單晶爐功率柜水冷電纜節(jié)能改造技術(shù)研究

李燕

摘 要：單晶爐功率柜使用水冷電纜連接加熱器電極，水冷電纜由中心的冷卻水管、周圍的導(dǎo)線、導(dǎo)線外橡膠管等組成，其內(nèi)部熱量較大，表面熱量小，水纜內(nèi)部熱量由冷卻循環(huán)水帶走，必須杜絕發(fā)生由于水流不暢造成電極溫度過高燒壞底板的安全事故，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性；同時(shí)，水冷電纜相比普通電纜連接耗電指標(biāo)高，隨著光伏行業(yè)利潤的擠壓，節(jié)能至關(guān)重要，生產(chǎn)部門對(duì)單晶爐功率柜水冷電纜提出了節(jié)能改造的急迫要求。

關(guān)鍵詞：單晶爐；水冷電纜；冷卻循環(huán)水；節(jié)能改造

1 前言

公司單晶爐設(shè)備均使用水冷電纜連接加熱器電極，水冷電纜由中心冷卻水管、周圍導(dǎo)線、導(dǎo)線外橡膠管等組成；單晶爐水冷電纜使用內(nèi)循環(huán)水，水冷電纜在長時(shí)間大負(fù)荷工作狀態(tài)下，內(nèi)部導(dǎo)線產(chǎn)生熱膨脹并發(fā)生銹蝕甚至斷線，造成單晶爐設(shè)備長期運(yùn)行過程中存在重大設(shè)備安全隱患。同時(shí)，水冷電纜特點(diǎn)是：輸電流大，其內(nèi)部熱量較大，表面熱量小，水纜內(nèi)部熱量由冷卻循環(huán)水帶走，長期使用后會(huì)發(fā)生內(nèi)部導(dǎo)電電阻變大，水纜有電壓差增加導(dǎo)致電量浪費(fèi)現(xiàn)象，但隨著光伏行業(yè)利潤擠壓，加工成本大幅度降低，設(shè)備節(jié)能運(yùn)行工況至關(guān)重要。

2 材料選用與技術(shù)方案

2.1 材料選用

材料選用分析：選用1×185mm2BVR銅芯線、1×240mm2VLV鋁芯線、LMY10×120鋁母排、TMY12×120的銅母排4種材料，進(jìn)行導(dǎo)電性能、載流量、安全機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性及抗震性、安裝難易程度、行業(yè)應(yīng)用情況、材料單價(jià)（元/m）、使用數(shù)量（m）、加工費(fèi)用（元）等方面性價(jià)比對(duì)比分析后，得出以下材料選用方案：

（1）在滿足安全載流量的條件下：采用雙列模式LMY10×120鋁母排，預(yù)計(jì)每臺(tái)單晶爐使用32m，市場(chǎng)價(jià)113元/m，鋁母排材料費(fèi)用約3616元；采用1×240mm2VLV鋁芯線使用128m（16根，8m/根），市場(chǎng)價(jià)18.5元/m，鋁芯線材料費(fèi)用：2368元；采用1×185mm2BVR銅芯線柔性好使用112m（14根，8m/根），市場(chǎng)價(jià)：166元/m，銅芯線材料費(fèi)用18592元；采用TMY120×12銅母排使用16m（8m/根），市場(chǎng)價(jià)830元/m，銅母排費(fèi)用合計(jì)13280元；上述數(shù)據(jù)得出：在安全負(fù)荷載流量保證的情況下，鋁芯線價(jià)格最低；

（2）鋁母排各連接敷設(shè)方式為硬連接，導(dǎo)電性能相比銅母排較差并散熱性能較低，如外部不裝設(shè)絕緣套管，將增加設(shè)備安全運(yùn)行及檢修風(fēng)險(xiǎn)；如加裝絕緣套管，將不利于鋁母排散熱；

（3）采用母排聯(lián)接時(shí)，因大電流流會(huì)在兩母排之間產(chǎn)生電磁力，會(huì)引起單晶爐下爐體振動(dòng)，給拉晶造成嚴(yán)重影響；

（4）鋁母排成品材料一根3m，如需使用還得連接，加工和安裝工作困難。

基于以上分析，技術(shù)方案采用1×240mm2VLV鋁芯纜材料改造，母排鏈接部位做好絕緣防護(hù)完全符合要求。

2.2 技術(shù)方案

將兩根水冷電纜改成鋁芯電纜，單晶爐電極與電纜之間用母排連接固定，每根水冷電纜替換為8根1×240mm?VLV鋁芯電纜，電纜接頭鼻子采用銅鋁過渡線鼻，可保證接觸良好，同時(shí)對(duì)接頭進(jìn)行絕緣防護(hù)處理；考慮電纜布線的安全及正負(fù)級(jí)明顯辨識(shí)，對(duì)鋁電纜進(jìn)行顏色區(qū)分安裝，紅色代表正極輸出，黃色表示負(fù)極輸出，并梳理線路和間隔固定；在完成安裝后，用絕緣漆對(duì)改造母排連接處做好絕緣處理，防止觸電、拉弧等安全事故。

通過改造，能夠有效杜絕發(fā)生由于水流不暢造成的電極溫度過高、水纜斷線故障等設(shè)備安全事故。

3 節(jié)能成效與經(jīng)濟(jì)效益

3.1 節(jié)能成效明顯

（1）改造后對(duì)單晶爐生產(chǎn)工藝無影響，在實(shí)際等徑狀態(tài)下，有功功率有2kW左右下降；

（2）鋁芯電纜改造后，相對(duì)水冷電纜負(fù)載內(nèi)阻下降，具體體現(xiàn)為電纜壓差的下降，基本可保持1.5V的降低；

（3）由于電纜電壓壓差的降低，在功率不變的狀態(tài)下，設(shè)備熱場(chǎng)實(shí)際消耗電流也相應(yīng)降低；

（4）本次線纜材料含改造費(fèi)用約2500元/臺(tái)，原配置的水冷電纜約10000元/臺(tái)，設(shè)備備件價(jià)格相比大幅度降低；

3.2 經(jīng)濟(jì)效益顯著

技改方案實(shí)施后，經(jīng)設(shè)備技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，按每爐運(yùn)行70小時(shí)計(jì)算，每運(yùn)行一爐較未改造前電能減少損耗350度，共40臺(tái)單晶爐，按每臺(tái)每月開爐10爐，每月降低電能損耗14萬度電，按公司目前單位電價(jià)0.45元/度計(jì)算，40臺(tái)設(shè)備每月可節(jié)省電費(fèi)6.3萬元左右，同時(shí)每月減少電氣配件維修成本2.7萬元；合計(jì)每月節(jié)約生產(chǎn)成本9萬元，全年共計(jì)節(jié)約生產(chǎn)成本108萬元。

4 結(jié)語

公司單晶爐功率柜已改造20臺(tái)，試運(yùn)行了一年半，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。實(shí)踐證明單晶爐功率柜水冷電纜節(jié)能改造技術(shù)方案完全能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，具有顯著的節(jié)能效果與經(jīng)濟(jì)效益，并能有效降低單晶爐電源柜故障發(fā)生率，大大增加設(shè)備運(yùn)行可靠性；后期公司技術(shù)人員將繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行批量性技術(shù)改造。

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（作者單位：新疆昌吉職業(yè)技術(shù)學(xué)院）