浅论新能源汽车工厂焊装车间负荷计算

刘德冉 宋依群

摘 要：本文旨在通过对新能源汽车工厂焊装车间的负荷特点进行探讨，来尽量合理改进其负荷计算结果。以期能够实现新能源汽车工厂焊装车间配电设计的优化。

关键词：新能源汽车工厂;焊装车间;负荷计算;需要系数法

最近几年国内新能源汽车工厂如雨后春笋般的不断建设而出。带来巨大经济和社会效益的同时，对我们的环境和能源的压力也是与日俱增。越来越多的人关注到了新能源汽车工厂的电能利用效率问题。对于设计阶段而言，如何合理选择变压器和供配电系统开关和材料是我们重点关注的问题。负荷计算的准确性是解决上述问题的关键所在。在传统汽车工厂的四大工艺厂房中，焊装车间就是負荷计算的重点和难点。新能源汽车工厂的焊装车间工艺相对于传统能源汽车工厂来说，又有一些新的变化。因此，我们有必要对其进行更进一步的探讨。

1.新能源汽车工厂焊装车间负荷特性分析

传统汽车工厂焊装车间主要是对车身骨架及大金属模块进行焊接连接的车间，主要的工艺用电设备为点焊机、弧焊接、螺柱焊机和CO2焊机等焊机，以及焊机配套的焊接机器人、机械化运输设备等。另外还有为整个车间功能服务的空调、风机、水泵和照明等公用用电设备。

一般焊机均为断续负载用电设备。其负载特性为使用与间歇交替。根据其使用与间歇的时间长度不同，其暂载率也不同。暂载率的公式为：

显然，焊接车间的焊机设备相较于其他用电设备来说，对供电系统的影响更大。体现在两个方面：一个是大量断续负载的使用，不能简单按功率来选择供电线路和设备;第二个是不少焊机为单相220V或单相380V用电设备，再加上其为断续负载，因此对电能质量造成了较大影响，不得不考虑焊接电与清洁电采用不同变压器配电的问题。

新能源汽车工厂焊机的使用量有所减少，增加了不少的铆接设备用电。其可看作是清洁电。主要是因为新能源汽车考虑车身重量和新材料应用等因素，不再单纯采用金属焊接一种连接方式。另外，很多新技术、新设计理念的应用，也使得清洁电的供电内容不断扩展。如何更加准确的计算这一部分容量也是我们负荷计算中不可忽视的一个重要因素。

2.负荷计算方法

对于一般的工业与民用建筑来说，常用的负荷计算方法有单位指标法、需要系数法和利用系数法等。参考文献[1]中有详细介绍，本文不再赘述。在汽车工厂的负荷计算过程中，前期的初步设计阶段会根据单位指标法进行负荷估算。但其结果准确性较差，仅有定性的参考作用。后期的施工图阶段多采用需要系数法进行计算。需要系数法的计算结果相对准确，但其对各参数的把控要求相对较高。利用系数法由于其计算的复杂性、有效设备台数确定难度大等原因，其使用率也不高。

另外还有一些普及率不高或者已经被逐渐淘汰的负荷计算方法。也有很多专家、学者在不断钻研更新、更好的负荷计算方法。笔者无法一一涉猎，在此也不再列举。

就笔者了解到的工程实际情况来看，一般新能源汽车工厂的焊装车间负荷率都偏低，且低的较多。这在一定程度上是由于没有满产所导致，也有考虑设备预留的原因，但是负荷计算结果的准确度不够是其主要原因。

3.提高焊装车间负荷计算结果准确性的几个要点

要想提高焊装车间负荷计算结果的准确性，首先需要合理可行的计算方法。其次，是在选定计算方法的前提下各参数能够尽量准确。在计算方法的选择上，需要系数法是一个在实践中总结出来的方法，因此，将其应用于实践本身是没有问题的。而且其他方法在新能源汽车工厂施工图设计阶段的负荷计算中都存在着很难克服的问题。那么剩下的就是各参数的准确性的问题了。需要系数法的计算公式为：

车间按清洁电与焊接电分类后，分别求出对应的有功功率和无功功率后，视在功率、计算电流和无功补偿等都可以非常简单的计算出来了。可见上述公式2、3就是新能源汽车工厂焊装车间负荷计算的关键了。公式2、3中等号右边的每一个参数都有可能对负荷计算结果产生影响，因此必须得保证每一个参数的准确性。

首先，用电设备额定功率的准确性问题。正常来说，工艺专业与公用专业按按设备铭牌上的额定功率给电气专业提资料即可。但是对于新能源汽车工厂的焊装车间来说有两个问题需要特别注意：一是各专业所提电量的大小问题，二是焊机的暂载率问题。工程设计中经常会出现各流程中的经手人逐级增大设备容量的现象，主要是为了留有设计冗余和容错率。但是这样到达电气设计人手里的资料就很容易出现较严重的失真现象。电气设计人在工程设计时一定要考虑此种情况，认真核实接受资料的准确性。可以将各专业所关注的备用容量一起考虑在电气专业的负荷计算处。焊机等断续负载需要折算成连续负载来进行负荷计算。一般点焊机设备铭牌上的暂载率可达到50%，但在工程实际中却很少会用到这么高，一般也就是10%左右。这就要求电气专业设计人要与工艺专业设计人密切配合，根据工艺节拍选定焊机暂载率。另外，新能源汽车工厂的焊装车间相对于传统能源汽车工厂来说焊机电与清洁电比例发生了较大变化，且新技术不断使用，因此局部的焊接电接入清洁母线或变压器，对其影响相对减少。在距离、变压器容量或母线位置受限制时可以考虑部分焊接电接入清洁母线或变压器。

其次，需要系数与同时系数的问题。参考文献[1]中给出了常用用电设备的需要系数、功率因数和常规设计中同时系数的选择范围。但是实际设计过程中很多设计人都会按较大的选择。比如说某类设备的需要系数为0.7～0.8，则选择0.8;计算变压器时有功功率的同时系数0.85～0.95，则选择0.95。按照这种方法计算出来的结果自然会偏大。按笔者经验，新能源汽车工厂各车间用电设备相对密集，在计算变压器时需要系数和同时系数按参考范围的下限选择会更加合理。

最后，功率因数角的正切值即tanθ的问题。固定类型的设备其tanθ值也是固定的，但是在汽车工厂中经常会有一些设备无法确认其设备类型。比如焊装车间的运输线是由相当数量的AGV小车、输送机械设备、装卸机械设备、仓储机械设备、集装化机械设备和流通加工机械设备等组成。这种情况下，其功率因数是无法确认的，只能靠设备实测和设计人的经验积累来选择。

4.结论

本文主要是针对现有条件下，新能源汽车工厂焊装车间的负荷计算提出几点提高计算结果准确度的意见。仅供自己和设计同行们参考。也希望能够有更多的新技术、新方法不断被应用，让负荷计算结果更加切合实际、更好的指导工程实践。

参考文献：

[1].中国航空规划设计研究总院有限公司组编. 工业与民用供配电设计手册（第四版）[M]. 北京：中国电力出版社，2016.12.

作者简介：

刘德冉（1990.07），性别：男，民族：汉，籍贯（精确到市）：安徽省淮南市，当前职务：设计师、在职研究生，当前职称：工程师，学历：大学本科，研究方向：电力系统.