數字化技術在變壓器自動除濕烘干裝置中的應用分析

國網河南省電力公司商丘供電公司 朱 輝 葉海飛 王威峰

傳統的變壓器除濕器一般采用有色硅膠，隨著變壓器運行時間的變長，有色硅膠容易出現受潮變色的情況，需要進行人工更換。隨著數字化技術的發展，數字化技術在多個不同的領域中都得到了廣泛應用。利用數字化技術，采集變壓器中的濕度信息;利用數字化自動烘干技術，達到變壓器除濕器免維護的目的。本文詳細分析了數字化技術在變壓器自動除濕烘干裝置中的應用。

對于采用液體絕緣介質的變壓器，一般在變壓器都設置了除濕器，保證當變壓器運行時間變長時，變壓器內的相對濕度依然符合運行所規定的要求。采用傳統的除濕方法需要人工進行維護，需要投入較大的人力和物力成本，會增加電網企業的運維成本。為此，可以采用變壓器免維護自動除濕烘干裝置，達到長時間不必更換變壓器中的有色硅膠，給電網企業帶來較高的經濟效益。本文對變壓器免維護自動除濕烘干裝置的數據采集、數據分析和自動除濕烘干的實現原理進行了分析和介紹。

1 變壓器自動除濕烘干裝置

1.1 采用變壓器自動除濕烘干裝置的必要性

目前在電網企業中，大部分變電站都已經實現了無人值守，只有在有檢修和操作任務時才需要進入變電站，這種做法降低了電網企業的人工成本，提高了電網企業的經濟效益。為了降低對變壓器的維護工作量，可以采用變壓器免維護自動除濕烘干裝置，保證變電站在長時間運行時，能夠自動清除進入到變壓器中的空氣雜物和潮氣，保證變壓器的安全穩定運行。

1.2 變壓器自動除濕烘干裝置的結構及運行原理

在變壓器自動除濕烘干裝置中，主要的結構組成包括加熱器件、金屬網、玻璃管、金屬法蘭、冷凝罩、稱重傳感器、濕度傳感器、定時控制器等。在對變壓器中的干燥劑進行烘干的過程中，所揮發出來的水分向四周空間擴散，經過金屬網到達裝置中的玻璃管，之后水蒸氣會在玻璃管中進行冷凝成液態水，然后在經過金屬法蘭流出變壓器自動除濕烘干裝置，完成整個除濕烘干過程。

2 數字化技術在變壓器自動除濕烘干裝置中的應用

2.1 數據采集技術

在變壓器自動除濕烘干裝置中，首先需要借助傳感器采集變壓器內的運行數據信息，包括變壓器內的相對濕度、硅膠顆粒干燥器的重量等，將所采集到的這些數據信息傳入到自動除濕烘干控制系統中，實現變壓器濕度的自動化調節。當硅膠顆粒吸收較多的濕氣時，重量會有所增加，可以采用稱重傳感器進行檢測和數據采集，圖1為數據采集技術原理圖。

圖1主要為變壓器自動除濕烘干裝置中的數據采集和數據轉換模塊，傳感器最初所采集到的數據一般為物理量，需要通過轉換元件轉換為數字量，之后就可以通過自動控制技術加以分析處理。

2.2 自動控制技術

當變壓器自動除濕烘干裝置中的濕度傳感器采集到變壓器內的濕度信息時，需要和稱重傳感器采集到的數據聯合判斷是否應啟動加熱元件。當稱重傳感器采集到硅膠顆粒的重量超過了設定的控制整定值時，此時自動控制分析系統經過計算輸出相應的控制策略，啟動變壓器自動除濕烘干裝置中的加熱器件，對變壓器干燥劑進行烘干。圖2為控制系統和執行機構關聯圖。

圖1 數據采集技術

圖2 控制系統和執行機構關聯圖

從圖2可以看出，控制系統下發控制信號給執行機構，如果需要進行除濕操作時，此時可以啟動加熱元件，完成除濕操作。信息數據系統主要是依靠傳感器系統提供數據來源。此外，各類傳感器所采集的數據進行交互存在一定的困難，并且不同生產廠家的傳感器設備的數據格式、表達方式等方面不一，在互聯互通方面也難以實現。為了保證各類應用系統的數據信息交互質量，實現變壓器除濕器運行狀態的全面感知和實時掌握，應采用統一信息模型和統一的通訊規約技術，這是變壓器自動除濕烘干裝置中的關鍵技術之一。

