汽车厂焊装车间配电设计优化

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。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