制漿造紙企業(yè)供配電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)措施

李友紅LI You-hong；賈煜JIA Yu；方建安FANG Jian-an

（中國輕工業(yè)長沙工程有限公司，長沙410023）

0 引言

近年來，造紙行業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)能飛速上升，原材料和人工成本急劇上漲，行業(yè)競爭十分激烈，整個行業(yè)利潤微薄，同時國家對制漿造紙等重污染企業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)要求也在提高，企業(yè)生產(chǎn)成本提高，生存壓力與日俱增，節(jié)能降耗、降本增效已成為各個企業(yè)突破困境尋求發(fā)展的重要課題。嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)節(jié)能的法律、法規(guī)和強制性設(shè)計條文規(guī)范，在充分滿足工藝生產(chǎn)要求的前提下，降低消耗，提高能源利用效率，選擇國家認(rèn)證機構(gòu)認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，并優(yōu)先選用高效可靠、節(jié)能環(huán)保的電氣產(chǎn)品和設(shè)備，堅決淘汰低效、耗能過時的產(chǎn)品，已成為制漿造紙企業(yè)節(jié)能降耗的必經(jīng)之路。

1 電壓選擇與節(jié)電

制漿造紙企業(yè)為大規(guī)模全年連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)（每天24 小時連續(xù)生產(chǎn)，每年生產(chǎn)340 天），如供電中斷將使?jié){料流失、產(chǎn)品報廢，連續(xù)生產(chǎn)過程被中斷，恢復(fù)正常生產(chǎn)秩序需要較長時間，每次停電都將使企業(yè)承受很大經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50052-2009 的要求，制漿造紙生產(chǎn)車間用電負(fù)荷為二級負(fù)荷，要求供電可靠。因為生產(chǎn)負(fù)荷裝機容量都比較大，單條生產(chǎn)線用電負(fù)荷從十多兆瓦至上百兆瓦不等，很多企業(yè)都配置有廠區(qū)自備發(fā)電站（或變電站）并與當(dāng)?shù)?10kV 及以上市電聯(lián)網(wǎng)，由廠區(qū)自備發(fā)電站（或變電站）給各生產(chǎn)車間供電。中等規(guī)模的生產(chǎn)廠區(qū)配電電源一般為10kV，較大規(guī)模生產(chǎn)廠區(qū)生產(chǎn)負(fù)荷較大時建議采用35kV，35kV 系統(tǒng)較10kV 系統(tǒng)相比，具有輸電能力強、電能損耗低、電壓質(zhì)量高、節(jié)約金屬材料、供電安全可靠等優(yōu)點。

2 高壓深入負(fù)荷中心縮短低壓配電線路

制漿造紙廠生產(chǎn)用電負(fù)荷為二級負(fù)荷，由雙回線路供電，正常情況下，兩回路同時運行且負(fù)荷基本均衡，共同承擔(dān)負(fù)荷，可有效減少線路損耗。

廠區(qū)自備發(fā)電站（或變電站）電源直接送至各生產(chǎn)線工程負(fù)荷中心，在車間內(nèi)設(shè)置變壓器室和配電室。針對面積較大和長度較長的生產(chǎn)車間，采用多個車間變電所較單個變電所更能節(jié)省設(shè)備投資和電能損耗。例如單臺產(chǎn)能較大的紙機，紙機的整體長度可以達(dá)到二三百米，在紙機傳動側(cè)上漿流送系統(tǒng)附近、紙機中間位置和復(fù)卷機附近分別設(shè)置車間變電所和相應(yīng)的配電室及傳動控制室，可以縮短高、低壓供電線路的長度，降低線路電壓降，減少線路的電損耗。

3 提供功率因數(shù)與節(jié)電

在高壓母線上集中設(shè)置高壓補償電容器組，在各配電變壓器的低壓母線集中設(shè)置低壓自動補償電容器組。由于制漿造紙產(chǎn)車間用電設(shè)備相對較集中，采用集中無功自動補償方式，并設(shè)置無功補償控制器，可根據(jù)實際運行的負(fù)荷情況作自動投切，保證必要的無功補償量，提高了系統(tǒng)功率因數(shù)，可以減少線路損耗，減少變壓器的損耗，降低線路及變壓器的電壓損失。低壓配電變壓器繞組采用D，yn11 型接線方式，有利于抑制高次諧波對電網(wǎng)的影響；在設(shè)計中，將諧波含量較高且功率較大的負(fù)荷集中設(shè)置于一個變壓器的低壓母線段上配電，選用整流型變壓器，或在該母線段裝設(shè)無源或有源濾波器，可以有效地抑制諧波。

