電氣設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)的取值需要結合實際確定。

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問題的提出

焊接工藝及設備部門提供的設計依據(jù)數(shù)據(jù)多是設備供應商反饋而來，而設備供應商在提供設備的電氣負荷時，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200 kVA；額定初級電壓，單相 AC 380 V，50 Hz；額定初級電流526 A；負載持續(xù)率50 %。KR機器人參數(shù)：額定容量75 kVA；額定初級電壓，三相AC 380 V，50 Hz；額定初級電流，無；負載持續(xù)率10 %。

設計院設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30 JPH（JPH是Jobs Per Hour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 ~ 26 JPH之間，結合設計規(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。

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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，其主要設備參數(shù)如表1、表2所示。

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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)cos φ取值：DN3系列懸掛點焊機Kx = 0.35，cos φ = 0.6；焊接機器人Kx = 0.2，cos φ = 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。

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針對每條生產(chǎn)線的鋼板的預壓時間、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，計算結果如表4、表5所示。

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其次，按設計手冊中同期系數(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#變壓器理論計算結果如表6、表7所示。

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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2 000 kVA,供電由5#開閉所同一臺10 kV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10 000 / 100，可知計量表記倍率為3 000。

此焊裝車間生產(chǎn)節(jié)拍為23 JPH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（1 094.27 - 1 094.14）×3 000= 390 kWh。

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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(1 094.91 - 1 094.8)×3 000 = 330 kWh。

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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（1 096.05 - 1 095.93）×3 000 = 360 kWh。

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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（1 100.71 - 1 100.59）×3 000 = 360 kWh。

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生產(chǎn)節(jié)拍為26 JPH，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1 516 080 - 1 515 630 = 450 kWh。

生產(chǎn)節(jié)拍為19.6 JPH,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：883 830 - 883 500 = 330 kWh；2016年12月16日9:00 - 10:00，耗電量：901 530 - 901 200 = 330 kWh。

由以上數(shù)據(jù)可知：生產(chǎn)節(jié)拍為19.6 JPH時，15#、16#變壓器最大平均負荷率為Pj / Pn = 330 / （4 000×0.8） = 10.3 %；生產(chǎn)節(jié)拍為23 JPH時，15#、16#變壓器最大平均負荷率為Pj /Pn = 390 /（4 000×0.8）= 12.2 %；生產(chǎn)節(jié)拍為26 JPH時，15#、16#變壓器最大平均負荷率為Pj / Pn= 450 / （4 000×0.8）= 14 %。圖6是不同生產(chǎn)節(jié)拍時變壓器負荷情況。

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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)時。

由以上記錄的變壓器負荷率數(shù)據(jù)或即使按焊機需要系數(shù)Kx = 0.1計算可知（如表8、表9所示），電氣設備實際運行時，焊機的需要系數(shù)值遠沒有這么大。

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綜合理論與實際，建議焊裝負荷在采用需要系數(shù)法進行負荷計算時，點焊機的需要系數(shù)Kx可由0.35調整至0.1甚至更小,焊機的負載持續(xù)率εn可從0.5降低到0.2；與設備供貨商提供的設備參數(shù)及4版《手冊》焊機類設備需要系數(shù)相比較，可適當降低需要系數(shù)值及負載持續(xù)率值，在滿足設備正常工作的情況下，可使得汽車工廠焊裝車間的焊接變壓器安裝容量的選擇更為經(jīng)濟、合理。