刘佩垚 陆禹初
贵州电网有限责任公司贵阳供电局，贵州 贵阳 550001
摘要：贵州电网公司所管辖的变压器使用的老旧“油杯式”呼吸器，在贵州高湿度的环境下通常每2~4个月就需要维护一次，特别在雨季时维护次数更加频繁，每次作业时手续繁琐、操作繁杂、部分变压器还需要停电维护，造成了巨大的经济损失。本文针对这一痛点进行分析探讨，通过研发智能型变压器免维护空气置换装置，可快速有效地去除硅胶颗粒中的水份，干燥效果更好，有效缩短加热时间节约能源。
关键词：呼吸器 智能 节能环保
1.前言
目前，电网企业所管辖的变压器均使用老旧的“油杯式”呼吸器，在贵州高湿度的环境下通常每2~4个月就需要维护一次，特别在雨季时维护次数更加频繁，每次作业时手续繁琐、操作繁杂、部分变压器还需要停电维护，造成了巨大的经济损失。传统的免维护吸湿器普遍采用单桶设计，采用定时点、定时长的加热方式除湿，造成旱季加热过度，雨季潮气未能除尽，反复加热也减少硅胶寿命，除湿过程中，潮热气体会进入变压器呼气管造成二次污染。
2.传统“油杯式”呼吸器作业方式
传统变压器“油杯式”呼吸器也叫变压器吸湿器、变压器干燥剂。这种呼吸器是一种装有变色硅胶等吸湿剂材料的玻璃容器，其作用为吸附空气中进入油枕胶囊、隔膜中的潮气，清除和干燥由于变压器油温的变化而进入变压器油枕胶囊的空气中的杂物和潮气，以免变压器受潮，以保证变压器油的绝缘强度。当变压器受热膨胀时，呼出变压器油枕胶囊中多余的空气;当变压器油温降低收缩时，吸入外部空气；当吸入外部空气时，储油盒（油杯）里的变压器油过滤外部空气，然后硅胶将没有过滤去的水分吸收，便变压器内的变压器油不受外部空气中水分的侵入，使其水分含量始终在标准以内。
3.智能型变压器免维护空气置换装置作业方式
智能型变压器免维护空气置换装置主要由免维护吸湿器构成，它安装在油浸式变压器或互感器储油柜上。当变压器或互感器由于负荷或环境温度的变化而使变压器油的体积发生热胀冷缩，迫使储油柜内的气体通过免维护吸湿器内的干燥剂进行呼吸，以清除空气中的杂物和潮气，保持变压器或互感器内的变压器油的绝缘强度。并且当长时间使用,干燥剂受潮后, 免维护吸湿器有自动加热功能,自动除去干燥剂中的水分,从而达到吸湿器免维护的目的。
3.1免维护吸湿器工作原理
免维护吸湿器根据物理结构分为：法兰结构、干燥室、冷凝罩、出水进气组件和控制盒。系统主要有过滤桶、不锈钢滤网、碳纤维加热线、玻璃筒、过滤桶主轴、称重传感器、温湿度传感器、加热芯、控制板和硅胶组成。免维护吸湿器是为油浸式变压器或互感器设计的空气净化装置，它安装在油浸式变压器或互感器储油柜上。当变压器或互感器由于负荷或环境温度的变化而使变压器油的体积发生热胀冷缩，迫使储油柜内的气体通过免维护吸湿器内的干燥剂进行呼吸，以清除空气中的杂物和潮气，保持变压器或互感器内的变压器油的绝缘强度。并且当长时间使用,干燥剂受潮后, 免维护吸湿器有自动加热功能,自动除去干燥剂中的水分，从而达到吸湿器免维护的目的。
当油枕吸进空气时，空气通过金属过滤网，进入吸湿器内部。金属过滤网对空气中的灰尘进行过滤，经过滤后的空气流经干燥室，空气中的水分被干燥剂充分吸收，达到干燥空气的目的。
硅胶颗粒的吸湿饱和程度由安装在吸湿内部的称重传感器进行测量，该测量指标就是干燥剂饱和指示剂，当超过设定值时，干燥剂通过安装在干燥室内的加热元件进行烘干，烘干过程中所产生的水蒸汽通过对流向四周扩散,通过金属网到达玻璃管,并在玻璃管上冷凝, 冷凝的水珠沿玻璃管流向安装在底部的金属法兰，并流出吸湿器，当湿度传感器出现故障时,控制盒内设有定时控制器,可按照预定的时间间隔对干燥剂进行加热控制,使吸湿器达到免维护的目的。
