CN216160803U - 一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，对现有多晶硅还原炉，高压启动过程中接地打火造成电极绝缘套击穿损坏问题，改变高压时系统接地方式，降低高压系统对地电压，从而避免电极打火，提高还原炉启炉成功率。对还原炉运行后期接地电流检测无法准确反应炉内接地情况，通过增加电极电压测量比较功能，保障还原炉安全稳定运行。

Description

一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统

技术领域

本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，尤其涉及一种多晶硅还原炉高压及调功接地监测系统。

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。多晶硅生产过程中，还原炉硅芯加热电源首先需要解决硅芯击穿问题，为此硅芯击穿一般采用加热击穿和高压电击穿方式，其中高压电击穿方式国内使用普遍使用。

现有的多晶硅还原炉硅芯高压电源击穿启动方式，主要采用升压变压器作为启动电源，其高压电源连接方式为高压启动变压器并联非接地方式运行，每1台高压电源对应击穿1对或2对硅芯，在4组或6组高压电源同时击穿所有硅芯后交由电压可调的调功电源对硅芯提供电源，因为非接地电源系统，在发生电极或底盘打火时，容易造成系统电压的抬高，造成电极绝缘套或瓷环的击穿，也就成为目前多晶硅生产行业迫切解决的问题。

目前大多数多晶硅原炉交流电源系统通过高压启动电源系统和电压可调的调功电源组合使用作为多晶硅还原炉硅芯击穿和硅芯生产加热电源，还原炉正常运行调功电源常用的接地检测方式为变压器绕组通过接地电阻接地，通过测量流过接地电阻的电流来检测炉内接地情况，这种检测方式在还原炉运行前期负载电压高时可以准确反馈炉内接地情况，但实际负载电压降低接地动作电压下限后，将无法准确反映炉内接地情况，造成炉内硅棒靠壁无法检测烧毁炉桶等安全事故。

参考文献：

毛涛涛李超林.浅谈大功率多晶硅还原炉电源系统；

郭光伟胡西军石天顺沈正国尹学飞谈寿套CN1085535590A,多晶硅还原炉内接地检测系统方法；

伍超林，一种多晶硅还原炉电源柜的制作方法。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，提供一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，应用于多种多晶硅还原炉，用以解决多晶硅还原炉硅芯击穿打火，电压高的问题，通过高压电源系统接地方式，增加高压时接地检测的功能，从而降低电极损坏的可能性。此外，通过对电极对地电压测量判断炉内硅棒靠壁情况，及时了解还原炉内接地情况，保证还原炉桶安全。

一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，包括：电连接的功率调节模块、硅芯负载、切换接触器、高压电源模块、高压接地检测模块、硅棒电压检测模块和高压控制柜，所述高压接地检测模块包括高压接地接触器和接地检测电流互感器；所述系统中包括4台高压电源模块，用于提供4对硅芯或8对硅芯的高压击穿电源；或者，所述系统中包括6台高压电源模块，用于提供6对硅芯或12对硅芯的高压击穿电源；

所述高压电源模块采用0电位接地方式接地，所述系统的接地点设置在高压电源模块内部，通过高压接地接触器合闸，经过接地检测电流互感器后接入大地；其中，所述高压电源模块和硅芯负载通过高压电源接触器和切换接触器连接，为所述硅芯负载提供高压击穿电源。

进一步地，在一种实现方式中，所述硅芯负载通过隔离断路器与功率调节模块连接，为硅棒正常生长提供调压电源；所述系统还包括功率柜接地检测单元，所述功率调节模块通过功率柜接地检测单元接地。

进一步地，在一种实现方式中，所述功率柜接地检测单元包括接地电流互感器和控制柜；所述功率柜接地检测单元将正常流过接地电流互感器的第一实际电流Ig1，上传至所述控制柜与设定电流Iset比较，若所述第一实际电流Ig1大于设定电流Iset，确定炉内发生接地情况。具体的，本实施例中，所述设定电流Iset通过上位机触摸屏设定。

进一步地，在一种实现方式中，所述硅棒电压检测模块包括电压检测真空接触器，即第一测量接触器、第二测量接触器、第三测量接触器、第四测量接触器和第五测量接触器，所述硅棒电压检测模块还包括电压互感器；

