大型充油設備人工智能化雙罐體呼吸器技術研究與應用

謝超　張黎艷　馬江濤

摘要：大型變壓器等充油設備是整個發供電系統重要核心的設備，儀器安全運行至關重要，傳統型變壓器油枕及呼吸器在無人值守的情況下缺少必要的監測手段，而且在更換維護和環境保護方面更是力不從心。本文對先進的大型充油設備智能化雙罐體呼吸器技術展開闡述。

關鍵詞：充油設備;呼吸器;硅膠;免維護

1概述

大型充油設備智能化雙罐體呼吸器在免維護型呼吸器的基礎上升級了在線監測功能，可以對智能呼吸器本體的運行狀況和油枕內的環境情況進行有效監測，能夠顯示溫度、濕度、露點、工況等數據。使運行維護人員對油枕狀態有一個直觀的了解，對出現的早期故障或缺陷能夠及時發現，并安排制定維修計劃，保障大型變壓器設備的安全穩定運行.

2現狀分析

傳統呼吸器又稱吸濕器，是主變壓器的一個附屬安全保護裝置，其內部充有變色硅膠式活性氧化鋁吸附劑，下部裝有油封杯。其作用是通過變壓器油和硅膠過濾掉直接進入變壓器油枕內空氣中的雜質和水分，使變壓器內絕緣油保持良好的電氣性能，防止潮濕空氣使變壓器油受潮，降低或破壞變壓器的絕緣強度，以致繞組燒毀。當變色硅膠由藍色變為淡紅色時，表明吸附劑已經受潮，必須更換或干燥;油封杯內的油吸收雜質過多，嚴重污染后說明失去過濾效果，需要更換，并存在以下缺點：

①傳統型吸器在長期的使用中需要定期現場檢查、維護，發現變色硅膠變色超過三分之二時需要更換硅膠，同時在巡視過程中無法觀察呼吸器密封情況。

②由于無法遠程監控，長期用于現場檢查、維護變壓器呼吸器的成本將成倍增加。以l0公斤呼吸器為例，運行人員平均三天巡視一次，一年維護二次，一臺一年的維護成本約為10000元。

③每次更換硅膠時都要將變壓器（電抗器）重瓦斯退出，若在此期間設備發生內部故障，僅靠電量保護切除故障，降低了保護靈敏度，存在一定的安全風險。

④由于受到現場運維人員裝配水平的限制，造成呼吸器密封不良，經常出現剛更換硅膠后遇有降雨后硅膠自上而下開始大面積變色，甚至在安裝過程中出現裝配不當導致呼吸器油杯和玻璃罩損壞，由于受到零部件調貨和聯系廠家等諸多因素，易造成變壓器出現短時無呼吸器過濾的情況出現。

⑤現場更換后的硅膠一般不進行回收，易造成環境污染和資源浪費，尤其是氣候濕潤地域更換工作中將變的特別頻繁。

3結構設計

雙罐式設計是目前經常采用的自干燥呼吸器設計方式，具有簡單直觀、干燥充分、更換方便、工作效率高等特點。其功能實現機構主要由檢測單元、控制電路、加熱單元、電磁閥動作機構及被動安全單元組成。

在可靠性設計上，主要分為主動安全設計及被動安全設計。雙罐式呼吸器采用的主要方法有：

①通過濕度傳感器對罐體內硅膠的水分含量進行測量，并以此參數為閉環控制系統輸入量，通過加熱單元對罐內硅膠進行加熱，并在水分含量低于特定值后停止加熱。

②通過三向電磁閥設計，保證總有一個罐體處于與儲油柜相通狀態，避免因電磁閥故障導致堵塞。

③通過法蘭和電磁閥中間的小型壓力釋放閥，保證在罐體或氣孔出現堵塞時釋放儲油柜中的壓力，并報警。

單罐式呼吸器具有體積小、安裝方便、節能及硅膠利用率高等特點。其主要根據變壓器工況來判斷加熱干燥的時機。當變壓器工作時，儲油柜中的油位提高，膠囊被壓縮，其中的空氣被排出，此時呼吸器開始工作，利用排出的空氣把呼吸器中的水分帶出呼吸器，達到干燥的目的;當變壓器負載平穩時，儲油柜中的油位不發生變化，呼吸器停止工作;當變壓器負載下降，儲油柜中油位回落時，呼吸器不工作，進入的空氣中的水分被排除。其提高可靠性的主要方法有：

