制浆造纸企业供配电系统节能降耗技术措施

李友红LI You-hong；贾煜JIA Yu；方建安FANG Jian-an

（中国轻工业长沙工程有限公司，长沙410023）

0 引言

近年来，造纸行业发展迅猛，产能飞速上升，原材料和人工成本急剧上涨，行业竞争十分激烈，整个行业利润微薄，同时国家对制浆造纸等重污染企业污染物排放标准要求也在提高，企业生产成本提高，生存压力与日俱增，节能降耗、降本增效已成为各个企业突破困境寻求发展的重要课题。严格执行国家有关节能的法律、法规和强制性设计条文规范，在充分满足工艺生产要求的前提下，降低消耗，提高能源利用效率，选择国家认证机构认可的标准产品，并优先选用高效可靠、节能环保的电气产品和设备，坚决淘汰低效、耗能过时的产品，已成为制浆造纸企业节能降耗的必经之路。

1 电压选择与节电

制浆造纸企业为大规模全年连续性生产企业（每天24 小时连续生产，每年生产340 天），如供电中断将使浆料流失、产品报废，连续生产过程被中断，恢复正常生产秩序需要较长时间，每次停电都将使企业承受很大经济损失。根据《供配电系统设计规范》GB50052-2009 的要求，制浆造纸生产车间用电负荷为二级负荷，要求供电可靠。因为生产负荷装机容量都比较大，单条生产线用电负荷从十多兆瓦至上百兆瓦不等，很多企业都配置有厂区自备发电站（或变电站）并与当地110kV 及以上市电联网，由厂区自备发电站（或变电站）给各生产车间供电。中等规模的生产厂区配电电源一般为10kV，较大规模生产厂区生产负荷较大时建议采用35kV，35kV 系统较10kV 系统相比，具有输电能力强、电能损耗低、电压质量高、节约金属材料、供电安全可靠等优点。

2 高压深入负荷中心缩短低压配电线路

制浆造纸厂生产用电负荷为二级负荷，由双回线路供电，正常情况下，两回路同时运行且负荷基本均衡，共同承担负荷，可有效减少线路损耗。

厂区自备发电站（或变电站）电源直接送至各生产线工程负荷中心，在车间内设置变压器室和配电室。针对面积较大和长度较长的生产车间，采用多个车间变电所较单个变电所更能节省设备投资和电能损耗。例如单台产能较大的纸机，纸机的整体长度可以达到二三百米，在纸机传动侧上浆流送系统附近、纸机中间位置和复卷机附近分别设置车间变电所和相应的配电室及传动控制室，可以缩短高、低压供电线路的长度，降低线路电压降，减少线路的电损耗。

3 提供功率因数与节电

在高压母线上集中设置高压补偿电容器组，在各配电变压器的低压母线集中设置低压自动补偿电容器组。由于制浆造纸产车间用电设备相对较集中，采用集中无功自动补偿方式，并设置无功补偿控制器，可根据实际运行的负荷情况作自动投切，保证必要的无功补偿量，提高了系统功率因数，可以减少线路损耗，减少变压器的损耗，降低线路及变压器的电压损失。低压配电变压器绕组采用D，yn11 型接线方式，有利于抑制高次谐波对电网的影响；在设计中，将谐波含量较高且功率较大的负荷集中设置于一个变压器的低压母线段上配电，选用整流型变压器，或在该母线段装设无源或有源滤波器，可以有效地抑制谐波。

4 配电变压器的节能

大中型制浆造纸工程35kV 电力变压器优先采用SZ11 系列油浸式三箱有载调压油浸式电力变压器；变压器损耗（空载损耗和负载损耗）需满足GB 24790《电力变压器能效限定值及能效等级》中2 级能效的规定要求。10kV 配电变压器损耗（空载损耗和负载损耗）均不应高于GB 20052《三相配电变压器能效限定值及能效等级》中2级能效的规定要求。目前，S13、S14、S15 系列变压器已经开始应用于国内供配电工程领域，国家电网也正在推进SH15 系列非晶合金高效低耗变压器的应用，这些变压器空载损耗和负载损耗低，投资收回年限短，节能效果显著。

通过负荷计算，合理分配各变压器的配电负荷，使变压器负荷率保持在效率最高点附近，当负荷率较低（低于50%）时采用SH15 系列非晶合金变压器节能效果显著，而当负荷率大于50%时，S13、S14、S15 系列变压器更具有节能优势。

5 配电线路的节能设计

变电所位置设置靠近负荷中心，合理选择线路路径，可以缩短配电电缆长度，在节省工程投资的同时降低线路上的电能损耗；提高回路功率因数，也可以有效减少线路热损耗；电力电缆采用载流量和安全性能相对更高的铜芯电缆比铝芯电缆更节能；在高低压电缆线路中，分析各负荷的运行特征，根据其年利用小时数按照经济电流密度合理选择相应的电缆截面，可减少线路损耗，既可实现投资控制也保证了运行成本的节约。

