造紙車間供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

【摘要】根據(jù)工藝特點(diǎn)對(duì)造紙車間供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行探討，包括負(fù)荷分類及統(tǒng)計(jì)、無(wú)功補(bǔ)償、變電所設(shè)置、高低壓配電系統(tǒng)等，力求造紙車間供配電系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能。

【關(guān)鍵詞】造紙車間;用電負(fù)荷;變電所;供配電系統(tǒng)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

近年來(lái)，隨之我國(guó)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，用紙需求快速增長(zhǎng)，同時(shí)環(huán)保要求日益嚴(yán)格，落后產(chǎn)能不斷被淘汰，使得造紙業(yè)出現(xiàn)產(chǎn)能越來(lái)越集中，單機(jī)規(guī)模越做越大的現(xiàn)象。此外，為了節(jié)能、環(huán)保及工藝需求，大量新型工藝設(shè)備以及電氣裝置投入使用，電能質(zhì)量也越來(lái)越受到人們關(guān)注。這些均對(duì)造紙車間供配電系統(tǒng)提出了更高要求。合理規(guī)劃供配電系統(tǒng)，對(duì)造紙企業(yè)降低投資、節(jié)能環(huán)保，運(yùn)營(yíng)維護(hù)至關(guān)重要。本文以某實(shí)際造紙工程為例，簡(jiǎn)要闡述造紙車間供配電系統(tǒng)組成以及設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的一些問(wèn)題。

1、負(fù)荷分類及統(tǒng)計(jì)

造紙車間用電設(shè)備繁多，負(fù)荷類型等級(jí)各有不同。有連續(xù)工作的傳動(dòng)設(shè)備，也有斷續(xù)工作的水泵、攪拌器;有照明、通風(fēng)等公用系統(tǒng)負(fù)荷，也有排煙風(fēng)機(jī)等消防負(fù)荷。在進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)時(shí)通常采用需要系數(shù)法，剔除備用、檢修負(fù)荷以及平時(shí)不工作的消防負(fù)荷，按負(fù)荷工作時(shí)間及出力情況將設(shè)備功率乘以需要系數(shù)，再考慮各設(shè)備同時(shí)工作情況乘以同時(shí)系數(shù)，得出車間總計(jì)算負(fù)荷。即：

根據(jù)GB50052-2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，制漿造紙生產(chǎn)為連續(xù)過(guò)程，中斷供電將給企業(yè)帶來(lái)較大經(jīng)濟(jì)損失，因此造成車間主要生產(chǎn)負(fù)荷應(yīng)按二級(jí)負(fù)荷考慮。車間一些軸流風(fēng)機(jī)、卷簾門(mén)、崗位空調(diào)等停電影響不大的用電設(shè)備按三級(jí)負(fù)荷考慮。造紙車間通常情況無(wú)一級(jí)用電負(fù)荷。

2、無(wú)功補(bǔ)償

造紙車間用電設(shè)備多為籠型異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)功率因數(shù)基本在0.8左右，無(wú)功補(bǔ)償?shù)耐度肟梢蕴岣呦到y(tǒng)供電能力，節(jié)省電能，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

造紙車間廣泛利用靜電電容器作為無(wú)功補(bǔ)償電源。采用分層分區(qū)，就地平衡的原則，分別對(duì)高低壓系統(tǒng)進(jìn)線無(wú)功補(bǔ)償。使得補(bǔ)償后的電源總進(jìn)線功率因數(shù)達(dá)到0.9以上。采用最大負(fù)荷計(jì)算補(bǔ)償容量公式如下。

3、變電所設(shè)置

變電所設(shè)置應(yīng)充分考慮負(fù)荷分配、供電半徑、場(chǎng)地空間等因素，滿足車間負(fù)荷用電需求的同時(shí)，變電所應(yīng)盡可能靠近負(fù)荷中心，以縮短供電半徑，減少電纜投資，降低能耗，以及簡(jiǎn)化供配電系統(tǒng)。造紙車間負(fù)荷主要集中在造紙工段和制漿工段。因此，對(duì)于中等規(guī)模造紙工程，在制漿工段和造紙工段合適位置分別設(shè)置高壓配電室作為車間主供電源，較為常見(jiàn)。同時(shí)，在制漿工段、紙機(jī)濕部、紙機(jī)干部以及復(fù)卷工段分別設(shè)置變壓器室、低壓配電室以及傳動(dòng)控制室。對(duì)于零散的用電負(fù)荷點(diǎn)，由就近電源點(diǎn)供電。

4、高低壓配電系統(tǒng)

