淺論新能源汽車工廠焊裝車間負荷計算

劉德冉 宋依群

摘 要：本文旨在通過對新能源汽車工廠焊裝車間的負荷特點進行探討，來盡量合理改進其負荷計算結果。以期能夠實現新能源汽車工廠焊裝車間配電設計的優化。

關鍵詞：新能源汽車工廠;焊裝車間;負荷計算;需要系數法

最近幾年國內新能源汽車工廠如雨后春筍般的不斷建設而出。帶來巨大經濟和社會效益的同時，對我們的環境和能源的壓力也是與日俱增。越來越多的人關注到了新能源汽車工廠的電能利用效率問題。對于設計階段而言，如何合理選擇變壓器和供配電系統開關和材料是我們重點關注的問題。負荷計算的準確性是解決上述問題的關鍵所在。在傳統汽車工廠的四大工藝廠房中，焊裝車間就是負荷計算的重點和難點。新能源汽車工廠的焊裝車間工藝相對于傳統能源汽車工廠來說，又有一些新的變化。因此，我們有必要對其進行更進一步的探討。

1.新能源汽車工廠焊裝車間負荷特性分析

傳統汽車工廠焊裝車間主要是對車身骨架及大金屬模塊進行焊接連接的車間，主要的工藝用電設備為點焊機、弧焊接、螺柱焊機和CO2焊機等焊機，以及焊機配套的焊接機器人、機械化運輸設備等。另外還有為整個車間功能服務的空調、風機、水泵和照明等公用用電設備。

一般焊機均為斷續負載用電設備。其負載特性為使用與間歇交替。根據其使用與間歇的時間長度不同，其暫載率也不同。暫載率的公式為：

顯然，焊接車間的焊機設備相較于其他用電設備來說，對供電系統的影響更大。體現在兩個方面：一個是大量斷續負載的使用，不能簡單按功率來選擇供電線路和設備;第二個是不少焊機為單相220V或單相380V用電設備，再加上其為斷續負載，因此對電能質量造成了較大影響，不得不考慮焊接電與清潔電采用不同變壓器配電的問題。

新能源汽車工廠焊機的使用量有所減少，增加了不少的鉚接設備用電。其可看作是清潔電。主要是因為新能源汽車考慮車身重量和新材料應用等因素，不再單純采用金屬焊接一種連接方式。另外，很多新技術、新設計理念的應用，也使得清潔電的供電內容不斷擴展。如何更加準確的計算這一部分容量也是我們負荷計算中不可忽視的一個重要因素。

2.負荷計算方法

對于一般的工業與民用建筑來說，常用的負荷計算方法有單位指標法、需要系數法和利用系數法等。參考文獻[1]中有詳細介紹，本文不再贅述。在汽車工廠的負荷計算過程中，前期的初步設計階段會根據單位指標法進行負荷估算。但其結果準確性較差，僅有定性的參考作用。后期的施工圖階段多采用需要系數法進行計算。需要系數法的計算結果相對準確，但其對各參數的把控要求相對較高。利用系數法由于其計算的復雜性、有效設備臺數確定難度大等原因，其使用率也不高。

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

就筆者了解到的工程實際情況來看，一般新能源汽車工廠的焊裝車間負荷率都偏低，且低的較多。這在一定程度上是由于沒有滿產所導致，也有考慮設備預留的原因，但是負荷計算結果的準確度不夠是其主要原因。

3.提高焊裝車間負荷計算結果準確性的幾個要點

要想提高焊裝車間負荷計算結果的準確性，首先需要合理可行的計算方法。其次，是在選定計算方法的前提下各參數能夠盡量準確。在計算方法的選擇上，需要系數法是一個在實踐中總結出來的方法，因此，將其應用于實踐本身是沒有問題的。而且其他方法在新能源汽車工廠施工圖設計階段的負荷計算中都存在著很難克服的問題。那么剩下的就是各參數的準確性的問題了。需要系數法的計算公式為：

車間按清潔電與焊接電分類后，分別求出對應的有功功率和無功功率后，視在功率、計算電流和無功補償等都可以非常簡單的計算出來了。可見上述公式2、3就是新能源汽車工廠焊裝車間負荷計算的關鍵了。公式2、3中等號右邊的每一個參數都有可能對負荷計算結果產生影響，因此必須得保證每一個參數的準確性。

首先，用電設備額定功率的準確性問題。正常來說，工藝專業與公用專業按按設備銘牌上的額定功率給電氣專業提資料即可。但是對于新能源汽車工廠的焊裝車間來說有兩個問題需要特別注意：一是各專業所提電量的大小問題，二是焊機的暫載率問題。工程設計中經常會出現各流程中的經手人逐級增大設備容量的現象，主要是為了留有設計冗余和容錯率。但是這樣到達電氣設計人手里的資料就很容易出現較嚴重的失真現象。電氣設計人在工程設計時一定要考慮此種情況，認真核實接受資料的準確性。可以將各專業所關注的備用容量一起考慮在電氣專業的負荷計算處。焊機等斷續負載需要折算成連續負載來進行負荷計算。一般點焊機設備銘牌上的暫載率可達到50%，但在工程實際中卻很少會用到這么高，一般也就是10%左右。這就要求電氣專業設計人要與工藝專業設計人密切配合，根據工藝節拍選定焊機暫載率。另外，新能源汽車工廠的焊裝車間相對于傳統能源汽車工廠來說焊機電與清潔電比例發生了較大變化，且新技術不斷使用，因此局部的焊接電接入清潔母線或變壓器，對其影響相對減少。在距離、變壓器容量或母線位置受限制時可以考慮部分焊接電接入清潔母線或變壓器。

其次，需要系數與同時系數的問題。參考文獻[1]中給出了常用用電設備的需要系數、功率因數和常規設計中同時系數的選擇范圍。但是實際設計過程中很多設計人都會按較大的選擇。比如說某類設備的需要系數為0.7～0.8，則選擇0.8;計算變壓器時有功功率的同時系數0.85～0.95，則選擇0.95。按照這種方法計算出來的結果自然會偏大。按筆者經驗，新能源汽車工廠各車間用電設備相對密集，在計算變壓器時需要系數和同時系數按參考范圍的下限選擇會更加合理。

最后，功率因數角的正切值即tanθ的問題。固定類型的設備其tanθ值也是固定的，但是在汽車工廠中經常會有一些設備無法確認其設備類型。比如焊裝車間的運輸線是由相當數量的AGV小車、輸送機械設備、裝卸機械設備、倉儲機械設備、集裝化機械設備和流通加工機械設備等組成。這種情況下，其功率因數是無法確認的，只能靠設備實測和設計人的經驗積累來選擇。

4.結論

本文主要是針對現有條件下，新能源汽車工廠焊裝車間的負荷計算提出幾點提高計算結果準確度的意見。僅供自己和設計同行們參考。也希望能夠有更多的新技術、新方法不斷被應用，讓負荷計算結果更加切合實際、更好的指導工程實踐。

參考文獻：

[1].中國航空規劃設計研究總院有限公司組編. 工業與民用供配電設計手冊（第四版）[M]. 北京：中國電力出版社，2016.12.

作者簡介：

劉德冉（1990.07），性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：安徽省淮南市，當前職務：設計師、在職研究生，當前職稱：工程師，學歷：大學本科，研究方向：電力系統.