①通過采用可靠性較高的流量監測單元來為控制電路提供輸入量。

②通過法蘭下部的小型壓力釋放閥，保證在罐體或氣孔出現堵塞時釋放儲油柜中的壓力，并報警。

③無單向電磁閥，避免因電磁閥故障導致的通路堵塞。

單罐同軸雙腔式呼吸器提高可靠性的方法綜合了單管與雙罐式呼吸器的特點，但結構上略復雜。

3.1、呼吸器可靠性設計

在可靠性設計上，主要分為主動安全設計及被動安全設計。采用的主要方法有：

①通過濕度傳感器對罐體內硅膠的水分含量進行測量，并以此參數為閉環控制系統輸入量，通過加熱單元對罐內硅膠進行加熱，并在水分含量低于特定值后停止加熱。

②通過三向電磁閥設計，保證總有一個罐體處于與儲油柜相通狀態，避免因電磁閥故障導致堵塞。

③通過法蘭和電磁閥中間的小型壓力釋放閥，保證在罐體或氣孔出現堵塞時釋放儲油柜中的壓力，并報警。

本智能免維護型呼吸器具有體積小、安裝方便、節能及硅膠利用率高等特點。其主要根據變壓器工況來判斷加熱干燥的時機。當變壓器工作時，儲油柜中的油位提高，膠囊被壓縮，其中的空氣被排出，此時呼吸器開始工作，利用排出的空氣把呼吸器中的水分帶出呼吸器，達到干燥的目的;當變壓器負載平穩時，儲油柜中的油位不發生變化，呼吸器停止工作;當變壓器負載下降，儲油柜中油位回落時，呼吸器不工作，進入的空氣中的水分被排除。其提高可靠性的主要方法有：

①通過采用可靠性較高的流量監測單元來為控制電路提供輸入量。

②通過法蘭下部的小型壓力釋放閥，保證在罐體或氣孔出現堵塞時釋放儲油柜中的壓力，并報警。

③無單向電磁閥，避免因電磁閥故障導致的通路堵塞。

4本裝置的創新點及關鍵點

①通過三向電磁閥設計，確保有一個罐體與儲油柜相通狀態，避免因電磁閥故障堵塞導致變壓器事故。

②通過過濾裝置防止油蒸汽污染吸附劑，保護生態環境;通過減震阻尼裝置，避免裝置在工作過程中由于震動導致電子元器件壽命縮短，確保裝置穩定可靠工作。

③通過濕度傳感器對罐體內吸附劑的水分含量進行實施監測，并以此參數為閉環控制系統輸入量，通過加熱單元對罐內吸附劑進行除潮。

④雙罐體設計實現一主一備在線無縫切換。

5與傳統呼吸器比較

①傳統硅膠在回收干燥的各個環節都很容易造成硅膠與空氣接觸而導致壽命下降，甚至會直接碎裂、分解出結晶和粉塵。正常的變色硅膠化學性質穩定，無毒，而分裂為結晶和粉末的變色硅膠里含有有毒性的氯化鈷，長期吸入含有氯化鈷的粉塵對呼吸道有刺激性，容易導致各種疾病，危害人體健康。

②大型充油設備智能化雙罐體呼吸器在免維護型呼吸器的基礎上升級了監測功能，可以對智能呼吸器本體的運行狀況和油枕內的環境情況進行有效監測，可顯示溫度、濕度、露點、工況等數據。同時通過智能及人工設置干燥頻率，來適應不同大小及容量的變壓器。在設備的統一維護、保養上面具備明顯的成本及效率優勢。

③大型充油設備人工智能化雙罐體呼吸器可以對油枕內部的狀態進行實時監控，特殊材料干燥劑可自我再生，減少維護工作量，適應頻繁的氣候變化對變壓器儲油柜的影響。

6經濟效益及社會效益

節約維護費用6萬元：傳統呼吸器由于無法遠程監控，長期用于現場檢查、維護變壓器呼吸器的成本將成倍增加。以l0公斤呼吸器為例，維護人員平均一年維護四次，一年的維護成本約為10000元;運行人員平均一天巡視一次，每次至少兩人進行，每年至少耗時300小時，人工費用約為50000元;

設備損失費用1100萬：由于傳統呼吸器未進行定期維護或者維護人員工藝不良造成的呼吸器失效導致主變絕緣油受潮引起的絕緣事故，以一臺36萬千伏安主變造價約1000萬元計算;加上相關搶修費用100萬，合計1100萬元

供電損失：主變搶修一般不少于30天，按照平均負荷30萬千瓦，供電損失為21600萬千瓦時，折合經濟損失10800萬元。

8結束語

基于電力變壓器吸濕器選用導則，本文設計的大型充油設備智能化雙罐體呼吸器技術滿足運維工作要求，在某330千伏變壓器上均可使用，具有免維護、吸附材料劑可再生、實時監測等特點，用它取代舊式呼吸器，提高了人員作業效率，緩解了公司目前工作人員緊張、工學矛盾突出的狀況，為安全生產作出了重要貢獻。

參考文獻：

[1]梁宇細.主變壓器呼吸器更換及運行維護研究[A].中國高新技術企業，2016（26）：134-135.

[2]張永.主變壓器呼吸器更換及運行維護[J].設備管理與維修，2013（11）：06.