沖壓車間配電系統問題分析與優化建議

（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，主要用電設備有壓力機、開卷落料剪切線、起重機、機械手等。其中，壓力機是沖壓車間最為重要、安裝數量最多、容量最大的生產設備，其用電特點為單臺設備容量大，屬沖擊性載荷，即在一個工作周期內只有較短時間承受工作載荷，其余時間為空轉，類似斷續工作制負載。目前沖壓車間配電系統主要根據工藝提供的用電設備參數，依據《工業與民用配電設計手冊》進行設計，在實際運行中出現了變壓器、無功補償、配電干線、各級主開關及電纜等容量選擇偏大的情況，造成前期投資浪費，系統運行不經濟。下面通過對已建成投產的沖壓車間配電系統進行調研，將現場調研的實測數據與原設計進行對比分析，結合沖壓工藝設備的用電特點，分析沖壓車間配電系統容量選擇偏大的原因，并提出優化建議，為合理設計沖壓車間配電系統提供參考依據。

1 典型案例

以國內某大型合資汽車公司沖壓車間為例，該沖壓車間規劃新建A、B兩條自動化沖壓生產線，預留1條沖壓生產線（C線），沖壓線均為四序生產方式，用電設備清單如表1所示。

表1沖壓車間用電設備清單

設計院根據工藝提供用電參數及配套公用負載進行配電系統設計，考慮無功補償后的計算負荷為2 801 kVA，選擇2臺2 000 kVA變壓器，每臺變壓器無功補償容量為1 200 kVAR，變壓器設計負荷率分別為69.8%和70.3%。該沖壓車間A、B生產線達設計產能后，對配電系統運行情況進行調研，實測運行數據與設計值對比如表2所示。

表2實測值與設計值對比

通過以上數據對比，發現該沖壓車間配電系統的變壓器、無功補償裝置、母線槽、設備配電開關及線路均存在負荷率過低的情況，即使將來預留的C線投入運行，配電系統整體設計容量還是比實際容量大許多。為使沖壓配電系統設計更為經濟合理，下面對配電系統容量偏大的原因進行研究分析。

2 沖壓車間配電系統容量偏大的原因分析

2.1 工藝提供的設備用電參數不合理

工藝提供用電設備資料時，通常把多臺設備共用的一個用電點按單臺設備處理，以一臺1000T壓力機的PDP柜為例，該PDP柜供電的設備主要包括壓力機主電機、滑塊調整、液壓保護、移動工作臺驅動、移動工作臺夾緊、潤滑電機、油箱加熱、氣墊調整電機等，應屬于多種不同類型，不同工作制的用電設備組成的用電設備組。這些設備不可能同時工作，即使同時工作也不會同時在額定負荷下工作，因此，在進行設備組的負荷計算時，必須計入兩個小于1的系數，即需要系數和同時系數，如按單臺設備進行負荷計算勢必會造成計算負荷偏大。

另外，為了提高用電可靠性，工藝提供的設備容量通常預留較大的余量。如機械手控制柜，工藝提出PDP柜的容量為70 kVA，而實際最大運行電流不足50 A，根據運行電流反推，實際需要容量遠達不到70 kVA，這也是導致設計容量偏大的原因。

2.2 負荷計算選擇的需要系數不準確

需要系數法計算簡便，使用廣泛，是確定配變電所用電負荷的主要方法。目前沖壓車間一般也采用需要系數法進行負荷計算，對于壓力機需要系數的選擇，主要依據《工業與民用配電設計手冊》取0.25.查表獲得的需要系數是長期積累的經驗數據，一般認為與設備實際使用情況無關。

2.3 配電開關及線路的選擇沒有考慮斷續載荷的工作性質

以壓力機為主的設備組屬類似斷續工作制的負載，這類負載在設計規范沒有明確的計算方法，造成設計人員無據可查，為了保守起見，通常按連續工作制負載進行設計。而《工業與民用配電設計手冊》規定，當負荷為斷續或短時工作時，應折算成等效發熱電流，按溫升選擇電纜截面，或按工作制校正電纜載流量。因此，壓力機設備組的配電設計，仍按連續負載選擇開關及線路的容量必然偏大。

3 沖壓車間配電系統的優化建議

3.1 合理提供用電參數

為了避免設計容量大于實際容量，工藝提用電設備資料時，應按實際安裝的設備容量列一個設備明細表，用電參數至少應包括電壓等級、安裝容量、負荷性質等。當一個用電點以下帶有多臺用電設備時，應詳細列出每臺設備的用電參數，并明確每臺設備的工作特點，該用電點最大同時運行哪幾臺設備。對于類似斷續工作制負載，如壓力機應提供明確的最大負荷持續率。

3.2 選擇合適的需要系數進行負荷計算

需要系數不僅與壓力機的工作特點、設備臺數、設備效率等有關，而且與生產節拍、生產組織等多種因素有關。在采用需要系數法進行負荷計算時，不能簡單套用設計手冊，應盡可能對類似已投運工程進行仔細調研和考察，對實際測量數據進行分析比較，并結合新建生產線的設備數量、工作特點、生產節拍等對需要系數進行合理調整，使選用的需要系數更切合實際情況。

3.3 參照斷續周期工作制負載選擇壓力機的配電開關及線路

在實際運行中，壓力機的沖裁時間一般只有0.2 s，而一個工作周期時間8~10 s左右，即重載荷持續時間僅占20%~25%，類似斷續工作制負載。《工業與民用配電設計手冊》規定，絕緣導線和電纜在斷續和短時負載下的允許載流量，應為長期負載下允許載流量乘以校正系數，校正系數計算公式如下：

式中：

Τ斷續負載的全周期時間（工作周期），min

τ絕緣導線或電纜的發熱時間常數，min；

ε負載持續率，%。

當T＞10min或ε＞65%時，校正系數取1.

因此，壓力機PDP柜配電開關及線纜可參照斷續工作制負載進行選擇，并加以適當校正。

4 結束語

優化沖壓車間配電系統設計，合理選擇變壓器、無功補償、母線、開關及電纜線路對節省前期投資、降低配電損耗及后期維護成本具有極為重要的意義。然而影響沖壓車間配電系統設計有多方面的因素，因此，需要在具體項目實施過程中充分考慮各種情況才能設計出最為合理的方案。

[1]中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊[M].第3版.北京：中國電力出版社，2005.