王 森

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

呼吸器作為變壓器的重要輔助裝置，具有調(diào)節(jié)變壓器內(nèi)外壓強(qiáng)平衡和過濾空氣中水分的作用。然而，傳統(tǒng)的呼吸器存在著變色硅膠更換頻繁、維護(hù)作業(yè)時間長和密封不到位的問題，嚴(yán)重影響變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定。同時，呼吸器自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了維護(hù)成本以及相關(guān)附件的更換頻率。呼吸器頻繁更換不僅浪費(fèi)電力企業(yè)人力資源，還增加了相關(guān)設(shè)備的故障率。因此，加強(qiáng)對呼吸器的研究，延長呼吸器的使用周期，簡化呼吸器的更換步驟，對于變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。希望本文研究能夠?yàn)楹粑鞯母倪M(jìn)和研發(fā)提供幫助，以及國內(nèi)類似研究提供理論支持。

1 呼吸器的原理

呼吸器主要有兩個功能：一是使變壓器內(nèi)部空氣與外部連通，以保障內(nèi)外部之間的壓強(qiáng)平衡；二是通過呼吸器中的變色硅膠吸收空氣中的水分，防止空氣中的水分進(jìn)入絕緣油而降低絕緣油的絕緣性[1]。由于呼吸器長期暴露在室外，變色硅膠容易結(jié)塊并失效，所以要定期更換變色硅膠，以保證其功能的正常實(shí)現(xiàn)。然而，變色硅膠更新和更換過程中，操作過程復(fù)雜，耗費(fèi)大量的人力和物力。所以，尋找一種方便、有效的變壓器呼吸設(shè)備，是目前電力企業(yè)亟待解決的問題。

更換呼吸器時應(yīng)該檢查其硅膠狀況、油封、油位、油色以及閥門位置，避免由于漏檢或者錯檢使得呼吸器出現(xiàn)故障而無法正常運(yùn)行。硅膠失效或者油封、油位過低，不利于空氣的清潔和干燥，易出現(xiàn)絕緣油的劣化，式呼吸器失去原有的作用，影響整個變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至威脅整個電網(wǎng)的安全運(yùn)行。另外，變色硅膠的結(jié)塊會造成導(dǎo)流管堵塞，使得內(nèi)部負(fù)壓加強(qiáng)，外部大量空氣進(jìn)入，降低內(nèi)部絕緣油油面造成主變跳閘。一旦變色硅膠結(jié)塊進(jìn)入變壓器，會附著在變壓器的線路和管道中，導(dǎo)致變壓器過熱或原油的絕緣性能下降，甚至?xí)斐勺儔浩鲹p毀。傳統(tǒng)呼吸器在結(jié)構(gòu)、操作等方面存在嚴(yán)重不足，威脅變壓器的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，需要對其進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，以提高呼吸器的維護(hù)效率，為電力企業(yè)節(jié)約相應(yīng)的成本，維護(hù)整個地區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定。

2 新型呼吸器的研制

傳統(tǒng)呼吸器存在的問題主要為變色硅膠的更換，相關(guān)管道和設(shè)備的檢修，以及呼吸器自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜。針對傳統(tǒng)變壓器存在的問題設(shè)計(jì)本呼吸器，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)變壓器的不足。

2.1 呼吸器的研制背景

為了方便觀察硅膠的保護(hù)性，在硅膠外面涂抹氯化鈷，使其在吸水后呈現(xiàn)鮮艷的藍(lán)色。變色硅膠經(jīng)過約半年的時間達(dá)到飽和，所以需要對其進(jìn)行更換。油杯中的變壓器油因?yàn)槲账趾突覊m等雜質(zhì)，一年內(nèi)將會失去吸附性，也需要及時對其進(jìn)行更換。油杯中的污垢布滿杯面后，油位和呼吸器過濾口的堵塞程度模糊[2]，需要對其進(jìn)行更換和清理。另外，呼吸器在檢修完成以后，需要進(jìn)行復(fù)雜的組裝，大幅增加呼吸器的檢修時間。呼吸器的組件數(shù)量較多，任何一項(xiàng)構(gòu)件出現(xiàn)問題，都會降低整個呼吸器的使用壽命。呼吸器對于變壓器的穩(wěn)定具有十分重要的作用，一旦呼吸器出現(xiàn)問題，將會導(dǎo)致變壓器工作狀態(tài)出現(xiàn)大幅波動，甚至出現(xiàn)損毀，給電力企業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p失。由上述分析可知，傳統(tǒng)呼吸器的更換頻率較高且組件較多，容易出現(xiàn)更換時間長、密封不到位以及清潔效果不佳等問題。因此，電力企業(yè)應(yīng)該加大對新型呼吸器的研制，彌補(bǔ)傳統(tǒng)呼吸的不足。

