一种操作简单的新型变压器呼吸器的研制与应用

王 森

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

呼吸器作为变压器的重要辅助装置，具有调节变压器内外压强平衡和过滤空气中水分的作用。然而，传统的呼吸器存在着变色硅胶更换频繁、维护作业时间长和密封不到位的问题，严重影响变压器运行的稳定。同时，呼吸器自身结构复杂，增加了维护成本以及相关附件的更换频率。呼吸器频繁更换不仅浪费电力企业人力资源，还增加了相关设备的故障率。因此，加强对呼吸器的研究，延长呼吸器的使用周期，简化呼吸器的更换步骤，对于变压器的稳定运行具有重要意义。希望本文研究能够为呼吸器的改进和研发提供帮助，以及国内类似研究提供理论支持。

1 呼吸器的原理

呼吸器主要有两个功能：一是使变压器内部空气与外部连通，以保障内外部之间的压强平衡；二是通过呼吸器中的变色硅胶吸收空气中的水分，防止空气中的水分进入绝缘油而降低绝缘油的绝缘性[1]。由于呼吸器长期暴露在室外，变色硅胶容易结块并失效，所以要定期更换变色硅胶，以保证其功能的正常实现。然而，变色硅胶更新和更换过程中，操作过程复杂，耗费大量的人力和物力。所以，寻找一种方便、有效的变压器呼吸设备，是目前电力企业亟待解决的问题。

更换呼吸器时应该检查其硅胶状况、油封、油位、油色以及阀门位置，避免由于漏检或者错检使得呼吸器出现故障而无法正常运行。硅胶失效或者油封、油位过低，不利于空气的清洁和干燥，易出现绝缘油的劣化，式呼吸器失去原有的作用，影响整个变压器的稳定运行，甚至威胁整个电网的安全运行。另外，变色硅胶的结块会造成导流管堵塞，使得内部负压加强，外部大量空气进入，降低内部绝缘油油面造成主变跳闸。一旦变色硅胶结块进入变压器，会附着在变压器的线路和管道中，导致变压器过热或原油的绝缘性能下降，甚至会造成变压器损毁。传统呼吸器在结构、操作等方面存在严重不足，威胁变压器的稳定和安全运行，需要对其进行适当优化，以提高呼吸器的维护效率，为电力企业节约相应的成本，维护整个地区电网的运行稳定。

2 新型呼吸器的研制

传统呼吸器存在的问题主要为变色硅胶的更换，相关管道和设备的检修，以及呼吸器自身结构的复杂。针对传统变压器存在的问题设计本呼吸器，以弥补传统变压器的不足。

2.1 呼吸器的研制背景

为了方便观察硅胶的保护性，在硅胶外面涂抹氯化钴，使其在吸水后呈现鲜艳的蓝色。变色硅胶经过约半年的时间达到饱和，所以需要对其进行更换。油杯中的变压器油因为吸收水分和灰尘等杂质，一年内将会失去吸附性，也需要及时对其进行更换。油杯中的污垢布满杯面后，油位和呼吸器过滤口的堵塞程度模糊[2]，需要对其进行更换和清理。另外，呼吸器在检修完成以后，需要进行复杂的组装，大幅增加呼吸器的检修时间。呼吸器的组件数量较多，任何一项构件出现问题，都会降低整个呼吸器的使用寿命。呼吸器对于变压器的稳定具有十分重要的作用，一旦呼吸器出现问题，将会导致变压器工作状态出现大幅波动，甚至出现损毁，给电力企业造成严重损失。由上述分析可知，传统呼吸器的更换频率较高且组件较多，容易出现更换时间长、密封不到位以及清洁效果不佳等问题。因此，电力企业应该加大对新型呼吸器的研制，弥补传统呼吸的不足。

2.2 呼吸器的设计方案

结合呼吸器的实际研究情况，对连接管路进行改进和结构优化，并设计专门的机器工具，有效解决了传统呼吸器维护难的问题，降低变压器维护的人工成本和经济成本。新型变压器呼吸器具有以下几方面特点，具体内容如下。第一，利用蝶形阀门将呼吸器与管头连接，实现管头的有效开闭。第二，在法兰中间安装过滤网，且将油枕管路镶嵌于上、下法兰之间，并用限位止钉进行加固，避免由于接触不良而造成的空气泄漏。呼吸器工作时，过滤网可以过滤空气，防止外部潮湿气体反向流入油枕，提高整个油枕的密封性，降低绝缘油的泄漏几率。第三，在硅胶罐子上端配置硅胶入口，下端配置出口，以方便硅胶的排出，提高硅胶的更换效率。同时，利用微型压力装置对罐内硅胶进行99.99%的氮气烘干处理，降低烘干过程中对呼吸器的污染。为了节省更换时间，对硅胶进行定量装配，放置于硅胶皮囊中，装入量与硅胶管内的容量相一致。设置硅胶入、出端口，避免更换时的复杂拆卸，方便清除干燥筒内的灰尘和水汽[3]。第四，改进油封结构，使得油封结构更加简便。在油杯上段设置入油孔，下端设置排油孔，并在油杯上设置预警标线，以提示油杯的变化情况，方便维修人员进行查看。油杯中的油量保持在整个容量的1/3处，不宜过多或者过少，否则容易出现灰尘过滤效果不佳和向外喷油的情况。另外，设计的油封结构简单，无需进行油杯拆除就可以进行油封的更换。第五，呼吸器中的所有法兰连接处、硅胶出入口以及油杯进出口，均采用“O”型密封圈固定。固定螺栓采用蝴蝶裁丝的方式，以方便固定和拆卸，缩短呼吸器的更换时间，也降低了由于装卸不良而出现的故障率。第六，呼吸是在完成组装以后，要对其进行整体的测试，包括：进气口的空气吸入量，出气口的湿度和尘埃含量，以及进出气口的空气变化比例。总之，呼吸器维护后的检修，可以保证呼吸器运行的稳定，发挥呼吸器的空气过滤作用，降低由于呼吸器故障而造成的变压器损毁几率。

