Applicazione di respiratori per trasformatori senza manutenzione nelle sottostazioni

Attualmente, i respiratori di tipo tradizionale sono ampiamente utilizzati nei trasformatori. La capacità assorbente dell'umidità del gel di silice viene ancora valutata dal personale di manutenzione e operazioni attraverso l'osservazione visiva del cambiamento di colore delle perline di gel di silice. Il giudizio soggettivo del personale svolge un ruolo decisivo. Anche se è stato chiaramente stabilito che il gel di silice nei respiratori dei trasformatori dovrebbe essere sostituito quando più di due terzi di esso cambia colore, non esiste ancora un metodo quantitativo accurato per determinare quanto la capacità di adsorzione diminuisca in specifiche fasi di cambiamento di colore.

Inoltre, i livelli di competenza del personale di manutenzione e operazioni variano significativamente, portando a grandi discrepanze nell'identificazione visiva. Alcuni produttori e individui hanno condotto ricerche correlate, come la rilevazione del contenuto di umidità nell'aria dopo la filtrazione del gel di silice o il monitoraggio in tempo reale del peso del gel di silice. Vengono utilizzati computer integrati per il controllo, la rilevazione e la trasmissione dei dati per controllare automaticamente il riscaldamento e rimuovere l'umidità dal gel di silice.

1.Analisi dello stato tecnico attuale
1.1 Ricerche sui respiratori dei trasformatori da parte di istituzioni estere
Per molti anni, sulla base della ricerca accademica e delle applicazioni pratiche all'estero, la rilevazione del contenuto di umidità nell'aria dopo l'assorbimento del gel di silice è stata considerata il metodo più comune, diffuso ed efficace per valutare il livello di saturazione del gel di silice. Tuttavia, questo metodo non può ancora quantificare direttamente la saturazione di umidità del gel di silice; indica solo qualitativamente - attraverso mezzi indiretti - che la capacità di adsorzione è diminuita e che è necessario un trattamento di deidratazione.

La MR Company offre attualmente un prodotto simile che affronta questo problema, utilizzando principi di sensore di umidità per valutare il livello di umidità del gel di silice, impiegando gel di silice bianco (tipo non indicante). I suoi svantaggi includono: i sensori di umidità tendono a guastarsi quando sono esposti a umidità saturata (condensazione in gocce d'acqua), il gel di silice bianco non consente agli utenti di confermare visivamente l'effetto dell'assorbimento dell'umidità, e il processo di deidratazione/regenerazione non può essere verificato.

ABB offre anche una soluzione simile con una struttura a doppio tubo. Durante l'operazione, un valvola elettromagnetica collega un tubo al canale di respirazione del serbatoio mentre l'altro subisce deidratazione e rigenerazione. Tuttavia, a causa delle sue dimensioni, del suo peso e del suo costo elevato, non è adatto per l'aggiornamento dei respiratori tradizionali esistenti sul posto.

1.2 Ricerche sui respiratori dei trasformatori da parte di istituzioni nazionali
Ancora alcune imprese nazionali hanno sviluppato respiratori senza manutenzione. Questi dispositivi utilizzano misurazioni di pesatura online per stabilire modelli di saturazione di umidità del gel di silice e deidratazione termica basata sul tempo. Applicando la teoria del controllo fuzzy, raggiungono un'ideale asciugatura dell'aria e una deidratazione scientifica. Per garantire che gli accessori del respiratore abbiano una durata pari a quella del trasformatore, vengono impiegati microprocessori militari robusti e il sistema operativo VxWorks, insieme a componenti di sensore e azionamento altamente stabili. Questo realizza effettivamente l'operazione senza manutenzione per i respiratori dei trasformatori, migliorando significativamente l'efficienza e la sicurezza del lavoro sul campo, nonché l'affidabilità dei sistemi di fornitura di energia.

