半导体晶圆厂（前/后段）——洁净间关键控制与IT双域供电改造

1. 项目背景

华东某12寸晶圆厂（含前段光刻/刻蚀/薄膜/离子注入、后段测试封装）扩产，新增两条产线与一座边缘数据机房。原有UPS体系以单机分散部署为主，存在：① 轻载效率低；② 分散式维护窗口多、可视化不足；③ 电池室空间紧张；④ 设备升级频繁导致容量边界不清。业主要求：在不停产条件下完成A/B双路改造+N+1冗余，把失效率（MTBF）与恢复时间（MTTR）指标纳入OEE考核，整体PUE与用电成本进入集团前25%。

2. 关键负载与约束

• 工艺设备控制：光刻机、刻蚀机、PVD/CVD、CMP、离子注入等的PLC/运动控制、测量与HMI；

• 洁净环境与设施：FFU群、MAU/PAU控制、监测与BAS前端；

• IT与MES：生产调度、SPC、WIP追溯、数据库与虚拟化平台；

• 约束：洁净间IP等级/IP风道、空间高度受限；机房与生产区分区管控，电磁兼容与接地严格。

3. 供电架构（目标）

• 一次链路：市电双路→双路低压母线（A/B）→UPS集群→列头柜（A/B）→机柜级A/B PDU/ATS；

• 分域供电：

• 控制域（生产设备控制/测量）：模块化UPS 40–160 kVA（N+1），就近机房分区部署；

• IT域（MES/数据库/虚拟化）：2N（两套独立UPS+电池），A/B 列头柜分别下挂；

• 旁路体系：静态旁路+维护旁路（MBB），可不停电割接；

• 监控：全站DCIM，UPS/电池/列头柜/机柜PDU接入，形成容量与健康看板。

4. UPS与电池选型

• UPS：在线双变换（VFI），输入PF≥0.99、THDi≤3–5%，输出PF=1；控制域采用模块化UPS（N+1），IT域采用2N 双系统；

• 电池：洁净区空间紧张与温控稳定，优先磷酸铁锂（LFP）柜式，512/576 V，10–15 min；非关键分区继续用VRLA但预留改造接口；

• 能效：良网启用高效模式，异常自动回到在线双变换；轻载耦合节能策略维持高效率运行区间。

5. 容量与样例计算

• 控制域分区样例：

• 统计有功 28 kW，PF 0.9 → 视在 31.1 kVA；

• 运行/同时系数 0.85×0.9 → 23.8 kVA；

• 增长与环境裕量 1.3 → 31 kVA；

• 配置：50 kVA 模块化UPS×2并机（N+1），电池 384 V 55 Ah（10–15 min）。

• IT域样例：

• 机柜 120 柜×2.5 kW/柜 = 300 kW；双路平均分摊；

• 配置：A、B各 3×120 kVA 并机（N+1），LFP 576 V 50 Ah（15 min）。

6. EMC/接地与安装

• 接地：TN-S，弱电屏蔽单端接地，等电位母排；

• 布线：强弱电分层桥架，金属连续性与跨接；

• 滤波：前端共模/差模抑制，靠近光刻/射频设备处加强EMC隔离；

• 空间：前维护≥1.2 m，顶排风/后排风通道；洁净区UPS设置可抽拉滤网与正压风道。

7. 监控与AIOps

• 接入：SNMPv3/HTTPS、Modbus‑TCP，重要事件写入Syslog；

• 模型：风扇/电容寿命、温度热点、负载趋势、SOH曲线与RUL预测；

• 演练：季度“退一、掉一路、黑启动”剧本，生成演练回放与审计报告。

8. 实施与割接

• 夜间/周末窗口逐分区割接，先ATS后UPS；

• SAT 逐项验证：空载→带载→旁路/逆变→切换→发电机切入；

• 竣工资料：SLD、端子、IP规划、点表、SLA与备件。

9. 结果与收益

• 可用性：控制域与IT域连续运行12个月无中断事件，年度SLA达99.999%；

• 能效：PUE由1.53降至1.44；

• 占地：LFP高能量密度释放机房空间约22%；

• OEE：因电源问题导致的停线工时下降 87%，良率提升 0.3 pp。