沖壓車間配電系統(tǒng)問題分析與優(yōu)化建議

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

沖壓車間是汽車制造工廠四大工藝車間之一，主要用電設(shè)備有壓力機(jī)、開卷落料剪切線、起重機(jī)、機(jī)械手等。其中，壓力機(jī)是沖壓車間最為重要、安裝數(shù)量最多、容量最大的生產(chǎn)設(shè)備，其用電特點(diǎn)為單臺(tái)設(shè)備容量大，屬?zèng)_擊性載荷，即在一個(gè)工作周期內(nèi)只有較短時(shí)間承受工作載荷，其余時(shí)間為空轉(zhuǎn)，類似斷續(xù)工作制負(fù)載。目前沖壓車間配電系統(tǒng)主要根據(jù)工藝提供的用電設(shè)備參數(shù)，依據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》進(jìn)行設(shè)計(jì)，在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)了變壓器、無功補(bǔ)償、配電干線、各級主開關(guān)及電纜等容量選擇偏大的情況，造成前期投資浪費(fèi)，系統(tǒng)運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。下面通過對已建成投產(chǎn)的沖壓車間配電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，將現(xiàn)場調(diào)研的實(shí)測數(shù)據(jù)與原設(shè)計(jì)進(jìn)行對比分析，結(jié)合沖壓工藝設(shè)備的用電特點(diǎn)，分析沖壓車間配電系統(tǒng)容量選擇偏大的原因，并提出優(yōu)化建議，為合理設(shè)計(jì)沖壓車間配電系統(tǒng)提供參考依據(jù)。

1 典型案例

以國內(nèi)某大型合資汽車公司沖壓車間為例，該沖壓車間規(guī)劃新建A、B兩條自動(dòng)化沖壓生產(chǎn)線，預(yù)留1條沖壓生產(chǎn)線（C線），沖壓線均為四序生產(chǎn)方式，用電設(shè)備清單如表1所示。

表1沖壓車間用電設(shè)備清單

設(shè)計(jì)院根據(jù)工藝提供用電參數(shù)及配套公用負(fù)載進(jìn)行配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，考慮無功補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷為2 801 kVA，選擇2臺(tái)2 000 kVA變壓器，每臺(tái)變壓器無功補(bǔ)償容量為1 200 kVAR，變壓器設(shè)計(jì)負(fù)荷率分別為69.8%和70.3%。該沖壓車間A、B生產(chǎn)線達(dá)設(shè)計(jì)產(chǎn)能后，對配電系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)研，實(shí)測運(yùn)行數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值對比如表2所示。

表2實(shí)測值與設(shè)計(jì)值對比

通過以上數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)該沖壓車間配電系統(tǒng)的變壓器、無功補(bǔ)償裝置、母線槽、設(shè)備配電開關(guān)及線路均存在負(fù)荷率過低的情況，即使將來預(yù)留的C線投入運(yùn)行，配電系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)容量還是比實(shí)際容量大許多。為使沖壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)合理，下面對配電系統(tǒng)容量偏大的原因進(jìn)行研究分析。

2 沖壓車間配電系統(tǒng)容量偏大的原因分析

2.1 工藝提供的設(shè)備用電參數(shù)不合理

工藝提供用電設(shè)備資料時(shí)，通常把多臺(tái)設(shè)備共用的一個(gè)用電點(diǎn)按單臺(tái)設(shè)備處理，以一臺(tái)1000T壓力機(jī)的PDP柜為例，該P(yáng)DP柜供電的設(shè)備主要包括壓力機(jī)主電機(jī)、滑塊調(diào)整、液壓保護(hù)、移動(dòng)工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)、移動(dòng)工作臺(tái)夾緊、潤滑電機(jī)、油箱加熱、氣墊調(diào)整電機(jī)等，應(yīng)屬于多種不同類型，不同工作制的用電設(shè)備組成的用電設(shè)備組。這些設(shè)備不可能同時(shí)工作，即使同時(shí)工作也不會(huì)同時(shí)在額定負(fù)荷下工作，因此，在進(jìn)行設(shè)備組的負(fù)荷計(jì)算時(shí)，必須計(jì)入兩個(gè)小于1的系數(shù)，即需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)，如按單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算勢必會(huì)造成計(jì)算負(fù)荷偏大。

另外，為了提高用電可靠性，工藝提供的設(shè)備容量通常預(yù)留較大的余量。如機(jī)械手控制柜，工藝提出PDP柜的容量為70 kVA，而實(shí)際最大運(yùn)行電流不足50 A，根據(jù)運(yùn)行電流反推，實(shí)際需要容量遠(yuǎn)達(dá)不到70 kVA，這也是導(dǎo)致設(shè)計(jì)容量偏大的原因。