进一步地，在一种实现方式中，所述高压电源模块内接入硅棒电压检测模块中的电压检测真空接触器，当还原炉运行时，通过闭锁装置控制所述切换接触器吸合后，所述电压检测真空接触器逐个吸合，实现对炉内硅芯负载电极点位对地电压的检测；

所述硅芯负载电极点位包括第一电极、第二电极、第三电极、第四电极和第五电极；每个所述硅芯负载电极点位与电压检测真空接触器一一对应；

所述高压电源模块包括第一组高压电源、第二组高压电源、第三组高压电源和第四组高压电源；其中，第一组高压电源为第一对硅棒提供高压电源，所述第二组高压电源为第二对硅棒提供高压电源，所述第三组高压电源为第三对硅棒提供高压电源，所述第四组高压电源为第四对硅棒提供高压电源；

所述第一对硅棒、第二对硅棒、第三对硅棒和第四对硅棒设置于硅芯负载中。

进一步地，在一种实现方式中，所述高压控制柜包括PLC控制器、电流变送器和电压变送器；

所述电流变送器与高压接地检测模块中的接地检测电流互感器相连，用于将高压启动时检测到的对地电流送入PLC控制器；

所述电压变送器与硅棒电压检测模块中的电压互感器相连，用于将电压检测真空接触器吸合时检测到的硅芯负载电极点位的点位电压送入PLC控制器。

进一步地，在一种实现方式中，当检测到所述电压检测真空接触器吸合后，即通过实时记录所述电压互感器和电压变送器，并送入所述PLC控制器，实现对硅芯负载电极点位的点位电压的对应保存功能；所述硅芯负载电极点位的点位电压包括第一电位、第二电位、第三电位、第四电位和第五电位。

进一步地，在一种实现方式中，通过所述PLC控制器比较记录的硅芯负载电极点位的点位电压，即所述第一电位、第二电位、第三电位、第四电位和第五电位与功率调节模块的系统电压的关系，并逐个比较所述第一电极、第二电极、第三电极、第四电极和第五电极的点位电极对地电压，判断炉内硅棒接地情况。

进一步地，在一种实现方式中，在进行硅芯高压启动时，若发生电极或硅芯对地放电，接地电流通过大地构成回路，实现硅芯高压过程的接地保护功能；通过所述接地检测电流互感器将高压启动时检测到的对地电流送入高压控制柜中的PLC控制器，所述 PLC控制器比较实际电流Ig与设定电流Iset，判断是否发生打火放电。

进一步地，在一种实现方式中，当所述系统正常运行时，即接地电流为0或为设定电流Iset时，所述功率调节模块的系统电压等于测量第一电极的第一电位；

当发生硅棒靠壁时，硅棒顶部即某一对硅芯负载中间位置接地，此时接地位置硅棒两侧电极对地电压降低，所述硅芯负载的第5电极对地电压升高，以所述第二电位、第三电位之间的硅棒为例，即当检测到所述第二电位、第三电位电压低于硅芯负载的第5 电极对地电压的第五电位时，确定炉内第二对硅棒硅棒靠壁的情况发生。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，通过高压电源模块直接接地方式，及增加高压时接地检测的功能，降低电极损坏和高压柜熔断器故障，提高还原炉后期接地检测准确度，保障还原炉安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统的结果示意图；

图2是本实用新型提供的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统的高压系统接地电流检测电路原理图；

图3是本实用新型提供的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统的还原炉电极电压检测电路原理图。

其中，1-功率调节模块，2-硅芯负载，3-切换接触器，4-高压电源模块，5-高压接地检测模块，6-硅棒电压检测模块，7-高压控制柜，8-功率柜接地检测单元。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本申请实施例公开一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，应用于多种多晶硅还原炉。本实用新型通过将系统接地点设置在高压电源装置内部，并将高压系统接地点通过接地检测电流互感器后接入大地，以实现硅芯高压过程的接地保护功能。

本实用新型提供一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，应用于多种多晶硅还原炉，其中高压电源系统可以是4台高压电源系统或6台高压电源系统组成，其中4台高压电源系统用于4对硅芯或8对硅芯的高压击穿电源，6台高压电源系统用于6对硅芯或最多12对硅芯的高压击穿电源，本实例电路详见图1以4台高压电源系统为例。

