变压器呼吸器保护装置研究

变压器呼吸器保护装置研究

孙晓优[1]杨兴慧[1] 张哲源[1] 蒋傲[1] 宋云东[2] 邢军强[1]

(1 沈阳工程学院，2 国网辽宁电科院设备状态评价中心)

【摘要】变压器呼吸器——也叫做吸湿器——是一种安装在储油柜排气口上的装置，它可以净化进入储油柜的空气并吸收空气中的水分。一般的变压器呼吸器往往会因为呼吸器的容量、硅胶重力因素和储油柜内油位变化频次和大小而堵塞，而由于变压器呼吸器堵塞并不容易被巡检人员发现，且巡检人员更换硅胶或巡视过程中易出现意外事故，本文针对呼吸器堵塞问题采用了隔离网改造、硅胶分层的方式，对变压器呼吸器堵塞问题进行防范及改进。

关键词：变压器吸湿器；变压器呼吸器；堵塞

0 引言

变压器呼吸器是油浸式变压器上的一种空气净化装置，它的上部为硅胶罐，透明玻璃筒或者带观察孔的不透明容器，硅胶罐内充入适量的硅胶颗粒，硅胶罐下部与集油杯通过法兰连接，且二者之间有隔离网，隔离网有承载硅胶颗粒的作用，集油杯中盛有适量的油，从而形成一个“油封”，起到隔绝空气的作用。呼吸器安装在储油柜进气口上，用于清除和干燥由于变压器油温变化而进入储油柜的外界空气中的杂质和潮气，使进入储油柜的空气通过呼吸器净化，以保持储油柜内外气压平衡。而当变压器呼吸器呼吸不畅时，变压器油体积发生变化，呼吸时将呼吸器油封杯里的油吸进呼吸器内部，将呼吸器内部的硅胶浸湿，于是硅胶变硬，凝结成块，将呼吸器的呼吸口堵塞，呼吸器便无法正常工作[1]。

目前的解决办法有将呼吸器的玻璃呼吸管道与油封杯长度进行调整，以保证当油封杯中的油被吸入直至油面与呼吸管道口部脱离时，被吸入的油无法进入呼吸器内部，进而提高对变压器内部负压的抵抗能力[1]；或设计一种便于更换硅胶的变压器呼吸器，从而有效避免在更换硅胶过程中，因垫片跟呼吸器粘连而引起的拆卸困难、呼吸器损坏破碎等风险，缩短不必要的施工时间，提高橡胶的更换效率[2]；或要求检修人员在主变定期停电检修维护过程中，不论呼吸器中硅胶是否变色，都应清理呼吸器通气孔中残留的油污，碎硅胶颗粒等杂物，清理油封杯与玻璃气道，并更换上新的硅胶粒，或选用大颗粒硅胶，降低硅胶颗粒浸润后凝结的概率[3]。以上现存的解决呼吸器堵塞问题的方法大多都过于繁琐，并存在一些安全上的问题。为有效解决呼吸器堵塞带来的问题，本文针对呼吸器堵塞问题采用了隔离网改造、硅胶分层的方式，对变压器呼吸器堵塞问题进行防范及改进。

1 变压器呼吸器的隔离网结构的改进研究

1.1 改造的原因

变压器呼吸器，又称吸湿器，是油浸式变压器上的一种空气净化装置，它安装在储油柜进气口上，用于清除和干燥由于变压器油温变化而进入储油柜的空气中的杂物和潮气，使进入储油柜的空气通过呼吸器净化，以保持储油柜内外气压平衡。呼吸器上部为硅胶罐，透明玻璃筒或者带观察孔的不透明容器，硅胶罐内充入适量的硅胶颗粒，硅胶罐下部与集油杯通过法兰连接，且二者之间有隔离网，隔离网起到承载硅胶颗粒的作用。集油杯中盛有适量的油从而形成一个 “油封”，起到隔绝空气的作用。而现有的隔离网为带小孔的平面结构，由于呼吸器容量、硅胶颗粒质量、储油柜内油位变化频次及大小等原因可能引起呼吸器被堵死的情况，且巡视人员不易判别呼吸器已经堵塞，从而导致储油柜内外压力不平衡，可能引发变压器、电抗器的轻瓦斯报警；当压差超过临界值后，呼吸器堵塞点被冲开，将可能引起变压器、电抗器的重瓦斯跳闸。

针对上述现有呼吸器存在易堵塞的技术问题，改进了呼吸器的隔离网，降低了呼吸器堵塞的可能性。

1.2 改造方式

如图1.1所示，该呼吸器包括在干燥筒内底部通过法兰连接内罩杯和外罩杯，在干燥筒内填充有硅胶。

图1.1改进硅胶罐的整体结构

本文针对图1.1常规呼吸器中的4处隔离网的进行结构优化结构，隔离网采用为金属网或非金属网，其结构如图1.2和图1.3所示，在隔离网上设有多个带有小孔的球面，每个凸起的球面上分布着三类不同形状的小孔，分别为：凸起的球面最顶部的圆孔、沿凸起的球面由中上部到中下部的条形孔以及在球面底部的分散方形孔。其中条形孔为自上而下由窄变宽的梯形孔或自上而下由窄变宽的椭圆形，方形孔为长方形孔或正方形孔。

