汽車廠焊裝車間配電設(shè)計優(yōu)化

PAGEPAGE5汽車廠焊裝車間配電設(shè)計優(yōu)化電氣設(shè)計一般采用需要系數(shù)法、單位指標法等進行負荷計算，而各工業(yè)設(shè)計院大多采用需要系數(shù)法。汽車工廠焊裝車間多采用此設(shè)計方式，而實際上在達到生產(chǎn)線規(guī)劃產(chǎn)能的情況下，電氣實際運行負荷仍遠遠小于設(shè)計負荷（計算負荷），這就要求在計算焊機負荷時，負載持續(xù)率、需要系數(shù)的取值需要結(jié)合實際確定。問題的提出焊接工藝及設(shè)備部門提供的設(shè)計依據(jù)數(shù)據(jù)多是設(shè)備供應(yīng)商反饋而來，而設(shè)備供應(yīng)商在提供設(shè)備的電氣負荷時，都會留有較大的備用余量。例如焊裝車間常用的懸掛點焊機DN3-200參數(shù)：額定容量200kVA；額定初級電壓，單相AC380V，50Hz；額定初級電流526A；負載持續(xù)率50%。KR機器人參數(shù)：額定容量75kVA；額定初級電壓，三相AC380V，50Hz；額定初級電流，無；負載持續(xù)率10%。設(shè)計院設(shè)計時會按照工藝提供的參數(shù)進行計算。焊裝車間若采用200～300臺這樣的焊機，計算出的電氣負荷將遠遠大于實際運行負荷，造成大量額外投資。這種現(xiàn)象在很多汽車工廠多次出現(xiàn)。為此，本文以某大型汽車工廠焊裝車間的配電為例，其規(guī)劃生產(chǎn)節(jié)拍為30JPH（JPH是JobsPerHour的縮寫，表示小時工作量或單位時間工作量），實際生產(chǎn)節(jié)拍基本在18~26JPH之間，結(jié)合設(shè)計規(guī)范理論值,對焊機的需要系數(shù)取值、變壓器負荷情況進行分析，供后續(xù)設(shè)計參考。負荷分析生產(chǎn)線負荷分配某焊裝車間規(guī)劃利用現(xiàn)有生產(chǎn)線進行改造，故焊接配電均利用現(xiàn)有4臺變壓器，重新分配負荷。具體分配區(qū)域如圖1所示。本次以15#、16#變壓器所帶負荷驗證負載持續(xù)率、需要系數(shù)取值，其主要設(shè)備參數(shù)如表1、表2所示。工頻焊機的負載持續(xù)率負載持續(xù)率（又稱暫載率）是指設(shè)備在一定電流下連續(xù)工作的能力，為一個工作周期內(nèi)工作時間t與工作周期T的百分比，用εn表示，即εn=t/T×100%。《工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊》（4版，以下簡稱4版《手冊》）表1.4-1提供了點焊機、焊接機器人的需要系數(shù)Kx、功率因數(shù)cosφ取值：DN3系列懸掛點焊機Kx=0.35，cosφ=0.6；焊接機器人Kx=0.2，cosφ=0.6；而對于汽車行業(yè)經(jīng)常使用的DN3-200、DN3-250等大容量懸掛點焊機的負荷持續(xù)率在4版《手冊》表12.4-4中并未列出。結(jié)合某汽車工廠焊裝車間白車身點焊參數(shù)推薦庫里鋼板的預(yù)壓時間、加壓時間、焊接時間、維持時間的標準值綜合計算，負載持續(xù)率均值εn=20%左右，詳見表3。針對每條生產(chǎn)線的鋼板的預(yù)壓時間、加壓時間、焊接時間、維持時間的實際值計算，主焊線、下部線、側(cè)圍線、后地板、發(fā)艙、門蓋、主線分裝的焊機負載持續(xù)率εn分別為18%、19.9%、19.57%、20.43%、19.9%、19.27%、18.66%。故懸掛點焊機、焊接機器人的負載持續(xù)率取值為εn=20%左右是比較切合實際的，不建議按設(shè)備本身標注的50%取值。15#、16#變壓器負荷理論計算首先將懸掛點焊機的兩相負荷換算為三相負荷，計算結(jié)果如表4、表5所示。其次，按設(shè)計手冊中同期系數(shù)建議值考慮，有功功率同期系數(shù)K∑p可取0.8~0.9，無功功率同期系數(shù)K∑p可取0.93~0.97，此處按低值計算，15#、16#變壓器的負荷率為57%、72%。15#、16#變壓器理論計算結(jié)果如表6、表7所示。因焊裝車間是改造工程，變壓器為利舊，負荷率較低；變壓器實際運行中，負荷率宜在75%~85%之間，長期負荷率不宜大于85%。15#、16#變壓器負荷現(xiàn)狀分析15#、16#變壓器容量均為2000kVA,供電由5#開閉所同一臺10kV饋電柜接入，饋電柜的電流互感器變比為150/5、電壓互感器變比為10000/100，可知計量表記倍率為3000。此焊裝車間生產(chǎn)節(jié)拍為23JPH時，選取2018年不同日期的不同時間段，統(tǒng)計用電量信息如下：a.12月13日生產(chǎn)時間為8：00-17：30，電力負荷基本曲線如圖2所示，取12：30-13：30統(tǒng)計小時段電量為（1094.27-1094.14）×3000=390kWh。b.12月14日生產(chǎn)時間為8：00-16：30，電力負荷基本曲線如圖3所示，取9：00-10：00統(tǒng)計小時段電量為(1094.91-1094.8)×3000=330kWh。c.12月15日生產(chǎn)時間為8：00-16：30，電力負荷基本曲線如圖4所示，取9：00-10：00統(tǒng)計小時段電量為（1096.05-1095.93）×3000=360kWh。d.12月26日生產(chǎn)時間為16：00-24：00，電力負荷基本曲線如圖5所示，取20：30-21：30統(tǒng)計小時段電量為（1100.71-1100.59）×3000=360kWh。生產(chǎn)節(jié)拍為26JPH，2017年7月21日生產(chǎn)時間為00：30-16：30時，取1：00-2：00統(tǒng)計小時段電量為1516080-1515630=450kWh。生產(chǎn)節(jié)拍為19.6JPH,2016年12月份選取2個時間段，統(tǒng)計小時段電量如下：2016年12月13日9:00-10:00,耗電量：883830-883500=330kWh；2016年12月16日9:00-10:00，耗電量：901530-901200=330kWh。由以上數(shù)據(jù)可知：生產(chǎn)節(jié)拍為19.6JPH時，15#、16#變壓器最大平均負荷率為Pj/Pn=330/（4000×0.8）=10.3%；生產(chǎn)節(jié)拍為23JPH時，15#、16#變壓器最大平均負荷率為Pj/Pn=390/（4000×0.8）=12.2%；生產(chǎn)節(jié)拍為26JPH時，15#、16#變壓器最大平均負荷率為Pj/Pn=450/（4000×0.8）=14%。圖6是不同生產(chǎn)節(jié)拍時變壓器負荷情況。15#、16#變壓器負荷全面計算分析需要系數(shù)計算法實際是源于負荷曲線的分析，配電設(shè)計手冊中對懸掛點焊機、焊接機器人的需要系數(shù)理論值有規(guī)定，但設(shè)計手冊中亦明確說明，為保持通用性，所列系數(shù)通常偏大，尤其是缺乏實測數(shù)據(jù)