大型充油設(shè)備人工智能化雙罐體呼吸器技術(shù)研究與應(yīng)用

謝超　張黎艷　馬江濤

摘要：大型變壓器等充油設(shè)備是整個發(fā)供電系統(tǒng)重要核心的設(shè)備，儀器安全運行至關(guān)重要，傳統(tǒng)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(jiān)測手段，而且在更換維護(hù)和環(huán)境保護(hù)方面更是力不從心。本文對先進(jìn)的大型充油設(shè)備智能化雙罐體呼吸器技術(shù)展開闡述。

關(guān)鍵詞：充油設(shè)備;呼吸器;硅膠;免維護(hù)

1概述

大型充油設(shè)備智能化雙罐體呼吸器在免維護(hù)型呼吸器的基礎(chǔ)上升級了在線監(jiān)測功能，可以對智能呼吸器本體的運行狀況和油枕內(nèi)的環(huán)境情況進(jìn)行有效監(jiān)測，能夠顯示溫度、濕度、露點、工況等數(shù)據(jù)。使運行維護(hù)人員對油枕狀態(tài)有一個直觀的了解，對出現(xiàn)的早期故障或缺陷能夠及時發(fā)現(xiàn)，并安排制定維修計劃，保障大型變壓器設(shè)備的安全穩(wěn)定運行.

2現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)呼吸器又稱吸濕器，是主變壓器的一個附屬安全保護(hù)裝置，其內(nèi)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(jìn)入變壓器油枕內(nèi)空氣中的雜質(zhì)和水分，使變壓器內(nèi)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(dāng)變色硅膠由藍(lán)色變?yōu)榈t色時，表明吸附劑已經(jīng)受潮，必須更換或干燥;油封杯內(nèi)的油吸收雜質(zhì)過多，嚴(yán)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(tǒng)型吸器在長期的使用中需要定期現(xiàn)場檢查、維護(hù)，發(fā)現(xiàn)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(yuǎn)程監(jiān)控，長期用于現(xiàn)場檢查、維護(hù)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(hù)二次，一臺一年的維護(hù)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(shè)備發(fā)生內(nèi)部故障，僅靠電量保護(hù)切除故障，降低了保護(hù)靈敏度，存在一定的安全風(fēng)險。

④由于受到現(xiàn)場運維人員裝配水平的限制，造成呼吸器密封不良，經(jīng)常出現(xiàn)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(xiàn)裝配不當(dāng)導(dǎo)致呼吸器油杯和玻璃罩損壞，由于受到零部件調(diào)貨和聯(lián)系廠家等諸多因素，易造成變壓器出現(xiàn)短時無呼吸器過濾的情況出現(xiàn)。

⑤現(xiàn)場更換后的硅膠一般不進(jìn)行回收，易造成環(huán)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(jié)構(gòu)設(shè)計

雙罐式設(shè)計是目前經(jīng)常采用的自干燥呼吸器設(shè)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(xiàn)機構(gòu)主要由檢測單元、控制電路、加熱單元、電磁閥動作機構(gòu)及被動安全單元組成。

在可靠性設(shè)計上，主要分為主動安全設(shè)計及被動安全設(shè)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(nèi)硅膠的水分含量進(jìn)行測量，并以此參數(shù)為閉環(huán)控制系統(tǒng)輸入量，通過加熱單元對罐內(nèi)硅膠進(jìn)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(shè)計，保證總有一個罐體處于與儲油柜相通狀態(tài)，避免因電磁閥故障導(dǎo)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(xiàn)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(jié)能及硅膠利用率高等特點。其主要根據(jù)變壓器工況來判斷加熱干燥的時機。當(dāng)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(dá)到干燥的目的;當(dāng)變壓器負(fù)載平穩(wěn)時，儲油柜中的油位不發(fā)生變化，呼吸器停止工作;當(dāng)變壓器負(fù)載下降，儲油柜中油位回落時，呼吸器不工作，進(jìn)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(jiān)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(xiàn)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(dǎo)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(jié)構(gòu)上略復(fù)雜。

