试论免维护吸湿器及其控制方法

试论免维护吸湿器及其控制方法

周林 1 马学军 1 郑乔华 1 陈静 2

1.云南电网有限责任公司红河供电局变电运行一所 云南红河 661100 2.陕西金源自动化科技有限公司 陕西西安 710000

摘要：在变压器技术成熟发展的背景下，免维护吸湿器也逐渐得到了推广使用。相比于常规的吸湿器，它能够通过精确感知吸湿硅胶内水分含量的变化，然后自动进行加热、烘干，保证了吸湿硅胶可以长期、反复使用，达到了免维护的效果。但是这些免维护吸湿器在实际应用中也还存在一些技术缺陷，例如安装不方便、除湿不理想等。本文针对市面上一些主流免维护吸湿器存在的不足，对其除湿控制系统进行了优化设计，从试验效果来看解决了上述问题，具有推广使用价值。

关键词：免维护吸湿器；冷凝罩；颜色传感器；电气控制

引言：近年来电气自动化控制技术不断成熟，将其应用到变压器除湿器中，解决了传统除湿器需要维护人员手动更换硅胶干燥剂的问题，通过电气控制加热元件，对吸湿硅胶进行烘干，既可以减轻维护和管理压力，又能够降低使用成本、减少资源消耗，兼顾了经济效益和环保效益。本文针对免维护吸湿器在自动化控制上存在的不足，提出了一种优化方案，且控制系统的结构简单，易于维护，控制灵敏度高，实用效果较好。

一、普通免维护吸湿器在应用中存在的问题

德国MR公司研发、生产的一种免维护除湿器，其原理是通过在线控制加热的方式，让已经接近饱和的吸湿硅胶，通过加热、烘干将水分蒸发，然后保证吸湿硅胶可以重复吸收空气水分。从结构组成上来看，在盛放吸湿硅胶的干燥罐内防止空气湿度检测器，用于检测硅胶湿度。如果湿度达到了设定值，则认为硅胶失效；然后将这一信号反馈给控制终端。控制终端发送烘干指令，加热元件通电后，利用高温将吸湿硅胶内的水分蒸发掉，从而让吸湿硅胶重复利用。该设备虽然达到了免维护的目的，但是在实际应用中仍然存在一些缺陷，较为突出的有两个：

其一，变压器储油柜内的油温是波动变化的，而油温的高低变化，会直接导致通气孔的进气和出气也会受到影响，并发生热胀冷缩。如果除湿器内的加热元件，正在对吸湿硅胶进行烘干，此时油温降低，加热蒸发出来的水蒸气，可能会被吸入储油柜内，这样不仅没有达到除湿效果，反而会加剧了变压器受损的概率。其二，除湿器除了进行空气干燥的作用外，通常还具有空气除杂作用。因此会在进、出气位置增加金属烧结网用来滤除空气杂质。但是维护人员是无法观察到金属烧结网状态的，随着时间的延长，越来越多的杂质附着到金属烧结网上，造成堵塞，引起瓦斯继电器误动。

二、一种新型免维护吸湿器的设计方案

1、结构组成

该设备的主要结构包括依次连接的连接法兰、上连接座、冷凝罩、阻隔件和油杯及放水电磁阀，设置在冷凝罩内的吸湿硅胶和用于对吸湿硅胶进行干燥的加热装置，以及设置在冷凝罩外用于控制加热装置的控制盒；吸湿硅胶内设置有呼吸管，呼吸管通过吸湿硅胶与进出气组件的连接端连通；上连接座内设置冷凝腔体，由通气管道围成的冷凝腔体的一端与呼吸管的顶端连通，另一端与连接法兰的法兰口连通；通气管道外部对称设置有半导体制冷片和散热器；半导体制冷片连接在控制盒的制冷控制端。

