制漿造紙企業供配電系統節能降耗技術措施

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

（中國輕工業長沙工程有限公司，長沙410023）

0 引言

近年來，造紙行業發展迅猛，產能飛速上升，原材料和人工成本急劇上漲，行業競爭十分激烈，整個行業利潤微薄，同時國家對制漿造紙等重污染企業污染物排放標準要求也在提高，企業生產成本提高，生存壓力與日俱增，節能降耗、降本增效已成為各個企業突破困境尋求發展的重要課題。嚴格執行國家有關節能的法律、法規和強制性設計條文規范，在充分滿足工藝生產要求的前提下，降低消耗，提高能源利用效率，選擇國家認證機構認可的標準產品，并優先選用高效可靠、節能環保的電氣產品和設備，堅決淘汰低效、耗能過時的產品，已成為制漿造紙企業節能降耗的必經之路。

1 電壓選擇與節電

制漿造紙企業為大規模全年連續性生產企業（每天24 小時連續生產，每年生產340 天），如供電中斷將使漿料流失、產品報廢，連續生產過程被中斷，恢復正常生產秩序需要較長時間，每次停電都將使企業承受很大經濟損失。根據《供配電系統設計規范》GB50052-2009 的要求，制漿造紙生產車間用電負荷為二級負荷，要求供電可靠。因為生產負荷裝機容量都比較大，單條生產線用電負荷從十多兆瓦至上百兆瓦不等，很多企業都配置有廠區自備發電站（或變電站）并與當地110kV 及以上市電聯網，由廠區自備發電站（或變電站）給各生產車間供電。中等規模的生產廠區配電電源一般為10kV，較大規模生產廠區生產負荷較大時建議采用35kV，35kV 系統較10kV 系統相比，具有輸電能力強、電能損耗低、電壓質量高、節約金屬材料、供電安全可靠等優點。

2 高壓深入負荷中心縮短低壓配電線路

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

廠區自備發電站（或變電站）電源直接送至各生產線工程負荷中心，在車間內設置變壓器室和配電室。針對面積較大和長度較長的生產車間，采用多個車間變電所較單個變電所更能節省設備投資和電能損耗。例如單臺產能較大的紙機，紙機的整體長度可以達到二三百米，在紙機傳動側上漿流送系統附近、紙機中間位置和復卷機附近分別設置車間變電所和相應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 提供功率因數與節電

在高壓母線上集中設置高壓補償電容器組，在各配電變壓器的低壓母線集中設置低壓自動補償電容器組。由于制漿造紙產車間用電設備相對較集中，采用集中無功自動補償方式，并設置無功補償控制器，可根據實際運行的負荷情況作自動投切，保證必要的無功補償量，提高了系統功率因數，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的影響；在設計中，將諧波含量較高且功率較大的負荷集中設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 配電變壓器的節能

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

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

5 配電線路的節能設計

變電所位置設置靠近負荷中心，合理選擇線路路徑，可以縮短配電電纜長度，在節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，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能；在高低壓電纜線路中，分析各負荷的運行特征，根據其年利用小時數按照經濟電流密度合理選擇相應的電纜截面，可減少線路損耗，既可實現投資控制也保證了運行成本的節約。

6 電動機及調速的節能設計

制漿造紙工程使用的電機很多，根據系統電壓等級和電動機的額定功率要求，通過技術經濟比較，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 系統較400V 系統的線路節能效果明顯。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。

在滿足生產機械性能要求的前提下，優先選用結構簡單、維護方便、經濟耐用的電動機，優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，直流電動機以其優異的啟動和調速性能而成為不錯之選。根據負載啟動和機械特性曲線，合理選擇電動機參數（包括電壓、功率、極數等），校驗電動機啟動轉矩、過載能力，使電動機長期運行時的負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；選用高效節能的電動機，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 級能效等級標準要求，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 級能效等級標準要求。

制漿造紙生產線工藝流程復雜，機械設備負載類型多種多樣，其中最具有典型代表性的是紙機和復卷機的多點同步傳動系統，單臺紙機的傳動點數量或多或少，如衛生紙機一般只有幾個傳動點，而產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的主從控制，要求各傳動點之間速度協調配合，負載分配均勻，速度控制精度和張力控制精度限定在誤差允許范圍內，因此其控制調速非常復雜。這一部分電機總容量在整個生產線占了相當大的比重，系統的節能設計尤其重要。根據系統條件和運行特性，對設備投資、運行安全、技術可靠、維護簡單等方面進行綜合技術經濟對比分析，確定最優調速運行方案。

當電動機空載或輕載運行時可根據功率因數調節來達到節電效果。當電動機運行于“大馬拉小車”狀態時是非常不節能的，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；風機、水泵類負載，當負荷波動較大時，低速下的負載轉矩較小，選用普通功能型控制通用變頻器調速，可大幅度降低運行過程中的能耗，提高設備運行效率，具有很好的節能效果。

7 照明節能措施

制漿造紙生產廠房建筑結構型式多樣，現場條件復雜，照明系統的設計需根據不同廠房的高度跨度以及設備布置特點，以GB50034《建筑照明設計標準》為依據，使用適合的照明光源和安裝控制方式，滿足照明相關標準值的要求，有利于連續性生產操作、產品運輸和設備維修，并盡可能選擇發光效率高的光源；目前選用高效率的LED 燈具是照明節能的重要舉措；照明配電設計時，采用電阻率較小的銅芯電纜，合理規劃照明配電箱的布置，減少照明回路線纜長度，適當加大線纜的截面積，以降低線路損耗；盡可能是三相照明負荷平衡；室內照明盡可能利用自然光，根據實際要求合理布置及利用照明燈具。車間內各場根據使用的特點采用分區控制，適當增加照明開關點。室外道路照明采用時間控制或光控系統。

8 結束語

生產車間配電系統是為生產工藝服務的，因此，依靠提供工藝水平和工藝流程，能更合理有效地節能。節能需轉向全過程每個環節、每個部位、每個細小的潛在改進機會的挖掘和積累，生產企業要對生產過程各個設備運行情況進行跟蹤分析，梳理工藝流程各個階段，系統地挖掘節能空間。從全局出發考慮單元之間和系統的優化，不能出現在某些地方節能導致其它地方能效的提高，要將水、電、汽耗綜合起來考慮，將過剩的低溫熱加以回收利用，將其作為能量大系統優化匹配的重要段。在節能改造過程中，嚴格的技術經濟評價非常重要。

近年來，我國經濟建設取得巨大成就，也造成了一些資源浪費和環境破壞，只有堅持節約、清潔、安全的發展策略，才能實現經濟和環境又好又快地良性循環發展。就企業內部現狀來說，節能減排、增效降耗是目前一項重要的任務，要在生產建設和流通消費等各領域提高資源利用效率，減少資源消耗和損失浪費，創造盡可能大的經濟和社會效益，從而實現可持續發展。

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