Aplicación de respiradores de transformador sin mantenimiento en subestaciones

Actualmente, los respiradores de tipo tradicional se utilizan ampliamente en transformadores. La capacidad de absorción de humedad del gel de sílice aún se juzga por el personal de operación y mantenimiento a través de la observación visual del cambio de color de las cuentas de gel de sílice. El juicio subjetivo del personal juega un papel decisivo. Aunque se ha estipulado claramente que el gel de sílice en los respiradores de los transformadores debe reemplazarse cuando más de dos tercios cambian de color, aún no existe un método cuantitativo preciso para determinar cuánto disminuye la capacidad de adsorción en etapas específicas de cambio de color.

Además, los niveles de habilidad del personal de operación y mantenimiento varían significativamente, lo que lleva a grandes discrepancias en la identificación visual. Algunos fabricantes e individuos han realizado investigaciones relacionadas, como la detección del contenido de humedad en el aire después de la filtración del gel de sílice o el monitoreo de peso en tiempo real del gel de sílice. Se utilizan computadoras embebidas para control, detección y transmisión de datos para controlar automáticamente el calentamiento y eliminar la humedad del gel de sílice.

1.Análisis del estado actual de la tecnología
1.1 Investigación sobre respiradores de transformadores por instituciones extranjeras
Durante muchos años, basado en la investigación académica y las aplicaciones prácticas en el extranjero, la detección del contenido de humedad en el aire después de la absorción del gel de sílice se ha considerado el método más común, amplio y efectivo para evaluar el nivel de saturación del gel de sílice. Sin embargo, este método aún no puede cuantificar directamente la saturación de humedad del gel de sílice; solo indica cualitativamente, a través de medios indirectos, que la capacidad de adsorción ha disminuido y se necesita un tratamiento de deshidratación.

La empresa MR actualmente ofrece un producto similar que aborda este problema, utilizando principios de detección de humedad para evaluar el nivel de humedad del gel de sílice, empleando gel de sílice blanco (tipo no indicador). Sus inconvenientes incluyen: los sensores de humedad tienden a fallar cuando están expuestos a humedad saturada (condensación en gotas de agua), el gel de sílice blanco no permite a los usuarios confirmar visualmente su efecto de absorción de humedad, y el proceso de deshidratación/regeneración no puede ser verificado.

ABB también ofrece una solución similar con una estructura de doble tubo. Durante la operación, una válvula electromagnética conecta un tubo al canal de respiración del conservador mientras el otro se somete a deshidratación y regeneración. Sin embargo, debido a su gran tamaño, peso y alto costo, no es adecuado para la modernización de los respiradores convencionales existentes en el sitio.

1.2 Investigación sobre respiradores de transformadores por instituciones nacionales
Algunas empresas nacionales han desarrollado respiradores sin mantenimiento. Estos dispositivos utilizan mediciones de pesaje en línea para establecer modelos de saturación de humedad del gel de sílice y deshidratación mediante calefacción basada en el tiempo. Aplicando la teoría de control difuso, logran un secado ideal del aire y una deshidratación científica. Para garantizar que los accesorios del respirador coincidan con la vida útil del transformador, se emplean microprocesadores robustos de grado militar y el sistema operativo VxWorks, junto con componentes de detección y actuación altamente estables. Esto realmente logra la operación sin mantenimiento para los respiradores de transformadores, mejorando significativamente la eficiencia y seguridad del trabajo en el sitio, y aumentando la confiabilidad de los sistemas de suministro de energía.

1.3 Dos puntos de vista existentes sobre el reemplazo de respiradores tradicionales
Actualmente, no hay un consenso unificado dentro de la industria eléctrica sobre el impacto del reemplazo del gel de sílice en los respiradores de transformadores principales en la protección Buchholz (gaseosa). Si bien se acuerda generalmente que durante el reemplazo del gel de sílice, la protección contra gases pesados debe cambiarse de "salto" a "alarma", existe un desacuerdo significativo sobre cómo reconfigurar la protección después del reemplazo.

Un punto de vista sostiene que el reemplazo del gel de sílice en el respirador puede causar falsos saltos de la protección gaseosa; por lo tanto, después del reemplazo, el transformador debe someterse a 24 horas de operación de prueba (con la protección contra gases pesados configurada en alarma) antes de cambiar nuevamente a modo de salto.

El otro punto de vista argumenta que una vez completado el reemplazo del gel de sílice, no hay más impacto en la protección contra gases pesados, por lo que la protección debe restaurarse inmediatamente al modo de salto.

Actualmente, una cierta empresa de suministro de electricidad adopta el siguiente procedimiento: antes del reemplazo, solicitan la aprobación de despacho para cambiar el enlace de protección contra gases pesados de salto a modo de señal; después de la finalización, solicitan nuevamente la aprobación de despacho para restaurarlo al modo de salto. Verifican que un terminal del enlace de protección contra gases pesados tenga –110V mientras que el otro no tenga voltaje antes de volver a conectar el enlace.

1.4 Estado actual de aplicación de los respiradores de transformadores
La empresa de suministro de electricidad actualmente utiliza dos tipos de respiradores: canisteres de vidrio orgánico desmontables y canisteres no desmontables. Para los respiradores desmontables, el proceso de reemplazo requiere una alta precisión de los operadores en cuanto a procedimientos y par de torsión; de lo contrario, el vidrio orgánico se daña fácilmente. Todo el proceso es muy demorado, y los reemplazos repetidos a menudo llevan a un mal sellado en las uniones, permitiendo que el aire húmedo no filtrado entre en el conservador y potencialmente cause la entrada de humedad en el aceite del transformador.

