數(shù)字化技術(shù)在變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中的應(yīng)用分析

國(guó)網(wǎng)河南省電力公司商丘供電公司 朱 輝 葉海飛 王威峰

傳統(tǒng)的變壓器除濕器一般采用有色硅膠，隨著變壓器運(yùn)行時(shí)間的變長(zhǎng)，有色硅膠容易出現(xiàn)受潮變色的情況，需要進(jìn)行人工更換。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)在多個(gè)不同的領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用。利用數(shù)字化技術(shù)，采集變壓器中的濕度信息;利用數(shù)字化自動(dòng)烘干技術(shù)，達(dá)到變壓器除濕器免維護(hù)的目的。本文詳細(xì)分析了數(shù)字化技術(shù)在變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中的應(yīng)用。

對(duì)于采用液體絕緣介質(zhì)的變壓器，一般在變壓器都設(shè)置了除濕器，保證當(dāng)變壓器運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)時(shí)，變壓器內(nèi)的相對(duì)濕度依然符合運(yùn)行所規(guī)定的要求。采用傳統(tǒng)的除濕方法需要人工進(jìn)行維護(hù)，需要投入較大的人力和物力成本，會(huì)增加電網(wǎng)企業(yè)的運(yùn)維成本。為此，可以采用變壓器免維護(hù)自動(dòng)除濕烘干裝置，達(dá)到長(zhǎng)時(shí)間不必更換變壓器中的有色硅膠，給電網(wǎng)企業(yè)帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益。本文對(duì)變壓器免維護(hù)自動(dòng)除濕烘干裝置的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)除濕烘干的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了分析和介紹。

1 變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置

1.1 采用變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置的必要性

目前在電網(wǎng)企業(yè)中，大部分變電站都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，只有在有檢修和操作任務(wù)時(shí)才需要進(jìn)入變電站，這種做法降低了電網(wǎng)企業(yè)的人工成本，提高了電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了降低對(duì)變壓器的維護(hù)工作量，可以采用變壓器免維護(hù)自動(dòng)除濕烘干裝置，保證變電站在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，能夠自動(dòng)清除進(jìn)入到變壓器中的空氣雜物和潮氣，保證變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理

在變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中，主要的結(jié)構(gòu)組成包括加熱器件、金屬網(wǎng)、玻璃管、金屬法蘭、冷凝罩、稱重傳感器、濕度傳感器、定時(shí)控制器等。在對(duì)變壓器中的干燥劑進(jìn)行烘干的過(guò)程中，所揮發(fā)出來(lái)的水分向四周空間擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)金屬網(wǎng)到達(dá)裝置中的玻璃管，之后水蒸氣會(huì)在玻璃管中進(jìn)行冷凝成液態(tài)水，然后在經(jīng)過(guò)金屬法蘭流出變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置，完成整個(gè)除濕烘干過(guò)程。

2 數(shù)字化技術(shù)在變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

在變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中，首先需要借助傳感器采集變壓器內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，包括變壓器內(nèi)的相對(duì)濕度、硅膠顆粒干燥器的重量等，將所采集到的這些數(shù)據(jù)信息傳入到自動(dòng)除濕烘干控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)變壓器濕度的自動(dòng)化調(diào)節(jié)。當(dāng)硅膠顆粒吸收較多的濕氣時(shí)，重量會(huì)有所增加，可以采用稱重傳感器進(jìn)行檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集，圖1為數(shù)據(jù)采集技術(shù)原理圖。

圖1主要為變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，傳感器最初所采集到的數(shù)據(jù)一般為物理量，需要通過(guò)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，之后就可以通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)加以分析處理。

2.2 自動(dòng)控制技術(shù)

當(dāng)變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中的濕度傳感器采集到變壓器內(nèi)的濕度信息時(shí)，需要和稱重傳感器采集到的數(shù)據(jù)聯(lián)合判斷是否應(yīng)啟動(dòng)加熱元件。當(dāng)稱重傳感器采集到硅膠顆粒的重量超過(guò)了設(shè)定的控制整定值時(shí)，此時(shí)自動(dòng)控制分析系統(tǒng)經(jīng)過(guò)計(jì)算輸出相應(yīng)的控制策略，啟動(dòng)變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中的加熱器件，對(duì)變壓器干燥劑進(jìn)行烘干。圖2為控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)聯(lián)圖。

圖1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

圖2 控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)聯(lián)圖

從圖2可以看出，控制系統(tǒng)下發(fā)控制信號(hào)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如果需要進(jìn)行除濕操作時(shí)，此時(shí)可以啟動(dòng)加熱元件，完成除濕操作。信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)主要是依靠傳感器系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)來(lái)源。此外，各類傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互存在一定的困難，并且不同生產(chǎn)廠家的傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)格式、表達(dá)方式等方面不一，在互聯(lián)互通方面也難以實(shí)現(xiàn)。為了保證各類應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交互質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)變壓器除濕器運(yùn)行狀態(tài)的全面感知和實(shí)時(shí)掌握，應(yīng)采用統(tǒng)一信息模型和統(tǒng)一的通訊規(guī)約技術(shù)，這是變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