1.3 Due punti di vista esistenti sulla sostituzione dei respiratori tradizionali
Attualmente non c'è un consenso unificato all'interno dell'industria elettrica riguardo all'impatto della sostituzione del gel di silice nei respiratori principali dei trasformatori sulla protezione Buchholz (a gas). Sebbene sia generalmente concordato che durante la sostituzione del gel di silice, la protezione contro i gas pesanti deve essere commutata dalla modalità "disattivazione" alla modalità "allarme", esistono significative divergenze su come riconfigurare la protezione dopo la sostituzione.

Un punto di vista sostiene che la sostituzione del gel di silice nel respiratore potrebbe causare un'errata disattivazione della protezione a gas; pertanto, dopo la sostituzione, il trasformatore dovrebbe sottoporsi a 24 ore di prova (con la protezione contro i gas pesanti impostata sull'allarme) prima di ripristinare la modalità di disattivazione.

L'altro punto di vista afferma che una volta completata la sostituzione del gel di silice, non c'è ulteriore impatto sulla protezione contro i gas pesanti, quindi la protezione dovrebbe essere immediatamente ripristinata nella modalità di disattivazione.

Attualmente, una certa società di distribuzione di energia adotta la seguente procedura: prima della sostituzione, richiede l'approvazione della dispatch per commutare il collegamento della protezione contro i gas pesanti dalla modalità di disattivazione alla modalità di segnalazione; dopo il completamento, richiede nuovamente l'approvazione della dispatch per ripristinarla nella modalità di disattivazione. Verificano che un terminale del collegamento della protezione contro i gas pesanti porti –110V mentre l'altro è privo di tensione prima di riattivare il collegamento.

1.4 Stato attuale dell'applicazione dei respiratori dei trasformatori
La società di distribuzione di energia attualmente utilizza due tipi di respiratori: recipienti di vetro organico smontabili e recipienti non smontabili. Per i respiratori smontabili, il processo di sostituzione richiede alta precisione da parte degli operatori riguardo alle procedure e alla coppia di avvitamento; altrimenti, il vetro organico si danneggia facilmente. L'intero processo è lungo e le ripetute sostituzioni spesso portano a una scarsa tenuta alle giunture, permettendo all'aria umida non filtrata di entrare nel serbatoio e potenzialmente causare l'ingresso di umidità nell'olio del trasformatore.

I respiratori non smontabili evitano questi problemi ma presentano un altro: l'apertura di riempimento piccola causa lo spandimento del gel di silice durante la sostituzione, inquinando l'ambiente.

Tra le 64 sottostazioni della società, il gel di silice è stato sostituito 178 volte nel 2015, per un totale di 541 kg. La frequenza di sostituzione aumenta significativamente durante la stagione piovosa a causa dell'alta umidità, richiedendo una grande quantità di risorse umane e materiali. Nelle aree montane, i rischi come crolli stradali e frane durante la stagione piovosa aumentano ulteriormente i pericoli di trasporto.

2. Principio di funzionamento dei respiratori dei trasformatori senza manutenzione
La serie JY-MXS di respiratori senza manutenzione è installata sul serbatoio dei trasformatori a olio immerso. Quando l'olio del trasformatore si espande o contrae a causa del carico o dei cambiamenti di temperatura ambientale, il gas nel serbatoio passa attraverso il desiccante all'interno del respiratore senza manutenzione, rimuovendo polvere e umidità dall'aria per mantenere la resistenza dielettrica dell'olio del trasformatore.

Dopo un uso prolungato, quando l'agente seccante diventa umido, il respiratore attiva automaticamente la sua funzione di riscaldamento per rimuovere l'umidità. Il sistema è composto principalmente da un contenitore filtro, tubo di vetro, albero principale, cella di carico (sensore di peso), sensori di temperatura/umidità, elemento riscaldante, scheda di controllo e gel di silice.

Quando il serbatoio aspira aria, questa passa prima attraverso una griglia filtrante in metallo sinterizzato che rimuove la polvere. L'aria filtrata poi scorre attraverso la camera di essiccazione, dove l'umidità viene completamente assorbita dall'agente seccante.

