浅谈36对棒多晶硅还原炉电源系统及常见故障分析

2014-05-06新疆大全新能源有限公司石河子市832000程智勇

石河子科技 2014年3期

（新疆大全新能源有限公司，石河子市，832000）程智勇

目前，多晶硅的生产技术主要有改良西门子法、硫化床法和硅烷法，其中改良西门子法以其技术的成熟性、产量的规模化等原因，仍然是国内最主流的生产工艺方法，改良西门子法是利用高纯度的氢气和三氯氢硅在1050℃左右的高温下进行化学反应，使还原出的高纯度硅沉积在硅芯上，渐渐长粗形成硅棒的过程，其主要化学方程式为：SiHcl3+H2→Si+Hcl，这里，硅芯既是发热体，又是载体；硅棒一般生长到直径在150～200mm时，即可达到成品要求。因硅棒在生长过程中对电压、电流的调节范围较大，因此对电气设备的要求较高。

1 36对棒还原炉电源设备的主要组成情况

目前，国内较大多晶硅企业的还原炉主要有24对棒、36对棒和48对棒，我公司主要有24对棒和36对棒两种还原炉，这里主要介绍一下36对棒还原炉的电源系统，36对棒还原炉的电源系统主要由多档位的变压器、高压启动开关柜、交流调压器、调功柜电源系统和控制系统组成。

2 多档位变压器

生产中使用的多档位变压器额定容量为9900KVA的干式变压器，能够输出5种电压等级，分别为2500V、1400V、650V、400V、320V。

3 高压启动系统

高压启动系统主要是由高压开关柜、交流调压器构成，该部分设备主要是为了使硅芯导电发热从而达到产生化学反应的目的；36对硅芯被分为9组，每组由4对硅芯串联组成纯电阻电路，因为硅在常温下是不导电的，只有在高压、高温的情况下才会导电，交流调压器主要是由一台升压变压器组成，输入电压为交流380V，输出一般有10KV、8KV、6.3KV、2KV等电压等级（见图），每个档位的开通与断开均是由晶闸管控制，当其中一个档位的晶闸管导通后，其它档位的晶闸管必定是断开的，因此在正常情况下，是不会存在两种电压同时开通所产生短路环流的情形；一般在6.3KV的电压下，硅芯会被击穿导电，然后在这个电压等级下，闭合高压断路器使每一组硅芯导电，然后随着硅芯的发热，电阻阻值会渐渐下降，电压也会随之下降，通常情况下第一组硅芯被击穿导电过程比较长一些，当第一组硅芯导电后，它会成为一组发热体，使炉体内部温度升高，这样，后续的硅芯就越来越容易被击穿导电，最终使所有的硅芯全部导电，达到产生化学反应的工艺要求。

图

4 调功柜电气系统

硅芯被全部导电后，随着炉体内的氢气和三氯氢硅流量的增加，热量也会被大量带走，这时要保证密闭容器中始终保持在1050℃～1080℃温度范围内，原来的高压启动系统只能提供较小的电流，已不能够满足工艺使用要求，因此必须切换到能提供大电流的调功柜电气系统中，由多档位变压器提供电源，因此，每一回路的硅芯将被切换至调功柜系统来供电，当全部切换完毕后，高压启动系统则被退出使用，调功柜系统进入工作状态，调功柜的每一档位的电压等级输出仍然是靠晶闸管的导通与闭合来实现，调功柜的主回路是由两只晶闸管反并联的交流调压结构，晶闸管起到开关的作用，随着硅棒的生长变粗，硅棒表面积也来越大，还原反应也会越来越剧烈，它所使用的电流也越来越大，根据硅棒的电阻阻值的变化，系统会逐步切换到较低的电压等级，以便得到更大的电流；在使用大电流的同时，纯电阻电路会随之而来产生大量电源谐波，干扰成分加大，这样会造成变压器使用效率降低，设备容易发热并且损坏，在解决该问题时，调功柜系统在设计上进行优化设计，采用两档叠层技术，也就是两档不同电压等级的电源都在导通使用，电源波形互相抵消互补的原理进行谐波治理和无功补偿，利用自身的控制性能来提高功率因数。

5 常见故障分析

5.1 多档位变压器铁芯多点接地

产生该故障的主要原因为：1）变压器在运输搬运过程中，造成铁芯夹具的穿芯螺杆与绝缘套管磨损破裂，使穿芯螺杆与铁芯直接接触；2）在变压器组装过程中，由于工作人员的疏忽，将一些螺丝、垫片、甚至小工具掉入夹缝当中而未被发现，出厂检验时是合格的，到了现场检测时就产生了多点接地现象；3.易导电的灰尘较大，使铁芯与外壳框架产生表面放电现象；

解决方法：针对故障1现象，解决措施是将穿芯螺杆拆除，更换绝缘套管；针对故障2现象，解决措施是反复仔细检查，并吹扫灰尘，在用摇表测绝缘时，应仔细听声音，当转动摇表时会产生轻微的放电声，找到放电位置后，清除里面的异物，可消除故障。

5.2 多档位变压器绕组线圈绝缘层开裂

产生该故障的主要原因为：此种故障常发生在低压侧线圈绕组，因为低压侧电流较大，发热量大，造成线圈温度偏高，尤其是夏季，局部可达到80℃以上的温度，绝缘层如果太厚的话就会产生开裂现象，我公司曾经发生过该故障现象，具体维修方法是将变压器上方铜母排拆除，铁芯上轭夹具拆除，卸去穿芯螺杆，这时就可以将铁芯上轭拆除，硅钢片要几片一组一起拔出，然后码放整齐，切勿落入灰尘，拆完硅钢片后，将低压侧线圈绕组吊出，将开裂的绝缘侧剥离掉，此时要小心拆除，尽量不要将铜皮漏出，以免增加后续处理绝缘的难度，拆除完后将绕组端面用锉和砂纸修平整，不要有尖锐的棱角，然后将F级绝缘纸整体缠绕5～6层，再用玻璃丝带进行重叠压层缠绕一层，捆扎牢固，再用绝缘树脂将绕组端面进行均匀涂抹，晾干后进行安装，安装硅钢片时要一片一片的安装，切勿将硅钢片受力扭曲变形，影响使用效果。