Применение бесслужебных дыхательных устройств трансформаторов в подстанциях

В настоящее время в трансформаторах широко используются традиционные типы дыхательных устройств. Поглощающая способность силикагеля по-прежнему оценивается операционным и техническим персоналом путем визуального наблюдения за изменением цвета гранул силикагеля. Субъективное суждение персонала играет решающую роль. Хотя четко определено, что силикагель в дыхательных устройствах трансформаторов должен заменяться, когда более двух третей его меняет цвет, до сих пор нет точного количественного метода для определения того, насколько уменьшается поглощающая способность на конкретных этапах изменения цвета.

Кроме того, уровень квалификации операционного и технического персонала значительно различается, что приводит к большим расхождениям в визуальной идентификации. Некоторые производители и отдельные лица провели соответствующие исследования, такие как обнаружение содержания влаги в воздухе после фильтрации силикагелем или выполнение мониторинга веса силикагеля в реальном времени. Встроенные компьютеры используются для управления, обнаружения и передачи данных, чтобы автоматически контролировать нагрев и удаление влаги из силикагеля.

1. Анализ текущего технического состояния
1.1 Исследования дыхательных устройств трансформаторов зарубежными учреждениями
На протяжении многих лет, на основе академических исследований и практических применений за рубежом, обнаружение содержания влаги в воздухе после поглощения силикагелем считалось наиболее распространенным, широким и эффективным методом оценки степени насыщения силикагеля. Однако этот метод все еще не может напрямую количественно определить степень насыщения влагой силикагеля; он только качественно указывает - через косвенные средства - что поглощающая способность снизилась и требуется обезвоживание.

Компания MR в настоящее время предлагает аналогичный продукт, решающий эту проблему, используя принципы влажностного сенсора для оценки уровня влажности силикагеля, применяя белый силикагель (непоказывающего типа). Его недостатки включают: влажностные сенсоры склонны выходить из строя при воздействии насыщенной влажности (конденсация в капли воды), белый силикагель не позволяет пользователям визуально подтвердить его эффект поглощения влаги, и процесс обезвоживания/регенерации не может быть проверен.

ABB также предлагает аналогичное решение, имеющее двойную трубчатую структуру. Во время работы электромагнитный клапан соединяет одну трубу с дыхательным каналом расширительного бака, в то время как другая проходит через процесс обезвоживания и регенерации. Однако из-за его больших размеров, тяжести и высокой стоимости он непригоден для модернизации существующих традиционных дыхательных устройств на месте.

1.2 Исследования дыхательных устройств трансформаторов отечественными учреждениями
Некоторые отечественные предприятия разработали дыхательные устройства, не требующие обслуживания. Эти устройства используют онлайн-измерения веса для создания моделей насыщения силикагеля влагой и нагрева для обезвоживания во времени. Применяя теорию нечеткого управления, они достигают идеальной сушки воздуха и научного обезвоживания. Для обеспечения соответствия аксессуаров дыхательного устройства сроку службы трансформатора используются укрепленные микропроцессоры военного класса и операционная система VxWorks, а также компоненты с высокой стабильностью сенсоров и исполнительных механизмов. Это действительно реализует бесперебойную работу дыхательных устройств трансформаторов, значительно повышая эффективность и безопасность работы на месте, а также надежность систем энергоснабжения.

1.3 Две существующие точки зрения на замену традиционных дыхательных устройств
В настоящее время в электроэнергетической отрасли нет единого мнения о влиянии замены силикагеля в основных дыхательных устройствах трансформаторов на защиту Бухгольца (газовую защиту). Хотя общепринято, что во время замены силикагеля тяжелогазовая защита должна переключаться с режима "отключение" на режим "сигнал", существуют значительные расхождения в том, как перенастраивать защиту после замены.

Одна точка зрения заключается в том, что замена силикагеля в дыхательном устройстве может вызвать ложное срабатывание газовой защиты; поэтому после замены трансформатор должен пройти 24 часа пробной эксплуатации (с тяжелогазовой защитой, установленной в режим "сигнал"), прежде чем переключиться обратно в режим "отключение".

Другая точка зрения утверждает, что после завершения замены силикагеля дальнейшее влияние на тяжелогазовую защиту отсутствует, поэтому защиту следует немедленно восстановить в режим "отключение".

В настоящее время одна из энергетических компаний применяет следующую процедуру: перед заменой они запрашивают разрешение диспетчера на переключение связи тяжелогазовой защиты с режима "отключение" на режим "сигнал"; после завершения они снова запрашивают разрешение диспетчера на восстановление режима "отключение". Они проверяют, что один конец связи тяжелогазовой защиты имеет –110В, в то время как другой свободен от напряжения, прежде чем повторно подключить связь.

1.4 Текущее состояние применения дыхательных устройств трансформаторов
Энергетическая компания в настоящее время использует два типа дыхательных устройств: съемные органические стеклянные контейнеры и несъемные контейнеры. Для съемных дыхательных устройств процесс замены требует высокой точности от операторов относительно процедур и момента затяжки болтов; в противном случае органическое стекло легко повреждается. Весь процесс занимает много времени, и повторные замены часто приводят к плохому герметичному соединению, позволяя невыфильтрованному влажному воздуху проникать в расширительный бак, что может привести к попаданию влаги в масло трансформатора.