Los respiradores no desmontables evitan estos problemas pero presentan otro: la pequeña abertura de llenado causa derrames de gel de sílice durante el reemplazo, contaminando el entorno.

Entre las 64 subestaciones de la empresa, el gel de sílice se reemplazó 178 veces en 2015, totalizando 541 kg. La frecuencia de reemplazo aumenta significativamente durante la temporada de lluvias debido a la alta humedad, requiriendo una cantidad sustancial de mano de obra y recursos materiales. En áreas montañosas, riesgos como colapsos de carreteras y desprendimientos de rocas durante la temporada de lluvias aumentan aún más los peligros de transporte.

2. Principio de funcionamiento de los respiradores de transformadores sin mantenimiento
La serie JY-MXS de respiradores sin mantenimiento se instala en el conservador de transformadores sumergidos en aceite. Cuando el aceite del transformador se expande o contrae debido a cambios en la carga o en la temperatura ambiente, el gas en el conservador pasa a través del desecante dentro del respirador sin mantenimiento, eliminando el polvo y la humedad del aire para mantener la fuerza de aislamiento del aceite del transformador.

Después de un uso prolongado, cuando el desecante se humedece, el respirador activa automáticamente su función de calefacción para eliminar la humedad. El sistema consta principalmente de un cartucho filtro, tubo de vidrio, eje principal, célula de carga (sensor de peso), sensores de temperatura/humedad, elemento calefactor, placa de control y gel de sílice.

Cuando el conservador inhala aire, éste primero pasa a través de una malla de metal esinterizado que elimina el polvo. El aire filtrado luego fluye a través de la cámara de secado, donde la humedad es absorbida completamente por el desecante.

El nivel de saturación de humedad del gel de sílice se mide mediante una célula de carga instalada dentro del respirador. Cuando la saturación supera un umbral preestablecido, los elementos calefactores de fibra de carbono dentro de la cámara de secado se activan para secar el desecante. El vapor resultante se difunde hacia afuera por convección, pasa a través de la malla de metal, se condensa en el tubo de vidrio y fluye hacia abajo hasta un flange de metal en la parte inferior, saliendo del respirador.

Si el sensor de humedad falla, un controlador de temporizador dentro de la caja de control asegura la calefacción periódica a intervalos preestablecidos, logrando una operación verdaderamente sin mantenimiento.

3. Aplicación de Respiradores de Transformador sin Mantenimiento
La empresa de suministro eléctrico instaló respiradores de la serie JY-MXS sin mantenimiento en los cambios de toma bajo carga (OLTC) y cuerpos principales del transformador No. 1 en dos subestaciones de 110 kV geográficamente distintas (Subestación A y Subestación B).

Después de más de un año de operación:

• En la Subestación A, el transformador No. 1 no requirió reemplazos de gel de sílice para ni los respiradores OLTC ni los del cuerpo principal. En contraste, el transformador No. 2 requirió 5 reemplazos de respiradores del cuerpo principal (15 kg en total) y 6 reemplazos de respiradores OLTC (6 kg en total).

• En la Subestación B, el transformador No. 1 tampoco requirió reemplazos. El transformador No. 2 tuvo 3 reemplazos del cuerpo principal (9 kg) y 5 reemplazos de OLTC (5 kg).

Los datos operativos y las inspecciones in situ muestran que todas las funciones de los respiradores sin mantenimiento funcionaron normalmente. Cuando el gel de sílice alcanzaba cierto nivel de saturación, el calentador se activaba rápidamente basándose en las señales de los sensores para secar las cuentas. Además, al analizar seis meses de datos históricos de peso, el controlador estableció un patrón de absorción de humedad e implementó una estrategia híbrida que combina el control basado en peso y el control programado, reduciendo la carga de trabajo del personal, mejorando la automatización y proporcionando beneficios económicos y sociales.

4. Conclusión
En resumen, instalar respiradores sin mantenimiento tanto en el cambio de toma bajo carga como en el cuerpo principal de los transformadores en las subestaciones permite:

• Calefacción impulsada por sensores para deshumidificar el gel de sílice saturado,

• Monitoreo remoto en tiempo real a través de funciones de comunicación,

• Capacidades de autodiagnóstico para facilitar el mantenimiento.

Estas características demuestran que los respiradores sin mantenimiento pueden reemplazar completamente a los sistemas tradicionales, resolviendo eficazmente las necesidades de absorción de humedad de los transformadores y logrando una operación verdaderamente sin mantenimiento. Además, al eliminar la necesidad de reemplazar el gel de sílice, se resuelve el debate de larga data sobre los ajustes de protección contra gases pesados después del reemplazo.

El uso de respiradores sin mantenimiento permite a la empresa de suministro eléctrico monitorear las condiciones de los accesorios en línea, obtener el estado de los equipos en tiempo real y aplicar medidas preventivas antes de que ocurran fallos, evitando que los transformadores operen a plena carga mientras existen riesgos ocultos. Esto llena el vacío dejado por la incapacidad de los respiradores tradicionales de soportar el monitoreo en línea.

Además, reduce drásticamente los costos de mano de obra y los gastos de inspecciones rutinarias, promueve la reciclaje de residuos y mitiga el riesgo de accidentes graves causados por fallas menores de accesorios. Esto permite una programación de actividades de mantenimiento más efectiva y científica, elimina gastos innecesarios, asegura una operación sostenible y segura de los transformadores, y finalmente logra objetivos de aumento de productividad, eficiencia, seguridad y protección ambiental.