2.2 負(fù)荷計(jì)算選擇的需要系數(shù)不準(zhǔn)確

需要系數(shù)法計(jì)算簡便，使用廣泛，是確定配變電所用電負(fù)荷的主要方法。目前沖壓車間一般也采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，對于壓力機(jī)需要系數(shù)的選擇，主要依據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》取0.25.查表獲得的需要系數(shù)是長期積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般認(rèn)為與設(shè)備實(shí)際使用情況無關(guān)。

2.3 配電開關(guān)及線路的選擇沒有考慮斷續(xù)載荷的工作性質(zhì)

以壓力機(jī)為主的設(shè)備組屬類似斷續(xù)工作制的負(fù)載，這類負(fù)載在設(shè)計(jì)規(guī)范沒有明確的計(jì)算方法，造成設(shè)計(jì)人員無據(jù)可查，為了保守起見，通常按連續(xù)工作制負(fù)載進(jìn)行設(shè)計(jì)。而《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》規(guī)定，當(dāng)負(fù)荷為斷續(xù)或短時(shí)工作時(shí)，應(yīng)折算成等效發(fā)熱電流，按溫升選擇電纜截面，或按工作制校正電纜載流量。因此，壓力機(jī)設(shè)備組的配電設(shè)計(jì)，仍按連續(xù)負(fù)載選擇開關(guān)及線路的容量必然偏大。

3 沖壓車間配電系統(tǒng)的優(yōu)化建議

3.1 合理提供用電參數(shù)

為了避免設(shè)計(jì)容量大于實(shí)際容量，工藝提用電設(shè)備資料時(shí)，應(yīng)按實(shí)際安裝的設(shè)備容量列一個(gè)設(shè)備明細(xì)表，用電參數(shù)至少應(yīng)包括電壓等級、安裝容量、負(fù)荷性質(zhì)等。當(dāng)一個(gè)用電點(diǎn)以下帶有多臺(tái)用電設(shè)備時(shí)，應(yīng)詳細(xì)列出每臺(tái)設(shè)備的用電參數(shù)，并明確每臺(tái)設(shè)備的工作特點(diǎn)，該用電點(diǎn)最大同時(shí)運(yùn)行哪幾臺(tái)設(shè)備。對于類似斷續(xù)工作制負(fù)載，如壓力機(jī)應(yīng)提供明確的最大負(fù)荷持續(xù)率。

3.2 選擇合適的需要系數(shù)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算

需要系數(shù)不僅與壓力機(jī)的工作特點(diǎn)、設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備效率等有關(guān)，而且與生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)組織等多種因素有關(guān)。在采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，不能簡單套用設(shè)計(jì)手冊，應(yīng)盡可能對類似已投運(yùn)工程進(jìn)行仔細(xì)調(diào)研和考察，對實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，并結(jié)合新建生產(chǎn)線的設(shè)備數(shù)量、工作特點(diǎn)、生產(chǎn)節(jié)拍等對需要系數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，使選用的需要系數(shù)更切合實(shí)際情況。

3.3 參照斷續(xù)周期工作制負(fù)載選擇壓力機(jī)的配電開關(guān)及線路

在實(shí)際運(yùn)行中，壓力機(jī)的沖裁時(shí)間一般只有0.2 s，而一個(gè)工作周期時(shí)間8~10 s左右，即重載荷持續(xù)時(shí)間僅占20%~25%，類似斷續(xù)工作制負(fù)載。《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊》規(guī)定，絕緣導(dǎo)線和電纜在斷續(xù)和短時(shí)負(fù)載下的允許載流量，應(yīng)為長期負(fù)載下允許載流量乘以校正系數(shù)，校正系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：

Τ斷續(xù)負(fù)載的全周期時(shí)間（工作周期），min

τ絕緣導(dǎo)線或電纜的發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，min；

ε負(fù)載持續(xù)率，%。

當(dāng)T＞10min或ε＞65%時(shí)，校正系數(shù)取1.

因此，壓力機(jī)PDP柜配電開關(guān)及線纜可參照斷續(xù)工作制負(fù)載進(jìn)行選擇，并加以適當(dāng)校正。

4 結(jié)束語

優(yōu)化沖壓車間配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，合理選擇變壓器、無功補(bǔ)償、母線、開關(guān)及電纜線路對節(jié)省前期投資、降低配電損耗及后期維護(hù)成本具有極為重要的意義。然而影響沖壓車間配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有多方面的因素，因此，需要在具體項(xiàng)目實(shí)施過程中充分考慮各種情況才能設(shè)計(jì)出最為合理的方案。

[1]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊[M].第3版.北京：中國電力出版社，2005.