耿怀银
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摘要：现阶段，多晶硅的生产主要采用的是改良西门子法，还原炉是它的重要设备。本文针对现有技术中存在的不足，简述一种多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，用以解决多晶硅还原炉硅芯击穿打火，电压高的问题，本文将对它的系统研制的几方面及其实际应用作出简要的分析，这有助于我国对目前还并不完善的多晶硅还原炉电气系统更加重视。
关键词：多晶硅还原炉；高压及调功接地检测系统；研制
前言
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。对于如何提高多晶硅的产量，降低它对能源的消耗，成为了我国多晶硅行业的难题。
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。
背景技术：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。
真空断路器：真空短路器是高压开关柜的核心，它的原理是触头在真空之中能够断开电路。它的实际应用中对于参数的选择是额定电流达到整流变压器的一次侧额定线的若干倍。整体多为手车式，这样可以方便工作人员的检查和修理。
整流变压器微机保护装置：整流变压器微机保护装置是针对过电流进行的保护，多电流主要分为两段，在第一段过电流保护，电流数值达到，真空断路器会立即起到作用，切断10kV电源，从而保护变压器，而在第二段的电流保护，是高压测过电流的定时限保护，在电流数值达到()，会延时跳真空断路器，切断10kV电源。
还原炉预加热装置：还原炉的预加热装置是给石墨棒进行还原预加热，一般在炉内会有两根石墨棒，在整体开始之前，低压大电流会通过这两根石墨棒，通过这两根石墨棒对整个还原炉进行加热。因为硅芯的半导体性质，所以在温度提升时，它的电阻与电阻率都会有所下降。如果调功器对其作用一定中压，那么这股中压就会将硅芯击穿，而后贯通。中压调功器对十二对硅芯的电流产生自动的控制效果，还原炉就可以开始生产工作。
这种常用的方法在实际应用中很容易操作，可是多晶硅的纯度会有所下降，这是因为在通电和加温的过程里，石墨棒会产生一些杂质原子，这些杂质原子能够弥漫在还原炉内，并且融入所产生的多晶硅中。
中压调功器的组成及作用：在还原炉的实际工作当中，对硅芯产生温度的影响因素主要有原料的输入让温度降低、电阻的变化以及循环冷却系统及水系统温度等，而硅芯的温度对于整个生产过程是极为重要的，所以我们需要调功板DSP、可编程控制器PLC与晶闸管整流器共同组成了中压调功器。它的作用就是对硅芯的温度进行控制，让硅芯的温度保持在1050℃到1150℃之间，其中1080℃是最佳的温度。
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。
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。
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。
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。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动作值判断是否发生打火放电。
正常加热调压电源系统通过真空断路器QF与硅棒负载联接，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。
技术关键点和保护点
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。
有益效果
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。
图 1：高压及调功接地检测系统的电路图
结语
多晶硅还原炉高压及调功接地检测系统，对还原炉内接地情况通过对电极对地电压测量判断炉内硅棒靠壁情况，保证还原炉桶安全。多晶硅还原炉的进一步改良和发展，有助于我国多晶硅生产得更加高效，有助于攻克这一难题。
参考文献：
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[2].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.
[3].伍超林.一种多晶硅还原炉电源柜的制作方法.
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