变压器免维护吸湿器的设计与应用

沈刘玉，胡 南，吴 琳，顾建全

（国网浙江省电力有限公司龙泉市供电公司，浙江 丽水 323700）

1 理论和实践依据

1.1 基本原理

硅胶颗粒是吸湿器内部起主要作用的物质之一。它吸收湿度的饱和程度反映了吸湿器的性能高低。作为吸湿器内的干燥剂，实时监测干燥剂的饱和程度显得尤为重要。它的主要监测手段是通过测量监控重量实现的。当监测系统反馈饱和程度超过一定阈值时，其烘干系统将开始运作[1-2]。水分在烘干器加热的条件下变成气态向外扩散，当碰到外界温度较低的玻璃管时，迅速液化成液态并顺着玻璃管流出外界，达到将吸收的湿气排出设备的目的。设备出现问题时，装置将无法感应吸湿程度。装置有定时设定功能，此时可定时对装置进行加热烘干，从而达到设计的目的[3-4]。

1.2 主要研究内容的依据

设计的装置除了有对空气的除湿功能外，除湿的过程中还可以对空气进行净化，主要是清除空气中的有害物质和可吸入颗粒，从而在干燥空气的同时净化空气，提高空气质量。此外，本装置还有自动烘干系统，实时保证装置的除湿性能，也能达到干燥剂的反复利用。

此装置主要是和油浸式变压器配合使用的。在外界环境条件改变时，变压器中的油性液体开始作用，体积也相应地不断变化，使得进入此变压器的气体必须先经过除湿装置和净化系统，从而保证了进入变压器的空气质量，提高了变压器的使用寿命。装置运行一段时间后，吸湿程度达到预设的相对湿度值时，免维护吸湿器启动加热干燥功能，自动去除干燥剂中的水分，使干燥剂吸湿能力恢复。如此循环往复使用，从而达到吸湿器免维护的目的。

免维护吸湿器相对于传统吸湿器的最大优点：

（1）可持续在线检测硅胶干燥度，彻底杜绝了潮湿空气进入变压器内部的可能性，保证了进入油箱内空气的纯度与干燥度，大大提高了主设备的安全性能；

（2）吸湿器的干燥剂（硅胶）有毒性，由于不再更换，从而避免了对人和环境造成二次污染；

（3）不需要定期更换干燥剂（硅胶），省时省力，降低了变压器的维护成本。

2 产品设计

2.1 主要技术性能及参数

（1）适用范围：一般地区和湿热地区；

（2）环境温度：-40～60 ℃；

（3）控制系统电源为AC 220 V/230 V、50 Hz/60 Hz；（4）硅胶重量：1.5 kg、3 kg、5 kg和10 kg；（5）呼吸力小于或等于50 kPa；

（6）加热器功率：1.5 kg吸湿器400 W，3 kg吸湿器800 W，5 kg吸湿器1 200 W，10 kg吸湿器2 400 W；

（7）吸湿材料：无色硅胶；（8）控制盒防护等级IP55；

（9）LT型烧结金属过滤器加热功率40 W，温度低于5 ℃时电源接通，温度高于30 ℃时电源截止；

（10）0.1 ms起始电流为HiX10；

（11）加热器均为半导体陶瓷加热片，具有恒温性质；

（12）干燥室对地500 V，120 s漏电流小于等于0.15 mA；

（13）电控制盒内防冷凝加热板功率20 W，温度低于5 ℃时电源接通；

（14）待机功率小于等于5 VA；

外形尺寸，如图1所示。

图1 免维护吸湿器设计图纸

型号和规格如表1所示。

2.2 结构原理

MX型免维护吸湿器主要通过对空气同时进行干燥和净化的处理过程，设计特殊处理过的金属网过滤空气中的杂质，通过烘干系统对空气进行干化处理。

当油枕吸进空气时，空气通过烧结的金属过滤网进入吸湿器内部。烧结金属过滤网对空气中的灰尘进行过滤，经过滤后的空气流经干燥室，空气中的水分被干燥剂充分吸收，达到干燥空气的目的。实时监测干燥剂的饱和程度是很重要的一项内容，主要的监测手段是测量监控重量。当监测系统反馈饱和程度超过一定阈值时，烘干系统开始运作。水分在烘干器加热的条件下变成气态向外扩散，当碰到外界温度较低的玻璃管时，迅速液化成液态并顺着玻璃管流出外界，从而达到将吸收的湿气排出设备的目的。设备出现问题无法感应吸湿程度时，装置有定时设定功能，可定时对装置进行加热烘干，从而达到设计的目的。

