电子行业科创中心系列白皮书⑦-电子厂房电源切换产品的方案及选型

电子厂房电源切换产品的方案及选型关于作者马强施耐德电气电源切换及防雷产品专家，主要负责在电子及数据中心领域相关产品和解决方案的技术工作。2006年开始从事数据中心行业规划设计工作；2018年加入施耐德电气，对电子及数据中心基础设施架构和应用技术有较深刻理解；在《建筑电气》等杂志发表过多篇技术文章。电子制造工业厂房由于其工艺的特殊性，通常需要生产连续不间断。通过电气系统部件和供电路径的冗余、引入不间断电源等措施，电子厂房的电气系统安全性、可用性大大提升。由于厂房园区常常需要接入多路外市电，同时也会配置兼作备用电源和应急电源的柴油发电机组并机系统，那么如何将多个电源协调运行、充分发挥其各自的作用，最终达到供电连续性最优的效果呢？一套完善的多电源切换管理系统在电气系统里将起到至关重要的作用。本文就电子制造工业项目里多电源切换管理问题进行探讨，首先分析行业项目的痛点，明确与其相关的技术需求，进而探讨多电源切换管理的技术方案和应用场景，同时结合成功案例展现给客户带来的价值，实现“解决行业痛点、满足客户需求”的目标。LifIsLifIsn 行业特点和电源切换管理应用场景1.1工艺产线量产后几乎不停，断电经济损失大1.2工艺辅助系统断电可能带来人身伤害1.3检修时间窗口有限1.4大型产线的电气系统庞大，运维团队管理难度大的管理难度非常大，传统的手动操作管理模式已越来越难以适应行业的发展状况，需要自动化帮助改善旧生产流程。1.5一般的突发故障应对措施经济性差全部依赖不间断电源或STS实现工艺设备不中断供电经济代价太间断电源配合ATSE的方案在可靠的前提下相对更经济。低工作压力产生的焦虑带来哪些帮助呢？2、对于电源切换功能的核心需求的。行业内比较常见的中低压电气架构有以下几种：02LifIsn2.1电源端别出在电源端有以下核心需求点：A.安全切换这里包含以下几层含义：闭锁、无压无流作为判据；>防止晃电对切换逻辑造成影响而误动作；>遵循“市电优先”原则，具备成熟完备、标准化的自动切换逻辑；>人工判断和操作优先级最高，自动功能退出后全手动情况下仍具备安全闭锁；03LifIsn>以往中压系统的电源切换多依附于微机保护装置，但该类装置的平台与继电保护功能的冲突和影响；>对于电网或柴发并机系统等小容量电源，为避免突加负载导致电网冲击或柴发宕机，需具备负荷顺序加/减载功能，在负载容量减小到对系统稳定性不产生影响时再安全切换至电网或柴发供电。B.倒闸不断电的断电也是保障生产工艺连续性的一个重要举措。路正常电源的突发性故障状况，电子行业里对于电源端的切换管理并未电源系统稳定可靠运行作为首要目标，因而秒级切换已能够满足电气系统对于突发性故障的处理时限。二者不应混淆。C.中低压配合，电压等级多样之适配。辑混乱造成更大范围的影响。2.2负荷端根据国家标准《民用建筑电气设计标准》（GB51348-2019）的相关要配电箱处使用ATSE，而消防类负荷为建筑最高等级负荷，必须末端切换。此类负荷对于ATSE的核心需求有：04LifIsn>发生过载时维持供电、不断电，一般多采用PC级；>多为电机类感性负荷，需确保电弧熄灭后再转换；>为检修方便，ATSE装置需具备双分位，可挂锁；公用电等，也需要ATSE保障供电。此类负荷对于ATSE的核心需求有：>与火灾自动报警系统配合无误，火灾状态下“切非”；其他方面与消防类负荷的需求后面两点是一致的。3、应用场景根据电子行业的生产特点和典型的电气架构负荷端进行电源切换管理。3.1电源端在规模较大的电子厂房典型项目里，中压层级系统电压一般为10kV或20kV，通常需统一管理2个或4个电源，为解决倒闸不断电的问题以及方分为正常电源NormalPower（简称“N电”）、应急电源EmergencyPower（简称“E电”，实际作用是备用电源兼作应急电源）和不间断电源UninterruptiblePower（简称“U电”）。在典型的2N电气架构里，2DUPS时则会出现两路N电加两路U电的情况。低压层级系统电压范围较广，从208V至460V均较常见，一般只需管理2型电子厂房典型项目里会增加1个应急电源，并单设应急母线段。线处，而不必在中压系统设置，中、低压系统均设置的收益也并不明显。05LifIsn量简化为以下三种模型：VCBVCB电气联锁VCBVCB VCBVCBVCBVCBVCBVCBVCBVCBVCBVCBVCBVCBVCBVCBVCBVCB1250A630A630A630A630A630A630A630A1250A630A630A630A630A图4“五选二”逻辑模型（中压）图5“三选二”逻辑模型（中压或低压）图6单母分段+应急母线段模型（低压）063.2负荷端通常设置在末端盘柜内，可以根据客户的需求对主用电源和备用电源进行设置，PC级产品前端应配置断路器或熔断器等保护电器；CB级产品视不同情况可能需配置隔离开关或隔离器等隔离电器。