按工藝流程來(lái)分，造紙工藝大致由備漿系統(tǒng)、配漿及流送系統(tǒng)、紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、清水、噴淋水、密封水、冷卻水系統(tǒng)、白水及纖維回收系統(tǒng)、蒸汽冷凝水系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、損紙系統(tǒng)、化學(xué)品制備系統(tǒng)、膠料制備系統(tǒng)、紙機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)以及完成工段等組成。各個(gè)系統(tǒng)均配有相應(yīng)用電設(shè)備。根據(jù)各系統(tǒng)設(shè)備的平面布置、運(yùn)行工況、電機(jī)功率及啟動(dòng)方式等設(shè)計(jì)合理的供配電系統(tǒng)，對(duì)造紙車間安全運(yùn)行，節(jié)能環(huán)保以及降低投資至關(guān)重要。

本文以某中型造紙工程為例，對(duì)造紙車間供配電系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。該車間總計(jì)算負(fù)荷約為50MW，車間總進(jìn)線電源電壓為10kV。

4.1 高壓配電系統(tǒng)

高壓配系統(tǒng)主接線應(yīng)兼顧安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)行原則，同時(shí)考慮造紙車間運(yùn)行特點(diǎn)，便于設(shè)備檢修維護(hù)以及遠(yuǎn)期增產(chǎn)改造。

本工程在制漿工段和造紙工段分別設(shè)一高壓配電室，根據(jù)負(fù)荷劃分結(jié)果，制漿工段變電所計(jì)算負(fù)荷約為18MW，造紙工段變電所計(jì)算負(fù)荷約32MW。因此，在制漿車間高壓配電室引入兩回10kV電源，造紙車間高壓配電室引入四回10kV電源，10kV系統(tǒng)采用單母線分段接線，分列運(yùn)行方式。每?jī)啥文妇€進(jìn)線電源互為暗備用。即每回10kV進(jìn)線容量均考慮另一回中斷供電時(shí)，滿足兩段母線上的全部二級(jí)負(fù)荷供電要求。

高壓設(shè)備選擇應(yīng)滿足所在回路額定電壓和額定電流以及動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)要求?；芈烽_(kāi)關(guān)設(shè)備選用真空斷路器，開(kāi)斷能力滿足短路開(kāi)斷要求。

造紙車間10kV線路均由電纜構(gòu)成，單線接地電容電流由下式計(jì)算。

4.2 變壓器

變壓器總?cè)萘繎?yīng)考慮其中一臺(tái)變壓器退出運(yùn)行后，其余變壓器能承擔(dān)全部二級(jí)負(fù)荷。本工程選用耐污性能好、過(guò)負(fù)荷能力高的油浸式變壓器，變壓器接線型式除傳動(dòng)變壓器外均為Dyn11，可有效抑制諧波電流，提高低壓?jiǎn)蜗喽搪繁Ｗo(hù)的靈敏性。

4.3 低壓配電系統(tǒng)

4.3.1常規(guī)低壓配電系統(tǒng)

常規(guī)低壓配電系統(tǒng)主要指除傳動(dòng)系統(tǒng)外的用電設(shè)備的配電系統(tǒng)，如泵、攪拌器、碎漿機(jī)等。低壓系統(tǒng)配電宜先根據(jù)設(shè)備平面布置以及工藝流程對(duì)各變壓器下的負(fù)荷進(jìn)行劃分，盡可能使各變壓器的容量得到充分利用同時(shí)減少過(guò)負(fù)荷情況發(fā)生。此外，根據(jù)負(fù)荷類型選擇不同配電型式，二級(jí)負(fù)荷采用專用回路放射式供電。三級(jí)負(fù)荷采用放射式與樹(shù)干式相結(jié)合的方式供電。低壓系統(tǒng)采用單母線接線方式，各母線間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。

考慮事故停電或停機(jī)檢修仍有部分負(fù)荷需要用電，例如照明、檢修、行車等。一般會(huì)為該部分負(fù)荷設(shè)置雙電源低壓母線段，兩路進(jìn)線電源來(lái)自不同變壓器。

對(duì)于排煙風(fēng)機(jī)、防火卷簾門(mén)等火災(zāi)時(shí)仍需正常工作的消防應(yīng)急負(fù)荷，除正常電源外還需從消防母線段引一回應(yīng)急電源。雙電源在供電末端實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。而消防母線段電源可引自柴油發(fā)電機(jī)或其他車間低壓母線段，也可引自本車間不同防火分區(qū)的低壓母線段。

