Tillämpning av underhållsfria transformer andningsfilter i anläggningar

För närvarande används traditionella typen av andningsfilter vidomfärskt i transformatorer. Absorberingsförmågan hos silikagel bedöms fortfarande av drift- och underhållspersonal genom visuell observation av färgförändringen hos silikagelekuglarna. Personalens subjektiva bedömning spelar en avgörande roll. Även om det har fastställts att silikagel i transformatorns andningsfilter ska bytas ut när mer än två tredjedelar av det har ändrat färg, finns det fortfarande ingen exakt kvantitativ metod för att bestämma hur mycket absorberingsförmågan minskar vid specifika steg av färgförändringen.

Vidare varierar kompetensen hos drift- och underhållspersonal betydligt, vilket leder till stora skillnader i den visuella identifieringen. Några tillverkare och individer har utfört relaterad forskning, såsom detektering av fuktinnehåll i luften efter filtrering med silikagel eller realtidsviktsovervakning av silikagel. Inbyggda datorer används för kontroll, detektering och dataöverföring för att automatiskt styra uppvärmning och ta bort fukt från silikagel.

1. Analys av aktuell teknisk status
1.1 Forskning om transformatorns andningsfilter av utländska institutioner
Under många år har det, baserat på akademisk forskning och praktiska tillämpningar utomlands, betraktats som den mest vanliga, utspridda och effektiva metoden att mäta fuktinnehållet i luften efter absorption av silikagel för att bedöma silikagels mättnadsgrad. Men denna metod kan fortfarande inte direkt kvantifiera fuktmättnaden av silikagel, utan indikerar endast kvalitativt – genom indirekta medel – att absorberingsförmågan har minskat och att det behövs dehydrering.

MR Company erbjuder för närvarande ett liknande produkt som behandlar detta problem, genom att använda principer för fuktavläsning för att utvärdera fuktighetsgraden av silikagel, med vit silikagel (icke-indikerande typ). Dess nackdelar inkluderar: fuktavläsningsenheter tenderar att misslyckas vid exponering för mättad fuktighet (kondensation till vattendroppar), vit silikagel tillåter inte användaren att visuellt bekräfta dess fuktabsorberande effekt, och dehydrering/regenereringprocessen kan inte verifieras.

ABB erbjuder också en liknande lösning med en dubbelrörstruktur. Under drift kopplar en elektromagnetisk ventil ett rör till konserveringsreservoars andningskanal medan det andra genomgår dehydrering och regenerering. På grund av dess stora storlek, tunga vikt och höga kostnad är det dock olämpligt för ombyggnad av befintliga konventionella andningsfilter på plats.

1.2 Forskning om transformatorns andningsfilter av inrikes institutioner
Några inhemska företag har utvecklat andningsfilter som kräver inget underhåll. Dessa enheter använder online-viktsovervakning för att etablera modeller av silikagels fuktupptagning och tidbaserad uppvärmning och dehydrering. Genom att tillämpa suddig kontrollteori uppnår de idealiskt torr luft och vetenskaplig dehydrering. För att säkerställa att andningsfilterkomponenterna matchar transformatorns livslängd används robusta militärstandard mikroprocessorer och VxWorks-operativsystem, tillsammans med högst stabila sensor- och aktuatorkomponenter. Detta verkligen möjliggör drift utan underhåll för transformatorns andningsfilter, vilket betydligt förbättrar arbetseffektiviteten och säkerheten på plats samt ökar tillförlitligheten i elnätssystemet.

1.3 Två existerande synsätt på ersättning av traditionella andningsfilter
Inom elindustrin finns det för närvarande ingen enhetlig överenskommelse om effekten av att byta ut silikagel i huvudtransformatorernas andningsfilter på Buchholz-skydd (gas). Även om det generellt accepteras att tunggas skyddet måste växlas från "trip" till "alarm" läge vid bytet av silikagel, finns det betydande oenighet om hur skyddet ska återkonfigureras efter bytet.

En synpunkt är att byta ut andningsfilters silikagel kan orsaka falska trippningar av gasprotection, därför bör transformatorn genomgå 24 timmars provdrift (med tunggas skydd inställt på alarm) innan det växlas tillbaka till trip-läge.

Den andra synpunkten hävdar att när bytet av silikagel är slutfört finns det inga ytterligare effekter på tunggas skydd, så skyddet bör omedelbart återställas till trip-läge.

För närvarande använder ett visst elnätsbolag följande procedur: innan bytet begärs godkännande från dispatch för att växla tunggas skyddslänken från trip till signal-läge; efter slutfört arbete begärs igen godkännande från dispatch för att återställa det till trip-läge. De verifierar att en terminal av tunggas skyddslänken bär -110V medan den andra är spänningsfri innan länken återkopplas.

1.4 Aktuell tillämpningsstatus för transformatorns andningsfilter
Elnätsbolaget använder för närvarande två typer av andningsfilter: avmonterbart organiskt glasbehållare och icke-avmonterbart behållare. För avmonterbart andningsfilter kräver bytprocessen hög precision från operatörer angående procedurer och skruvdrag; annars kan det organiska glaset lätt skadas. Hela processen tar lång tid, och upprepade byten ofta leder till dålig tätning vid anslutningar, vilket gör att ofiltrerad fuktig luft kan tränga in i konserveringsreservoaren och potentiellt orsaka fuktinträngning i transformatoroljan.

