光伏太陽能拉晶車間電氣設(shè)計注意事項

曾為軍

摘要：隨著近年來行業(yè)的高速發(fā)展、國家對電力資源的需求越來越大，在用電高峰期甚至出現(xiàn)需要拉閘限電以保證重要設(shè)施用的的措施，最近國家大力提倡降低碳排放、大力發(fā)展綠色無污染的新能源產(chǎn)業(yè)。光伏新能源行業(yè)得益于這一政策以及市場的大力需求，又恰逢光伏行業(yè)引來多晶向單晶轉(zhuǎn)型以及提倡大尺寸硅片這一系列的變革，光伏新能源行業(yè)目前正處于蓬勃向上發(fā)展的高峰期。在光伏新能源的拉晶、切片、電池片以及組件這四個環(huán)節(jié)中，拉晶車間晶棒的生產(chǎn)是能耗最大而且用電負荷等級要求最高的一個環(huán)節(jié)。下面我就光伏太陽能拉晶車間的電氣設(shè)計需要注意的事項做一些設(shè)計經(jīng)驗分享。

關(guān)鍵詞：光伏太陽能 ;電氣設(shè)計

光伏太陽能行業(yè)中拉晶這一工序環(huán)節(jié)，其主要工序其實原理很簡單，就是用大電流加熱硅料，將硅原料經(jīng)過拉晶爐電加熱，期間經(jīng)過化料、穩(wěn)溫、引晶、放肩、等徑等一系列的工序轉(zhuǎn)化為一根晶棒的一個過程。其中需要注意的事項主要包括：負荷的等級定位、有源濾波的設(shè)置以及PCWP水泵的安全設(shè)置。以下就這幾項需要注意的事項做簡單的描述：

一、負荷等級的定位：

由于拉晶爐每一臺設(shè)備可以裝料多大數(shù)百公斤，按目前市場上硅料的市價17～20萬/噸來核算，加上單晶爐的加熱坩堝，每臺單晶爐的材料成本就有十來萬。按每個拉晶車間數(shù)百臺拉晶爐來核算。如果發(fā)生停電事故每次的損失高達數(shù)千萬。按規(guī)范《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》

GB 50052-2009第3.0.1.3條的要求：“中斷供電將在經(jīng)濟上造成較大損失的”應(yīng)視為二級負荷。拉晶車間整個的生產(chǎn)工藝應(yīng)定義為二級負荷。在整個用電負荷的高壓電源的源端應(yīng)按二級負荷考慮，當(dāng)一路總電源故障或檢修時另一路高壓總電源應(yīng)能滿足所有的二級及以上負荷的需求。除此外還有PCWP、廠務(wù)監(jiān)控、消防用電等亦為二級負荷。

二、有源濾波的設(shè)置：

在拉晶生產(chǎn)項目中對有源濾波的需求量非常大，以無錫上機1600型的拉晶爐為例，拉晶爐與配套的真空泵裝機總功率約為285kW。該拉晶爐自帶控制柜，控制柜的進線電源電壓為AC380V，50HZ。而其出線電壓為DC48V。其出線電流高達數(shù)千安培。因為每臺單晶爐自帶的控制柜內(nèi)有一臺大功率的AC380V/DC48V的整流器。由于整個生產(chǎn)過程中使用了數(shù)量較多且功率較大的電子整流器設(shè)備，對應(yīng)的生產(chǎn)中會產(chǎn)生大量的諧波。為保證入網(wǎng)諧波含量滿足規(guī)范的要求，拉晶車間需要設(shè)置大量的有源濾波裝置以減少諧波含量。

有源濾波的設(shè)置一般有直接設(shè)置在現(xiàn)場控制柜和在變電站低壓柜集中設(shè)置兩種方式?，F(xiàn)場控制柜單獨設(shè)置有源濾波柜以云南保山隆基為代表。云南保山隆基一期每臺拉晶爐（1400爐型）設(shè)置有100A的有源濾波裝置。其工藝供電配置是20臺單晶爐一臺2500kVA的變壓器，但是對比后發(fā)現(xiàn)，這種做法對有源濾波的投入量太大，造價高。其唯一的優(yōu)勢只有節(jié)省了變電站的空間。后來其他的項目大都采用變電站低壓側(cè)集中設(shè)置有源濾波的方式來降低諧波含量。這種做法可以大大的減少有源濾波的投入量，以降低這方面的投資成本。

