Aplicación de respiradores de transformador libres de manutención en subestacións

Actualmente, os respiradores de tipo tradicional son ampliamente utilizados en transformadores. A capacidade de absorción de humidade do gel de sílice aínda se xudica polo persoal de operación e manutención a través da observación visual do cambio de cor das perlas de gel de sílice. O xuízo subxectivo do persoal desempeña un papel decisivo. Aínda que está claramente estipulado que o gel de sílice nos respiradores de transformador debe ser substituído cando máis de dous terzos del cambia de cor, aínda non hai un método cuantitativo exacto para determinar canto diminúe a capacidade de adsorción en etapas específicas do cambio de cor.

Ademais, os niveis de habilidade do persoal de operación e manutención varían significativamente, o que leva a grandes discrepancias na identificación visual. Algúns fabricantes e individuos realizaron investigacións relacionadas, como detectar o contido de humidade no aire despois da filtración do gel de sílice ou realizar un control de peso en tempo real do gel de sílice. Utilízanse ordenadores embebidos para control, detección e transmisión de datos para controlar automaticamente o aquecemento e eliminar a humidade do gel de sílice.

1.Análise do Estado Técnico Actual
1.1 Investigación sobre Respiradores de Transformador por Institucións Extranxeiras
Durante moitos anos, baseándose na investigación académica e nas aplicacións prácticas no estranxero, detectar o contido de humidade no aire despois da absorción do gel de sílice considerouse o método máis común, xeneralizado e efectivo para avaliar o nivel de saturación do gel de sílice. No entanto, este método aínda non pode cuantificar directamente a saturación de humidade do gel de sílice; só indica cualitativamente - a través de medios indirectos - que a capacidade de adsorción diminuíu e é necesaria unha tratamento de deshidratación.

A empresa MR ofrece actualmente un produto semellante que aborda este problema, utilizando principios de detección de humidade para avaliar o nivel de humidade do gel de sílice, empregando gel de sílice branco (tipo non indicativo). As súas desvantaxes inclúen: os sensores de humidade tenden a fallar cando están expostos a humidade saturada (condensación en gotas de auga), o gel de sílice branco non permite aos usuarios confirmar visualmente o seu efecto de absorción de humidade, e o proceso de deshidratación/regeneración non pode ser verificado.

ABB tamén ofrece unha solución semellante con unha estrutura de dúas tubas. Durante a operación, unha válvula electromagnética conecta unha tuba ao canal de respiración do conservador mentres que a outra sufre un proceso de deshidratación e regeneración. No entanto, debido ao seu gran tamaño, peso e custo elevado, non é adecuada para a reforma de respiradores convencionais existentes no terreo.

1.2 Investigación sobre Respiradores de Transformador por Institucións Domésticas
Algúns empresas nacionais desenvolveron respiradores libres de manutención. Estes dispositivos utilizan medidas de pesaxe en liña para establecer modelos de saturación de humidade do gel de sílice e deshidratación por aquecemento basada no tempo. Aplicando a teoría de control difuso, logran un secado de aire ideal e unha deshidratación científica. Para asegurar que os accesorios do respirador coincidan coa vida útil do transformador, empreganse microprocesadores militares robustos e o sistema operativo VxWorks, xunto con compoñentes de detección e actuación altamente estables. Isto realiza verdadeiramente unha operación libre de manutención para os respiradores de transformador, mellorando significativamente a eficiencia e a seguridade do traballo no terreo, e aumentando a fiabilidade dos sistemas de fornecemento de enerxía.

1.3 Dúas Perspectivas Actuais sobre a Substitución de Respiradores Tradicionais
Actualmente non hai un consenso unificado dentro da industria eléctrica sobre o impacto da substitución do gel de sílice nos respiradores de transformadores principais na protección Buchholz (gás). Aínda que xeralmente se acepta que durante a substitución do gel de sílice, a protección contra gases pesados debe cambiarse de "salto" a "alarma", existe un desacordo significativo sobre cómo reconfigurar a protección despois da substitución.

Unha perspectiva sostén que a substitución do gel de sílice no respirador pode causar disparos falsos da protección de gás; polo tanto, despois da substitución, o transformador debe someterse a 24 horas de ensaio (con a protección contra gases pesados configurada en modo de alarma) antes de volver ao modo de salto.

A outra perspectiva argumenta que, unha vez completada a substitución do gel de sílice, non hai ningún impacto adicional na protección contra gases pesados, polo que a protección debe ser restaurada inmediatamente ao modo de salto.

Actualmente, unha certa compañía de fornecemento de enerxía adopta o seguinte procedemento: antes da substitución, solicitan aprobación da despacha para cambiar o enlace de protección contra gases pesados de salto a modo de sinal; despois de completado, solicitan aprobación da despacha para restauralo ao modo de salto. Verifican que un terminal do enlace de protección contra gases pesados llelle –110V mentres que o outro está sen voltaxe antes de volve-lo a conectar.

1.4 Estado Actual de Aplicación de Respiradores de Transformador
A compañía de fornecemento de enerxía utiliza actualmente dous tipos de respiradores: recipientes de vidro orgánico desmontables e recipientes non desmontables. Para os respiradores desmontables, o proceso de substitución require unha alta precisión dos operadores en relación cos procedementos e o par de aperto; de lo contrario, o vidro orgánico é facilmente danado. O proceso completo é demorado, e as substitucións repetidas adoitan levar a un mal sellado nas unions, permitindo que o aire húmido non filtrado entre no conservador e potencialmente cause a entrada de humidade no óleo do transformador.