Il livello di saturazione dell'umidità del gel di silice viene misurato da una cella di carico installata all'interno del respiratore. Quando la saturazione supera una soglia predefinita, gli elementi riscaldanti in fibra di carbonio all'interno della camera di essiccazione si attivano per asciugare l'agente seccante. Il vapore risultante si diffonde verso l'esterno attraverso convezione, passa attraverso la griglia di metallo, si condensa sul tubo di vetro e scende fino a una flangia metallica in fondo, uscendo dal respiratore.

Se il sensore di umidità fallisce, un timer controller all'interno della scatola di controllo assicura il riscaldamento periodico a intervalli preimpostati, ottenendo un'operazione veramente senza manutenzione.

3. Applicazione dei respiratori per trasformatori senza manutenzione
La società di fornitura di energia ha installato i respiratori della serie JY-MXS senza manutenzione sui regolatori di tensione a carico (OLTC) e sui corpi principali dei trasformatori principali n. 1 in due stazioni elettriche distinte a 110 kV (Stazione A e Stazione B).

Dopo più di un anno di operatività:

• Nella Stazione A, il trasformatore principale n. 1 non ha richiesto alcun sostituzione di gel di silice per i respiratori sia OLTC che del corpo principale. In contrasto, il trasformatore principale n. 2 ha subito 5 sostituzioni del respiratore del corpo principale (15 kg totali) e 6 sostituzioni del respiratore OLTC (6 kg totali).

• Nella Stazione B, il trasformatore principale n. 1 non ha richiesto alcuna sostituzione. Il trasformatore principale n. 2 ha avuto 3 sostituzioni del corpo principale (9 kg) e 5 sostituzioni OLTC (5 kg).

I dati operativi e le ispezioni puntuali mostrano che tutte le funzioni dei respiratori senza manutenzione hanno funzionato normalmente. Quando il gel di silice raggiungeva un certo livello di saturazione, il riscaldatore si attivava prontamente in base ai segnali dei sensori per asciugare le sfere. Inoltre, analizzando i dati storici di peso di sei mesi, il controller ha stabilito un modello di assorbimento dell'umidità e ha implementato una strategia ibrida che combina il controllo basato sul peso e quello temporizzato, riducendo il carico di lavoro del personale, migliorando l'automazione e fornendo benefici economici e sociali.

4. Conclusione
In sintesi, l'installazione di respiratori senza manutenzione sia sul regolatore di tensione a carico che sul corpo principale dei trasformatori nelle stazioni elettriche consente:

• Riscaldamento guidato dai sensori per deumidificare il gel di silice saturato,

• Monitoraggio in tempo reale remoto tramite funzioni di comunicazione,

• Capacità di autodiagnosi per facilitare la manutenzione.

Queste caratteristiche dimostrano che i respiratori senza manutenzione possono sostituire completamente i sistemi tradizionali, risolvendo efficacemente le esigenze di assorbimento dell'umidità dei trasformatori e ottenendo un'operazione veramente senza manutenzione. Inoltre, poiché la sostituzione del gel di silice viene eliminata, si risolve il dibattito in corso riguardo alle impostazioni di protezione contro i gas pesanti post-sostituzione.

L'uso di respiratori senza manutenzione consente alla società di fornitura di energia di monitorare le condizioni degli accessori online, ottenere lo stato attuale dell'equipaggiamento in tempo reale e implementare misure preventive prima che si verifichino guasti, evitando che i trasformatori operino a pieno carico mentre esistono rischi nascosti. Ciò colma il vuoto lasciato dalla mancanza di supporto per il monitoraggio online dei respiratori tradizionali.

Inoltre, riduce drasticamente i costi di mano d'opera e le spese di ispezione routine, promuove il riciclo dei rifiuti e mitiga il rischio di incidenti gravi causati da guasti minori negli accessori. Questo consente una pianificazione più efficace e scientifica delle attività di manutenzione, elimina spese inutili, garantisce l'operatività sostenibile e sicura dei trasformatori e, infine, raggiunge obiettivi di aumento della produttività, efficienza, sicurezza e protezione ambientale.