為滿足變配電系統(tǒng)對諧波的治理需求，各光伏行業(yè)拉晶生產(chǎn)企業(yè)對有源濾波的設(shè)置量也不盡相同，不僅僅是因為各生產(chǎn)廠家不同的單晶爐產(chǎn)生的諧波含量不一樣，更因為各生產(chǎn)廠家對諧波治理要求不一樣。從安全用電的角度來說諧波含量高，低壓柜以及配電箱內(nèi)零排電流較大，很容易造成零排活零線絕過熱造成絕緣層老化或者融化而造成短路以及火災(zāi)的風(fēng)險。但是從初投資的角度來說，有源濾波投入過量會造成初投資的增加。所以每家光伏企業(yè)對有源濾波的投入都有自己的考量，以隆基為例，其對變電站低壓側(cè)有源濾波的設(shè)置比例一般為每1000kVA設(shè)置200A～300A有源濾波。而晶澳對這一塊的要求則更高，其要求每1000kVA設(shè)置300A～400A有源濾波，更有甚者晶澳邢臺基地要求2500kVA的變壓器設(shè)置1200A的有源濾波。目前來說更多的拉晶項目在往EPC工程方面靠攏，各業(yè)主對這方面的要求更多的是在高壓并網(wǎng)端對諧波含量的要求，為了既要滿足業(yè)主的要求也要合理的控制有源濾波方面的資金投入，建議在設(shè)計階段考慮有源濾波柜的擴容空間預(yù)留。常規(guī)的來說，每臺有源濾波柜的容量空間為400-500A。即，每臺濾波柜可放置4-5個100A模塊的有源濾波裝置。建議每臺拉晶爐變壓器設(shè)置2臺有源濾波柜，但是每臺濾波柜在設(shè)計及訂貨時要注意預(yù)留模塊擴容的空間，除此之外建議在低壓柜末端預(yù)留增加濾波柜的擴容空間，以便于諧波含量不達標(biāo)時增加濾波裝置。

除此比較特殊的是，因為拉晶爐為純電熱型的設(shè)備，其功率因素可以視為接近于1，其配套的真空泵功率因素約為0.85，因真空泵功率非常小，在整個工藝設(shè)備的配電系統(tǒng)可以忽略不計。在拉晶爐變壓器低壓側(cè)是不需要設(shè)置無功補償?shù)?，僅設(shè)置有源濾波即可。

三、PCWP水泵的安全設(shè)置：

在拉晶爐化料期間，其用電是峰值階段，拉晶爐滿負荷運行，爐腔加熱坩堝內(nèi)的溫度高達1420攝氏度。為防止溫度過高對拉晶爐外殼材料造成損壞，工藝?yán)鋮s水的外部降溫尤為重要，工藝?yán)鋮s水降溫不及時很容易產(chǎn)生爆炸，對人員生命及財產(chǎn)造成較大損傷。因為不是所有的拉晶爐都處于化料的階段，所以每臺單晶爐對工藝?yán)鋮s水的需求都是實時在變化的，所有的PCWP水泵都是根據(jù)工藝需求采用變頻控制。根據(jù)實際需求來調(diào)節(jié)。

PCWP水泵的運行為整個項目的重中之重，為保障工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)運行的安全可靠性，PCWP水泵必須要設(shè)置雙電源。一般每組PCWP水泵都設(shè)置有備用水泵，當(dāng)常用水泵運行故障時可以啟動備用泵。在一些極端情況下出現(xiàn)電壓暫降或電柜出線回路故障時也可能造成工藝?yán)鋮s水壓力不足而造成降溫不及時。為避免這一些極端情況下的事情發(fā)生，工藝?yán)鋮s水泵電柜需要設(shè)置抗晃電功能。同時為避免出現(xiàn)電壓不穩(wěn)或全廠停電的事故發(fā)生，每組PCWP水泵需要設(shè)置一臺配套的柴油泵，柴油泵的氣泵信號取自相應(yīng)的工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)的壓力信號，當(dāng)出現(xiàn)壓力不夠的時候柴油泵自啟動，以此達到四重保險。

四、其他需要注意的事項：

以上為拉晶車間設(shè)計的幾個最重要的事項，此外還要注意的是，拉晶車間二層高高達13米，常規(guī)的感煙以及感溫探測器已經(jīng)不適用于這樣的高度，這些區(qū)域需要設(shè)置線性光束感煙火災(zāi)探測器。

除此外，為考慮到拉晶爐的抗微震問題，拉晶車間多采用獨立基礎(chǔ)。拉晶爐的設(shè)備接地較為復(fù)雜，將拉晶爐的設(shè)備接地做成以下接地示意圖：

建議拉晶爐的接地干線做成環(huán)形重復(fù)接地，避免施工過程中有機械破壞造成接地干線斷開而影響整個接地效果。