Aplicació de respiradors de transformadors sense manteniment a les subestacions

Actualment, els respiradors de tipus tradicional són ampliament utilitzats en transformadors. La capacitat d'absorció d'humitat del gel de sílica encara es jutja per el personal d'operació i manteniment a través de l'observació visual del canvi de color de les perlotes de gel de sílica. Els judicis subjectius del personal juguen un paper decisiu. Tot i que s'ha estipulat clarament que el gel de sílica dels respiradors dels transformadors ha de ser reemplaçat quan més de dos terços d'aquest canvien de color, encara no hi ha un mètode quantitatiu precís per determinar com disminueix la capacitat d'adsorció en etapes específiques del canvi de color.

A més, els nivells de competència del personal d'operació i manteniment varien significativament, cosa que provoca grans discrepàncies en la identificació visual. Algunes empreses i individus han realitzat recerca relacionada, com detectar el contingut d'humitat a l'aire després de la filtració pel gel de sílica o realitzar un seguiment de pes en temps real del gel de sílica. Es fan servir ordinadors integrats per al control, detecció i transmissió de dades per controlar automàticament el calentament i eliminar l'humitat del gel de sílica.

1.Anàlisi de l'estat actual de la tecnologia
1.1 Recerca sobre els respiradors de transformadors per institucions estrangeres
Durant molts anys, basant-se en la recerca acadèmica i les aplicacions pràctiques a l'estranger, la detecció del contingut d'humitat a l'aire després de l'absorció pel gel de sílica s'ha considerat el mètode més comú, ampliament utilitzat i efectiu per avaluar el nivell de saturació del gel de sílica. No obstant això, aquest mètode encara no pot quantificar directament la saturació d'humitat del gel de sílica; només indica qualitativament - mitjançant mitjans indirectes - que la capacitat d'adsorció ha disminuït i que es necessita un tractament de deshidratació.

La companyia MR ofereix actualment un producte similar que aborda aquest problema, utilitzant principis de detecció d'humitat per avaluar el nivell d'humitat del gel de sílica, fent servir gel de sílica blanc (tipus no indicador). Les seves desavantatges inclouen: els sensors d'humitat tendeixen a fallar quan estan exposats a humitat saturada (condensació en gotes d'aigua), el gel de sílica blanc no permet als usuaris confirmar visualment el seu efecte d'absorció d'humitat, i el procés de deshidratació/regeneració no es pot verificar.

L'ABB també ofereix una solució similar amb una estructura de doble tub. Durant l'operació, una válvula electromagnètica connecta un tub al canal de respiració del conservador mentre l'altre passa per un procés de deshidratació i regeneració. No obstant això, a causa de la seva gran mida, pes elevat i cost elevat, no és adequat per a la retrofit de respiradors convencionals existents in situ.

1.2 Recerca sobre els respiradors de transformadors per institucions locals
Algunes empreses locals han desenvolupat respiradors sense manteniment. Aquests dispositius fan servir mesures de pes en línia per establir models de saturació d'humitat del gel de sílica i deshidratació per calor basada en el temps. Aplicant la teoria de control difús, aconsegueixen una secagem d'aire ideal i una deshidratació científica. Per assegurar que els accessoris del respirador coincideixin amb la vida útil del transformador, es fan servir microprocessadors militars robustes i el sistema operatiu VxWorks, juntament amb components de detecció i actuació altament estables. Això realitza veritablement l'operació sense manteniment dels respiradors dels transformadors, millorant significativament l'eficiència i la seguretat del treball in situ, i augmentant la fiabilitat dels sistemes de subministrament d'energia.

1.3 Dos punts de vista actuals sobre el reemplaçament dels respiradors tradicionals
Actualment, no hi ha un consens unificat dins de l'indústria elèctrica sobre l'impacte del reemplaçament del gel de sílica en els respiradors dels transformadors principals en la protecció Buchholz (de gas). Si bé es té generalment acord que durant el reemplaçament del gel de sílica, la protecció contra gasos pesants ha de ser canviada de "trencament" a "alarma", hi ha una gran discrepància sobre com reconfigurar la protecció després del reemplaçament.

Un punt de vista sosté que el reemplaçament del gel de sílica del respirador pot causar un trencament fals de la protecció de gas; per tant, després del reemplaçament, el transformador hauria de passar per 24 hores d'operació de prova (amb la protecció contra gasos pesants configurada a alarma) abans de tornar a configurar-la a mode de trencament.

L'altre punt de vista argumenta que, un cop completat el reemplaçament del gel de sílica, ja no hi ha cap impacte addicional en la protecció contra gasos pesants, de manera que la protecció hauria de ser restaurada immediatament al mode de trencament.

Actualment, una certa companyia de subministrament d'electricitat adopta el següent procediment: abans del reemplaçament, sol·liciten l'aprovació dels despachos per canviar l'enllaç de la protecció contra gasos pesants de trencament a mode de senyal; després de completar-lo, tornen a sol·licitar l'aprovació dels despachos per restaurar-lo al mode de trencament. Verifiquen que un terminal de l'enllaç de la protecció contra gasos pesants porta –110V mentre que l'altre no té tensió abans de tornar a enganxar l'enllaç.

1.4 Estat actual de l'aplicació dels respiradors de transformadors
La companyia de subministrament d'electricitat fa servir actualment dos tipus de respiradors: recipients de vidre orgànic desconnectables i recipients no desconnectables. Per als respiradors desconnectables, el procés de reemplaçament requereix una precisió alta dels operadors en termes de procediments i torque de les vis; en cas contrari, el vidre orgànic es deteriora fàcilment. El procés és llarg i les repeticions sovint porten a una mala estanquilitat a les juntes, permetent que l'aire humit no filtrat entre al conservador i potencialment cause l'ingrés d'humitat a l'oli del transformador.