Icke-avmonterbart andningsfilter undviker dessa problem men ger upphov till ett annat: det lilla fyllningsöppningen orsakar spill av silikagel under bytet, vilket förorenar miljön.

Bland bolagets 64 stationer byttes silikagel 178 gånger 2015, totalt 541 kg. Bytfrekvensen ökar betydligt under regntiden på grund av hög fuktighet, vilket kräver stora mängder personal och materialresurser. I bergiga områden ökar transportriskerna under regntiden på grund av risker som vägsras och stenfall.

2. Arbetsprincip för andningsfilter utan underhåll
JY-MXS-serien av andningsfilter utan underhåll monteras på konserveringsreservoaren för oljeinbäddade transformatorer. När transformatoroljan expanderar eller kontraherar på grund av belastning eller ändringar i omgivande temperatur passerar gasen i konserveringsreservoaren genom torkmediet i andningsfilter utan underhåll, vilket tar bort damm och fukt ur luften för att bibehålla isoleringsstyrkan i transformatoroljan.

Efter långvarig användning, när torkmedlet blir fuktigt, aktiverar andningshålet automatiskt sin uppvärmningsfunktion för att ta bort fukt. Systemet består huvudsakligen av en filterkapsel, glasrör, huvudaxel, belastningscell (viktssensor), temperatur- och fuktighetsmätare, uppvärmningselement, styrplatta och silicagel.

När konservatorn andas in luft passerar den först genom ett sinterat metallfilternät som tar bort damm. Den filtrerade luften flödar sedan genom torrkammaren, där fukten helt absorberas av torkmedlet.

Fuktens mättnadsnivå i silicagel mäts av en belastningscell installerad inuti andningshålet. När mättnaden överskrider en förinställd tröskel aktiveras kolfiberuppvärmningselement inuti torrkammaren för att torka torkmedlet. Det resulterande ånga sprider ut sig utåt via konvektion, passerar genom metallen, kondenserar på glasröret och flödar ned till en metallflans nere, och lämnar andningshålet.

Om fuktighetsmätaren misslyckas säkerställer en tidskontroller inuti kontrollboxen periodiska uppvärmningar vid förinställda intervall, vilket möjliggör riktigt underhållsfri drift.

3. Tillämpning av underhållsfria transformerandningshål
Elverksamheten installerade JY-MXS-serien av underhållsfria andningshål på laddningsändrande spänningsregulatorer (OLTC) och huvudkropparna av Nummer 1 huvudtransformatorerna på två geografiskt separata 110 kV-omvandlingsstationer (Omvandlingsstation A och Omvandlingsstation B).

Efter mer än ett års drift:

• På Omvandlingsstation A behövde Nummer 1 huvudtransformator ingen silicagelersättning för både OLTC- och huvudkropparnas andningshål. I kontrast, genomgick Nummer 2 huvudtransformator 5 ersättningar av huvudkroppens andningshål (totalt 15 kg) och 6 OLTC-andningshålserättningar (totalt 6 kg).

• På Omvandlingsstation B behövde Nummer 1 huvudtransformator också inga ersättningar. Nummer 2 huvudtransformator hade 3 huvudkroppersersättningar (9 kg) och 5 OLTC-ersättningar (5 kg).

Driftdata och platskontroller visar att alla funktioner hos de underhållsfria andningshålen fungerade normalt. När silicagel nådde en viss mättnadsnivå aktiverades uppvärmningen snabbt baserat på sensorers signaler för att torka pärlorna. Dessutom, genom att analysera sex månaders historiska viktdatat etablerade styrenheten ett fuktabsorptionsmönster och implementerade en hybridstrategi som kombinerade viktbaserad och tidsstyrd kontroll, vilket minskade personalbelastningen, ökade automatiseringen och gav ekonomiska och sociala fördelar.

4. Slutsats
Sammanfattningsvis möjliggör installation av underhållsfria andningshål både på laddningsändrande spänningsregulatorer och huvudkroppar av transformer i omvandlingsstationer:

• Sensorstyrd uppvärmning för att avfukta mätt silicagel,

• Fjärrövervakning i realtid via kommunikationsfunktioner,

• Självdiagnosticskapacitet för enklare underhåll.

Dessa egenskaper visar att underhållsfria andningshål kan fullständigt ersätta traditionella system, effektivt lösa transformers fuktabsorptionsbehov och uppnå riktigt underhållsfri drift. Dessutom, eftersom ersättning av silicagel är eliminerad, löses den långvariga debatten om tunggasbeskyddsin inställningar efter ersättning.

Genom att använda underhållsfria andningshål kan elverksamheten övervaka tillbehörens tillstånd online, erhålla realtidsstatus för utrustning och implementera preventiva åtgärder innan fel uppstår—förhindrar att transformer drivs under full last med dolda risker. Detta täcker gapet efter traditionella andningshåls oförmåga att stödja onlineövervakning.

Utöver detta reduceras drastiskt arbetskostnader och rutininspektionsekonomier, främjar avfallshanteringen, minskar risken för stora olyckor orsakade av små tillbehörsfel. Detta möjliggör mer effektiv, vetenskaplig planering av underhållsaktiviteter, eliminering av onödiga utgifter, säkerställer hållbar och säker transformerdrift, och uppnår slutligen mål om ökad produktivitet, effektivitet, säkerhet och miljöskydd.