低壓設(shè)備選擇應(yīng)滿足所在回路額定電壓和額定電流以及動(dòng)、熱穩(wěn)定校驗(yàn)要求。低壓主進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)斷路器選擇容量較大的框架斷路器，設(shè)過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路短延時(shí)保護(hù)脫扣器。其他低壓斷路器選擇塑殼斷路器，設(shè)過(guò)載長(zhǎng)延時(shí)、短路瞬時(shí)脫扣器，火災(zāi)消防回路設(shè)分勵(lì)脫扣器，這些回路既可以在自動(dòng)互投時(shí)，卸載部分負(fù)荷，防止變壓器過(guò)載，又可以在火災(zāi)時(shí)，切斷火災(zāi)場(chǎng)所非消防相關(guān)設(shè)備電源?？紤]短路電流的危害，低壓系統(tǒng)框架斷路器的額定運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰?、短時(shí)耐受電流以及塑殼斷路器的極限運(yùn)行短路分?jǐn)嗄芰鶓?yīng)大于低壓側(cè)最大短路電流。因?yàn)榭蚣軘嗦菲髦饕糜谶M(jìn)線回路和聯(lián)絡(luò)回路，更換斷路器會(huì)影響整條母線的負(fù)荷，因此框架斷路器不但應(yīng)具備在短延時(shí)脫扣前的時(shí)間段內(nèi)忍受相應(yīng)短路電流的能力，還應(yīng)在分?jǐn)喽搪冯娏骱?，仍可以正常工作。而塑殼斷路器一般裝在配電系統(tǒng)末端，更換斷路器影響不大，因此只要能瞬間分?jǐn)嘞鄳?yīng)短路電流即可。

低壓系統(tǒng)接地型式選用零線及地線嚴(yán)格分開(kāi)的TN-S系統(tǒng)，較為安全可靠。見(jiàn)圖1。

4.3.2紙機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)

造紙車間主傳動(dòng)系統(tǒng)因其本身的特殊性，其配電系統(tǒng)會(huì)獨(dú)立于車間常規(guī)低壓配電系統(tǒng)。其特殊性主要在于（1）速度控制精度高。紙機(jī)傳動(dòng)是多單元速度協(xié)同控制系統(tǒng)，從網(wǎng)部、壓榨部、前烘缸、后烘缸到壓光、卷曲等眾多傳動(dòng)點(diǎn)，每個(gè)部分的速度都有著嚴(yán)格要求。在紙機(jī)傳動(dòng)中，要對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行高精度的速度控制，保證紙張按所限定的伸展率進(jìn)行延展，從上漿到上卷的整個(gè)過(guò)程，要保持紙幅一定的速度級(jí)聯(lián)，否則紙張便會(huì)出現(xiàn)斷裂、卷曲、褶皺、壓痕等問(wèn)題。（2）主傳動(dòng)系統(tǒng)均為變頻電機(jī)，諧波含量高。調(diào)速變頻器由于其非線性元件存在使其成為傳動(dòng)系統(tǒng)諧波主要來(lái)源。若不采取處理措施，該諧波會(huì)給其他用電設(shè)備帶來(lái)不利影響。

因此，紙機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)通常采用單獨(dú)的整流型變壓器供電。一般而言主傳動(dòng)變壓器會(huì)選用Dy11和Dd0兩種接線型式交替組合，即將工作制度相同且整流型變壓器容量相等的傳動(dòng)設(shè)備設(shè)為一組，一臺(tái)整流型變壓器采用Dy11接線，另一臺(tái)采用Dd0接線。成對(duì)的整流型變壓器與整流器組合成三相橋式12脈波整流電路，再通過(guò)公共直流母線將電流傳遞各個(gè)逆變器以驅(qū)動(dòng)各傳動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種方式不但高效節(jié)能還可以大大減小系統(tǒng)諧波，也是紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)常用的一種形式。

紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)接地型式一般采用IT系統(tǒng)，因其供電可靠性高、安全性好，可以滿足傳動(dòng)系統(tǒng)連續(xù)供電要求。

4.3.3復(fù)卷機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)

復(fù)卷機(jī)是將紙機(jī)生產(chǎn)的原紙卷經(jīng)過(guò)定寬分切、整理再?gòu)?fù)卷成成品紙卷的設(shè)備。主要有退紙輥、引導(dǎo)棍、縱切裝置、卷取底棍和壓紙棍等部分，各部分均配備相對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)電機(jī)，復(fù)卷過(guò)程中各傳動(dòng)點(diǎn)速度應(yīng)相互配合，保持同步，否則便會(huì)出現(xiàn)有的傳動(dòng)輸出不足，而有的傳動(dòng)過(guò)負(fù)荷，最終導(dǎo)致斷紙。

復(fù)卷機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)與紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的配電比較類似，為保證和其他低壓設(shè)備不相互影響，一般情況下也是由單獨(dú)變壓器配電。

結(jié)語(yǔ)：

造紙車間負(fù)荷較大，各負(fù)荷特點(diǎn)不一，在進(jìn)行造紙車間供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮各負(fù)荷用電需求，做到變電所選址合理，供配電系統(tǒng)與工藝流程相協(xié)調(diào)，盡可能縮短供電半徑，嚴(yán)格遵守規(guī)范要求，使整個(gè)供配電系統(tǒng)安全、可靠、節(jié)能。

參考文獻(xiàn)：

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[2]戈?yáng)|方主編.電力工程電力設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

作者簡(jiǎn)介：陳輝華（1988.07-），男，工程師，碩士，研究方向：工業(yè)供配電設(shè)計(jì)工作。