4 配電變壓器的節(jié)能

大中型制漿造紙工程35kV 電力變壓器優(yōu)先采用SZ11 系列油浸式三箱有載調(diào)壓油浸式電力變壓器；變壓器損耗（空載損耗和負(fù)載損耗）需滿足GB 24790《電力變壓器能效限定值及能效等級》中2 級能效的規(guī)定要求。10kV 配電變壓器損耗（空載損耗和負(fù)載損耗）均不應(yīng)高于GB 20052《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》中2級能效的規(guī)定要求。目前，S13、S14、S15 系列變壓器已經(jīng)開始應(yīng)用于國內(nèi)供配電工程領(lǐng)域，國家電網(wǎng)也正在推進(jìn)SH15 系列非晶合金高效低耗變壓器的應(yīng)用，這些變壓器空載損耗和負(fù)載損耗低，投資收回年限短，節(jié)能效果顯著。

通過負(fù)荷計算，合理分配各變壓器的配電負(fù)荷，使變壓器負(fù)荷率保持在效率最高點附近，當(dāng)負(fù)荷率較低（低于50%）時采用SH15 系列非晶合金變壓器節(jié)能效果顯著，而當(dāng)負(fù)荷率大于50%時，S13、S14、S15 系列變壓器更具有節(jié)能優(yōu)勢。

5 配電線路的節(jié)能設(shè)計

變電所位置設(shè)置靠近負(fù)荷中心，合理選擇線路路徑，可以縮短配電電纜長度，在節(jié)省工程投資的同時降低線路上的電能損耗；提高回路功率因數(shù)，也可以有效減少線路熱損耗；電力電纜采用載流量和安全性能相對更高的銅芯電纜比鋁芯電纜更節(jié)能；在高低壓電纜線路中，分析各負(fù)荷的運行特征，根據(jù)其年利用小時數(shù)按照經(jīng)濟(jì)電流密度合理選擇相應(yīng)的電纜截面，可減少線路損耗，既可實現(xiàn)投資控制也保證了運行成本的節(jié)約。

6 電動機及調(diào)速的節(jié)能設(shè)計

制漿造紙工程使用的電機很多，根據(jù)系統(tǒng)電壓等級和電動機的額定功率要求，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，不同功率等級的電動機可以采用不同的電壓等級。功率大于250kW的電動機采用10kV 高壓電機，效率上可比同功率等級的低壓電動機提高15%左右，高壓電機較低的運行電流可更有效地避免線路耗損；低壓電動機采用690V 和400V 兩個功率等級，從電動機、配電柜、配電電纜等方面綜合考慮，100kW 以上低壓電機采用690V 系統(tǒng)較400V 系統(tǒng)的線路節(jié)能效果明顯。在充分考慮機械配合的情況下，盡可能采用能效相對更高的4 極電動機。

在滿足生產(chǎn)機械性能要求的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)耐用的電動機，優(yōu)先選用交流籠型異步電動機，重載啟動的機械選用加大功率的籠型異步電動機或者繞線型異步電動機；對于頻繁操作，啟動和調(diào)速性能要求非常高，同時過載能力要求大的電機，直流電動機以其優(yōu)異的啟動和調(diào)速性能而成為不錯之選。根據(jù)負(fù)載啟動和機械特性曲線，合理選擇電動機參數(shù)（包括電壓、功率、極數(shù)等），校驗電動機啟動轉(zhuǎn)矩、過載能力，使電動機長期運行時的負(fù)載功率接近電動機的額定功率，避免長期處于輕載運行狀況，提高電動機效率和功率因數(shù)；選用高效節(jié)能的電動機，高壓電動機須滿足GB30254《高壓三相籠型異步電動機能效限定值及能效等級》中2 級能效等級標(biāo)準(zhǔn)要求，低壓電動機須滿足GB18613《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》中2 級能效等級標(biāo)準(zhǔn)要求。

制漿造紙生產(chǎn)線工藝流程復(fù)雜，機械設(shè)備負(fù)載類型多種多樣，其中最具有典型代表性的是紙機和復(fù)卷機的多點同步傳動系統(tǒng)，單臺紙機的傳動點數(shù)量或多或少，如衛(wèi)生紙機一般只有幾個傳動點，而產(chǎn)能較大的包裝紙機有一二百個傳動點。這種多點同步傳動系統(tǒng)的主從控制，要求各傳動點之間速度協(xié)調(diào)配合，負(fù)載分配均勻，速度控制精度和張力控制精度限定在誤差允許范圍內(nèi)，因此其控制調(diào)速非常復(fù)雜。這一部分電機總?cè)萘吭谡麄€生產(chǎn)線占了相當(dāng)大的比重，系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計尤其重要。根據(jù)系統(tǒng)條件和運行特性，對設(shè)備投資、運行安全、技術(shù)可靠、維護(hù)簡單等方面進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析，確定最優(yōu)調(diào)速運行方案。

