个逆变器详细数据，包括逆变器信息、实时发电功率、日/月/年发电量、收益、发电功率及发电量趋势曲线、直流侧和交流侧数据等。

其它功能

重点用能单位能耗数据

采集企业电、水、气、汽、煤等能源消耗数据，对各种能源消耗指标进行标准煤、碳排放指标等折标运算，清晰展示用能单位的能源消耗数据，支持手工填报，按照当地部门要求上传数据。

充电桩管理

电动汽车和电瓶车充电桩管理，包括收费管理、资产管理。

职工公寓管理

对厂区内职工宿舍进行负载管理，包括恶性负载识别管理、负载阈值管理，避免因为恶性负载引起火灾。对员工宿舍进行水电收费管理，支持微信、等缴费方式，采集职工宿舍能耗数据

典型硬件

ANet系列边缘计算网关

高性能平台：高性能ARM 32位处理器；嵌入式Linux操作系统128M以上内存；可扩展32G外部存储；

稳定可靠：电磁兼容4级、硬件加密(国密算法SM1,SM4)、软件加密(AES)、宽温宽压工作；

强处理能力：4万个数据点位处理能力；多平台数据上传；

接口丰富：16个串口；以太网、Lora、Wifi、DI/DO/AI、4G；

扩展方便：自定义总线扩展协议；按需扩展串口、DI/DO/AI、4G、硬件加密、GPS；

协议丰富：设备侧：ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、IEC103/104、OPC UA、BACNET等；平台侧：ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、DGJ08-2068-2012上海建筑能耗、DGJ32/TJ111-2010江苏建筑能耗、扬州、常州、杭州、广西河池等地省市能耗、宁夏电力需求侧、安科瑞运维云、预付费云协议、华云104协议、SNMP、MQTT协议、OPC UA、IEC 61850、Q/GDW 376.1等；

边缘计算：虚拟数据求和、数据二次计算（加减乘除）、逻辑控制（梯形图绘制）断点续传、数据冻结、失电报警；多级报警设置、协议解析、规约转换；

远程管理：远程配置、远程监视、远程升级；

应用丰富：综合能源管理、电力需求侧、泛在电力物联网、新能源、自动化、物联网

AM系列综合保护装置

AM系列微机综合保护装置具有极强的数据处理、逻辑运算和信息存储能力，可为35kV及以下电压等级的进线、馈线、变压器、高压电动机、高压电容器等对象提供过负荷、低电压、过电压、热过载、非电量等保护功能，防止事故扩大，降低高价值设备损坏的风险。

装置具有完善的事故分析能力，包括SOE事件记录、故障录波记录等。提供串口和以太网通讯接口，可将信息上传至综合能源管理平台，方便的根据现场变化调整保护设定值，使平台可远程监视和控制配电回路运行状态，大大提高了企业配电和用电的自动化、智能化水平。

弧光保护装置

在中压母线，中压柜运行过程中很可能由于的操作失误、接头松脱、动物侵入，以及长时间运行后PT缘老化、套管老化导致严重短路故障。对于中压母线未像高压母线那样安装母线差动保护，中压母线短路故障依赖上级进线的后备保护切除，切除时间长，而根据测试结果数据，母线燃弧后 0.1s 就会燃烧，0.15s 后母线损毁，柜体在 0.2s 后爆炸。

ARB5母线弧光保护装置通过检测母线室弧光、进线电流判据（弧光判据+电流突变量判据）启动；单判据动作时间≤7ms、双判据时间≤20ms。ARB5母线弧光保护由弧光保护装置、弧光探头及塑料光纤和尾纤等构成。

开关柜综合测控装置

ASD500开关柜综合测控装置用于3~35kV户内开关柜，适用于中置柜、手车柜、固定柜、环网柜等多种开关柜。具有一次回路模拟图及开关状态指示，高压带电显示及核相，自动温湿度控制，加热回路故障告警，分合闸回路完好指示、分合闸回路电压测量、预分预合闪光指示、电气节点无线测温，人体感应自动照明，语音提示，电参数测量及RS485通讯接口等众多功能，集操作、显示于一体。

电能质量监测

APView500电能质量在线监测装置遵循新的电能质量国家标准，实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量，记录各类电能质量事件，记录事件发生前后的波形，辅助用户分析电能质量发生的原因，为后续的电能质量治理方案提供数据基础；