2.2 呼吸器的設(shè)計(jì)方案

結(jié)合呼吸器的實(shí)際研究情況，對連接管路進(jìn)行改進(jìn)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并設(shè)計(jì)專門的機(jī)器工具，有效解決了傳統(tǒng)呼吸器維護(hù)難的問題，降低變壓器維護(hù)的人工成本和經(jīng)濟(jì)成本。新型變壓器呼吸器具有以下幾方面特點(diǎn)，具體內(nèi)容如下。第一，利用蝶形閥門將呼吸器與管頭連接，實(shí)現(xiàn)管頭的有效開閉。第二，在法蘭中間安裝過濾網(wǎng)，且將油枕管路鑲嵌于上、下法蘭之間，并用限位止釘進(jìn)行加固，避免由于接觸不良而造成的空氣泄漏。呼吸器工作時，過濾網(wǎng)可以過濾空氣，防止外部潮濕氣體反向流入油枕，提高整個油枕的密封性，降低絕緣油的泄漏幾率。第三，在硅膠罐子上端配置硅膠入口，下端配置出口，以方便硅膠的排出，提高硅膠的更換效率。同時，利用微型壓力裝置對罐內(nèi)硅膠進(jìn)行99.99%的氮?dú)夂娓商幚?，降低烘干過程中對呼吸器的污染。為了節(jié)省更換時間，對硅膠進(jìn)行定量裝配，放置于硅膠皮囊中，裝入量與硅膠管內(nèi)的容量相一致。設(shè)置硅膠入、出端口，避免更換時的復(fù)雜拆卸，方便清除干燥筒內(nèi)的灰塵和水汽[3]。第四，改進(jìn)油封結(jié)構(gòu)，使得油封結(jié)構(gòu)更加簡便。在油杯上段設(shè)置入油孔，下端設(shè)置排油孔，并在油杯上設(shè)置預(yù)警標(biāo)線，以提示油杯的變化情況，方便維修人員進(jìn)行查看。油杯中的油量保持在整個容量的1/3處，不宜過多或者過少，否則容易出現(xiàn)灰塵過濾效果不佳和向外噴油的情況。另外，設(shè)計(jì)的油封結(jié)構(gòu)簡單，無需進(jìn)行油杯拆除就可以進(jìn)行油封的更換。第五，呼吸器中的所有法蘭連接處、硅膠出入口以及油杯進(jìn)出口，均采用“O”型密封圈固定。固定螺栓采用蝴蝶裁絲的方式，以方便固定和拆卸，縮短呼吸器的更換時間，也降低了由于裝卸不良而出現(xiàn)的故障率。第六，呼吸是在完成組裝以后，要對其進(jìn)行整體的測試，包括：進(jìn)氣口的空氣吸入量，出氣口的濕度和塵埃含量，以及進(jìn)出氣口的空氣變化比例。總之，呼吸器維護(hù)后的檢修，可以保證呼吸器運(yùn)行的穩(wěn)定，發(fā)揮呼吸器的空氣過濾作用，降低由于呼吸器故障而造成的變壓器損毀幾率。

3 實(shí)際應(yīng)用情況

新型呼吸器在于自身結(jié)構(gòu)、材料應(yīng)用等方面得到大幅的改進(jìn)，有效的避免了傳統(tǒng)呼吸器的不足和設(shè)計(jì)缺陷，更好的發(fā)揮呼吸的功能和作用。同時，新型呼吸器延長了變色硅膠等材料的使用壽命，可以降低呼吸器的維護(hù)頻率。然而，新型呼吸器能否在更換時間、更換成本方面優(yōu)于傳統(tǒng)呼吸器，需要進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證和分析。下面就從更換時間、應(yīng)用成本和未來發(fā)展趨勢等方面進(jìn)行詳細(xì)分析，具體內(nèi)容如下。

3.1 呼吸器更換時間

設(shè)計(jì)的新型呼吸器在A變電站進(jìn)行應(yīng)用和測試。結(jié)果顯示：呼吸器的變色硅膠更換效率約提高50%，密封油更換提升30%，油杯灰塵清除率提高15%。在油杯污垢達(dá)到65%的情況下，可以通過熒光標(biāo)度觀察相應(yīng)的刻度值，具體結(jié)果如圖1所示。

