淺論新能源汽車工廠焊裝車間負(fù)荷計(jì)算

劉德冉 宋依群

摘 要：本文旨在通過(guò)對(duì)新能源汽車工廠焊裝車間的負(fù)荷特點(diǎn)進(jìn)行探討，來(lái)盡量合理改進(jìn)其負(fù)荷計(jì)算結(jié)果。以期能夠?qū)崿F(xiàn)新能源汽車工廠焊裝車間配電設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：新能源汽車工廠;焊裝車間;負(fù)荷計(jì)算;需要系數(shù)法

最近幾年國(guó)內(nèi)新能源汽車工廠如雨后春筍般的不斷建設(shè)而出。帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的同時(shí)，對(duì)我們的環(huán)境和能源的壓力也是與日俱增。越來(lái)越多的人關(guān)注到了新能源汽車工廠的電能利用效率問(wèn)題。對(duì)于設(shè)計(jì)階段而言，如何合理選擇變壓器和供配電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)和材料是我們重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確性是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵所在。在傳統(tǒng)汽車工廠的四大工藝廠房中，焊裝車間就是負(fù)荷計(jì)算的重點(diǎn)和難點(diǎn)。新能源汽車工廠的焊裝車間工藝相對(duì)于傳統(tǒng)能源汽車工廠來(lái)說(shuō)，又有一些新的變化。因此，我們有必要對(duì)其進(jìn)行更進(jìn)一步的探討。

1.新能源汽車工廠焊裝車間負(fù)荷特性分析

傳統(tǒng)汽車工廠焊裝車間主要是對(duì)車身骨架及大金屬模塊進(jìn)行焊接連接的車間，主要的工藝用電設(shè)備為點(diǎn)焊機(jī)、弧焊接、螺柱焊機(jī)和CO2焊機(jī)等焊機(jī)，以及焊機(jī)配套的焊接機(jī)器人、機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備等。另外還有為整個(gè)車間功能服務(wù)的空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵和照明等公用用電設(shè)備。

一般焊機(jī)均為斷續(xù)負(fù)載用電設(shè)備。其負(fù)載特性為使用與間歇交替。根據(jù)其使用與間歇的時(shí)間長(zhǎng)度不同，其暫載率也不同。暫載率的公式為：

顯然，焊接車間的焊機(jī)設(shè)備相較于其他用電設(shè)備來(lái)說(shuō)，對(duì)供電系統(tǒng)的影響更大。體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是大量斷續(xù)負(fù)載的使用，不能簡(jiǎn)單按功率來(lái)選擇供電線路和設(shè)備;第二個(gè)是不少焊機(jī)為單相220V或單相380V用電設(shè)備，再加上其為斷續(xù)負(fù)載，因此對(duì)電能質(zhì)量造成了較大影響，不得不考慮焊接電與清潔電采用不同變壓器配電的問(wèn)題。

新能源汽車工廠焊機(jī)的使用量有所減少，增加了不少的鉚接設(shè)備用電。其可看作是清潔電。主要是因?yàn)樾履茉雌嚳紤]車身重量和新材料應(yīng)用等因素，不再單純采用金屬焊接一種連接方式。另外，很多新技術(shù)、新設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用，也使得清潔電的供電內(nèi)容不斷擴(kuò)展。如何更加準(zhǔn)確的計(jì)算這一部分容量也是我們負(fù)荷計(jì)算中不可忽視的一個(gè)重要因素。

2.負(fù)荷計(jì)算方法

對(duì)于一般的工業(yè)與民用建筑來(lái)說(shuō)，常用的負(fù)荷計(jì)算方法有單位指標(biāo)法、需要系數(shù)法和利用系數(shù)法等。參考文獻(xiàn)[1]中有詳細(xì)介紹，本文不再贅述。在汽車工廠的負(fù)荷計(jì)算過(guò)程中，前期的初步設(shè)計(jì)階段會(huì)根據(jù)單位指標(biāo)法進(jìn)行負(fù)荷估算。但其結(jié)果準(zhǔn)確性較差，僅有定性的參考作用。后期的施工圖階段多采用需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。需要系數(shù)法的計(jì)算結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，但其對(duì)各參數(shù)的把控要求相對(duì)較高。利用系數(shù)法由于其計(jì)算的復(fù)雜性、有效設(shè)備臺(tái)數(shù)確定難度大等原因，其使用率也不高。

另外還有一些普及率不高或者已經(jīng)被逐漸淘汰的負(fù)荷計(jì)算方法。也有很多專家、學(xué)者在不斷鉆研更新、更好的負(fù)荷計(jì)算方法。筆者無(wú)法一一涉獵，在此也不再列舉。

就筆者了解到的工程實(shí)際情況來(lái)看，一般新能源汽車工廠的焊裝車間負(fù)荷率都偏低，且低的較多。這在一定程度上是由于沒(méi)有滿產(chǎn)所導(dǎo)致，也有考慮設(shè)備預(yù)留的原因，但是負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度不夠是其主要原因。

3.提高焊裝車間負(fù)荷計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的幾個(gè)要點(diǎn)

要想提高焊裝車間負(fù)荷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，首先需要合理可行的計(jì)算方法。其次，是在選定計(jì)算方法的前提下各參數(shù)能夠盡量準(zhǔn)確。在計(jì)算方法的選擇上，需要系數(shù)法是一個(gè)在實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的方法，因此，將其應(yīng)用于實(shí)踐本身是沒(méi)有問(wèn)題的。而且其他方法在新能源汽車工廠施工圖設(shè)計(jì)階段的負(fù)荷計(jì)算中都存在著很難克服的問(wèn)題。那么剩下的就是各參數(shù)的準(zhǔn)確性的問(wèn)題了。需要系數(shù)法的計(jì)算公式為：

