硅单晶生长炉谐波治理技术方案分析.doc

硅单晶生长炉谐波治理技术方案分析 改变了大多数厂家采取传统的L—C滤波器进行治理谐波的思路,避免了发生滤波器谐波过载及各单晶炉问电气设备产生 串,并联谐振现象,从而对公司产生了良好的经济与社会效益. 关键词:单晶硅;单晶生长炉;谐波治理;无功补偿;晶闸管投切滤波回路 中图分类号:TM935文献标识码:A文章编号:1009—9549(20o8)01—00”I3—02 单晶硅也称硅单晶(Silicon),硅元素是地球地 壳中仅次于H和O含量以外的元素,随着社会的发 展,人们日益地认识到硅具有半导体的性质,单晶 硅已渗透到国民经济和国防科技中各个领域,当今 全球超过2000亿美元的电子通信半导体市场中 95%以上的半导体器件及99%以上的集成电路使 用硅材料. 单晶硅的制法通常是先制得多晶硅或无定形 硅,然后用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长出棒 状单晶硅.目前,国内主要单晶硅生产企业厂家中 单晶炉加热器系统的电源大多采用直流供电,由三 相干式变压器经三相可控硅(晶闸管)桥式整流电 路将交流电整流为直流电供单晶炉冶炼并拉制出 单晶棒.如果单晶炉设备功率柜采用了三相可控 硅桥整流,当单晶炉设备同时冶炼拉晶工作时,就 会产生大量的谐波电流,污染电网,危害设备,并且 谐波含量与可控硅的导通角度有关,即:单晶炉在 熔料时谐波含量随着熔料的功率增加而增大.经 过从单晶炉低压开关配电柜的350A空气断路器的 电源进线端处实地现场测试发现(未投入谐波治理 及无功补偿柜): 1.谐波电流:5次,7次,11次谐波电流严重超 标,按工况不同谐波总电流畸变率约23—35%; 2.谐波电压:5次,7次谐波电压超标,按工况 不同谐波总电压畸变率约5—7%; 3.功率因数很低,只有0.55左右. 一 ,谐波产生的原因 谐波主要是由于大容量的整流或换流设备以 及其他非线性负载工作导致电流波形畸变造成的. 对这些畸变的交流量进行傅立叶级数分解,即可得 频率为50HZ的基波分量和频率为基波频率整数倍 (N倍)的谐波分量. 二,高次谐波对系统的危害 1.影响供电系统的稳定运行.供配电系统中 的电力线路与电力变压器一般采用电磁继电器,感 应式继电器或者是微机保护进行检测保护,在系统 中这些都属于敏感元件,继电器受到高次谐波的影 响容易产生误动作,微机保护由于采用了整流采用 电路,极易受到谐波的影响导致误动作,因此高次 谐波的存在严重威胁着供配电系统的稳定与安全 运行. 2.影响电网的质量.高次谐波能使电网的电 压与电流波形发生畸变,另外相同频率的谐波电压 和电流要产生同次谐波的有功功率和无功功率,从 而降低电网电压,增加线路损耗,浪费电网容量. 3.影响供电系统的无功补偿.当高次谐波注 入电网时容易造成变电站高压电容过电流和过负 荷,使电容异常发热,谐波的存在还会加快电容器 绝缘介质的老化,缩短电容的使用寿命. 4.影响电力变压器的使用.高次谐波的存在 会使电力变压器的铜损和铁损增加,直接影响变压 器的使用容量和使用效率,还会造成变压器噪声增 加,缩短变压器的使用寿命. 5.影响用电设备的工作质量.谐波会造成异 步电动机效率下降,噪声增大,使低压开关设备产 生误动作,尤其是对工业企业自动化的正常通讯造 成干扰,影响电力电子设备的准确性. 三,谐波治理技术方案设计与分析 1.单晶炉设备运行工况概述.单晶炉设备的 电气控制采用三相晶闸管可控整流电路,晶闸管可 控整流电路是一个非线性的冲击型负载,产生流入 电网的高次谐波电流,同时消耗大量的无功功率, 谐波电流在电网的阻抗上产生了谐波电压,引起电 网电压畸变,严重影响电网质量和设备的运行安 收稿日期.’2007—05—12 作者简介:曾勇(1973一),男,四川陇昌县人,本科,工程师,主要从事工业电气自动化研究. 73 新疆职业大学 2.方案设计.针对以上情况,笔者在实际工作 中认识到谐波治理的重要性和迫切性,提出了对单 晶炉设备进行谐波治理及对基波无功功率补偿的 设计方案并在本企业单晶硅生产车间付诸实施. 本方案依据企业单晶炉实际生产运行情况:实际最 大加热功率为150KW;最大输出电流为3000A;正常 熔料功率为110KW;等径功率为75—80Kw;以及单 台供电变压器(2000KVA)的短路电流是440A的工 况,采用了每台单晶炉就地开关配电柜旁安装调谐 5次滤波柜一组,及在供电母线上安装一套TSF型 动态滤波及无功补偿设施.本方案改变了大多数 厂家采取传统的L—C滤波器治理谐波方案,避免 了发生滤波器谐波过载,及各单晶炉之间电气设备 产生串,并联谐振现象. 3.技术特点分析.由于谐波源即各单晶炉功 率柜属于多台负荷并联运行,而且每台负载功率因 数较低,只有0.5左右;另外每台负载谐波含量较 高,5次谐波电流达到了基波的