需要注意的是，由于CB级ATSE还需要承担过电流保护的功能，因而与配CB级ATSE的断路器应具备过负荷报警功能。PC级ATSE应特别注意安装点计算短路电流的大小，尤其是应用在电气kA，应注意选择额定短时耐受电流Icw较高的产品或配合前端断路器/熔断器以获得较高的额定限制短路电流Iq。变频器类非线性负载可能带来谐波污染，因而负荷端ATSE应具备较强的电磁兼容性，以降低误动作的可能性。 解决方案选型。第二步应进行核心需求选择，例如无压无流检测、负载顺序投退、柴发起最后应针对选定的产品或装置匹配电气技术参数，例如最高电压（中压）/压/过压值等等。LifIsLifIsnWPCS-MV3.0方案，该方案针对电子行业应用具有以下特点：>适配20kV及以下的系统电压；>采用专用转换装置，经第三方权威机构验证过“四电源、五开关”整体切换逻辑；装置共用；>具备专利技术的双连杆机械联锁，同段母线的不同电源绝无“撞车”意并联；>自带负载顺序投退功能，减少成本，降低柴发带载压力和宕机风险；>可扩展远端负载控制，提升故障时反应速度，减轻运维压力；>与低压电源切换管理系统可形成联动；图7WPCS-MV3.0方案08LifIsn切换管理系统的安全性、可用性，由于多个电源整体统一管理，电源切换系统的可靠性提升约19%。同时也能有效降低故障的工作难度，在采用负载顺序投切管理的项目里，从故障断电到恢障处理效率提升40%以上。WPCS-MV案例某TFT-LCD液晶面板生产线，采用a-Si（非晶硅）技术，生产0.96～24寸不同应用类别的显示产品。本方案在项目中得到了以下成功应用。>专用转换装置，且经第三方权威机构验证过“四电源、五开关”整体切换逻辑，电源切换安全可靠，打消客户对于安全切换的风险担忧；>专利技术的双连杆机械联锁，满足当地电力公司电源严禁并联的要求，同段母线的不同电源杜绝所有“撞车”风险，让客户省心省力；提升工作效率。2、低压电源端WPCS-LV方案，该方案针对电子行业应用具有以下特点：>适配208V～460V系统电压；>采用专用控制器，具备整体CCC认证；>具备无压无流检测功能，闭锁条件更充分；>具备手动合环倒闸功能，合环时间小于200ms，倒闸更安全；>可一键退出，紧急时刻可将控制权完全交给人工；09LifIsn图8WPCS-LV方案根据既往项目统计分析结果，通过WPCS-LV方案对电气切换管理方面联倒闸维护工作的总用时可降低约30%。由此可见，该方户提升工艺供电连续性和自动化程度，增强电气系统的安全性、可用性，降低运维团队快速处理故障的工作难度。WPCS-LV案例某大型存储类芯片生产项目位于武汉，共建设3座全球单座洁净面积最大的3DNANDFlash生产厂房，为全球合作伙伴供应3DNAND闪存晶方案，总投资超过283亿美元。本方案在项目中得到了成功应用。>实现无压无流检测功能，显著降低客户对于安全切换的风险担忧；>简单的柜间连接，几乎“即到即用”的安装调试体验，帮助客户节省建时间，助力运维人员提升工作效率；10LifIsn>手动合环倒闸功能，协助客户在有两路正常电源的情况下恢复市电供时创造价值。同时，施耐德还为电子行业单母分段+应急母线段模型带来适配的ATMT2BRC方案，该方案同样具备手动合环倒闸功能，在柴发电恢复至市电正协助低压柴发机组的投入和退出。图9ATMT2BRC方案面向电子行业重要的中压负荷，例如保障性冰机等重点保障的感性负荷，施耐德能够为客户提供WMTS产品，该产品针对电子行业应用具有以下>适配20kV及以下的设备额定电压；>具备专利技术的双连杆机械联锁，电源绝无“撞车”风险；>具备热备用/冷备用两种运行模式，为灭弧可设置转换延时；>提供650mm柜宽产品，降低设备占地面积。图10WMTS产品11LifIsn负荷端的电源切换管理功能要求相对简单，保障切换安全是WMTS产品的首要职责，因而建议在此场景下采用冷备用的运行模式。4、低压负荷端面向电子行业重要的中压负荷，例如保障性冰机等重点保障的感性负荷，施耐德能够为客户提供WMTS产品，该产品针对电子行业应用具有以下>具备极高的分断能力，脱扣器类型丰富，可与上下级形成选择性；>本身具有隔离功能，不必单独配置隔离器；>可与火灾自动报警系统配合，火灾状态下执行“切非”功能；>可反馈ATSE位置，通过通讯功能上传给后台系统；图11CB级WATSN系列>具有双分位，可挂锁；>具有延时设置功能，确保电机类感性负荷电弧熄灭后再转换。>可反馈ATSE位置，通过通讯功能上传给后台系统；图12PC级WTS系列图13PC级WATSN系列12LifIsn结语结语电子制造业是我国实现产业高端转型的重点行业，高端芯片重器”，保障行业供电安全施耐德义不容辞。配置多路电源和冗余的电气部件能显著提升电气系统的可用性，但具备效能，一套完善