一種操作簡單的新型變壓器呼吸器的研制與應用

王 森

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

呼吸器作為變壓器的重要輔助裝置，具有調節變壓器內外壓強平衡和過濾空氣中水分的作用。然而，傳統的呼吸器存在著變色硅膠更換頻繁、維護作業時間長和密封不到位的問題，嚴重影響變壓器運行的穩定。同時，呼吸器自身結構復雜，增加了維護成本以及相關附件的更換頻率。呼吸器頻繁更換不僅浪費電力企業人力資源，還增加了相關設備的故障率。因此，加強對呼吸器的研究，延長呼吸器的使用周期，簡化呼吸器的更換步驟，對于變壓器的穩定運行具有重要意義。希望本文研究能夠為呼吸器的改進和研發提供幫助，以及國內類似研究提供理論支持。

1 呼吸器的原理

呼吸器主要有兩個功能：一是使變壓器內部空氣與外部連通，以保障內外部之間的壓強平衡；二是通過呼吸器中的變色硅膠吸收空氣中的水分，防止空氣中的水分進入絕緣油而降低絕緣油的絕緣性[1]。由于呼吸器長期暴露在室外，變色硅膠容易結塊并失效，所以要定期更換變色硅膠，以保證其功能的正常實現。然而，變色硅膠更新和更換過程中，操作過程復雜，耗費大量的人力和物力。所以，尋找一種方便、有效的變壓器呼吸設備，是目前電力企業亟待解決的問題。

更換呼吸器時應該檢查其硅膠狀況、油封、油位、油色以及閥門位置，避免由于漏檢或者錯檢使得呼吸器出現故障而無法正常運行。硅膠失效或者油封、油位過低，不利于空氣的清潔和干燥，易出現絕緣油的劣化，式呼吸器失去原有的作用，影響整個變壓器的穩定運行，甚至威脅整個電網的安全運行。另外，變色硅膠的結塊會造成導流管堵塞，使得內部負壓加強，外部大量空氣進入，降低內部絕緣油油面造成主變跳閘。一旦變色硅膠結塊進入變壓器，會附著在變壓器的線路和管道中，導致變壓器過熱或原油的絕緣性能下降，甚至會造成變壓器損毀。傳統呼吸器在結構、操作等方面存在嚴重不足，威脅變壓器的穩定和安全運行，需要對其進行適當優化，以提高呼吸器的維護效率，為電力企業節約相應的成本，維護整個地區電網的運行穩定。

2 新型呼吸器的研制

傳統呼吸器存在的問題主要為變色硅膠的更換，相關管道和設備的檢修，以及呼吸器自身結構的復雜。針對傳統變壓器存在的問題設計本呼吸器，以彌補傳統變壓器的不足。

2.1 呼吸器的研制背景

為了方便觀察硅膠的保護性，在硅膠外面涂抹氯化鈷，使其在吸水后呈現鮮艷的藍色。變色硅膠經過約半年的時間達到飽和，所以需要對其進行更換。油杯中的變壓器油因為吸收水分和灰塵等雜質，一年內將會失去吸附性，也需要及時對其進行更換。油杯中的污垢布滿杯面后，油位和呼吸器過濾口的堵塞程度模糊[2]，需要對其進行更換和清理。另外，呼吸器在檢修完成以后，需要進行復雜的組裝，大幅增加呼吸器的檢修時間。呼吸器的組件數量較多，任何一項構件出現問題，都會降低整個呼吸器的使用壽命。呼吸器對于變壓器的穩定具有十分重要的作用，一旦呼吸器出現問題，將會導致變壓器工作狀態出現大幅波動，甚至出現損毀，給電力企業造成嚴重損失。由上述分析可知，傳統呼吸器的更換頻率較高且組件較多，容易出現更換時間長、密封不到位以及清潔效果不佳等問題。因此，電力企業應該加大對新型呼吸器的研制，彌補傳統呼吸的不足。

2.2 呼吸器的設計方案

結合呼吸器的實際研究情況，對連接管路進行改進和結構優化，并設計專門的機器工具，有效解決了傳統呼吸器維護難的問題，降低變壓器維護的人工成本和經濟成本。新型變壓器呼吸器具有以下幾方面特點，具體內容如下。第一，利用蝶形閥門將呼吸器與管頭連接，實現管頭的有效開閉。第二，在法蘭中間安裝過濾網，且將油枕管路鑲嵌于上、下法蘭之間，并用限位止釘進行加固，避免由于接觸不良而造成的空氣泄漏。呼吸器工作時，過濾網可以過濾空氣，防止外部潮濕氣體反向流入油枕，提高整個油枕的密封性，降低絕緣油的泄漏幾率。第三，在硅膠罐子上端配置硅膠入口，下端配置出口，以方便硅膠的排出，提高硅膠的更換效率。同時，利用微型壓力裝置對罐內硅膠進行99.99%的氮氣烘干處理，降低烘干過程中對呼吸器的污染。為了節省更換時間，對硅膠進行定量裝配，放置于硅膠皮囊中，裝入量與硅膠管內的容量相一致。設置硅膠入、出端口，避免更換時的復雜拆卸，方便清除干燥筒內的灰塵和水汽[3]。第四，改進油封結構，使得油封結構更加簡便。在油杯上段設置入油孔，下端設置排油孔，并在油杯上設置預警標線，以提示油杯的變化情況，方便維修人員進行查看。油杯中的油量保持在整個容量的1/3處，不宜過多或者過少，否則容易出現灰塵過濾效果不佳和向外噴油的情況。另外，設計的油封結構簡單，無需進行油杯拆除就可以進行油封的更換。第五，呼吸器中的所有法蘭連接處、硅膠出入口以及油杯進出口，均采用“O”型密封圈固定。固定螺栓采用蝴蝶裁絲的方式，以方便固定和拆卸，縮短呼吸器的更換時間，也降低了由于裝卸不良而出現的故障率。第六，呼吸是在完成組裝以后，要對其進行整體的測試，包括：進氣口的空氣吸入量，出氣口的濕度和塵埃含量，以及進出氣口的空氣變化比例。總之，呼吸器維護后的檢修，可以保證呼吸器運行的穩定，發揮呼吸器的空氣過濾作用，降低由于呼吸器故障而造成的變壓器損毀幾率。