本实施例提供的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，包括：电连接的功率调节模块1、硅芯负载2、切换接触器3、高压电源模块4、高压接地检测模块5、硅棒电压检测模块6和高压控制柜7，所述高压接地检测模块5包括高压接地接触器51和接地检测电流互感器52；所述系统中包括4台高压电源模块4，用于提供4对硅芯或8对硅芯的高压击穿电源；或者，所述系统中包括6台高压电源模块，用于提供6对硅芯或 12对硅芯的高压击穿电源；

所述高压电源模块4采用0电位接地方式接地，所述系统的接地点设置在高压电源模块4内部，通过高压接地接触器51合闸，经过接地检测电流互感器52后接入大地；其中，所述高压电源模块4和硅芯负载2通过高压电源接触器41和切换接触器3连接，为所述硅芯负载2提供高压击穿电源。

本实施例所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统中，所述硅芯负载2通过隔离断路器12与功率调节模块1连接，为硅棒正常生长提供调压电源；所述系统还包括功率柜接地检测单元8，所述功率调节模块1通过功率柜接地检测单元8接地。

本实施例所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统中，所述功率柜接地检测单元8包括接地电流互感器81和控制柜82；所述功率柜接地检测单元8将正常流过接地电流互感器81的第一实际电流Ig1，上传至所述控制柜82与设定电流Iset比较，若所述第一实际电流Ig1大于设定电流Iset，确定炉内发生接地情况。

本实施例所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统中，所述硅棒电压检测模块6包括电压检测真空接触器，即第一测量接触器61、第二测量接触器62、第三测量接触器63、第四测量接触器64和第五测量接触器65，所述硅棒电压检测模块6还包括电压互感器66；

本实施例所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统中，所述高压电源模块 4内接入硅棒电压检测模块6中的电压检测真空接触器，当还原炉运行时，通过闭锁装置控制所述切换接触器3吸合后，所述电压检测真空接触器逐个吸合，实现对炉内硅芯负载电极点位对地电压的检测；

所述硅芯负载电极点位包括第一电极21、第二电极22、第三电极23、第四电极24和第五电极25；每个所述硅芯负载电极点位与电压检测真空接触器一一对应；

所述高压电源模块4包括第一组高压电源42、第二组高压电源43、第三组高压电源44和第四组高压电源45；其中，第一组高压电源42为第一对硅棒26提供高压电源，所述第二组高压电源43为第二对硅棒27提供高压电源，所述第三组高压电源44为第三对硅棒28提供高压电源，所述第四组高压电源45为第四对硅棒29提供高压电源；

所述第一对硅棒26、第二对硅棒27、第三对硅棒28和第四对硅棒29设置于硅芯负载2中。

本实施例所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统中，所述高压控制柜7 包括PLC控制器71、电流变送器72和电压变送器73；

所述电流变送器72与高压接地检测模块5中的接地检测电流互感器52相连，用于将高压启动时检测到的对地电流送入PLC控制器71；

所述电压变送器73与硅棒电压检测模块6中的电压互感器66相连，用于将电压检测真空接触器吸合时检测到的硅芯负载电极点位的点位电压送入PLC控制器71。

本实施例所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统中，当检测到所述电压检测真空接触器吸合后，即通过实时记录所述电压互感器66和电压变送器73，并送入所述PLC控制器71，实现对硅芯负载电极点位的点位电压的对应保存功能；所述硅芯负载电极点位的点位电压包括第一电位31、第二电位32、第三电位33、第四电位34和第五电位35。

本实施例所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统中，通过所述PLC控制器71比较记录的硅芯负载电极点位的点位电压，即所述第一电位31、第二电位32、第三电位33、第四电位34和第五电位35与功率调节模块1的系统电压11的关系，并逐个比较所述第一电极21、第二电极22、第三电极23、第四电极24和第五电极25的点位电极对地电压，判断炉内硅棒接地情况。

本实施例所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统中，在进行硅芯高压启动时，若发生电极或硅芯对地放电，接地电流通过大地构成回路，实现硅芯高压过程的接地保护功能；通过所述接地检测电流互感器52将高压启动时检测到的对地电流送入高压控制柜7中的PLC控制器71，所述PLC控制器71比较实际电流Ig与设定电流Iset，判断是否发生打火放电。

本实施例所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统中，当所述系统正常运行时，即接地电流为0或为设定电流Iset时，所述功率调节模块1的系统电压11等于测量第一电极21的第一电位31；