6 电动机及调速的节能设计

制浆造纸工程使用的电机很多，根据系统电压等级和电动机的额定功率要求，通过技术经济比较，不同功率等级的电动机可以采用不同的电压等级。功率大于250kW的电动机采用10kV 高压电机，效率上可比同功率等级的低压电动机提高15%左右，高压电机较低的运行电流可更有效地避免线路耗损；低压电动机采用690V 和400V 两个功率等级，从电动机、配电柜、配电电缆等方面综合考虑，100kW 以上低压电机采用690V 系统较400V 系统的线路节能效果明显。在充分考虑机械配合的情况下，尽可能采用能效相对更高的4 极电动机。

在满足生产机械性能要求的前提下，优先选用结构简单、维护方便、经济耐用的电动机，优先选用交流笼型异步电动机，重载启动的机械选用加大功率的笼型异步电动机或者绕线型异步电动机；对于频繁操作，启动和调速性能要求非常高，同时过载能力要求大的电机，直流电动机以其优异的启动和调速性能而成为不错之选。根据负载启动和机械特性曲线，合理选择电动机参数（包括电压、功率、极数等），校验电动机启动转矩、过载能力，使电动机长期运行时的负载功率接近电动机的额定功率，避免长期处于轻载运行状况，提高电动机效率和功率因数；选用高效节能的电动机，高压电动机须满足GB30254《高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级》中2 级能效等级标准要求，低压电动机须满足GB18613《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》中2 级能效等级标准要求。

制浆造纸生产线工艺流程复杂，机械设备负载类型多种多样，其中最具有典型代表性的是纸机和复卷机的多点同步传动系统，单台纸机的传动点数量或多或少，如卫生纸机一般只有几个传动点，而产能较大的包装纸机有一二百个传动点。这种多点同步传动系统的主从控制，要求各传动点之间速度协调配合，负载分配均匀，速度控制精度和张力控制精度限定在误差允许范围内，因此其控制调速非常复杂。这一部分电机总容量在整个生产线占了相当大的比重，系统的节能设计尤其重要。根据系统条件和运行特性，对设备投资、运行安全、技术可靠、维护简单等方面进行综合技术经济对比分析，确定最优调速运行方案。

当电动机空载或轻载运行时可根据功率因数调节来达到节电效果。当电动机运行于“大马拉小车”状态时是非常不节能的，如果电机绕组接线条件允许，将电动机定子绕组由“△”形接法改为“Y”形接法，可以减少能耗；风机、水泵类负载，当负荷波动较大时，低速下的负载转矩较小，选用普通功能型控制通用变频器调速，可大幅度降低运行过程中的能耗，提高设备运行效率，具有很好的节能效果。

7 照明节能措施

制浆造纸生产厂房建筑结构型式多样，现场条件复杂，照明系统的设计需根据不同厂房的高度跨度以及设备布置特点，以GB50034《建筑照明设计标准》为依据，使用适合的照明光源和安装控制方式，满足照明相关标准值的要求，有利于连续性生产操作、产品运输和设备维修，并尽可能选择发光效率高的光源；目前选用高效率的LED 灯具是照明节能的重要举措；照明配电设计时，采用电阻率较小的铜芯电缆，合理规划照明配电箱的布置，减少照明回路线缆长度，适当加大线缆的截面积，以降低线路损耗；尽可能是三相照明负荷平衡；室内照明尽可能利用自然光，根据实际要求合理布置及利用照明灯具。车间内各场根据使用的特点采用分区控制，适当增加照明开关点。室外道路照明采用时间控制或光控系统。

8 结束语

生产车间配电系统是为生产工艺服务的，因此，依靠提供工艺水平和工艺流程，能更合理有效地节能。节能需转向全过程每个环节、每个部位、每个细小的潜在改进机会的挖掘和积累，生产企业要对生产过程各个设备运行情况进行跟踪分析，梳理工艺流程各个阶段，系统地挖掘节能空间。从全局出发考虑单元之间和系统的优化，不能出现在某些地方节能导致其它地方能效的提高，要将水、电、汽耗综合起来考虑，将过剩的低温热加以回收利用，将其作为能量大系统优化匹配的重要段。在节能改造过程中，严格的技术经济评价非常重要。

近年来，我国经济建设取得巨大成就，也造成了一些资源浪费和环境破坏，只有坚持节约、清洁、安全的发展策略，才能实现经济和环境又好又快地良性循环发展。就企业内部现状来说，节能减排、增效降耗是目前一项重要的任务，要在生产建设和流通消费等各领域提高资源利用效率，减少资源消耗和损失浪费，创造尽可能大的经济和社会效益，从而实现可持续发展。

我国造纸业现状及面临的环境压力，针对造纸业高耗能的问题，本文从制浆造纸厂供配电系统电压选择、变电所设置、配电线路的设计和变压器的选择、电动机及其控制方式的选择、照明节能等方面提出了一些节能降耗的思路和举措，旨在为今后新建和改建项目的节能降耗提供借鉴和参考，为企业节能降耗献计献策，降低生产成本，提高市场竞争力。