車間按清潔電與焊接電分類后，分別求出對(duì)應(yīng)的有功功率和無(wú)功功率后，視在功率、計(jì)算電流和無(wú)功補(bǔ)償?shù)榷伎梢苑浅：?jiǎn)單的計(jì)算出來(lái)了?？梢?jiàn)上述公式2、3就是新能源汽車工廠焊裝車間負(fù)荷計(jì)算的關(guān)鍵了。公式2、3中等號(hào)右邊的每一個(gè)參數(shù)都有可能對(duì)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響，因此必須得保證每一個(gè)參數(shù)的準(zhǔn)確性。

首先，用電設(shè)備額定功率的準(zhǔn)確性問(wèn)題。正常來(lái)說(shuō)，工藝專業(yè)與公用專業(yè)按按設(shè)備銘牌上的額定功率給電氣專業(yè)提資料即可。但是對(duì)于新能源汽車工廠的焊裝車間來(lái)說(shuō)有兩個(gè)問(wèn)題需要特別注意：一是各專業(yè)所提電量的大小問(wèn)題，二是焊機(jī)的暫載率問(wèn)題。工程設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各流程中的經(jīng)手人逐級(jí)增大設(shè)備容量的現(xiàn)象，主要是為了留有設(shè)計(jì)冗余和容錯(cuò)率。但是這樣到達(dá)電氣設(shè)計(jì)人手里的資料就很容易出現(xiàn)較嚴(yán)重的失真現(xiàn)象。電氣設(shè)計(jì)人在工程設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮此種情況，認(rèn)真核實(shí)接受資料的準(zhǔn)確性?？梢詫⒏鲗I(yè)所關(guān)注的備用容量一起考慮在電氣專業(yè)的負(fù)荷計(jì)算處。焊機(jī)等斷續(xù)負(fù)載需要折算成連續(xù)負(fù)載來(lái)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。一般點(diǎn)焊機(jī)設(shè)備銘牌上的暫載率可達(dá)到50%，但在工程實(shí)際中卻很少會(huì)用到這么高，一般也就是10%左右。這就要求電氣專業(yè)設(shè)計(jì)人要與工藝專業(yè)設(shè)計(jì)人密切配合，根據(jù)工藝節(jié)拍選定焊機(jī)暫載率。另外，新能源汽車工廠的焊裝車間相對(duì)于傳統(tǒng)能源汽車工廠來(lái)說(shuō)焊機(jī)電與清潔電比例發(fā)生了較大變化，且新技術(shù)不斷使用，因此局部的焊接電接入清潔母線或變壓器，對(duì)其影響相對(duì)減少。在距離、變壓器容量或母線位置受限制時(shí)可以考慮部分焊接電接入清潔母線或變壓器。

其次，需要系數(shù)與同時(shí)系數(shù)的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)[1]中給出了常用用電設(shè)備的需要系數(shù)、功率因數(shù)和常規(guī)設(shè)計(jì)中同時(shí)系數(shù)的選擇范圍。但是實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中很多設(shè)計(jì)人都會(huì)按較大的選擇。比如說(shuō)某類設(shè)備的需要系數(shù)為0.7～0.8，則選擇0.8;計(jì)算變壓器時(shí)有功功率的同時(shí)系數(shù)0.85～0.95，則選擇0.95。按照這種方法計(jì)算出來(lái)的結(jié)果自然會(huì)偏大。按筆者經(jīng)驗(yàn)，新能源汽車工廠各車間用電設(shè)備相對(duì)密集，在計(jì)算變壓器時(shí)需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)按參考范圍的下限選擇會(huì)更加合理。

最后，功率因數(shù)角的正切值即tanθ的問(wèn)題。固定類型的設(shè)備其tanθ值也是固定的，但是在汽車工廠中經(jīng)常會(huì)有一些設(shè)備無(wú)法確認(rèn)其設(shè)備類型。比如焊裝車間的運(yùn)輸線是由相當(dāng)數(shù)量的AGV小車、輸送機(jī)械設(shè)備、裝卸機(jī)械設(shè)備、倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)械設(shè)備、集裝化機(jī)械設(shè)備和流通加工機(jī)械設(shè)備等組成。這種情況下，其功率因數(shù)是無(wú)法確認(rèn)的，只能靠設(shè)備實(shí)測(cè)和設(shè)計(jì)人的經(jīng)驗(yàn)積累來(lái)選擇。

4.結(jié)論

本文主要是針對(duì)現(xiàn)有條件下，新能源汽車工廠焊裝車間的負(fù)荷計(jì)算提出幾點(diǎn)提高計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度的意見(jiàn)。僅供自己和設(shè)計(jì)同行們參考。也希望能夠有更多的新技術(shù)、新方法不斷被應(yīng)用，讓負(fù)荷計(jì)算結(jié)果更加切合實(shí)際、更好的指導(dǎo)工程實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1].中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司組編. 工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2016.12.

作者簡(jiǎn)介：

劉德冉（1990.07），性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：安徽省淮南市，當(dāng)前職務(wù)：設(shè)計(jì)師、在職研究生，當(dāng)前職稱：工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：電力系統(tǒng).