圖1 新型呼吸器與傳統(tǒng)呼吸器的更換時間比較

通過上述分析可知，傳統(tǒng)方式的呼吸器更換在密封油更換時間、變色硅膠更換時間和其他設(shè)備更換時間方面均遜色于新型呼吸器。同時，在更換效率方面，新呼吸器的更換效率更高，對于相關(guān)組件拆卸更少，降低了變壓器的故障出現(xiàn)率。由圖1可知，新型呼吸器在變色硅膠更換時間方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方式。變色硅膠是整個呼吸器中的關(guān)鍵材料，也是呼吸器更換時間較長的關(guān)鍵。降低呼吸器中變色硅膠的更換時間，保證更換后呼吸器的完整和穩(wěn)定，是呼吸器維護(hù)工作的重點(diǎn)內(nèi)容。所以，新型呼吸器從根本上改變了傳統(tǒng)呼吸器維護(hù)的方式，降低了呼吸器后期出現(xiàn)故障的幾率，具有較好的實(shí)用性，可以進(jìn)行大范圍的推廣和應(yīng)用。

3.2 呼吸器的更換成本

傳統(tǒng)呼吸器的更換成本較高，更換頻率為每兩月一次，每次平均更換成本約為432元，全年平均更換成本為2 742元。由于呼吸器中各個設(shè)備的型號、種類不同，更換成本將會出現(xiàn)大幅變化。另外，傳統(tǒng)呼吸器由于硅膠出現(xiàn)問題導(dǎo)致其他配件出現(xiàn)間接損壞，使得呼吸器故障的出現(xiàn)時間不同，且經(jīng)常出現(xiàn)在am5:00—8:00和pm15:00—20:00，增加了呼吸器的人工成本。相對于傳統(tǒng)服務(wù)器來說，新型呼吸器更換頻率為每年一次，每次平均更換成本約為132元，全年平均更換成本為66元。呼吸器中主要更換變色硅膠或定期檢查其他設(shè)備狀態(tài)。同時，新型呼吸器對于變色硅膠進(jìn)行及時干燥，可以縮短變色硅膠的飽和狀態(tài)時間，延長變色硅膠的使用壽命。另外，新型呼吸器的更換時間比較固定，主要依據(jù)硅膠的顏色或者硅膠的使用壽命進(jìn)行定期更換。為了降低呼吸器故障對變壓器的影響，維護(hù)人員可以提前更換各變色硅膠。該措施每次更換成本增加20.43元。由此可知，新型呼吸器可以大幅節(jié)約維護(hù)成本，降低維護(hù)頻率，且故障時間穩(wěn)定。

3.3 新型呼吸器的應(yīng)用前景

新型呼吸器具有使用壽命長、維護(hù)頻率短、維護(hù)成本低等優(yōu)勢，可以適應(yīng)比較惡劣的環(huán)境。所以，新型呼吸器可以應(yīng)用到深山、峽谷等偏遠(yuǎn)地區(qū)，不僅可以保證該地區(qū)變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定，而且可以降低維護(hù)成本。然而，呼吸器未來發(fā)展趨勢為智能化和簡約化，所以新型呼吸器可以融合ZigBee、RED和大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)，向設(shè)備管理中心提供實(shí)時數(shù)據(jù)，及時、有效地進(jìn)行呼吸器維護(hù)。另外，變色硅膠作為呼吸器的重要材料，作用和意義十分重要，且材料的研發(fā)難度較大。新型呼吸器通過自我加熱（太陽能、電能）等方式，縮短了變色硅膠的飽和時間，延長了變色硅膠的使用壽命，為電力企業(yè)節(jié)約了更多的研發(fā)成本。

4 結(jié) 論

新型呼吸器通過對變色硅膠、油密封杯的結(jié)構(gòu)改造，實(shí)現(xiàn)了快速裝填硅膠和絕緣油。同時，在密封油刻度指示方面設(shè)置熒光線，使其外部污垢超過60%的情況下仍然能夠看到其是否處于合理位置。新型呼吸器改進(jìn)了傳統(tǒng)呼吸器的不足，利用全新的思路和理念進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)和附件設(shè)計(jì)。新型呼吸器具有更換簡單、操作靈活、實(shí)用性強(qiáng)和效率高的特點(diǎn)。驗(yàn)證結(jié)果顯示，新型呼吸器的整體效率優(yōu)于傳統(tǒng)呼吸器，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。同時，新型呼吸器的年維護(hù)成本較低，降低了人工的維護(hù)頻率，拓展了呼吸器的適用范圍，例如，新型呼吸器可以應(yīng)用到偏遠(yuǎn)地區(qū)和高寒地區(qū)。新型呼吸器可以現(xiàn)代智能技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行融合，向電力管理中心提供實(shí)時數(shù)據(jù)，及時掌握不同地區(qū)的變壓器運(yùn)行狀態(tài)，方便制定維修策略和方案?？傊?，新型呼吸器在技術(shù)、流程方面得到大幅優(yōu)化，可以為電力企業(yè)帶來直接或間接的收益，提高電力企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。