單晶爐功率柜水冷電纜節能改造技術研究

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、周圍的導線、導線外橡膠管等組成，其內部熱量較大，表面熱量小，水纜內部熱量由冷卻循環水帶走，必須杜絕發生由于水流不暢造成電極溫度過高燒壞底板的安全事故，提高設備運行的可靠性；同時，水冷電纜相比普通電纜連接耗電指標高，隨著光伏行業利潤的擠壓，節能至關重要，生產部門對單晶爐功率柜水冷電纜提出了節能改造的急迫要求。

關鍵詞：單晶爐；水冷電纜；冷卻循環水；節能改造

1 前言

公司單晶爐設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、周圍導線、導線外橡膠管等組成；單晶爐水冷電纜使用內循環水，水冷電纜在長時間大負荷工作狀態下，內部導線產生熱膨脹并發生銹蝕甚至斷線，造成單晶爐設備長期運行過程中存在重大設備安全隱患。同時，水冷電纜特點是：輸電流大，其內部熱量較大，表面熱量小，水纜內部熱量由冷卻循環水帶走，長期使用后會發生內部導電電阻變大，水纜有電壓差增加導致電量浪費現象，但隨著光伏行業利潤擠壓，加工成本大幅度降低，設備節能運行工況至關重要。

2 材料選用與技術方案

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，進行導電性能、載流量、安全機械強度、化學穩定性及抗震性、安裝難易程度、行業應用情況、材料單價（元/m）、使用數量（m）、加工費用（元）等方面性價比對比分析后，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，預計每臺單晶爐使用32m，市場價113元/m，鋁母排材料費用約3616元；采用1×240mm2VLV鋁芯線使用128m（16根，8m/根），市場價18.5元/m，鋁芯線材料費用：2368元；采用1×185mm2BVR銅芯線柔性好使用112m（14根，8m/根），市場價：166元/m，銅芯線材料費用18592元；采用TMY120×12銅母排使用16m（8m/根），市場價830元/m，銅母排費用合計13280元；上述數據得出：在安全負荷載流量保證的情況下，鋁芯線價格最低；

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

（3）采用母排聯接時，因大電流流會在兩母排之間產生電磁力，會引起單晶爐下爐體振動，給拉晶造成嚴重影響；

（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完全符合要求。

2.2 技術方案

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，同時對接頭進行絕緣防護處理；考慮電纜布線的安全及正負級明顯辨識，對鋁電纜進行顏色區分安裝，紅色代表正極輸出，黃色表示負極輸出，并梳理線路和間隔固定；在完成安裝后，用絕緣漆對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，能夠有效杜絕發生由于水流不暢造成的電極溫度過高、水纜斷線故障等設備安全事故。

3 節能成效與經濟效益

3.1 節能成效明顯

（1）改造后對單晶爐生產工藝無影響，在實際等徑狀態下，有功功率有2kW左右下降；

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

（3）由于電纜電壓壓差的降低，在功率不變的狀態下，設備熱場實際消耗電流也相應降低；

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

3.2 經濟效益顯著

技改方案實施后，經設備技術人員現場測試，按每爐運行70小時計算，每運行一爐較未改造前電能減少損耗350度，共40臺單晶爐，按每臺每月開爐10爐，每月降低電能損耗14萬度電，按公司目前單位電價0.45元/度計算，40臺設備每月可節省電費6.3萬元左右，同時每月減少電氣配件維修成本2.7萬元；合計每月節約生產成本9萬元，全年共計節約生產成本108萬元。

4 結語

公司單晶爐功率柜已改造20臺，試運行了一年半，設備運行穩定可靠。實踐證明單晶爐功率柜水冷電纜節能改造技術方案完全能夠滿足生產工藝要求，具有顯著的節能效果與經濟效益，并能有效降低單晶爐電源柜故障發生率，大大增加設備運行可靠性；后期公司技術人員將繼續對其進行監測，并進行批量性技術改造。

參考文獻

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（作者單位：新疆昌吉職業技術學院）