2.3 免维护吸湿器具体功能

（1）显示功能介绍。控制盒外部安装有用于指示设备状态的三个发光二极管，另外还有三个发光二极管安装在主控板上。

这些二级管指示要求达到以下功能：

外部绿色发光表示电源接通；

外部黄色发光表示干燥剂正在烘干；

外部红色发光表示温湿度传感器故障；

内部绿色发光表示MCU正常工作；

中间黄色发光表示干燥室加热指示；

内部黄色发光表示防冷凝加热器接通。

（2）定时控制器。当温湿度探头发生故障时，设备由时间控制器保持工作，出厂设置值依据合同中签订产品使用环境的情况来制定（见表2）。

表2 免维护吸湿器环境指定要求

（3）智能比较识别指令，探头实测相对湿度，预设定湿度值。

①接通电源自检结束后，绿灯点亮红、黄灯熄灭。此时，设备进入使用模式，显示窗口（如图2所示）A显示探头实测相对湿度，B显示预设值40（此值可任意选10～90范围），C显示探头所处的温度。随着变压器的长时间呼吸，干燥剂吸潮A值不断上升。当A值大于B值，延时数分钟启动加热对干燥剂进行烘培干燥。此时，A显示时间24 h倒计时，B显示烘干目标值10。

表1 免维护吸湿器规格型号

图2 吸湿器显示窗口

（4）温度监控：当设备进行烘培干燥时，温度大于所设定保护值时，MUC发出指令切断干燥室电源。待温度降低后，自动恢复加热。

（5）J3/J4输出无源开关信号

对于J3：

正常待机状态：1.2触点常开

故障时状态：1.2触点闭合，触点容量为5～7 A

对于J4：

正常待机状态：1.2触点常开,2.3闭合。

加热时状态：1.2触点闭合，2.3断开，触点容量为5～7 A

（6）通信接口选用主控板上配有开关，选择通信速率（波特率）时，按下波特率开关，此时设定值窗口显示L12、L24、L48、L96，循环到所需值松开按钮即可，所对应值乘以100为实际通信速率，如L12的通信速率为1 200。

2.4 故障检测与处理

本设备采用自监控功能对设备的内部故障进行检测，并通过外部发光二极管对故障进行报告，同时故障开关通过错误继电器影响设备功能。表3列出了各个故障的排除方法。

3 经济效益分析

免维护空气吸湿器在对用户的费用开支方面有明显优势，可节省维修费用。对于一家供电企业来说，分别拥有220 kV和66 kV两种规格的变压器，需求量各有8套和150套，整个设备的使用寿命为25年。从传统的的设备维护来看，吸湿器中干燥剂的更换频率是4次/年，每次更换的成本约在500元，则每台设备的年维护开销大致为2 000元。

维护时间为1 h/次，人工费用50 元/h，维护人员数量为4人/次，交通运输费为100 元/次，那么每年每台设备维护的人力和运输成本为1 200元。

（1）可以看出，每台吸湿器的年保养开支在3 200元左右。传统的整个设备有2台吸湿器分别提供不同结构的吸湿，这样整台设备年保养开支为6 400元左右。

表3 免维护吸湿器故障指示

（2）若使用本文设计的免除维护的结构优化，则上述所有维护开支都可以节省。按照之前预计的设备使用费用，则维护费的总开支大致为2 528万元。

（3）综合本文设计的新型吸湿器的安装费用为200万元，投入产出比等于200:2 528，约为1:12.

4 结 论

本项设计的新型免维护吸湿器，在设计上合理优化了传统吸湿器的功能特点，完善了传统吸湿器的故障检测。使用本免维护吸湿器时，用户能够实时监控到设备的运行情况，随时检测设备的性能状况。出现故障时，用户能够及时发现并给予维护，有效降低了设备的故障率[5-6]。同时，从经济效益的角度看，它节省了大量维修费用，提高了设备的使用寿命，优化和完善了传统吸湿器的不足和空缺。