一种72对棒多晶硅还原炉交流电源系统的制作方法

本发明涉及多晶硅生产技术领域，特别是涉及一种72对棒多晶硅还原炉交流电源系统。

背景技术：

多晶硅是半导体、电子信息和太阳能光伏电池等行业中最重要基础材料，多晶硅作为制备单晶硅的唯一原材料和生产太阳能电池的材料，其需求量日益增大。多晶硅生产企业为了降低能耗，对多晶硅还原炉的设计选型越来越大型化，多晶硅还原炉由原来的12对棒逐渐发展至36对棒、72对棒及以上。

现有的最大型的多晶硅还原炉交流电源系统是应用于54对棒多晶硅还原炉上，而随着72对棒多晶硅还原炉的使用日益广泛，如何为72对棒多晶硅还原炉供电，也就成为目前多晶硅生产行业迫切解决的问题。

目前大多数多晶硅生产企业是通过将两个现有的还原炉交流电源系统组合使用，为72对棒多晶硅还原炉供电，例如，使用两个36对棒多晶硅还原炉交流电源系统，或者使用一个24对棒多晶硅还原炉交流电源系统和一个48对棒多晶硅还原炉交流电源系统。另外一种方案为72对硅棒分为6相，每相包括12对硅棒，每相中各硅棒串接供电，此种方案在实际使用中因12对棒串联，运行系统电压高，造成还原炉运行后期因接地电流增加过大造成的缺相运行问题频发，减少多晶硅还原炉的有效运行时间，严重降低还原炉产量。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种72对棒多晶硅还原炉交流电源系统，用以解决72对棒多晶硅还原炉接地频繁缺相运行，有效运行时间短，单炉产量低能耗高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种72对棒多晶硅还原炉交流电源系统，应用于72对棒多晶硅还原炉，包括电源、变压器、负载硅棒模块和控制柜，72对硅棒分为6相，每相12对硅棒分为两组，每组6对硅棒依次串联；

所述变压器为6相绕组，每相绕组对应两个并联的负载硅棒模块；所述负载硅棒模块包括一功率调节模块和一组6对硅棒；通过降低电源电压，增加低压侧每档位电流参数值，满足还原炉运行要求。多晶硅还原炉硅棒正常运行时的接地电流主要为，电极周围与炉底盘之间绝缘压环因炉内非正常沉积的不定型硅等导电物质在高温下形成的泄漏电流。在排除工艺控制异常因素和硅棒靠壁等情况，其泄漏电流的大小与硅棒运行电压和硅棒对数密切相关，其关系为泄漏电流与硅棒运行电压和硅棒对数n的乘积成正比关系，而与接地电阻成反比例关系。

每个功率调节模块与对应负载的6对硅棒之间，设有硅棒断路器和硅棒负载零序电流互感器，硅棒断路器和硅棒负载零序电流互感器分别与控制柜连接；所述硅棒负载零序电流互感器将流过自身的电流转化为信号传递至控制柜内，通过增加每相硅棒负载接地独立检测装置，区分每组硅棒负载接地故障，确保每组硅棒接地单独只跳1组硅棒负载。

进一步地，每相绕组接地并设有绕组接地电流互感器，变压器与电源之间设有对应的还原炉变压器进线开关，绕组接地电流互感器、还原炉变压器进线开关分别与控制柜连接，绕组接地电流互感器将流过自身的电流转化为信号传递至控制柜内，作为功率单元及变压器低压侧绕组内部短路的后备保护。

具体地，所述控制柜包括数据采集与处理控制器、dcs上位机和plc控制器，所述数据采集与处理控制器分别与硅棒负载零序电流互感器、绕组接地电流互感器连接；所述dcs上位机、数据采集与处理控制器分别与plc控制器连接；所述plc控制器分别与硅棒断路器、还原炉变压器进线开关连接。

优选地，所述数据采集与处理控制器与绕组接地电流互感器之间设有电流信号变送器。

本发明提供一种72对棒多晶硅还原炉交流电源系统，其中还原炉变压器低压绕组一拖二模式，每相绕组带2组硅棒负载，以每组6对硅棒负载，共12组硅棒组成72对棒还原炉交流电源系统，本申请电路扩展至以4对硅棒为模和以8对硅棒为模，构成的48对棒和96对棒还原炉交流电源系统。

有益效果：

1、本发明提供一种72对棒多晶硅还原炉交流电源系统，通过优化还原炉变压器和还原炉交流调压电源组合方式，通过降低每组硅棒对数，从而降低系统运行电压，减少还原炉后期运行接地故障的发生，进而显著提高单炉产量。

2、本发明提供一种72对棒多晶硅还原炉交流电源系统，通过每相硅棒负载独立零序接地检测和还原变压器低压侧绕组接地电阻漏电流接地检测，来实现上下级配合方式，有选择性切除一半硅棒负载。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为该还原炉交流电源系统的电路结构示意图。

图2为该还原炉交流电源系统a1相绕组的电路结构示意图。

图3为该还原炉交流电源系统a1相绕组接地信号采集与控制逻辑图。

图4为该还原炉交流电源系统a1相绕组接地保护控制逻辑图。

图5为该还原炉交流电源系统a1相硅棒接地电流示意图。

其中，各附图标记分别代表：1电源；2变压器；3a1-1#负载硅棒模块；31a1-1#功率调节模块；32a1-1#硅棒；33a1-1#硅棒断路器；34a1-1#硅棒负载零序电流互感器；4a1-2#负载硅棒模块；41a1-2#功率调节模块；42a1-2#硅棒；43a1-2#硅棒断路器；44a1-2#硅棒负载零序电流互感器；5还原炉变压器进线开关；6控制柜；61kt1数据采集与处理控制器；62dcs上位机；63plc控制器；7a1相绕组；8绕组接地电流互感器；91rg漏电等效电阻；92ig接地漏电电流；93电极；94硅棒负载电压；9512对棒负载。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，该应用于72对棒多晶硅还原炉的交流电源系统包括电源1、变压器2、负载硅棒模块和控制柜6，72对硅棒分为6相(分别为a1相、a2相、b1相、b2相、c1相、c2相)，每相12对硅棒分为两组，每组6对硅棒依次串联；变压器2为6相绕组(分别为a1r、a2r、b1r、b2r、c1r、c2r)，每相绕组对应两个并联的负载硅棒模块。

