上汽通用五菱汽车股份有限公司重庆分公司 重庆 40000
摘要：在汽车制造行业，车身（焊接）车间使用了大量的电阻焊，对无功功率需求极大。大量感抗的存在，会对电能质量产生较大干扰。无功补偿装置的普及及其他措施的应用，能够有效削弱电能事件对精密设备的影响。我们通过在重庆市某家汽车制造厂安装电能质量魔方进行监测，并对大量数据及图形进行分析，得出了相关的结果。
关键词：电能质量；无功补偿
随着汽车制造业的发展，其车身车间焊接工艺愈加复杂，对电网的压力也越来越大。大量感性负载在短时间内的启停所产生的短时大电流对电网的冲击越来越明显。而新工艺增加的不只是多样的焊机，多种精密设备对电能质量的要求也越来越高。单相动态无功补偿装置的应用，除可降低项目投资费用，还可提高功率因数。而负载的合理分配，也可以有效降低电网对精密设备的影响。
1 无功补偿装置的应用效果
1.1 对电压的影响
图1
从图1中可以看出，投入无功补偿装置之后，半周波线电压平均值仅略有提高，但线电压最大值、最小值变化较为明显。通过统计数据来看，在平均负荷不足变压器容量40%的情况下，不投补偿装置时的线电压比投入补偿装置后的线电压低5V以上；在平均负荷超过变压器容量60%的情况下，不投补偿装置时的线电压比投入补偿装置后的线电压低10V以上。大量焊机的短时无规律启停，也导致电网电压波动无规律，而10V以上的电压变化，就可能会导致焊点的焊接质量发生变化甚至不达标，如焊点虚焊或焊穿等情况。同时，电网电压波动的减小，也能有效避免电压波动对精密设备如变频器等产生影响（精密设备由于自身保护等级较高，电网波动稍大就会出现保护停机）。截至2017年7月，该汽车制造厂仍每年都会发生电压波动导致变频器等设备停机的事件。
1.2对视在功率的影响
图2
从图2中可以看出，有了无功补偿装置之后，10周波视在功率平均值降低较为明显。通过实际统计数据来看，投入补偿装置后的视在功率平均值对比退出补偿装置时的视在功率平均值降低40%左右，效果显著。视在功率减小后，在变压器容量、配电柜铜排规格等选择时就可以选用更小规格的产品，从而减少一次性投资。如设计有无功补偿装置时仅需设置容量1600kVA的变压器，而不设无功补偿装置时则需设置容量为2500kVA的变压器，仅变压器一项就可以节省6万元以上。如果考虑断路器、铜排、电缆等元器件的费用，总体节约费用相当可观。
1.2对功率因数的影响
图3
从图3可以看出，无功补偿投入前后对功率因数的影响尤为明显。但因车身车间焊机启停频率太快，时间间隔过短，影响电能质量魔方对瞬时有功功率因数的准确计算。因此，实际功率因数我们采用累计数据分析法计算，即根据一段时间内的有功电能累计数及无功电能累计数，计算实际平均功率因数。本次共采样6个变配电所的实际累计数据，退出无功补偿装置的电网功率因数平均不高于0.65，而投入了单相动态无功补偿装置的电网功率因数平均不低于0.93。由实际统计数据来看，容量匹配的无功补偿装置，对于车身车间电网功率因数提高效果显著。
1.3对谐波的影响
图6
从图6来看，投入无功补偿装置前后，频率基本无明显变化。从大量实际数据及该厂现有的变配电所负荷配比来看，无功补偿的投入，并不会对频率产生较大影响。
综上所述，无功补偿装置尤其是单相动态无功补偿装置的应用，对于车身车间电能治理效果较好，尤其是在电压、视在功率、功率因数方面，而在谐波治理、频率波动改善方面效果欠佳。这主要还是因为现有技术掣肘：从逻辑判断再到实际电容补偿的投入，虽然现有技术已能将响应时间控制在20ms内，但对于某些特殊场合仍然是不够的。相信随着科技的发展，无功补偿的进步迟早能实现电能的平稳供应。
2负载合理布置
前面已经提到，车身车间由于负载的特殊性，电能质量非常复杂；而随着自动控制的普及，精密设备的增多，对电能质量的要求却又越来越高。如何提高精密设备的供电质量，已经是多数企业非常关注的问题。既然精密设备对电能质量要求高，那么可以对其进行独立供电。而布置有焊机的电网情况复杂，就所幸将焊机电源与精密设备电源隔离开。
以我们从多个车厂了解的数据来看，车身车间的精密设备数量虽然不少，但其功率较小，一般规模的车身车间选用一台2000kVA的变压器已能满足需求。仅需敷设一条横贯车间的低压母线槽，就能基本满足车间精密
设备的配电网络。而一条低压母线槽的投资成本一般不超过30万元。其他做法如精密设备电源与焊机电源取自同一变配电所，就要确保每个变配电所的电能质量，要在每个变配电所设置有源滤波装置及电压快速补偿装置。但在一个变配电所配备有源滤波装置及电压快速补偿装置的成本不低于30万元，以本次调查车厂为例计算，最小的一个车身车间有5个变配电所，即总投资不低于150万元，投资明显增大。同时，隔离分开的变配电所仅需配备2面左右的静态无功补偿柜（合计20万元左右），而若按照其他变配电所设置单相动态无功补偿柜却需5面（合计75万元左右），仅补偿柜的变化也能减少55万元左右的投资。
从效果来看，单独隔离出来的变配电所，其负荷、电压等相当平稳，静态无功补偿装置投切也不甚频繁，运行情况良好，能够满足车厂精密设备的运行条件。
结语：如本文所述，国产车厂发展很快，车身车间的工艺、负荷变化也较大，电网越来越复杂。无功补偿装置的应用，能较好的稳定电能质量，从而避免电网波动过大导致出现焊接质量事故。而针对精密设备单独设置变配电所，从根源上与不稳定电网隔离开，也能有效确保精密设备的可靠运行。
参考文献：
[1]金萍.浅谈无功补偿的应用与发展[J].中国科技期刊数据库，2012（4).
[2]陈亮.浅谈无功补偿技术在电气自动化中的应用[J].现代制造，2012（24)：24-25.
[3]廖宗茂.电力系统无功补偿点及其补偿容量的确定[J].建材与装饰，2015（48).
[4]张海鹏，林舜江，刘明波，黄晓彤.低压配电网无功补偿及效益评估系统的开发和应用[J].电力系统保护与控制，2016（4)：129-136.
[5]王仕东.低压配电网无功补偿及优化研究[J].工业C，2016（6).
论文作者:许世超,黄春笋,何伟东
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/16
标签：装置论文; 精密论文; 电能论文; 电压论文; 功率因数论文; 电网论文; 车间论文; 《基层建设》2018年第2期论文;