Os respiradores non desmontables evitan estes problemas, pero presentan outro: a pequena abertura de carga causa derrames de gel de sílice durante a substitución, contaminando o medio ambiente.

Entre as 64 subestacións da compañía, o gel de sílice foi substituído 178 veces en 2015, totalizando 541 kg. A frecuencia de substitución aumenta significativamente durante a tempada de choiva debido á alta humidade, requirindo unha gran cantidade de man power e recursos materiais. Nas zonas montañosas, os riscos como desmoronamentos de estradas e desprendimentos de rochas durante a tempada de choiva aumentan ainda máis os perigos de transporte.

2. Principio de Funcionamento dos Respiradores de Transformador Libres de Manutención
A serie JY-MXS de respiradores libres de manutención está instalada no conservador de transformadores de óleo sumergido. Cando o óleo do transformador se expande ou contrae debido á carga ou cambios de temperatura ambiental, o gas no conservador pasa a través do dessecante dentro do respirador libre de manutención, eliminando o polvo e a humidade do aire para manter a forza de aislamento do óleo do transformador.

Despois dun uso prolongado, cando o desecante se humedece, o respirador activa automaticamente a súa función de calentamento para eliminar a humidade. O sistema consiste principalmente nunha cápsula de filtro, tubo de vidro, eixo principal, célula de carga (sensor de peso), sensores de temperatura/humedade, elemento de calentamento, placa de control e sílice xel.

Cando o conservador aspira aire, este primeiro pasa por unha malla de filtro metálico esfoderado que elimina o polvo. O aire filtrado flúe a través da cámara de secado, onde a humidade é totalmente absorbida polo desecante.

O nivel de saturación de humidade da sílice xel é medido por unha célula de carga instalada dentro do respirador. Cando a saturación excede un umbral predefinido, os elementos de calentamento de fibra de carbono dentro da cámara de secado activan para secar o desecante. O vapor resultante difunde cara fóra por convección, pasa a través da malla metálica, condensa no tubo de vidro e flúe cara abaixo ata un flange metálico na parte inferior, saindo do respirador.

Se o sensor de humidade falla, un controlador de temporizador dentro da caixa de control asegura o calentamento periódico en intervalos preestablecidos, logrando unha operación verdadeiramente sen mantemento.

3. Aplicación dos Respiradores Sen Mantemento para Transformadores
A compañía de fornecemento eléctrico instalou series JY-MXS de respiradores sen mantemento nos cambiadors de tomas sobrecarga (OLTC) e corpos principais dos transformadores número 1 en dúas subestacións geograficamente distintas de 110 kV (Subestación A e Subestación B).

Despois de máis dun ano de operación:

• Na Subestación A, o transformador número 1 non requireu substitucións de sílice xel para os respiradores tanto do OLTC como do corpo principal. En contraste, o transformador número 2 experimentou 5 substitucións de respiradores do corpo principal (15 kg no total) e 6 substitucións de respiradores do OLTC (6 kg no total).

• Na Subestación B, o transformador número 1 tamén non requireu substitucións. O transformador número 2 teve 3 substitucións de respiradores do corpo principal (9 kg) e 5 substitucións de respiradores do OLTC (5 kg).

Os datos operativos e as inspeccións in situ mostran que todas as funcións dos respiradores sen mantemento funcionaron normalmente. Cando a sílice xel alcanzou un certo nivel de saturación, o calentador activouse prontamente baseándose nas señais dos sensores para secar as perlitas. Ademais, analizando seis meses de datos históricos de peso, o controlador estableceu un patrón de absorción de humidade e implementou unha estratexia híbrida combinando o control basado en peso e o control programado, reducindo a carga de traballo do persoal, mellorando a automatización e proporcionando beneficios económicos e sociais.

4. Conclusión
En resumo, a instalación de respiradores sen mantemento tanto no cambiadors de tomas sobrecarga como no corpo principal dos transformadores nas subestacións permite:

• Calentamento impulsado por sensores para deshumidificar a sílice xel saturada,

• Monitorización remota en tempo real mediante funcións de comunicación,

• Capacidades de auto-diagnóstico para unha manutención máis fácil.

Estas características demostran que os respiradores sen mantemento poden substituír completamente os sistemas tradicionais, solucionando eficazmente as necesidades de absorción de humidade dos transformadores e logrando unha operación verdadeiramente sen mantemento. Ademais, xa que a substitución da sílice xel está eliminada, resolve o debate de longa data sobre as configuracións de protección contra gases pesados após a substitución.

A utilización de respiradores sen mantemento permite á compañía de fornecemento eléctrico monitorizar as condicións dos accesorios en liña, obter o estado actual do equipo en tempo real e implementar medidas preventivas antes de que ocorran fallos, evitando que os transformadores operen baixo carga completa mentres existen riscos ocultos. Isto colma a lacuna deixada pola incapacidade dos respiradores tradicionais de apoiar a monitorización en liña.

Ademais, reduce drasticamente os custos de man de obra e os gastos de inspeccións rutinarias, promove o reciclaxe de residuos e mitiga o risco de grandes accidentes causados por fallos menores nos accesorios. Isto permite unha programación de actividades de manutención máis eficaz e científica, elimina gastos innecesarios, asegura unha operación sustentable e segura dos transformadores, e finalmente logra os obxectivos de aumentar a produtividade, eficiencia, seguridade e protección do medio ambiente.