當變壓器自動除濕烘干裝置中的濕度傳感器或稱重傳感器出現故障時，此時可以通過裝置中的定時控制器，當加熱元件在預定的時間內沒有啟動過時，此時通過該定時控制器可以對變壓器中的干燥劑進行加熱，從而實現除濕器免維護的目的。此外，當得出了變壓器干燥劑的受潮規律之后，也可以通過定時傳感器實現加熱控制。通過分析該地區變壓器干燥劑重量的變化歷史數據信息，得出變壓器的呼吸規律，選取定時控制器的定時參數，建立定時加熱控制模型。其中，定時參數應能夠根據一段時間內干燥劑重量數據進行調整和修正，保證控制的合理性。

2.3 裝置接口的設計

在變壓器自動除濕烘干裝置中，涉及到多種不同的傳感器設備和控制設備，各套設備的數據應能夠實現交互和共享，為此應加強對變壓器自動除濕烘干裝置的接口設計，保證數據能夠可靠傳輸。在裝置數據傳輸接口的通信規約選擇方面，應保證數據通信的效率，保證數據報文能夠正常發送和接收，這樣才能提高變壓器自動除濕烘干裝置的應用性能。在變壓器除濕器硅膠顆粒的選擇方面，可以選擇具備在線加熱烘干特性的硅膠顆粒，這種硅膠顆粒能夠在變壓器中重復利用。在變壓器自動除濕烘干裝置的研制過程中，準確把握上述的關鍵技術要點，可以提高變壓器自動除濕烘干裝置的研發效率和研發質量。

3 變壓器自動除濕烘干裝置的應用效果分析

利用變壓器自動除濕烘干裝置，可以實現變壓器除濕器的方便快捷維護，降低電網企業對變壓器的運維成本，在變壓器的運維中也取得了較好的應用效果，可以在變電站中加以推廣應用。

以某供電公司變壓器除濕器的運維為例，分析變壓器自動除濕烘干裝置的應用效果。在該地區電網中，包括220 kV變壓器15臺，110 kV變壓器75臺，這些變壓器都采用自動除濕烘干裝置，假設該裝置的使用壽命為三十年。如果采用傳統的更好硅膠干燥劑的維護方式，假設每臺變壓器每年需要更換四次干燥劑，每次所更換的重量為5 kg，每千克的價格為100元，此時一臺變壓器在干燥劑方面的物料成本為：

此外，在更換干燥劑的過程中，還需要花費人工成本和出車成本，假設每次更換安排四人前行，每次維護一個小時，人工成本和出車成本單次成本分別為100元，則維護一臺變壓器除濕器的該項總成本為800元。一般一臺變壓器中配置了兩個除濕器，此時單臺變壓器除濕器的總維護成本為5600元。

如果該地區電網總90臺變壓器全部采用免維護除濕器，則可以節省的總成本為：

可見在采用變壓器自動除濕烘干裝置能夠取得較為明顯的直接經濟效益，此外還可以取得相應的間接經濟效益，包括提高電網的電能質量、提高變壓器干燥劑的重復使用率、降低對資源的浪費，并且也能夠在一定程度上提高電網的供電可靠性；同時，通過采用變壓器自動除濕烘干裝置，也能夠減少班組中的人員配置，降低電網企業的經濟成本。在該地區電網中采用本文所述的變壓器自動除濕烘干裝置，運行較為穩定，硅膠干燥劑也沒有出現變色的情況，用戶的評價和反應較為良好。

結論：數字化技術的快速發展，使得自動控制技術在電力系統中得到廣泛應用，數字化技術可以應用在變壓器自動除濕烘干裝置中，使得變壓器除濕器具備免維護的功能。本文詳細分析了變壓器自動除濕烘干裝置的實現原理，并分析了變壓器自動除濕烘干裝置的應用效益，在電網中可以推廣應用。