CN109309376A - 还原炉电源接地保护装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种还原炉电源接地保护装置，其包括采集单元、转换与判断单元，以及控制器，所述采集单元用于实时采集电源控制系统零线与大地之间的接地电阻上流过的对地泄漏电流信号；所述转换与判断单元用于判断所述对地泄漏电流值是否超过其内预设的报警触发值，并在超过时持续发送接地故障开关量信号至控制器，直至不超过为止；所述控制器用于判断其接收到的接地故障开关量信号是否满足其内预设的条件，并在满足时发出关断信号至电源控制系统，以使其停止工作。相应地，本发明还提供一种还原炉电源接地保护方法。本发明能够最大限度的避免出现接地误报警。

Description

还原炉电源接地保护装置和方法

技术领域

本发明涉及多晶硅生产技术领域，具体涉及一种还原炉电源接地保护装置，以及一种还原炉电源接地保护方法。

背景技术

目前，多晶硅是半导体工业、电子信息产业和太阳能光伏电池产业中最重要的功能性材料，且多晶硅作为制备单晶硅的唯一原料和生产太阳能电池的材料，其需求量日益增大。

在多晶硅生产中，还原炉电源控制柜需要根据生产工艺的调整对还原炉电源系统进行相应的调节，而还原炉电源系统为多晶硅生产提供可靠稳定的电流。利用电流通过硅芯后会产生热量的原理，通过控制硅芯上通过的电流大小使硅芯表面温度维持在恒定值，从而得到高纯度的棒状多晶硅。

当还原炉电源系统的绝缘部分出现绝缘值降低或者是出现其他故障时，需要发出故障报警来切断相应的故障点。

但是，发明人发现，当还原炉内的硅棒生长到比较粗的时候，其距离还原炉炉壁或者炉底盘的距离会减小，在一些情况下硅棒带电体和炉壁，或者硅棒带电体和炉底盘之间会产生瞬间的拉弧现象。虽然拉弧现象产生的电弧很短，但是产生的电弧足以让灵敏的电源接地检测系统产生动作而发出误报警。由于接地报警是级别很高的报警，因此会造成还原炉因接地故障报警而停车，但是当工作人员打开还原炉后却并未发现异常，从而严重影响了生产效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种还原炉电源接地保护装置和一种还原炉电源接地保护方法，能够最大限度的避免出现接地误报警。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种还原炉电源接地保护装置，其包括采集单元、转换与判断单元，以及控制器，所述采集单元用于实时采集电源控制系统零线与大地之间的接地电阻上流过的对地泄漏电流信号；所述转换与判断单元用于判断所述对地泄漏电流值是否超过其内预设的报警触发值，并在超过时持续发送接地故障开关量信号至控制器，直至不超过为止；所述控制器用于判断其接收到的接地故障开关量信号是否满足其内预设的条件，并在满足时发出关断信号至电源控制系统，以使其停止工作。

可选地，所述控制器内预设的条件具体包括条件A和条件B，

所述条件A为，在第一预设时间内接收到超过预设段数的接地故障开关量信号；

所述条件B为，接收到的单段接地故障开关量信号的持续时间超过第二预设时间；

所述控制器具体用于在接收到的接地故障开关量信号满足条件A和条件B中的至少一者时，发出关断信号至电源控制系统。

可选地，在条件A中，所述第一预设时间为10秒，所述预设段数为5段；在条件B中，所述第二预设时间为0.5秒。

可选地，所述转换与判断单元还用于将采集单元采集到的对地泄漏电流信号转换成标准电流信号后发送给控制器；所述控制器还用于通过以太网和交换机将所述标准电流信号传递给上位机，以利用上位机根据所述标准电流信号对所述对地泄漏电流进行监控、存储和显示。