如图2所示，以a1相为例，负载硅棒模块为a1-1#负载硅棒模块3和a1-2#负载硅棒模块4，二者并联。a1-1#负载硅棒模块3包括a1-1#功率调节模块31和一组6对的a1-1#硅棒32，a1-2#负载硅棒模块4包括a1-2#功率调节模块41和一组6对的a1-2#硅棒42。

以a1相12对硅棒95串联为一组硅棒负载和二组6对a1相负载硅棒分为a1-1#硅棒32和a1-2#硅棒42，二者并联相比较。如图5所示a1-1#硅棒32的每对硅棒负载通过2个电极93固定在炉底盘上，ig接地漏电电流92主要是电极93和炉底盘因存在rg漏电等效电阻91，在u硅棒负载电压94作用下形成；根据ig接地漏电电流92与硅棒负载电压94和硅棒对数n的关系并且6对硅棒硅棒负载电压94为12对硅棒电压的一半，得出6对硅棒a1-1#硅棒32的ig接地漏电电流92为12对硅棒的四分之一。

通过降低电源电压，减少每组硅棒对数，增加低压侧每档位电流参数值，可显著降低接地电流，同时因加在rg漏电等效电阻91上的硅棒负载电压94的降低，对减少炉内电极93对炉底盘的打火放电情况，确保还原炉长期稳定运行。

a1-1#功率调节模块31与对应负载的a1-1#硅棒32之间，设有a1-1#硅棒断路器33和a1-1#硅棒负载零序电流互感器34，a1-2#功率调节模块41与对应负载的a1-2#硅棒42之间，设有a1-2#硅棒断路器43和a1-2#硅棒负载零序电流互感器44。两个负载硅棒模块的硅棒断路器和硅棒负载零序电流互感器分别与控制柜6连接；硅棒负载零序电流互感器将流过自身的电流转化为信号传递至控制柜6内。

a1相绕组7接地并设有绕组接地电流互感器8，变压器2与电源1之间设有对应的还原炉变压器进线开关5，绕组接地电流互感器8、还原炉变压器进线开关5分别与控制柜6连接，绕组接地电流互感器8将流过自身的电流转化为信号传递至控制柜6内。

控制柜6包括kt1数据采集与处理控制器61、dcs上位机62和plc控制器63，kt1数据采集与处理控制器61分别与两个负载硅棒模块的硅棒负载零序电流互感器、绕组接地电流互感器8连接；dcs上位机62、kt1数据采集与处理控制器61分别与plc控制器63连接；所述plc控制器63分别与两个负载硅棒模块的硅棒断路器、还原炉变压器进线开关5连接。

如图3和4所示，流过a1-1#硅棒负载零序电流互感器(ct1sn)34的电流值i1sn和流经a1-2#硅棒负载零序电流互感器(ct2sn)44的电流值i2sn通过电流反馈直接被kt1数据采集与处理控制器61进行采集，然后转化为信号传递至plc控制器63中，plc控制器63根据预先设定的接地电流报警设定值iset.alm和接地电流故障动作设定值iset.act，与实际的i1sn和i2sn进行比较。绕组接地电流互感器(ctn)8采集的a1相绕组接地电流值in通过sic2500电流信号变送器送至kt1数据采集与处理控制器61，然后转化为信号传递至plc控制器63中。

若i1sn＞iset.alm，则plc控制器63通过通讯上传至dcs上位机62的人机界面，触发a1-1#硅棒接地报警，提醒操作人员；若i2sn＞iset.alm，则plc控制器63通过通讯上传至dcs上位机62的人机界面，触发a1-2#硅棒接地报警，提醒操作人员。

若i1sn＞iset.act，则plc控制器63向a1-1#硅棒断路器33发送跳闸命令，触发a1-1#硅棒接地qf1跳闸动作；若i2sn＞iset.act，则plc控制器63向a1-2#硅棒断路器43发送跳闸命令，触发a1-2#硅棒接地qf2跳闸动作。

通过增加每相硅棒负载接地独立检测装置，从而区分每组硅棒负载接地故障，确保每组硅棒接地单独只跳1组硅棒负载。

若in＞2iset.act，同时i1sn＜iset.act，i2sn＜iset.act，判定为a1相功率调节模块或变压器绕组发生接地故障，发主变分闸命令，plc控制器63向还原炉变压器进线开关5发送跳闸命令，触发还原炉变压器进线开关qf跳闸动作，作为功率单元及变压器低压侧绕组内部短路的后备保护。

同理，其他a2相、b1相、b2相、c1相、c2相与a1相设置相同。

表1给出了采用12对棒串联系统和本申请2组6对棒并联系统还原炉运行数据。从表中可知，采用12对棒串联系统统计运行至30-40小时接地电流即大幅上升触发联锁停车。采用2组6对棒并联运行后，在还原炉稳定在80-100小时运行周期内接地电流稳定可控，大幅降低因接地故障造成的还原炉停车，减少产能损失40％。

表1

本发明提供了一种72对棒多晶硅还原炉交流电源系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。