APM/AEM/DTSY/DDSY/ADW电能计量及分析

双碳背景下，用能的电能替代将是长期趋势，因此新会增大量用电设备，提高这些设备的能效水平将降低总的电能消耗，助力双碳目标早日实现。

需要多种类型的电能计量仪表，支持嵌入式、导轨式安装，RS485、Lora、4G等数据上传模式，可实现免布线、免停电施工。

电能计量表计安装在主要配电节点、重点用能设备等处，综合能源管理平台实时采集用电数据，对用电数据进行逐时、逐日、逐月分析，并结合国家、行业标准，统计企业整体碳排放，为碳中和提供基础数据服务。企业用能总量数据和强度数据可上传至监管平台，满足碳排放监管要求。

电动机保护器

ARD3M系列智能电动机保护器，采用新的单片机技术模块化设计，具有抗干扰能力强工作稳定可靠、数字化、智能化、网络化等,支持基波和全波电力参数测量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），电压及电流不平衡度，电压、电流正序、负序、零序分量，三相电压相角，剩余电流，电压、电流 2-63 次分次谐波测量，分次谐波含有率及总谐波畸变率,安装在水泵、空压机、冷干机等低压电动机控制柜或低压馈电柜，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，支持顺序事件记录功能，方便现场维护人员查找、分析故障原因，支持4～20mA模拟量输出，方便与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制。可选配抗晃电功能，支持短时波动电压或短时电压中断，满足条件时再启动电机，尽快恢复生产。

ARTM系列电气接点在线测温

ARTM系列电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测，防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患，提高设备安全保障，及时、持续、准确反映设备运行状态，降低设备事故率。

变电所环境监测：

烟感、水浸、红外双鉴、门禁等监测

风机、水泵、空调等控制

电能质量治理

1、通过有源无功补偿（SVG）缓解电压波动和闪变；

2、通过储能装置缓解频率；

3、通过有源滤波APF对负荷侧设备进行谐波治理，避免负荷侧谐波与并网谐波之间产生叠加或某频段的震荡；

4、解决传统无功补偿柜在新能源应用中的不足；

ASCP电气防火限流式保护器

当低压配电回路发生短路故障时，ASCP200电气防火限流式保护器能以微秒级速度快速限制短路电流以实现灭弧保护，从而能显著减少电气火灾事故，有效克服传统断路器、空气开关和监控设备存在的短路电流大、切断短路电流时间长、短路时产生的电弧火花大，以及使用寿命短等弊端，特别适合配套充电桩使用。

ANSNP中线安防保护器

大量非线性负载使用会导致中性线3N次谐波电流过大，三相不平衡等问题往往也会造成中性线电流过大，而中性线电流过大非常容易导致中性线缘层老化起火引发火灾，存在较大的安全隐患，我司采用先进的电力电子技术、控制理论等研制出了新型的中线安防保护器ANSNP，可有效消除中性线电流过大的情况而造成的电气火灾安全隐患。

AAFD-40故障电弧探测器

当低压配电回路发生缘老化和隐性破损而产生微弱电弧电流时，设备会发出报警，可以接入平台，通过系统或短信发出报警信号，适用单相0-40A的照明插座回路。

ARCM电气火灾监控

针对低压用电环节各回路中的剩余电流、温度和故障电弧等进行实施监测；

侧重点为低压用电环节的安全性，当剩余电流越报警输出，以提醒维护人员进行安全检查，防止因漏电引起的火灾发生；

AFPM消防设备电源监控

针对消防设备的电源进行实时的监控，通过检测电压、电流、开关状态等有关参数，判断消防设备的电源是否处于正常工作状态的监控系统；一旦火灾发生时，确保消防设备的正常运行。

AFRD防火门监控

防火门监控系统主要是通过防火门监控模块及其附件来检测现场常开，常闭防火门的状态；

当火灾发生时，控制现场的常开防火门关闭，并通过门磁开关来反馈现场的防火门的关闭状态，有效抑制火势蔓延阻止烟气扩散，确保人员安全疏散及减少火灾损失。

应急照明和疏散指示

当火灾发生的时候，消防应急照明和疏散指示系统根据火灾报警联动信号及已经配置好的疏散预案选择一条逃生路，通过改变标志灯的箭头方向为逃生人员提供更有效的疏散逃生路。

ASL智能照明控制

智能照明控制系统可实现照明灯具的远程集中控制、就近控制功能，并且可以和其他设备进行联动控制，具有如下功能特点：节约能源，智能化控制，减少维护费用，营造舒适的工作环境，延长灯具寿命