可选地，所述采集单元采用电流互感器，所述转换与判断单元采用电流变送器，所述控制器采用PLC。

本发明还提供一种还原炉电源接地保护方法，其包括如下步骤：

实时采集电源控制系统零线与大地之间的接地电阻上流过的对地泄漏电流信号；

判断所述对地泄漏电流值是否超过预设的报警触发值，并在超过时持续发送接地故障开关量信号，直至不超过为止；

接收所述接地故障开关量信号并判断其是否满足预设的条件，并在满足时发出关断信号至电源控制系统，以使其停止工作。

可选地，所述预设的条件具体包括条件A和条件B，

所述条件A为，在第一预设时间内接收到超过预设段数的接地故障开关量信号；

所述条件B为，接收到的单段接地故障开关量信号的持续时间超过第二预设时间；

所述接地故障开关量信号满足预设的条件具体为，所述接地故障开关量信号满足条件A和条件B中的至少一者。

可选地，在条件A中，所述第一预设时间为10秒，所述预设段数为5段；在条件B中，所述第二预设时间为0.5秒。

可选地，所述方法还包括如下步骤：

将采集到的对地泄漏电流信号转换成标准电流信号；

通过以太网和交换机将所述标准电流信号传递给上位机；

利用上位机根据所述标准电流信号对所述对地泄漏电流进行监控、存储和显示。

有益效果：

本发明在对地泄漏电流值超过预设的报警触发值时，先对还原炉运行过程中通过模拟量采集得到的对地泄漏电流进行甄别，在满足相应条件后再关闭电源控制系统，从而最大限度的避免出现接地误报警。例如，当10s内出现5段以内且每段不超过0.5s的接地故障开关量信号就视为没有出现接地故障，而当接地故障开关量信号持续时间超过0.5s时就视为出现接地故障，并向电源控制系统发出关断信号以使其停止工作。

此外，本发明还能通过后台上位机实时显示采集得到的对地泄漏电流，后台上位机还可以将运行过程中实时采集的泄漏电流记录下来，便于后期出现故障停机时调取曲线进行相关的分析。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的还原炉电源接地保护装置的结构框图；

图2为本发明实施例1提供的还原炉电源接地保护装置的接地检测功能示意图；

图3为本发明实施例2提供的还原炉电源接地保护方法的流程图。

图中：100－采集单元；200－转换与判断单元；300－控制器；400－上位机；1－电源控制系统；2－接地电阻；3－电流互感器。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明针对目前在实际生产运行中，没有相关的精确控制和保护方法进行还原炉电源接地报警和保护的现状，提出一种还原炉电源接地保护装置，能够最大限度的避免出现接地误报警，并将还原炉电源控制系统做的更加精确。

下面通过具体的实施例进行详细描述。

实施例1：

如图1和2所示，本实施例提供一种还原炉电源接地保护装置，其包括采集单元100、转换与判断单元200，以及控制器300。

所述采集单元100用于实时采集电源控制系统1的零线N与大地之间的接地电阻2上流过的对地泄漏电流信号，并将该对地泄漏电流信号发送至转换与判断单元200。在零线与大地之间通过接地电阻进行连接，可以使电源控制系统在工作时零线与地之间保持零电位。

所述转换与判断单元200用于判断所述对地泄漏电流值是否超过其内预设的报警触发值，并在超过时持续发送接地故障开关量信号至控制器300，直至不超过为止。

其中，所述报警触发值可由本领域技术人员根据实际情况进行设定。所述接地故障开关量信号指的是“1”信号或“0”信号。例如，当对地泄漏电流值超过报警触发值时，持续发送“1”信号(或者“0”信号)至控制器；而当对地泄漏电流值不超过报警触发值时，立即切换为持续发送“0”信号(或者“1”信号)至控制器。

所述控制器300用于判断其接收到的接地故障开关量信号是否满足其内预设的条件，并在满足时发出关断信号至电源控制系统1，以使其停止工作，从而最大限度的避免出现接地误报警。所述控制器300还可在发出关断信号的同时进行报警，具体可通过声警报、光警报或者声光警报的形式进行报警。

本实施例中，所述控制器300内预设的条件具体包括条件A和条件B，

所述条件A为，在第一预设时间内接收到超过预设段数的接地故障开关量信号；

所述条件B为，接收到的单段接地故障开关量信号的持续时间超过第二预设时间。

所述控制器300具体用于在接收到的接地故障开关量信号满足条件A和条件B中的至少一者时，发出关断信号至电源控制系统1。

其中，一段接地故障开关量信号指的是，当对地泄漏电流值超过报警触发值时，转换与判断单元200向控制器300持续发送的一段“1”信号(或者“0”信号)，而且，接收到一段接地故障开关量信号可等同于出现一次接地故障报警，所述控制器300还可在每接收到一段接地故障开关量信号就进行一次预警，具体可通过声警报、光警报或者声光警报的形式进行预警。第一预设时间、预设段数和第二预设时间可由本领域技术人员根据实际情况现场通过触摸屏等输入设备进行设定。