3.1、呼吸器可靠性設(shè)計

在可靠性設(shè)計上，主要分為主動安全設(shè)計及被動安全設(shè)計。采用的主要方法有：

①通過濕度傳感器對罐體內(nèi)硅膠的水分含量進(jìn)行測量，并以此參數(shù)為閉環(huán)控制系統(tǒng)輸入量，通過加熱單元對罐內(nèi)硅膠進(jìn)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(shè)計，保證總有一個罐體處于與儲油柜相通狀態(tài)，避免因電磁閥故障導(dǎo)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(xiàn)堵塞時釋放儲油柜中的壓力，并報警。

本智能免維護(hù)型呼吸器具有體積小、安裝方便、節(jié)能及硅膠利用率高等特點。其主要根據(jù)變壓器工況來判斷加熱干燥的時機。當(dāng)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(dá)到干燥的目的;當(dāng)變壓器負(fù)載平穩(wěn)時，儲油柜中的油位不發(fā)生變化，呼吸器停止工作;當(dāng)變壓器負(fù)載下降，儲油柜中油位回落時，呼吸器不工作，進(jìn)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(jiān)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(xiàn)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(dǎo)致的通路堵塞。

4本裝置的創(chuàng)新點及關(guān)鍵點

①通過三向電磁閥設(shè)計，確保有一個罐體與儲油柜相通狀態(tài)，避免因電磁閥故障堵塞導(dǎo)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(hù)生態(tài)環(huán)境;通過減震阻尼裝置，避免裝置在工作過程中由于震動導(dǎo)致電子元器件壽命縮短，確保裝置穩(wěn)定可靠工作。

③通過濕度傳感器對罐體內(nèi)吸附劑的水分含量進(jìn)行實施監(jiān)測，并以此參數(shù)為閉環(huán)控制系統(tǒng)輸入量，通過加熱單元對罐內(nèi)吸附劑進(jìn)行除潮。

④雙罐體設(shè)計實現(xiàn)一主一備在線無縫切換。

5與傳統(tǒng)呼吸器比較

①傳統(tǒng)硅膠在回收干燥的各個環(huán)節(jié)都很容易造成硅膠與空氣接觸而導(dǎo)致壽命下降，甚至?xí)苯铀榱?、分解出結(jié)晶和粉塵。正常的變色硅膠化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒，而分裂為結(jié)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(dǎo)致各種疾病，危害人體健康。

②大型充油設(shè)備智能化雙罐體呼吸器在免維護(hù)型呼吸器的基礎(chǔ)上升級了監(jiān)測功能，可以對智能呼吸器本體的運行狀況和油枕內(nèi)的環(huán)境情況進(jìn)行有效監(jiān)測，可顯示溫度、濕度、露點、工況等數(shù)據(jù)。同時通過智能及人工設(shè)置干燥頻率，來適應(yīng)不同大小及容量的變壓器。在設(shè)備的統(tǒng)一維護(hù)、保養(yǎng)上面具備明顯的成本及效率優(yōu)勢。

③大型充油設(shè)備人工智能化雙罐體呼吸器可以對油枕內(nèi)部的狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，特殊材料干燥劑可自我再生，減少維護(hù)工作量，適應(yīng)頻繁的氣候變化對變壓器儲油柜的影響。

6經(jīng)濟(jì)效益及社會效益

節(jié)約維護(hù)費用6萬元：傳統(tǒng)呼吸器由于無法遠(yuǎn)程監(jiān)控，長期用于現(xiàn)場檢查、維護(hù)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(hù)人員平均一年維護(hù)四次，一年的維護(hù)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(jìn)行，每年至少耗時300小時，人工費用約為50000元;

設(shè)備損失費用1100萬：由于傳統(tǒng)呼吸器未進(jìn)行定期維護(hù)或者維護(hù)人員工藝不良造成的呼吸器失效導(dǎo)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(guān)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(fù)荷30萬千瓦，供電損失為21600萬千瓦時，折合經(jīng)濟(jì)損失10800萬元。

8結(jié)束語

基于電力變壓器吸濕器選用導(dǎo)則，本文設(shè)計的大型充油設(shè)備智能化雙罐體呼吸器技術(shù)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(hù)、吸附材料劑可再生、實時監(jiān)測等特點，用它取代舊式呼吸器，提高了人員作業(yè)效率，緩解了公司目前工作人員緊張、工學(xué)矛盾突出的狀況，為安全生產(chǎn)作出了重要貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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