當(dāng)電動機空載或輕載運行時可根據(jù)功率因數(shù)調(diào)節(jié)來達(dá)到節(jié)電效果。當(dāng)電動機運行于“大馬拉小車”狀態(tài)時是非常不節(jié)能的，如果電機繞組接線條件允許，將電動機定子繞組由“△”形接法改為“Y”形接法，可以減少能耗；風(fēng)機、水泵類負(fù)載，當(dāng)負(fù)荷波動較大時，低速下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，選用普通功能型控制通用變頻器調(diào)速，可大幅度降低運行過程中的能耗，提高設(shè)備運行效率，具有很好的節(jié)能效果。

7 照明節(jié)能措施

制漿造紙生產(chǎn)廠房建筑結(jié)構(gòu)型式多樣，現(xiàn)場條件復(fù)雜，照明系統(tǒng)的設(shè)計需根據(jù)不同廠房的高度跨度以及設(shè)備布置特點，以GB50034《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)，使用適合的照明光源和安裝控制方式，滿足照明相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值的要求，有利于連續(xù)性生產(chǎn)操作、產(chǎn)品運輸和設(shè)備維修，并盡可能選擇發(fā)光效率高的光源；目前選用高效率的LED 燈具是照明節(jié)能的重要舉措；照明配電設(shè)計時，采用電阻率較小的銅芯電纜，合理規(guī)劃照明配電箱的布置，減少照明回路線纜長度，適當(dāng)加大線纜的截面積，以降低線路損耗；盡可能是三相照明負(fù)荷平衡；室內(nèi)照明盡可能利用自然光，根據(jù)實際要求合理布置及利用照明燈具。車間內(nèi)各場根據(jù)使用的特點采用分區(qū)控制，適當(dāng)增加照明開關(guān)點。室外道路照明采用時間控制或光控系統(tǒng)。

8 結(jié)束語

生產(chǎn)車間配電系統(tǒng)是為生產(chǎn)工藝服務(wù)的，因此，依靠提供工藝水平和工藝流程，能更合理有效地節(jié)能。節(jié)能需轉(zhuǎn)向全過程每個環(huán)節(jié)、每個部位、每個細(xì)小的潛在改進(jìn)機會的挖掘和積累，生產(chǎn)企業(yè)要對生產(chǎn)過程各個設(shè)備運行情況進(jìn)行跟蹤分析，梳理工藝流程各個階段，系統(tǒng)地挖掘節(jié)能空間。從全局出發(fā)考慮單元之間和系統(tǒng)的優(yōu)化，不能出現(xiàn)在某些地方節(jié)能導(dǎo)致其它地方能效的提高，要將水、電、汽耗綜合起來考慮，將過剩的低溫?zé)峒右曰厥绽?，將其作為能量大系統(tǒng)優(yōu)化匹配的重要段。在節(jié)能改造過程中，嚴(yán)格的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價非常重要。

近年來，我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得巨大成就，也造成了一些資源浪費和環(huán)境破壞，只有堅持節(jié)約、清潔、安全的發(fā)展策略，才能實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境又好又快地良性循環(huán)發(fā)展。就企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)狀來說，節(jié)能減排、增效降耗是目前一項重要的任務(wù)，要在生產(chǎn)建設(shè)和流通消費等各領(lǐng)域提高資源利用效率，減少資源消耗和損失浪費，創(chuàng)造盡可能大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，從而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

我國造紙業(yè)現(xiàn)狀及面臨的環(huán)境壓力，針對造紙業(yè)高耗能的問題，本文從制漿造紙廠供配電系統(tǒng)電壓選擇、變電所設(shè)置、配電線路的設(shè)計和變壓器的選擇、電動機及其控制方式的選擇、照明節(jié)能等方面提出了一些節(jié)能降耗的思路和舉措，旨在為今后新建和改建項目的節(jié)能降耗提供借鑒和參考，為企業(yè)節(jié)能降耗獻(xiàn)計獻(xiàn)策，降低生產(chǎn)成本，提高市場競爭力。