Несъемные дыхательные устройства избегают этих проблем, но создают другую: маленькое заполняющее отверстие приводит к просыпанию силикагеля во время замены, загрязняя окружающую среду.

Среди 64 подстанций компании в 2015 году силикагель был заменен 178 раз, всего 541 кг. Частота замены значительно увеличивается в дождливый сезон из-за высокой влажности, требуя значительных человеческих и материальных ресурсов. В горных районах риски, такие как обвалы дорог и камнепады в дождливый сезон, дополнительно увеличивают опасности транспортировки.

2. Принцип работы дыхательных устройств трансформаторов, не требующих обслуживания
Серия JY-MXS дыхательных устройств, не требующих обслуживания, устанавливается на расширительный бак маслонаполненных трансформаторов. Когда масло трансформатора расширяется или сжимается из-за нагрузки или изменения температуры окружающей среды, газ в расширительном баке проходит через адсорбент внутри дыхательного устройства, удаляя пыль и влагу из воздуха, чтобы поддерживать диэлектрическую прочность масла трансформатора.

После длительного использования, когда осушитель становится влажным, дыхательный клапан автоматически активирует свою функцию нагрева для удаления влаги. Система в основном состоит из фильтрующего баллона, стеклянной трубки, главного вала, датчика нагрузки (весового датчика), датчиков температуры и влажности, нагревательного элемента, платы управления и силикагеля.

Когда конденсатор вдыхает воздух, он сначала проходит через спеченную металлическую фильтровальную сетку, которая удаляет пыль. Отфильтрованный воздух затем проходит через камеру сушки, где влага полностью поглощается осушителем.

Уровень насыщения влагой силикагеля измеряется датчиком нагрузки, установленным внутри дыхательного клапана. Когда насыщение превышает предустановленный порог, углеродные нагревательные элементы внутри камеры сушки активируются, чтобы высушить осушитель. Результативный пар рассеивается наружу посредством конвекции, проходит через металлическую сетку, конденсируется на стеклянной трубке и стекает к металлическому фланцу внизу, выходя из дыхательного клапана.

Если датчик влажности выходит из строя, таймер-контроллер внутри контрольного ящика обеспечивает периодический нагрев с предустановленными интервалами, что позволяет достичь действительно бесперебойной работы без обслуживания.

3. Применение бесперебойных дыхательных клапанов для трансформаторов
Энергетическая компания установила серию бесперебойных дыхательных клапанов JY-MXS на подвижные переключатели напряжения (OLTC) и основные корпуса первого основного трансформатора на двух географически различных подстанциях 110 кВ (Подстанция A и Подстанция B).

После более чем одного года эксплуатации:

• На подстанции A первый основной трансформатор потребовал ноль замен силикагеля как для OLTC, так и для основного корпуса. В противоположность этому, второй основной трансформатор прошел 5 замен дыхательных клапанов основного корпуса (всего 15 кг) и 6 замен OLTC (всего 6 кг).

• На подстанции B первый основной трансформатор также потребовал ноль замен. Второй основной трансформатор имел 3 замены основного корпуса (9 кг) и 5 замен OLTC (5 кг).

Операционные данные и выборочные проверки показали, что все функции бесперебойных дыхательных клапанов работали нормально. Когда силикагель достиг определенного уровня насыщения, нагреватель своевременно активировался на основе сигналов датчиков для сушки шариков. Кроме того, анализ исторических данных о весе за шесть месяцев позволил контроллеру установить паттерн поглощения влаги и реализовать комбинированную стратегию, объединяющую управление по весу и по времени, что снизило нагрузку на персонал, повысило автоматизацию и принесло экономические и социальные выгоды.

4. Заключение
В заключение, установка бесперебойных дыхательных клапанов как на подвижные переключатели напряжения, так и на основной корпус трансформаторов на подстанциях позволяет:

• Нагрев по сигналам датчиков для удаления влаги из насыщенного силикагеля,

• Удаленный мониторинг в реальном времени с помощью функций связи,

• Самодиагностические возможности для облегчения обслуживания.

Эти функции демонстрируют, что бесперебойные дыхательные клапаны могут полностью заменить традиционные системы, эффективно решая проблемы поглощения влаги трансформаторами и достигая действительно бесперебойной работы. Более того, поскольку замена силикагеля исключена, долгое время дискуссионный вопрос о настройках защиты от тяжелых газов после замены решен.

Использование бесперебойных дыхательных клапанов позволяет энергетической компании онлайн мониторить состояние аксессуаров, получать информацию о текущем состоянии оборудования и внедрять профилактические меры до возникновения отказов — предотвращая работу трансформаторов под полной нагрузкой при наличии скрытых рисков. Это заполняет пробел, оставленный неспособностью традиционных дыхательных клапанов поддерживать онлайн-мониторинг.

Кроме того, это значительно снижает затраты на труд и регулярные инспекции, способствует переработке отходов и снижает риск крупных аварий, вызванных незначительными отказами аксессуаров. Это позволяет более эффективно и научно планировать мероприятия по обслуживанию, исключать ненужные расходы, обеспечивать устойчивую и безопасную работу трансформаторов, и, в конечном итоге, достигать целей повышения производительности, эффективности, безопасности и охраны окружающей среды.