当发生硅棒靠壁时，硅棒顶部即某一对硅芯负载2中间位置接地，此时接地位置硅棒两侧电极对地电压降低，所述硅芯负载2的第5电极25对地电压升高，以所述第二电位32、第三电位33之间的硅棒为例，即当检测到所述第二电位32、第三电位33电压低于硅芯负载2的第5电极25对地电压的第五电位35时，确定炉内第二对硅棒27硅棒靠壁的情况发生。

本实用新型提供的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其中高压启动电源系统因采用0电位接地方式接地，系统接地点设置在高压电源装置内部，详见图1中下半部分，通过真空接触器KM3合闸，经过接地检测电流互感器后接入大地。其中高压启动电源系统和硅芯负载通过高压柜内真开关KM和调功柜内切换开关KM1连接，为硅芯提供高压击穿电源。

本实用新型提供一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，在进行硅芯高压启动时，当发生电极或硅芯对地放电时，接地电流通过大地构成回路，以实现硅芯高压过程的接地保护功能，详见原理图2。通过CT2将测量的高压启动时检测到的对地电流送入 PLC控制器，通过比较实际值与设定电流判断是否发生打火放电。

本实用新型提供一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，正常加热调压电源系统通过真空断路器QF与硅芯负载联接，为硅棒正常生长提供调压电源。其电源变压器二次绕组通过接地电阻接地，正常通过检测CT1接地电流判断炉内接地情况。

本实用新型提供一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，在高压启动电源系统公共母线Z1、Z2、Z3、Z4、Z5上分别增加K1、K2、K3、K4、K5电压检测真空接触器，接入电压检测装置，其设置在高压电源装置内部，在还原炉运行时通过闭锁控制调功柜内切换开关KM1吸合后，逐个控制K1、K2、K3、K4、K5电压检测真空接触器吸合实现对炉内硅芯负载电极对地电压的检测。详见图3。

本实用新型提供一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，当检测到K1、K2、K3、K4、K5电压检测真空接触器吸合后，即通过电压互感器PT和电压变送器送入PLC 控制器实现对Z1、Z2、Z3、Z4、Z5点位电压Uz1、Uz2、Uz3、Uz4、Uz5的对应记录保存功能。

本实用新型提供一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，通过比较记录K1、K2、 K3、K4、K5电压检测真空接触器测量的电极电压对地电压：Uz1、Uz2、Uz3、Uz4、 Uz5与加热调压电源系统电压Us的关系，并且逐个比较Z1、Z2、Z3、Z4、Z5点位电极电压即可判断炉内硅棒接地情况。

本实用新型提供一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，正常运行时接地电流为0或很小时，调压系统电压Us等于测量Z1点对地电压，即：Us＝Uz1；当发生硅棒靠壁时，一般为硅棒顶部即某一对硅芯负载中间位置接地，此时会出现接地位置硅棒两侧电极对地电压降低，Un对地电压升高的情况，以Z2与Z3之间硅棒为例，即当检测到 Uz2、Uz3电压低于Un对地电压Uz5时，即可判断炉内硅棒靠壁的情况发生。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，通过高压电源系统直接接地方式，及增加高压时接地检测的功能，降低电极损坏和高压柜熔断器故障，提高还原炉后期接地检测准确度，保障还原炉安全运行。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其特征在于，包括：电连接的功率调节模块(1)、硅芯负载(2)、切换接触器(3)、高压电源模块(4)、高压接地检测模块(5)、硅棒电压检测模块(6)和高压控制柜(7)，所述高压接地检测模块(5)包括高压接地接触器(51)和接地检测电流互感器(52)；所述系统中包括4台高压电源模块(4)，用于提供4对硅芯或8对硅芯的高压击穿电源；或者，所述系统中包括6台高压电源模块，用于提供6对硅芯或12对硅芯的高压击穿电源；

所述高压电源模块(4)采用0电位接地方式接地，所述系统的接地点设置在高压电源模块(4)内部，通过高压接地接触器(51)合闸，经过接地检测电流互感器(52)后接入大地；其中，所述高压电源模块(4)和硅芯负载(2)通过高压电源接触器(41)和切换接触器(3)连接，为所述硅芯负载(2)提供高压击穿电源。

2.根据权利要求1所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其特征在于，所述硅芯负载(2)通过隔离断路器(12)与功率调节模块(1)连接，为硅棒正常生长提供调压电源；所述系统还包括功率柜接地检测单元(8)，所述功率调节模块(1)通过功率柜接地检测单元(8)接地。