图1.2 隔离网的俯视图

图1.3 隔离网的侧视图

所述圆孔的直径在1mm-3mm之间的任意值，可以选择1mm或2mm或2.5mm或3mm之间的一种或几种均可。

2 硅胶分层的呼吸器改进

由于呼吸器硅胶总体高度、硅胶颗粒质量的原因导致下层硅胶被压实，硅胶的通气量会降低，甚至会出现呼吸器堵死的状况，特别是在外界温度处于0度以下时，在潮气的作用下更容易发生呼吸器堵塞现象。

本文改进的硅胶分层的呼吸器由于在干燥筒内设有多层隔离网，并且上层的硅胶及分层装置的重量不会传递给相邻及不相邻的硅胶，因此能够减少干燥筒内硅胶压实的可能性，保障了呼吸器的呼吸通畅，从而避免诸如轻瓦斯报警等故障的发生，保障变压器安全稳定运行。其结构设计合格，使用简单，操作方便，实用性极强，可以大大提高工作质量和效率。

硅胶分层的呼吸器的结构如图2.1所示，包括：干燥筒、内罩杯、外罩杯、呼吸器安装接口、底座、隔离网及硅胶。干燥筒内填充有硅胶，在干燥筒下部连接有玻璃的内罩杯和玻璃的外罩杯，呼吸器安装接口与储油柜联通管连接，干燥筒为透明的玻璃筒，隔离网和隔离网支架，且在干燥筒内设有大隔离网和小隔离网，通过隔离网及隔离网支架实现分层。

图2.1 硅胶分层结构的呼吸器结构图

改进后的呼吸器隔离网为金属网，分别为小隔离网7和大隔离网4，具体如图2.2所示，小隔离网7安装于干燥筒2内的底部，大隔离网4安装于隔离网支架3上。大隔离网4和小隔离网7上的小孔为直径1mm -3mm的圆孔或者其他不规则小孔均可。

(a)大隔离                                   (b) 小隔离

图2.2 隔离的结构

隔离网支架是分体式结构，如图2.3所示，每层支架可以分离，支架为三条腿支撑的圆环，具体是在圆环9的底部固定连接有支撑10，圆环9与支撑10通过铸造一体，也可通过其他方式连接，支撑10的高度可以根据实际需要调整。

图2.3支撑架的结构

具体实施时，隔离网支架的安装步骤如下：

（1）将最下层的隔离网支架安放在干燥筒的底座8上；

（2）将硅胶倒入，硅胶上面不要超过隔离网支架的圆环；

（3）将大隔离网安装在隔离网支架上；

（4）安装上一层隔离网支架；

（5）将硅胶倒入，硅胶上面不要超过隔离网支架的圆环；

（6）重复安装隔离网支架、倒入硅胶，安装大隔离网的过程，最上层不用安装大隔离网，直至将干燥筒倒满硅胶。

所述大隔离网层数的计算方法为：

h为每层高度（单位：mm）， H（单位：mm）为硅胶总高度，n为层数取整数。

3 带压力测量及显示装置的呼吸器改进

由于呼吸器容量、硅胶颗粒质量、储油柜内油位变化频次及大小等原因可能引起呼吸器被堵死的情况，而且巡视人员不易判别呼吸器已经堵塞，从而导致储油柜内外压力不平衡，可能引发变压器、电抗器的轻瓦斯报警；当压差超过临界值后，呼吸器堵塞点被冲开，将可能引起变压器、电抗器的重瓦斯跳闸。针对易出现易堵塞的技术问题，提出了一种带压力测量装置的呼吸器，该呼吸器具有测量呼吸器内部气压的作用，并能清晰地在呼吸器上显示具体压力值，便于人员观察和记录。

带压力测量装置的呼吸器如图3.1所示，包括在干燥筒2内底部通过法兰连接内罩杯5和外罩杯6，在干燥筒2内填充有硅胶3。

图3.1 改进硅胶罐的整体结构

压力测量及显示装置1安装在干燥筒的内部，压力测量及显示装置能够测量并显示呼吸器内的气体压力值，该装置可以通过气体压力差或者压力转换获得气体压力值，如U形管、敏感元件、霍尔传感器。压力测量及显示装置具有上传功能，能用于呼吸器内部压力的在线监测，压力测量及显示装置能够提供数据上传功能，为呼吸器内部压力在线监测装置提供数据。其上传的方式为有线式、无线式或二者结合方式，上传的数据格式为连续式、数字式或者二者的结合方式，压力测量及显示装置安装示意图如图3.2所示。

图3.2 压力测量及显示装置安装图

4 结论

本文所设计的变压器呼吸器保护装置提出对变压器呼吸器的隔离网进行改造，有效避免了硅胶中的粉末堵塞隔离网上的小孔；对硅胶进行分层，有效减少了硅胶重力压紧作用，有效降低呼吸器堵塞的概率；在呼吸器中加装压力测量及显示装置，使压力值外化，更方便巡检人员判断呼吸器是否发生堵塞，从而实现“早发现，早治疗”。

参考文献

[1]许根源.变压器呼吸器堵塞导致轻瓦斯保护动作故障分析与预防[J].机电信息,2020(21),66-67.

[2]黄建军,任天鸿,符永康,谢玉绘.一种便于更换硅胶的变压器呼吸器.科技与创新,2020(08),138-139.

[3]黄祥,杨正兴,植庆航,李孟瑞.油浸式主变压器气道堵塞引起轻瓦斯告警原因分析与防范措施.电力设备管理,2020(11),180-181.