3.2免维护吸湿器设计思路
控制器采用工业级的嵌入式微处理器外配3000V隔离标准的输入输出插件，应用宽输入电压的高频开关电源作为内部核心单元的电源补给方案。应用在线加热烘干还原技术，将吸湿器内的受潮干燥剂脱水再生。控制器在工作过程中采用称重和定时两种控制策略相结合的方式，在设备初装的一段时期内，主要是称重控制策略优先，待硅胶受潮规律得出后，则以定时控制策略为主。
称重控制策略：控制器实时探测硅胶自身的重量变化，根据重量变化计算硅胶的受潮程度。
定时控制策略：控制器根据称重变化的历史记录，建立本地域湿热环境和变压器呼吸规律模型，进而生成定时参数。在后续的工作过程重量变化还会对动态定时参数进行修正纠偏。
根据上述运算结果，自动控制内部的碳纤维加热阵列，再通过多点高精度温度感知回馈，使受潮硅胶在本身特性所允许的范围内快速脱水。脱水过程中形成的水蒸气经冷凝后沿吸湿器内壁流下，透过吸湿器下端的空气过滤组件排到外部，从而达到吸湿器免维护的目的。
3.3结构原理
免维护吸湿器根据物理结构可分为：连接法兰、干燥室、冷凝罩、出水进气组件和控制盒。
3.4双筒的结构设计，要求防雨淋、防腐蚀、耐老化、耐高温，还需具有良好的防尘防虫除菌防霉效果。智能型空气置换装置，通过传感器实时测量环境和筒内的温湿度进行智能控制，采用双筒设计，当一个滤筒在进行空气过滤除湿工作时，另外一个滤筒则对吸湿硅胶颗粒进行干燥，并关闭相应气道，防止析出湿气进入变压器，同时启动加热系统和抽排风系统，将硅胶颗粒受热产生的湿热空气直接排出，与冷凝除湿方法相比较，可快速有效地去除硅胶颗粒中的水份，干燥效果更好，有效缩短加热时间节约能源。
3.5双气道结构及抽排风系统设计，要求气道密封性好，双气道联动性好；抽排风系统结构设计，要求空气阻力小，排风效果好。由于双筒的结构设计，所以气道，也就是双气道结构，联动性的表现即保证一个过滤桶在工作时，通过传动机构关闭相应气道使另外一个正在干燥的过滤桶中产生的水蒸气不会进到工作的过滤桶中和变压器中，联动的同时也保证了气密性；这种联动的复杂性也使得我们去研究出更适应这种工作情况的抽排风系统，即强制抽排风功能，加快了硅胶颗粒干燥速度。
4.创新性
免维护吸湿器根据物理结构分为：法兰结构、干燥室、冷凝罩、出水进气组件和控制盒。系统主要有过滤桶、不锈钢滤网、碳纤维加热线、玻璃筒、过滤桶主轴、称重传感器、温湿度传感器、加热芯、控制板和硅胶组成。
干燥室是由碳纤维阵列、硅胶以及不锈钢滤网组成，结构设计中充分考虑了均匀受热和高效过滤环节；冷凝罩即玻璃筒可以承受1000℃的高温。具有非常好的抗冷热巨变能力；出水进气组件、过滤桶、过滤桶主轴材质为铝合金，为一体的，表面做了氧化处理，可靠耐腐蚀； 称重传感器、温度传感器、控制板控制盒（是采用IP55防护等级的铸铝控制盒）均为知名成熟品牌、质量可靠。采用称重传感器作用使控制器实时探测硅胶自身的重量变化，很据重量变化计算硅胶的受潮程度。采用温度传感器的作用是探测到加热的温度达到硅胶要求的温度范围内，进行实时监测，传输温度信号。
5.结语
新一代智能变压器免维护空气置换装置，采用双筒轮流工作模式，具有强制抽排风功能，具有适应范围广、免维护、寿命长、除湿效果好的特点，可完全替代各型油?式变压器油包空气呼吸器，提升干燥效果，降低维护费用。