3 實際應用情況

新型呼吸器在于自身結構、材料應用等方面得到大幅的改進，有效的避免了傳統呼吸器的不足和設計缺陷，更好的發揮呼吸的功能和作用。同時，新型呼吸器延長了變色硅膠等材料的使用壽命，可以降低呼吸器的維護頻率。然而，新型呼吸器能否在更換時間、更換成本方面優于傳統呼吸器，需要進行進一步的驗證和分析。下面就從更換時間、應用成本和未來發展趨勢等方面進行詳細分析，具體內容如下。

3.1 呼吸器更換時間

設計的新型呼吸器在A變電站進行應用和測試。結果顯示：呼吸器的變色硅膠更換效率約提高50%，密封油更換提升30%，油杯灰塵清除率提高15%。在油杯污垢達到65%的情況下，可以通過熒光標度觀察相應的刻度值，具體結果如圖1所示。

圖1 新型呼吸器與傳統呼吸器的更換時間比較

通過上述分析可知，傳統方式的呼吸器更換在密封油更換時間、變色硅膠更換時間和其他設備更換時間方面均遜色于新型呼吸器。同時，在更換效率方面，新呼吸器的更換效率更高，對于相關組件拆卸更少，降低了變壓器的故障出現率。由圖1可知，新型呼吸器在變色硅膠更換時間方面顯著優于傳統方式。變色硅膠是整個呼吸器中的關鍵材料，也是呼吸器更換時間較長的關鍵。降低呼吸器中變色硅膠的更換時間，保證更換后呼吸器的完整和穩定，是呼吸器維護工作的重點內容。所以，新型呼吸器從根本上改變了傳統呼吸器維護的方式，降低了呼吸器后期出現故障的幾率，具有較好的實用性，可以進行大范圍的推廣和應用。

3.2 呼吸器的更換成本

傳統呼吸器的更換成本較高，更換頻率為每兩月一次，每次平均更換成本約為432元，全年平均更換成本為2 742元。由于呼吸器中各個設備的型號、種類不同，更換成本將會出現大幅變化。另外，傳統呼吸器由于硅膠出現問題導致其他配件出現間接損壞，使得呼吸器故障的出現時間不同，且經常出現在am5:00—8:00和pm15:00—20:00，增加了呼吸器的人工成本。相對于傳統服務器來說，新型呼吸器更換頻率為每年一次，每次平均更換成本約為132元，全年平均更換成本為66元。呼吸器中主要更換變色硅膠或定期檢查其他設備狀態。同時，新型呼吸器對于變色硅膠進行及時干燥，可以縮短變色硅膠的飽和狀態時間，延長變色硅膠的使用壽命。另外，新型呼吸器的更換時間比較固定，主要依據硅膠的顏色或者硅膠的使用壽命進行定期更換。為了降低呼吸器故障對變壓器的影響，維護人員可以提前更換各變色硅膠。該措施每次更換成本增加20.43元。由此可知，新型呼吸器可以大幅節約維護成本，降低維護頻率，且故障時間穩定。

3.3 新型呼吸器的應用前景

新型呼吸器具有使用壽命長、維護頻率短、維護成本低等優勢，可以適應比較惡劣的環境。所以，新型呼吸器可以應用到深山、峽谷等偏遠地區，不僅可以保證該地區變壓器運行的穩定，而且可以降低維護成本。然而，呼吸器未來發展趨勢為智能化和簡約化，所以新型呼吸器可以融合ZigBee、RED和大數據等智能技術，向設備管理中心提供實時數據，及時、有效地進行呼吸器維護。另外，變色硅膠作為呼吸器的重要材料，作用和意義十分重要，且材料的研發難度較大。新型呼吸器通過自我加熱（太陽能、電能）等方式，縮短了變色硅膠的飽和時間，延長了變色硅膠的使用壽命，為電力企業節約了更多的研發成本。

4 結 論

新型呼吸器通過對變色硅膠、油密封杯的結構改造，實現了快速裝填硅膠和絕緣油。同時，在密封油刻度指示方面設置熒光線，使其外部污垢超過60%的情況下仍然能夠看到其是否處于合理位置。新型呼吸器改進了傳統呼吸器的不足，利用全新的思路和理念進行相關的結構和附件設計。新型呼吸器具有更換簡單、操作靈活、實用性強和效率高的特點。驗證結果顯示，新型呼吸器的整體效率優于傳統呼吸器，具有較高的實際應用價值。同時，新型呼吸器的年維護成本較低，降低了人工的維護頻率，拓展了呼吸器的適用范圍，例如，新型呼吸器可以應用到偏遠地區和高寒地區。新型呼吸器可以現代智能技術、通信技術和網絡技術進行融合，向電力管理中心提供實時數據，及時掌握不同地區的變壓器運行狀態，方便制定維修策略和方案。總之，新型呼吸器在技術、流程方面得到大幅優化，可以為電力企業帶來直接或間接的收益，提高電力企業的社會效益和經濟效益。