大型充油设备人工智能化双罐体呼吸器技术研究与应用

2019-09-10谢超张黎艳马江涛

中国电气工程学报 2019年20期

关键词：硅胶

谢超　张黎艳　马江涛

摘要：大型变压器等充油设备是整个发供电系统重要核心的设备，仪器安全运行至关重要，传统型变压器油枕及呼吸器在无人值守的情况下缺少必要的监测手段，而且在更换维护和环境保护方面更是力不从心。本文对先进的大型充油设备智能化双罐体呼吸器技术展开阐述。

关键词：充油设备;呼吸器;硅胶;免维护

1概述

大型充油设备智能化双罐体呼吸器在免维护型呼吸器的基础上升级了在线监測功能，可以对智能呼吸器本体的运行状况和油枕内的环境情况进行有效监测，能够显示温度、湿度、露点、工况等数据。使运行维护人员对油枕状态有一个直观的了解，对出现的早期故障或缺陷能够及时发现，并安排制定维修计划，保障大型变压器设备的安全稳定运行.

2现状分析

传统呼吸器又称吸湿器，是主变压器的一个附属安全保护装置，其内部充有变色硅胶式活性氧化铝吸附剂，下部装有油封杯。其作用是通过变压器油和硅胶过滤掉直接进入变压器油枕内空气中的杂质和水分，使变压器内绝缘油保持良好的电气性能，防止潮湿空气使变压器油受潮，降低或破坏变压器的绝缘强度，以致绕组烧毁。当变色硅胶由蓝色变为淡红色时，表明吸附剂已经受潮，必须更换或干燥;油封杯内的油吸收杂质过多，严重污染后说明失去过滤效果，需要更换，并存在以下缺点：

①传统型吸器在长期的使用中需要定期现场检查、维护，发现变色硅胶变色超过三分之二时需要更换硅胶，同时在巡视过程中无法观察呼吸器密封情况。

②由于无法远程监控，长期用于现场检查、维护变压器呼吸器的成本将成倍增加。以l0公斤呼吸器为例，运行人员平均三天巡视一次，一年维护二次，一台一年的维护成本约为10000元。

③每次更换硅胶时都要将变压器（电抗器）重瓦斯退出，若在此期间设备发生内部故障，仅靠电量保护切除故障，降低了保护灵敏度，存在一定的安全风险。

④由于受到现场运维人员装配水平的限制，造成呼吸器密封不良，经常出现刚更换硅胶后遇有降雨后硅胶自上而下开始大面积变色，甚至在安装过程中出现装配不当导致呼吸器油杯和玻璃罩损坏，由于受到零部件调货和联系厂家等诸多因素，易造成变压器出现短时无呼吸器过滤的情况出现。

⑤现场更换后的硅胶一般不进行回收，易造成环境污染和资源浪费，尤其是气候湿润地域更换工作中将变的特别频繁。

3结构设计

双罐式设计是目前经常采用的自干燥呼吸器设计方式，具有简单直观、干燥充分、更换方便、工作效率高等特点。其功能实现机构主要由检测单元、控制电路、加热单元、电磁阀动作机构及被动安全单元组成。

在可靠性设计上，主要分为主动安全设计及被动安全设计。双罐式呼吸器采用的主要方法有：

①通过湿度传感器对罐体内硅胶的水分含量进行测量，并以此参数为闭环控制系统输入量，通过加热单元对罐内硅胶进行加热，并在水分含量低于特定值后停止加热。

②通过三向电磁阀设计，保证总有一个罐体处于与储油柜相通状态，避免因电磁阀故障导致堵塞。

③通过法兰和电磁阀中间的小型压力释放阀，保证在罐体或气孔出现堵塞时释放储油柜中的压力，并报警。

单罐式呼吸器具有体积小、安装方便、节能及硅胶利用率高等特点。其主要根据变压器工况来判断加热干燥的时机。当变压器工作时，储油柜中的油位提高，胶囊被压缩，其中的空气被排出，此时呼吸器开始工作，利用排出的空气把呼吸器中的水分带出呼吸器，达到干燥的目的;当变压器负载平稳时，储油柜中的油位不发生变化，呼吸器停止工作;当变压器负载下降，储油柜中油位回落时，呼吸器不工作，进入的空气中的水分被排除。其提高可靠性的主要方法有：

①通过采用可靠性较高的流量监测单元来为控制电路提供输入量。

②通过法兰下部的小型压力释放阀，保证在罐体或气孔出现堵塞时释放储油柜中的压力，并报警。

③无单向电磁阀，避免因电磁阀故障导致的通路堵塞。

单罐同轴双腔式呼吸器提高可靠性的方法综合了单管与双罐式呼吸器的特点，但结构上略复杂。

3.1、呼吸器可靠性设计

在可靠性设计上，主要分为主动安全设计及被动安全设计。采用的主要方法有：

②通过三向电磁阀设计，保证总有一个罐体处于与储油柜相通状态，避免因电磁阀故障导致堵塞。

③通过法兰和电磁阀中间的小型压力释放阀，保证在罐体或气孔出现堵塞时释放储油柜中的压力，并报警。

本智能免维护型呼吸器具有体积小、安装方便、节能及硅胶利用率高等特点。其主要根据变压器工况来判断加热干燥的时机。当变压器工作时，储油柜中的油位提高，胶囊被压缩，其中的空气被排出，此时呼吸器开始工作，利用排出的空气把呼吸器中的水分带出呼吸器，达到干燥的目的;当变压器负载平稳时，储油柜中的油位不发生变化，呼吸器停止工作;当变压器负载下降，储油柜中油位回落时，呼吸器不工作，进入的空气中的水分被排除。其提高可靠性的主要方法有：

①通过采用可靠性较高的流量监测单元来为控制电路提供输入量。

②通过法兰下部的小型压力释放阀，保证在罐体或气孔出现堵塞时释放储油柜中的压力，并报警。

③无单向电磁阀，避免因电磁阀故障导致的通路堵塞。

4本装置的创新点及关键点

①通过三向电磁阀设计，确保有一个罐体与储油柜相通状态，避免因电磁阀故障堵塞导致变压器事故。

②通过过滤装置防止油蒸汽污染吸附剂，保护生态环境;通过减震阻尼装置，避免装置在工作过程中由于震动导致电子元器件寿命缩短，确保装置稳定可靠工作。

③通过湿度传感器对罐体内吸附剂的水分含量进行实施监测，并以此参数为闭环控制系统输入量，通过加热单元对罐内吸附剂进行除潮。

④双罐体设计实现一主一备在线无缝切换。

5与传统呼吸器比较

①传统硅胶在回收干燥的各个环节都很容易造成硅胶与空气接触而导致寿命下降，甚至会直接碎裂、分解出结晶和粉尘。正常的变色硅胶化学性质稳定，无毒，而分裂为结晶和粉末的变色硅胶里含有有毒性的氯化钴，长期吸入含有氯化钴的粉尘对呼吸道有刺激性，容易导致各种疾病，危害人体健康。

②大型充油设备智能化双罐体呼吸器在免维护型呼吸器的基础上升级了监测功能，可以对智能呼吸器本体的运行状况和油枕内的环境情况进行有效监测，可显示温度、湿度、露点、工况等数据。同时通过智能及人工设置干燥频率，来适应不同大小及容量的变压器。在设备的统一维护、保养上面具备明显的成本及效率优势。

③大型充油设备人工智能化双罐体呼吸器可以对油枕内部的状态进行实时监控，特殊材料干燥剂可自我再生，减少维护工作量，适应频繁的气候变化对变压器储油柜的影响。