较优地，在条件A中，所述第一预设时间为10秒，所述预设段数为5段；在条件B中，所述第二预设时间为0.5秒。

具体地，对于条件A而言，如果在一定时间内出现频率较低的几次接地故障报警(比如10秒内少于3次)，即未超过一定次数的接地故障报警，则不认为出现接地故障，即不满足条件A，系统不会停车(即关断电源控制系统)。

对于条件B而言，当出现一次接地故障报警时，控制器内部开始计时，如果该次接地故障报警的持续时间不超过一定时间(如500ms)，则不认为出现接地故障，即不满足条件B，系统不会停车；如果该次接地故障报警的持续时间超过一定时间(如500ms)，即满足条件B，则认为发生了倒棒或者短路，需要使系统停车。

但是，如果在一定时间内出现频率较高的接地故障报警(比如10秒内多于5次)，即满足条件A，即使每次接地故障报警的时间(即各段接地故障开关量信号的持续时间)不超过一定时间(如500ms)，即不满足条件B，也会认定为频繁出现电弧，需要使系统停车。

上述智能控制方案在保证绝对安全的情况下最大限度的减少了系统误报接地故障的可能性，保证了整个系统的正常运行，而不会因为出现短时拉弧而造成停车，相应提高了生产效率。

本实施例中，所述转换与判断单元200还用于将采集单元100采集到的对地泄漏电流信号转换成标准电流信号后发送给控制器300。所述控制器300还用于通过以太网和交换机将所述标准电流信号传递给上位机400，以利用上位机400根据所述标准电流信号对所述对地泄漏电流进行监控、存储和显示。由于上位机400接收的标准电流信号与实时采集的对地泄漏电流信号相对应，故而能够对标准电流信号进行处理以还原出对地泄漏电流信号的实际变化情况，并能对其进行监控、存储和显示。

较优地，所述采集单元100采用电流互感器3，所述转换与判断单元200采用电流变送器，所述控制器300采用PLC。

由于包含有采集单元、转换与判断单元，以及控制器，本实施例所述装置具有以下功能：

1)实时显示还原炉电源控制系统对大地之间的泄漏电流值。

具体地，将电源控制系统对大地之间的泄漏电流通过高精度的电流互感器进行实时采集，采集到的对地泄漏电流信号为0-1A的电流信号，然后通过电流变送器将0-1A的对地泄漏电流信号转化为4-20mA的标准电流信号并传输至PLC，再通过PLC与上位机的通讯来实现对地泄漏电流值的实时显示功能，进而监控对地泄漏电流值，以及在上位机中进行实时记录。

2)接地故障报警

在正常的生产过程中，排除发生直接倒棒的情况，硅棒都是缓慢生长的，硅棒距离还原炉炉壁或者炉底盘越来越近的时候，硅棒带电体对大地之间会出现瞬间放电，即产生拉弧现象。本实施例所述装置可以通过采集硅棒带电体对大地之间的泄漏电流，来判断是瞬时的放电过程，还是出现接地故障，而短时、少次的瞬时放电过程不会影响还原炉的正常运行，接地故障则会严重影响还原炉的正常运行，因此需要对其进行甄别，并进行相应的预警及报警，以通知操作人员及时的进行调整，从而采取相应的处置措施，进而关闭电流控制系统，避免对地泄漏电流增大，导致触发接地故障。

本实施例中，可以为每一台还原炉的电源控制系统配置一套小型PLC，以接收电流变送器发送的转换后的对地泄漏电流信号(即标准电流信号)和接地故障开关量信号，而对地泄漏电流信号由电流互感器进行实时采集，再由电流变送器判断所述对地泄漏电流值是否超过其内预设的报警触发值，并在超过时持续发送接地故障开关量信号至PLC，PLC则在接地故障开关量信号满足预设条件时控制电源系统的关断。此外，PLC同时还可以将转换后的对地泄漏电流信号通过以太网和交换机传递给上位机，由上位机记录对地泄漏电流的历史趋势。

实施例2：

如图3所示，本实施例提供一种与实施例1所述装置相对应的还原炉电源接地保护方法，包括如下步骤：

S101.实时采集电源控制系统零线与大地之间的接地电阻上流过的对地泄漏电流信号。

S102.判断所述对地泄漏电流值是否超过预设的报警触发值，并在超过时持续发送接地故障开关量信号，直至不超过为止。

S103.接收所述接地故障开关量信号并判断其是否满足预设的条件，并在满足时发出关断信号至电源控制系统，以使其停止工作。而且，在发出关断信号的同时，还可以进行报警，具体可通过声警报、光警报或者声光警报的形式进行报警。