當(dāng)變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中的濕度傳感器或稱重傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，此時(shí)可以通過(guò)裝置中的定時(shí)控制器，當(dāng)加熱元件在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有啟動(dòng)過(guò)時(shí)，此時(shí)通過(guò)該定時(shí)控制器可以對(duì)變壓器中的干燥劑進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)除濕器免維護(hù)的目的。此外，當(dāng)?shù)贸隽俗儔浩鞲稍飫┑氖艹币?guī)律之后，也可以通過(guò)定時(shí)傳感器實(shí)現(xiàn)加熱控制。通過(guò)分析該地區(qū)變壓器干燥劑重量的變化歷史數(shù)據(jù)信息，得出變壓器的呼吸規(guī)律，選取定時(shí)控制器的定時(shí)參數(shù)，建立定時(shí)加熱控制模型。其中，定時(shí)參數(shù)應(yīng)能夠根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)干燥劑重量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整和修正，保證控制的合理性。

2.3 裝置接口的設(shè)計(jì)

在變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中，涉及到多種不同的傳感器設(shè)備和控制設(shè)備，各套設(shè)備的數(shù)據(jù)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)交互和共享，為此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置的接口設(shè)計(jì)，保證數(shù)據(jù)能夠可靠傳輸。在裝置數(shù)據(jù)傳輸接口的通信規(guī)約選擇方面，應(yīng)保證數(shù)據(jù)通信的效率，保證數(shù)據(jù)報(bào)文能夠正常發(fā)送和接收，這樣才能提高變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置的應(yīng)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(fù)利用。在變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置的研制過(guò)程中，準(zhǔn)確把握上述的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，可以提高變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置的研發(fā)效率和研發(fā)質(zhì)量。

3 變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置的應(yīng)用效果分析

利用變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置，可以實(shí)現(xiàn)變壓器除濕器的方便快捷維護(hù)，降低電網(wǎng)企業(yè)對(duì)變壓器的運(yùn)維成本，在變壓器的運(yùn)維中也取得了較好的應(yīng)用效果，可以在變電站中加以推廣應(yīng)用。

以某供電公司變壓器除濕器的運(yùn)維為例，分析變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置的應(yīng)用效果。在該地區(qū)電網(wǎng)中，包括220 kV變壓器15臺(tái)，110 kV變壓器75臺(tái)，這些變壓器都采用自動(dòng)除濕烘干裝置，假設(shè)該裝置的使用壽命為三十年。如果采用傳統(tǒng)的更好硅膠干燥劑的維護(hù)方式，假設(shè)每臺(tái)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(jià)格為100元，此時(shí)一臺(tái)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(guò)程中，還需要花費(fèi)人工成本和出車成本，假設(shè)每次更換安排四人前行，每次維護(hù)一個(gè)小時(shí)，人工成本和出車成本單次成本分別為100元，則維護(hù)一臺(tái)變壓器除濕器的該項(xiàng)總成本為800元。一般一臺(tái)變壓器中配置了兩個(gè)除濕器，此時(shí)單臺(tái)變壓器除濕器的總維護(hù)成本為5600元。

如果該地區(qū)電網(wǎng)總90臺(tái)變壓器全部采用免維護(hù)除濕器，則可以節(jié)省的總成本為：

可見(jiàn)在采用變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置能夠取得較為明顯的直接經(jīng)濟(jì)效益，此外還可以取得相應(yīng)的間接經(jīng)濟(jì)效益，包括提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量、提高變壓器干燥劑的重復(fù)使用率、降低對(duì)資源的浪費(fèi)，并且也能夠在一定程度上提高電網(wǎng)的供電可靠性；同時(shí)，通過(guò)采用變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置，也能夠減少班組中的人員配置，降低電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本。在該地區(qū)電網(wǎng)中采用本文所述的變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置，運(yùn)行較為穩(wěn)定，硅膠干燥劑也沒(méi)有出現(xiàn)變色的情況，用戶的評(píng)價(jià)和反應(yīng)較為良好。

結(jié)論：數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展，使得自動(dòng)控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，數(shù)字化技術(shù)可以應(yīng)用在變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置中，使得變壓器除濕器具備免維護(hù)的功能。本文詳細(xì)分析了變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置的實(shí)現(xiàn)原理，并分析了變壓器自動(dòng)除濕烘干裝置的應(yīng)用效益，在電網(wǎng)中可以推廣應(yīng)用。