3 实际应用情况

新型呼吸器在于自身结构、材料应用等方面得到大幅的改进，有效的避免了传统呼吸器的不足和设计缺陷，更好的发挥呼吸的功能和作用。同时，新型呼吸器延长了变色硅胶等材料的使用寿命，可以降低呼吸器的维护频率。然而，新型呼吸器能否在更换时间、更换成本方面优于传统呼吸器，需要进行进一步的验证和分析。下面就从更换时间、应用成本和未来发展趋势等方面进行详细分析，具体内容如下。

3.1 呼吸器更换时间

设计的新型呼吸器在A变电站进行应用和测试。结果显示：呼吸器的变色硅胶更换效率约提高50%，密封油更换提升30%，油杯灰尘清除率提高15%。在油杯污垢达到65%的情况下，可以通过荧光标度观察相应的刻度值，具体结果如图1所示。

图1 新型呼吸器与传统呼吸器的更换时间比较

通过上述分析可知，传统方式的呼吸器更换在密封油更换时间、变色硅胶更换时间和其他设备更换时间方面均逊色于新型呼吸器。同时，在更换效率方面，新呼吸器的更换效率更高，对于相关组件拆卸更少，降低了变压器的故障出现率。由图1可知，新型呼吸器在变色硅胶更换时间方面显著优于传统方式。变色硅胶是整个呼吸器中的关键材料，也是呼吸器更换时间较长的关键。降低呼吸器中变色硅胶的更换时间，保证更换后呼吸器的完整和稳定，是呼吸器维护工作的重点内容。所以，新型呼吸器从根本上改变了传统呼吸器维护的方式，降低了呼吸器后期出现故障的几率，具有较好的实用性，可以进行大范围的推广和应用。

3.2 呼吸器的更换成本

传统呼吸器的更换成本较高，更换频率为每两月一次，每次平均更换成本约为432元，全年平均更换成本为2 742元。由于呼吸器中各个设备的型号、种类不同，更换成本将会出现大幅变化。另外，传统呼吸器由于硅胶出现问题导致其他配件出现间接损坏，使得呼吸器故障的出现时间不同，且经常出现在am5:00—8:00和pm15:00—20:00，增加了呼吸器的人工成本。相对于传统服务器来说，新型呼吸器更换频率为每年一次，每次平均更换成本约为132元，全年平均更换成本为66元。呼吸器中主要更换变色硅胶或定期检查其他设备状态。同时，新型呼吸器对于变色硅胶进行及时干燥，可以缩短变色硅胶的饱和状态时间，延长变色硅胶的使用寿命。另外，新型呼吸器的更换时间比较固定，主要依据硅胶的颜色或者硅胶的使用寿命进行定期更换。为了降低呼吸器故障对变压器的影响，维护人员可以提前更换各变色硅胶。该措施每次更换成本增加20.43元。由此可知，新型呼吸器可以大幅节约维护成本，降低维护频率，且故障时间稳定。

3.3 新型呼吸器的应用前景

新型呼吸器具有使用寿命长、维护频率短、维护成本低等优势，可以适应比较恶劣的环境。所以，新型呼吸器可以应用到深山、峡谷等偏远地区，不仅可以保证该地区变压器运行的稳定，而且可以降低维护成本。然而，呼吸器未来发展趋势为智能化和简约化，所以新型呼吸器可以融合ZigBee、RED和大数据等智能技术，向设备管理中心提供实时数据，及时、有效地进行呼吸器维护。另外，变色硅胶作为呼吸器的重要材料，作用和意义十分重要，且材料的研发难度较大。新型呼吸器通过自我加热（太阳能、电能）等方式，缩短了变色硅胶的饱和时间，延长了变色硅胶的使用寿命，为电力企业节约了更多的研发成本。

4 结 论

新型呼吸器通过对变色硅胶、油密封杯的结构改造，实现了快速装填硅胶和绝缘油。同时，在密封油刻度指示方面设置荧光线，使其外部污垢超过60%的情况下仍然能够看到其是否处于合理位置。新型呼吸器改进了传统呼吸器的不足，利用全新的思路和理念进行相关的结构和附件设计。新型呼吸器具有更换简单、操作灵活、实用性强和效率高的特点。验证结果显示，新型呼吸器的整体效率优于传统呼吸器，具有较高的实际应用价值。同时，新型呼吸器的年维护成本较低，降低了人工的维护频率，拓展了呼吸器的适用范围，例如，新型呼吸器可以应用到偏远地区和高寒地区。新型呼吸器可以现代智能技术、通信技术和网络技术进行融合，向电力管理中心提供实时数据，及时掌握不同地区的变压器运行状态，方便制定维修策略和方案。总之，新型呼吸器在技术、流程方面得到大幅优化，可以为电力企业带来直接或间接的收益，提高电力企业的社会效益和经济效益。