单晶炉功率柜水冷电缆节能改造技术研究

李燕

摘 要：单晶炉功率柜使用水冷电缆连接加热器电极，水冷电缆由中心的冷却水管、周围的导线、导线外橡胶管等组成，其内部热量较大，表面热量小，水缆内部热量由冷却循环水带走，必须杜绝发生由于水流不畅造成电极温度过高烧坏底板的安全事故，提高设备运行的可靠性；同时，水冷电缆相比普通电缆连接耗电指标高，随着光伏行业利润的挤压，节能至关重要，生产部门对单晶炉功率柜水冷电缆提出了节能改造的急迫要求。

关键词：单晶炉；水冷电缆；冷却循环水；节能改造

1 前言

公司单晶炉设备均使用水冷电缆连接加热器电极，水冷电缆由中心冷却水管、周围导线、导线外橡胶管等组成；单晶炉水冷电缆使用内循环水，水冷电缆在长时间大负荷工作状态下，内部导线产生热膨胀并发生锈蚀甚至断线，造成单晶炉设备长期运行过程中存在重大设备安全隐患。同时，水冷电缆特点是：输电流大，其内部热量较大，表面热量小，水缆内部热量由冷却循环水带走，长期使用后会发生内部导电电阻变大，水缆有电压差增加导致电量浪费现象，但随着光伏行业利润挤压，加工成本大幅度降低，设备节能运行工况至关重要。

2 材料选用与技术方案

2.1 材料選用

材料选用分析：选用1×185mm2BVR铜芯线、1×240mm2VLV铝芯线、LMY10×120铝母排、TMY12×120的铜母排4种材料，进行导电性能、载流量、安全机械强度、化学稳定性及抗震性、安装难易程度、行业应用情况、材料单价（元/m）、使用数量（m）、加工费用（元）等方面性价比对比分析后，得出以下材料选用方案：

（1）在满足安全载流量的条件下：采用双列模式LMY10×120铝母排，预计每台单晶炉使用32m，市场价113元/m，铝母排材料费用约3616元；采用1×240mm2VLV铝芯线使用128m（16根，8m/根），市场价18.5元/m，铝芯线材料费用：2368元；采用1×185mm2BVR铜芯线柔性好使用112m（14根，8m/根），市场价：166元/m，铜芯线材料费用18592元；采用TMY120×12铜母排使用16m（8m/根），市场价830元/m，铜母排费用合计13280元；上述数据得出：在安全负荷载流量保证的情况下，铝芯线价格最低；

（2）铝母排各连接敷设方式为硬连接，导电性能相比铜母排较差并散热性能较低，如外部不装设绝缘套管，将增加设备安全运行及检修风险；如加装绝缘套管，将不利于铝母排散热；

（3）采用母排联接时，因大电流流会在两母排之间产生电磁力，会引起单晶炉下炉体振动，给拉晶造成严重影响；

（4）铝母排成品材料一根3m，如需使用还得连接，加工和安装工作困难。

基于以上分析，技术方案采用1×240mm2VLV铝芯缆材料改造，母排链接部位做好绝缘防护完全符合要求。

2.2 技术方案

将两根水冷电缆改成铝芯电缆，单晶炉电极与电缆之间用母排连接固定，每根水冷电缆替换为8根1×240mm?VLV铝芯电缆，电缆接头鼻子采用铜铝过渡线鼻，可保证接触良好，同时对接头进行绝缘防护处理；考虑电缆布线的安全及正负级明显辨识，对铝电缆进行颜色区分安装，红色代表正极输出，黄色表示负极输出，并梳理线路和间隔固定；在完成安装后，用绝缘漆对改造母排连接处做好绝缘处理，防止触电、拉弧等安全事故。

通过改造，能够有效杜绝发生由于水流不畅造成的电极温度过高、水缆断线故障等设备安全事故。

3 节能成效与经济效益

3.1 节能成效明显

（1）改造后对单晶炉生产工艺无影响，在实际等径状态下，有功功率有2kW左右下降；

（2）铝芯电缆改造后，相对水冷电缆负载内阻下降，具体体现为电缆压差的下降，基本可保持1.5V的降低；

（3）由于电缆电压压差的降低，在功率不变的状态下，设备热场实际消耗电流也相应降低；

（4）本次线缆材料含改造费用约2500元/台，原配置的水冷电缆约10000元/台，设备备件价格相比大幅度降低；

3.2 经济效益显著

技改方案实施后，经设备技术人员现场测试，按每炉运行70小时计算，每运行一炉较未改造前电能减少损耗350度，共40台单晶炉，按每台每月开炉10炉，每月降低电能损耗14万度电，按公司目前单位电价0.45元/度计算，40台设备每月可节省电费6.3万元左右，同时每月减少电气配件维修成本2.7万元；合计每月节约生产成本9万元，全年共计节约生产成本108万元。

4 结语

公司单晶炉功率柜已改造20台，试运行了一年半，设备运行稳定可靠。实践证明单晶炉功率柜水冷电缆节能改造技术方案完全能够满足生产工艺要求，具有显著的节能效果与经济效益，并能有效降低单晶炉电源柜故障发生率，大大增加设备运行可靠性；后期公司技术人员将继续对其进行监测，并进行批量性技术改造。

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（作者单位：新疆昌吉职业技术学院）