3.根据权利要求2所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其特征在于，所述功率柜接地检测单元(8)包括接地电流互感器(81)和控制柜(82)；所述功率柜接地检测单元(8)将正常流过接地电流互感器(81)的第一实际电流Ig1，上传至所述控制柜(82)与设定电流Iset比较，若所述第一实际电流Ig1大于设定电流Iset，确定炉内发生接地情况。

4.根据权利要求3所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其特征在于，所述硅棒电压检测模块(6)包括电压检测真空接触器，即第一测量接触器(61)、第二测量接触器(62)、第三测量接触器(63)、第四测量接触器(64)和第五测量接触器(65)，所述硅棒电压检测模块(6)还包括电压互感器(66)。

5.根据权利要求4所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其特征在于，所述高压电源模块(4)内接入硅棒电压检测模块(6)中的电压检测真空接触器，当还原炉运行时，通过闭锁装置控制所述切换接触器(3)吸合后，所述电压检测真空接触器逐个吸合，实现对炉内硅芯负载电极点位对地电压的检测；

所述硅芯负载电极点位包括第一电极(21)、第二电极(22)、第三电极(23)、第四电极(24)和第五电极(25)；每个所述硅芯负载电极点位与电压检测真空接触器一一对应；

所述高压电源模块(4)包括第一组高压电源(42)、第二组高压电源(43)、第三组高压电源(44)和第四组高压电源(45)；其中，第一组高压电源(42)为第一对硅棒(26)提供高压电源，所述第二组高压电源(43)为第二对硅棒(27)提供高压电源，所述第三组高压电源(44)为第三对硅棒(28)提供高压电源，所述第四组高压电源(45)为第四对硅棒(29)提供高压电源；

所述第一对硅棒(26)、第二对硅棒(27)、第三对硅棒(28)和第四对硅棒(29)设置于硅芯负载(2)中。

6.根据权利要求5所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其特征在于，所述高压控制柜(7)包括PLC控制器(71)、电流变送器(72)和电压变送器(73)；

所述电流变送器(72)与高压接地检测模块(5)中的接地检测电流互感器(52)相连，用于将高压启动时检测到的对地电流送入PLC控制器(71)；

所述电压变送器(73)与硅棒电压检测模块(6)中的电压互感器(66)相连，用于将电压检测真空接触器吸合时检测到的硅芯负载电极点位的点位电压送入PLC控制器(71)。

7.根据权利要求6所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其特征在于，当检测到所述电压检测真空接触器吸合后，即通过实时记录所述电压互感器(66)和电压变送器(73)，并送入所述PLC控制器(71)，实现对硅芯负载电极点位的点位电压的对应保存功能；所述硅芯负载电极点位的点位电压包括第一电位(31)、第二电位(32)、第三电位(33)、第四电位(34)和第五电位(35)。

8.根据权利要求7所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其特征在于，通过所述PLC控制器(71)比较记录的硅芯负载电极点位的点位电压，即所述第一电位(31)、第二电位(32)、第三电位(33)、第四电位(34)和第五电位(35)与功率调节模块(1)的系统电压(11)的关系，并逐个比较所述第一电极(21)、第二电极(22)、第三电极(23)、第四电极(24)和第五电极(25)的点位电极对地电压，判断炉内硅棒接地情况。

9.根据权利要求8所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其特征在于，在进行硅芯高压启动时，若发生电极或硅芯对地放电，接地电流通过大地构成回路，实现硅芯高压过程的接地保护功能；通过所述接地检测电流互感器(52)将高压启动时检测到的对地电流送入高压控制柜(7)中的PLC控制器(71)，所述PLC控制器(71)比较实际电流Ig与设定电流Iset，判断是否发生打火放电。

10.根据权利要求9所述的一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，其特征在于，当所述系统正常运行时，即接地电流为0或为设定电流Iset时，所述功率调节模块(1)的系统电压(11)等于测量第一电极(21)的第一电位(31)；

当发生硅棒靠壁时，硅棒顶部即某一对硅芯负载(2)中间位置接地，此时接地位置硅棒两侧电极对地电压降低，所述硅芯负载(2)的第5电极(25)对地电压升高，以所述第二电位(32)、第三电位(33)之间的硅棒为例，即当检测到所述第二电位(32)、第三电位(33)电压低于硅芯负载(2)的第5电极(25)对地电压的第五电位(35)时，确定炉内第二对硅棒(27)硅棒靠壁的情况发生。

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