汽车厂焊装车间配电设计优化

电气设计一般采用需要系数法、单位指标法等进行负荷计算，而各工业设计院大多采用需要系数法。汽车工厂焊装车间多采用此设计方式，而实际上在达到生产线规划产能的情况下，电气实际运行负荷仍远远小于设计负荷（计算负荷），这就要求在计算焊机负荷时，负载持续率、需要系数的取值需要结合实际确定。

问题的提出

焊接工艺及设备部门提供的设计依据数据多是设备供应商反馈而来，而设备供应商在提供设备的电气负荷时，都会留有较大的备用余量。例如焊装车间常用的悬挂点焊机DN3-200参数：额定容量200kVA；额定初级电压，单相AC380V，50Hz；额定初级电流526A；负载持续率50%。KR机器人参数：额定容量75kVA；额定初级电压，三相AC380V，50Hz；额定初级电流，无；负载持续率10%。

设计院设计时会按照工艺提供的参数进行计算。焊装车间若采用200～300台这样的焊机，计算出的电气负荷将远远大于实际运行负荷，造成大量额外投资。这种现象在很多汽车工厂多次出现。

为此，本文以某大型汽车工厂焊装车间的配电为例，其规划生产节拍为30JPH（JPH是JobsPerHour的缩写，表示小时工作量或单位时间工作量），实际生产节拍基本在18~26JPH之间，结合设计规范理论值,对焊机的需要系数取值、变压器负荷情况进行分析，供后续设计参考。

负荷分析

生产线负荷分配

某焊装车间规划利用现有生产线进行改造，故焊接配电均利用现有4台变压器，重新分配负荷。具体分配区域如图1所示。

本次以15#、16#变压器所带负荷验证负载持续率、需要系数取值，其主要设备参数如表1、表2所示。

工频焊机的负载持续率

负载持续率（又称暂载率）是指设备在一定电流下连续工作的能力，为一个工作周期内工作时间t与工作周期T的百分比，用εn表示，即εn=t/T×100%。

《工业与民用供配电设计手册》（4版，以下简称4版《手册》）表1.4-1提供了点焊机、焊接机器人的需要系数Kx、功率因数cosφ取值：DN3系列悬挂点焊机Kx=0.35，cosφ=0.6；焊接机器人Kx=0.2，cosφ=0.6；而对于汽车行业经常使用的DN3-200、DN3-250等大容量悬挂点焊机的负荷持续率在4版《手册》表12.4-4中并未列出。

结合某汽车工厂焊装车间白车身点焊参数推荐库里钢板的预压时间、加压时间、焊接时间、维持时间的标准值综合计算，负载持续率均值εn=20%左右，详见表3。

针对每条生产线的钢板的预压时间、加压时间、焊接时间、维持时间的实际值计算，主焊线、下部线、侧围线、后地板、发舱、门盖、主线分装的焊机负载持续率εn分别为18%、19.9%、19.57%、20.43%、19.9%、19.27%、18.66%。故悬挂点焊机、焊接机器人的负载持续率取值为εn=20%左右是比较切合实际的，不建议按设备本身标注的50%取值。

15#、16#变压器负荷理论计算

首先将悬挂点焊机的两相负荷换算为三相负荷，计算结果如表4、表5所示。

其次，按设计手册中同期系数建议值考虑，有功功率同期系数K∑p可取0.8~0.9，无功功率同期系数K∑p可取0.93~0.97，此处按低值计算，15#、16#变压器的负荷率为57%、72%。15#、16#变压器理论计算结果如表6、表7所示。

因焊装车间是改造工程，变压器为利旧，负荷率较低；变压器实际运行中，负荷率宜在75%~85%之间，长期负荷率不宜大于85%。

15#、16#变压器负荷现状分析

15#、16#变压器容量均为2000kVA,供电由5#开闭所同一台10kV馈电柜接入，馈电柜的电流互感器变比为150/5、电压互感器变比为10000/100，可知计量表记倍率为3000。

此焊装车间生产节拍为23JPH时，选取2018年不同日期的不同时间段，统计用电量信息如下：

a.12月13日生产时间为8：00-17：30，电力负荷基本曲线如图2所示，取12：30-13：30统计小时段电量为（1094.27-1094.14）×3000=390kWh。

b.12月14日生产时间为8：00-16：30，电力负荷基本曲线如图3所示，取9：00-10：00统计小时段电量为(1094.91-1094.8)×3000=330kWh。

c.12月15日生产时间为8：00-16：30，电力负荷基本曲线如图4所示，取9：00-10：00统计小时段电量为（1096.05-1095.93）×3000=360kWh。

d.12月26日生产时间为16：00-24：00，电力负荷基本曲线如图5所示，取20：30-21：30统计小时段电量为（1100.71-1100.59）×3000=360kWh。

生产节拍为26JPH，2017年7月21日生产时间为00：30-16：30时，取1：00-2：00统计小时段电量为1516080-1515630=450kWh。

生产节拍为19.6JPH,2016年12月份选取2个时间段，统计小时段电量如下：2016年12月13日9:00-10:00,耗电量：883830-883500=330kWh；2016年12月16日9:00-10:00，耗电量：901530-901200=330kWh。

由以上数据可知：生产节拍为19.6JPH时，15#、16#变压器最大平均负荷率为Pj/Pn=330/（4000×0.8）=10.3%；生产节拍为23JPH时，15#、16#变压器最大平均负荷率为Pj/Pn=390/（4000×0.8）=12.2%；生产节拍为26JPH时，15#、16#变压器最大平均负荷率为Pj/Pn=450/（4000×0.8）=14%。图6是不同生产节拍时变压器负荷情况。

15#、16#变压器负荷全面计算分析

需要系数计算法实际是源于负荷曲线的分析，配电设计手册中对悬挂点焊机、焊接机器人的需要系数理论值有规定，但设计手册中亦明确说明，为保持通用性，所列系数通常偏大，尤其是缺乏实测数据时。

由以上记录的变压器负荷率数据或即使按焊机需要系数Kx=0.1计算可知（如表8、表9所示），电气设备实际运行时，焊机的需要系数值远没有这么大。

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