在步骤S103中，所述预设的条件具体包括条件A和条件B，其中，

所述条件A为，在第一预设时间内接收到超过预设段数的接地故障开关量信号；所述条件B为，接收到的单段接地故障开关量信号的持续时间超过第二预设时间。

则本步骤中，所述接地故障开关量信号满足预设的条件具体为，所述接地故障开关量信号满足条件A和条件B中的至少一者。

较优地，在条件A中，所述第一预设时间为10秒，所述预设段数为5段；在条件B中，所述第二预设时间为0.5秒。

上述智能控制方案在保证绝对安全的情况下最大限度的减少了系统误报接地故障的可能性，保证了整个系统的正常运行，而不会因为出现短时拉弧而造成停车，相应提高了生产效率。

此外，所述方法还可包括如下步骤：

S104.将采集到的对地泄漏电流信号转换成标准电流信号；

S105.通过以太网和交换机将所述标准电流信号传递给上位机；

S106.利用上位机根据所述标准电流信号对所述对地泄漏电流进行监控、存储和显示。

需要说明的是，上述步骤的顺序只是为了说明本实施例而提出的一个具体实例，本发明对上述步骤的顺序不做限定，本领域技术人员在实际应用中可按需对其进行调整。例如，步骤S102可以与步骤S104同时进行，也可以在步骤S104以后进行。

综上所述，本发明所述还原炉电源接地保护装置和方法在还原炉电源控制系统运行过程中出现对地放电后，通过对电源控制系统中的接地电阻上流过的对地泄漏电流进行取样检测，然后进行相应的故障判断，从而能够对故障点进行排除，最大限度的避免出现接地误报警，保障还原炉电气系统正常运行。

而且，发明人发现，利用本发明对现有还原炉电源控制系统进行改造后，经过相关验证工作得知，该接地保护装置及方法在实施后完全达到了预想，应用效果较好。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种还原炉电源接地保护装置，其特征在于，包括采集单元、转换与判断单元，以及控制器，所述采集单元用于实时采集电源控制系统零线与大地之间的接地电阻上流过的对地泄漏电流信号；所述转换与判断单元用于判断所述对地泄漏电流值是否超过其内预设的报警触发值，并在超过时持续发送接地故障开关量信号至控制器，直至不超过为止；所述控制器用于判断其接收到的接地故障开关量信号是否满足其内预设的条件，并在满足时发出关断信号至电源控制系统，以使其停止工作。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器内预设的条件具体包括条件A和条件B，

所述条件A为，在第一预设时间内接收到超过预设段数的接地故障开关量信号；

所述条件B为，接收到的单段接地故障开关量信号的持续时间超过第二预设时间；

所述控制器具体用于在接收到的接地故障开关量信号满足条件A和条件B中的至少一者时，发出关断信号至电源控制系统。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，在条件A中，所述第一预设时间为10秒，所述预设段数为5段；在条件B中，所述第二预设时间为0.5秒。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述转换与判断单元还用于将采集单元采集到的对地泄漏电流信号转换成标准电流信号后发送给控制器；所述控制器还用于通过以太网和交换机将所述标准电流信号传递给上位机，以利用上位机根据所述标准电流信号对所述对地泄漏电流进行监控、存储和显示。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述采集单元采用电流互感器，所述转换与判断单元采用电流变送器，所述控制器采用PLC。

6.一种还原炉电源接地保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

实时采集电源控制系统零线与大地之间的接地电阻上流过的对地泄漏电流信号；

判断所述对地泄漏电流值是否超过预设的报警触发值，并在超过时持续发送接地故障开关量信号，直至不超过为止；

接收所述接地故障开关量信号并判断其是否满足预设的条件，并在满足时发出关断信号至电源控制系统，以使其停止工作。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设的条件具体包括条件A和条件B，

所述条件A为，在第一预设时间内接收到超过预设段数的接地故障开关量信号；

所述条件B为，接收到的单段接地故障开关量信号的持续时间超过第二预设时间；

所述接地故障开关量信号满足预设的条件具体为，所述接地故障开关量信号满足条件A和条件B中的至少一者。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在条件A中，所述第一预设时间为10秒，所述预设段数为5段；在条件B中，所述第二预设时间为0.5秒。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

将采集到的对地泄漏电流信号转换成标准电流信号；

通过以太网和交换机将所述标准电流信号传递给上位机；

利用上位机根据所述标准电流信号对所述对地泄漏电流进行监控、存储和显示。