Els respiradors no desconnectables eviten aquests problemes però presenten un altre: l'obertura de ompliment petita provoca la dispersió del gel de sílica durant el reemplaçament, contaminant l'ambient.

Entre les 64 subestacions de la companyia, el gel de sílica va ser reemplaçat 178 vegades el 2015, totalitzant 541 kg. La freqüència de reemplaçament augmenta significativament durant la temporada de pluja degut a l'alta humitat, requerint recursos humans i materials substancials. En zones muntanyoses, els riscos com el col·laps de carreteres i desmoronaments rocosos durant la temporada de pluja incrementen encara més els perillos de transport.

2. Principi de funcionament dels respiradors de transformadors sense manteniment
La sèrie JY-MXS de respiradors sense manteniment es instal·la al conservador dels transformadors d'oli immers. Quan l'oli del transformador es dilata o contracta degut a canvis de càrrega o temperatura ambiental, el gas del conservador passa a través del dessecant dins del respirador sense manteniment, eliminant pols i humitat de l'aire per mantenir la força d'aïllament de l'oli del transformador.

Després d'un ús prolongat, quan l'agent de secat es humitge, el respirador activa automàticament la seva funció de càlida per eliminar l'humitat. El sistema consta principalment d'un recipient filtre, un tub de vidre, un eix principal, una cel·la de càrrega (sensor de pes), sensors de temperatura i humitat, element calefactor, placa de control i gel de sílica.

Quan el conservador inhala l'aire, aquest passa primer a través d'una malla filtrant de metall sinteritzat que elimina el polsim. L'aire filtrat llavors flueix a través de la cambra de secat, on l'humitat és totalment absorbida per l'agent de secat.

El nivell de saturació d'humitat del gel de sílica es mesura mitjançant una cel·la de càrrega instal·lada dins del respirador. Quan la saturació excedeix un llindar preestablert, els elements calefactors de fibra de carboni dins de la cambra de secat s'activen per secar l'agent de secat. La vapor resultant es difon cap a fora mitjançant convecció, passa a través de la malla metàl·lica, condensa al tub de vidre i flueix cap a una flange metàl·lica al fons, sortint del respirador.

Si el sensor d'humitat falla, un controlador de temporització dins de la caixa de control assegura la càlida periòdica a intervals preestablerts, assolint una operació realment sense manteniment.

3. Aplicació dels Respiradors de Transformadors Sense Manteniment
La companyia d'electricitat va instal·lar la sèrie JY-MXS de respiradors sense manteniment als canviadors de relés amb càrrega (OLTC) i als cosos principals dels transformadors número 1 en dues subestacions de 110 kV geogràficament diferents (Subestació A i Subestació B).

Després d'un any i mig de funcionament:

• A la Subestació A, el transformador principal número 1 no va necessitar cap substitució de gel de sílica ni pels respiradors OLTC ni pel cos principal. En contraposició, el transformador principal número 2 va requerir 5 substitucions de respiradors del cos principal (15 kg en total) i 6 substitucions de respiradors OLTC (6 kg en total).

• A la Subestació B, el transformador principal número 1 tampoc va necessitar cap substitució. El transformador principal número 2 va tenir 3 substitucions del cos principal (9 kg) i 5 substitucions OLTC (5 kg).

Les dades operatives i les inspeccions in situ mostren que totes les funcions dels respiradors sense manteniment van funcionar normalment. Quan el gel de sílica arribava a un cert nivell de saturació, el calefactor s'activava prontament basant-se en senyals dels sensors per secar les perlotes. A més, analitzant sis mesos de dades històriques de pes, el controlador va establir un patró d'absorció d'humitat i va implementar una estratègia híbrida que combina el control basat en el pes i el control temporal, reduint la càrrega de treball del personal, augmentant l'automatització i aportant beneficis econòmics i socials.

4. Conclusió
En resum, l'instal·lació de respiradors sense manteniment tant als canviadors de relés amb càrrega com als cosos principals dels transformadors a les subestacions permet:

• Càlida activada per sensors per deshumidificar el gel de sílica saturat,

• Monitoratge en temps real remot mitjançant funcions de comunicació,

• Capacitats d'autodiagnòstic per facilitar el manteniment.

Aquests caràcters demostren que els respiradors sense manteniment poden reemplaçar completament els sistemes tradicionals, solucionant eficientment les necessitats d'absorció d'humitat dels transformadors i assolint una operació realment sense manteniment. A més, ja que no cal substituir el gel de sílica, es resol el debat sobre la configuració de la protecció contra gasos pesants després de la substitució.

Utilitzar respiradors sense manteniment permet a la companyia d'electricitat monitorar les condicions dels accessoris en línia, obtenir l'estat real de l'equipament i implementar mesures preventives abans que ocorrin falles—evitant que els transformadors operin a ple càrrega mentre existeixin riscos ocults. Això omple la brecha deixada per la incapacitat dels respiradors tradicionals de suportar el monitoratge en línia.

A més, redueix drasticament els costos de mà d'obra i els gastos d'inspecció rutinària, promou la reciclatge de residus i mitiga el risc d'accidents majors causats per falles d'accessoris menors. Això permet una planificació més eficaç i científica de les activitats de manteniment, elimina despeses innecessàries, assegura una operació sostenible i segura dels transformadors, i finalment assol intencions d'increment de productivitat, eficiència, seguretat i protecció ambiental.