大型芯片生产厂房供配电系统设计阐述

张留生

摘 要：大型芯片生产厂房作为芯片生产的重要场所，对企业的生产效益和安全有着举足轻重的影响。文章从大型芯片生产厂房供配电系统设计的基本原则入手，重点对大型芯片生产厂房供配电系统设计的方法进行了阐述，同时对设计中的注意事项提出了一点浅显的建议，希望能给相关工作者提供借鉴。

关键词：大型芯片生产厂房;供配电系统;设计

1    供配电系统设计因素

近年来，我国经济快速发展，芯片工业生产的规模也在不断扩大。大型芯片生产厂房的配电系统要比民用及一般工业厂房的配电系统复杂得多。因此，在芯片工业厂房配电系统设计时，应全面考虑工厂生产的實际情况，注意芯片生产厂房配电设计的要点。

芯片生产厂房供配电系统方案的确定，应统筹考虑以下因素：负荷的性质及等级、用电容量、工程特点、地区供电条件、业主的运行习惯。

2    供配电系统负荷等级的确定及供电保障措施

2.1  配电设计中非消防用电设备负荷分级确定

2.1.1  规范依据

根据《供配电系统设计规范》（GB 50052—2009）第3.0.1条，芯片生产厂房用电设备基本都符合规范3.0.1条第1—2条的内容，其中“中断供电将在经济上造成重大损失”是非常直接的表现，同时这种损失还会向下游行业传导，对相关行业产生价格波动影响，不可估量。

2.1.2  一级负荷

一级负荷的用电设备或场所一般如下：

重要工艺设备;净化空调系统、FFU;冷冻水系统;工艺冷却水系统;酸碱洗涤系统;工艺废气、废液处理系统;洁净区照明系统;其他支持工艺设备正常运行的动力设备，包括纯水、真空系统等;甲类库房等。配电要求：通常采用正常电源N供电，柴油发电机组电源E作后备电源，在正常电源供电系统出现短时故障、计划性停电检修时，提供必要的电源保障。配电方式应采用放射式配电。

2.1.3  一级负荷中特别重要的负荷

一级负荷中特别重要的负荷的用电设备或场所一般如下：部分重要工艺设备;部分重要净化空调系统、FFU;部分酸碱洗涤系统;部分工艺废气、废液处理系统;部分洁净区照明;IT数据中心;FMCS系统;工艺控制系统。配电要求：通常采用正常电源N供电，柴油发电机组电源E，静态UPS不间断电源装置或动态D-UPS作后备电源，在正常电源供电系统出现短时故障、计划性停电检修时，提供不间断的电源保障。配电形式采用放射式配电。

2.1.4  二级负荷

二级负荷的用电设备或场所一般如下：部分设备站房内动力支持设备;非洁净区照明系统。配电要求：通常采用正常电源N供电。配电形式采用放射式配电。

2.1.5  三级负荷

三级负荷的用电设备或场所一般如下：一般工艺设备、风机、水泵、插座等辅助动力设备按三级负荷供电。配电要求：通常采用正常电源N供电。配电形式采用放射式、树干式混合配电。

2.2  配电设计中消防用电设备负荷分级确定

根据《建筑设计防火规范》（GB 50016—2014）（2018年版）第10.1.1—10.1.4条，进行消防设备负荷分级确定。芯片生产厂房因建筑体量大，火灾危险性高，依据水专业设计提资，室外消防水量通常为40 L/s及以上，在工业建筑范围内，根据《建筑设计防火规范》10.1.2条规定，消防设备应按二级负荷供电。

需要明确一个问题，供电系统具备一级负荷供电能力时，消防负荷分级是否也提升为一级负荷，规范没有这个要求。一级负荷、二级负荷配电，还是有差异的，会导致建设成本差异，主要是针对应急照明系统会有差异。

配电要求：消防用电设备主要包括消防泵、喷淋泵、排烟风机、正压补风机、消防应急照明和疏散指示系统、火灾报警系统、消防控制室等。消防用电设备采用正常、应急两路专用回路供电，并在配电线路的最末一级配电箱处设置电源自动切换装置。

2.3  供电系统可靠性保障

2.3.1  停电带来的重大经济损失的案例

案例1（信息来源于网络）：2016年6月18日凌晨，位于陕西省西安市南郊的一处变电站疑因故障发生爆炸，随后产生明火，事故致使逾8万用户一度停电，附近商店窗户玻璃被震碎，路边停放的汽车也有损坏。另外，位于该变电站附近的三星、美光、力成等多家半导体厂均受到了不同程度的影响。

案例2（信息来源于网络）：2019年6月15日，东芝位于日本三重县的NAND闪存工厂意外断电，虽然停电只有13 min，但是导致两座工厂停工5天，另外3座工厂停产一个月左右。

2.3.2  供电系统可靠性保障

根据上文停电带来重大经济损失的案例来看，大型芯片工业厂房一般需采用2路220 kV输电线路，100%互为备用，即当线路中的任一条线路故障，另一线路能供所有用电负荷用电。220 kV变电站内设定的主变压器，一般同时运行，任意两台可供全厂用电负荷。

本文除上述两路220 kV独立电源外，一般还需配置负荷容量适当的自备柴油发电机组和应急不间断电源。

3    供配电设计的注意事项

为了能够更好地保证大型芯片生产厂房供电和配电的安全性，使其能够安全、可靠、稳定地运行，必须要对导线和电缆的选择予以高度重视。

4    结语

综上所述，大型芯片生产厂房的供配电系统设计是一项内容繁杂、涉及面广的综合性设计工作，每个项目的平面布置千差万别，应根据项目的实际情况确定，满足规范的相关规定。大型芯片生产厂房虽然以工艺为主，但是设计过程中应与工艺密切沟通，尽量将配电系统设置在技术、经济合理的位置。

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