【項(xiàng)目背景】

汽車產(chǎn)業(yè)是世界上規(guī)模最大的產(chǎn)業(yè)之一，具有產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高、涉及范圍廣、技術(shù)要求高、綜合性強(qiáng)、零部件數(shù)量眾多、附加值大的特點(diǎn)，對工業(yè)結(jié)構(gòu)升級和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有很強(qiáng)的帶動作用。2021年將實(shí)現(xiàn)恢復(fù)性正增長，汽車銷量有望超過2600萬輛，同比增長4%。 

一輛汽車的誕生，基本上可以概括成沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝。某汽車制造基地作為全球第一個完全滿足MQB平臺生產(chǎn)需求的工廠，為了保證整車品質(zhì)的一致性，該基地二期擁有大量世界頂級設(shè)備，其在自動化方面也是名列前茅。

其中，焊裝車間就擁有949臺KUKA自動機(jī)器人，自動化率高達(dá)80%；涂裝車間擁有139臺自動噴涂機(jī)器人，核心工藝自動化率接近100%，保證了整車出產(chǎn)時的高品質(zhì)。

（焊裝機(jī)器人工作中）

01

電能質(zhì)量問題導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失、安全隱患

維持?jǐn)?shù)量如此巨大的自動化設(shè)備，必然會給整個電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定帶來了巨大挑戰(zhàn)。特別是以焊裝車間自動焊裝機(jī)器人為代表的快速變化的沖擊性負(fù)荷，對電能質(zhì)量的影響尤為嚴(yán)重。

該汽車制造基地焊裝車間出現(xiàn)EMS輸送鏈頻繁誤動、涂膠機(jī)因電壓異常運(yùn)行兩種現(xiàn)象等故障。導(dǎo)致輸送鏈會頻繁出現(xiàn)不受控現(xiàn)象，嚴(yán)重影響工藝流程與自動化流水線的穩(wěn)定運(yùn)行，對生產(chǎn)流暢性產(chǎn)生了極大的影響，給該基地帶來不可估量經(jīng)濟(jì)損失以及交貨不及時帶來的聲譽(yù)負(fù)面效應(yīng)，威脅品牌價值穩(wěn)定。

（涂裝機(jī)器人工作中）

02

診斷分析，故障定位

為更加精準(zhǔn)全面的定位故障原因，用戶采購2臺在線式電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，對上述2個故障位置所在位置實(shí)施長時持續(xù)性監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)如下異常情況：

1號輸送鏈主要問題：

 1、諧波電壓含量高達(dá)11.31%，遠(yuǎn)超國標(biāo)5%限值，諧波電流含量高達(dá)為73%。

1號輸送鏈三相諧波電壓總畸變率月統(tǒng)計圖

 2、正常運(yùn)行時段功率因數(shù)波動幅度較大，且功率因數(shù)較低，存在最小-9.16kvar的反向無功情況，這也是導(dǎo)致一號輸送鏈功率因數(shù)低的一個原因，而且反向無功會導(dǎo)致系統(tǒng)呈容性，在諧波含量較高時，系統(tǒng)出現(xiàn)諧振的風(fēng)險大幅提升，諧振時可能出現(xiàn)較高的瞬時過電壓和過電流，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備異常或損壞。

1號輸送鏈無功功率月統(tǒng)計圖

2號單工位主要問題：

諧波電壓含量高達(dá)11.62%，遠(yuǎn)超國標(biāo)5%限值，諧波電流含量高達(dá)為76.21%。

2號單工位無功功率月統(tǒng)計圖

03

治理方案

針對用戶目前最關(guān)注的EMS輸送鏈因諧波誤動問題，擬選用復(fù)合型諧波濾除系統(tǒng)對1號輸送鏈進(jìn)行治理，項(xiàng)目預(yù)算如下表1：

表1. EMS輸送鏈復(fù)合型諧波濾除系統(tǒng)概算

復(fù)合型諧波濾除系統(tǒng)現(xiàn)場圖

04

復(fù)合型諧波濾除系統(tǒng)安裝前、后對比

安裝前，諧波電壓總畸變率的變化

如圖所示，治理前諧波電壓含量高達(dá)11.31%，遠(yuǎn)超國標(biāo)5%限值，諧波電流含量高達(dá)為73%，特征諧波為2,5,7,9,11,13，諧波含量高可能會導(dǎo)致設(shè)備絕緣老化、性能壽命下降、損耗增加、功率因數(shù)降低、繼電器誤動作、通信控制信號紊亂、諧振產(chǎn)生瞬時過壓過流導(dǎo)致設(shè)備燒毀等安全隱患，急需治理。

安裝后，諧波電壓總畸變率的變化

如圖所示，安裝電壓型有源濾波裝置后，輸送鏈諧波電壓畸變率下降非常明顯，A相諧波電壓畸變率最大值為2.39%，最小值為0。B相諧波電壓畸變率最大值為2.5%，最小值為0。C相諧波電壓畸變率最大值為2.8%，最小值為0。均在國標(biāo)限值5%范圍內(nèi)，合格。 

安裝前，無功功率的變化

如圖所示，正常運(yùn)行時段功存在最小-9.16kvar的反向無功情況，這種反向無功會導(dǎo)致系統(tǒng)呈容性，在諧波含量較高時，系統(tǒng)出現(xiàn)諧振的風(fēng)險大幅提升，諧振時可能出現(xiàn)較高的瞬時過電壓和過電流，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備異?；驌p壞。

安裝后，無功功率的變化

如圖所示，安裝電壓型濾波裝置后，無功功率最小為2.27kvar，最大為20.26kvar，有效解決了反向無功問題，同時功率因數(shù)基本穩(wěn)定在0.7-0.8。

05

治理效果

解決EMS輸送鏈頻繁誤動、涂膠機(jī)因電壓異常運(yùn)行兩種現(xiàn)象等故障，輸送鏈未出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

自從復(fù)合型諧波濾除系統(tǒng)投入至今，該汽車制造基地未出現(xiàn)EMS輸送鏈頻繁誤動、涂膠機(jī)因電壓異常運(yùn)行兩種現(xiàn)象等故障。同時加裝的電能質(zhì)量檢測裝置，實(shí)時監(jiān)測電能質(zhì)量情況，對其它出現(xiàn)的故障進(jìn)行原因定位，規(guī)避事故風(fēng)險。

整理治理裝置應(yīng)用前后關(guān)鍵電能質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)，如下表2：

表2. 治理前后關(guān)鍵電能質(zhì)量指標(biāo)對比

各項(xiàng)數(shù)據(jù)對比圖，如下：