进出气组件包括从连接端到自由端依次设置的叶轮腔和过滤腔；叶轮腔内设置有位于进出气气流方向上的叶轮；过滤腔下部侧壁上开设有若干气孔。过滤腔的末端连接内部设置加热片的加热腔，加热片由控制盒控制。控制盒包括壳体和设置在壳体内的单片机，以及连接在单片机输入端用于检测吸湿硅胶颜色的颜色传感器；单片机用于对比采集的RGB值与设定的RGB值，并根据对比结果向加热装置和半导体制冷片输出相应的控制指令。

2、控制方法

干燥罐内储存一定量的变色硅胶，这类硅胶吸水后会发生颜色变化。基于这一特性，在干燥罐内放置微型的颜色传感器，可以实时观测初始硅胶的颜色变化，并将颜色信息同步的反馈到单片机中。单片机先将这些颜色信息暂时存储起来，然后确定变压器负荷稳定的时间段，将不属于该时间段内产生的颜色信息全部剔除掉，降低干扰因素。然后以时间（t）为x轴，以颜色变化为y轴，得到了关于颜色变化周期的二维坐标曲线。技术人员设定一个最大含水率指标（如70%），然后将该指标下变色硅胶的颜色信息，作为最高限定值。当颜色变化曲线超过该限定值后，单片机发出两条控制指令。一条是向半导体制冷片发出的制冷信号，另一条是向加热单元发出的烘干信号。然后在适宜的温度内，加热并进行烘干。在这一过程中，颜色传感器仍然会不断的向单片机反馈吸湿硅胶的颜色变化情况，并继续绘制颜色变化曲线。当曲线重新降低至最低限定值以下时，单片机再发出两条控制指令。先是断开加热单元的电路，停止加热，然后断开半导体制冷片的电路，完成一个控制周期。

三、新型免维护吸湿器的技术效果

相比于目前市场上较为常见的免维护吸湿器，本文设计的一种改良控制系统的新型免维护吸湿器，具有以下技术优势：（1）在法兰下部增加了冷凝腔体，在吸湿硅胶烘干时产生的水蒸气，通过冷凝腔体时，空气中的水分子会预冷凝结。保证了呼入的气体中只含有极少的水分，这就避免了传统免维护吸湿器可能存在的水蒸气被重复吸入的缺陷。（2）改良了过滤腔，在过滤腔的中空部位增加了除尘网，除了吸收空气水分外，还兼顾了滤除杂质、灰尘的作用。改良之后不再需要金属烧结网，这样就避免了因为观察不清楚、维护不到位，出现金属烧结网堵塞并造成瓦斯继电器误动的缺陷。（3）环境适应性好。内置加热单元可以保证该设备在我国北方尤其是东北寒冷地区，冬季也不会出现过滤腔内结冰、堵塞的问题，保证了除湿器能够全天候的发挥除湿作用。（4）控制精度高。本装置中使用的是高精度的颜色传感器，代替了普通免维护吸湿器中的湿度传感器。可以根据变色硅胶的颜色变化，更加灵敏的捕捉相关数据，保证了控制精度，让吸湿硅胶始终发挥最大的除湿效果。（5）可以支持间歇式加热，既可以保证烘干效果，又不会因为温度过高让吸湿硅胶变形、失效，延长了初始硅胶的使用寿命，真正实现了变压器整个寿命周期内的免维护、免更换。

四、免维护吸湿器的发展前景

近年来免维护吸湿器的种类不断丰富、功能更加多样，在控制技术方面也进行着持续的创新。特别是随着5G技术的推广使用，以及今后高精度、微型传感器的研发和使用，将会为免维护吸湿器的更好应用提供技术支持。例如，目前很多变压器由于运行环境比较恶劣，免维护除湿器也有可能存在信号受到干扰，控制系统延时响应等问题。下一步随着5G网络的全覆盖，让偏远地区的变压器吸湿器也能够实现信号的高精度、实时化传递，有助于提高单片机的响应速度和控制水平。在电力信息化背景下，免维护吸湿器的应用汇越来越广泛，只有坚持技术创新，不断提高控制水平，才能让免维护吸湿器在变压器设备中得到更好的应用。

结语：现阶段免维护除湿器已经被广泛的应用于变压器中，在减轻设备管理人员压力、保证变压器稳定运行等方面发挥了显著的作用。但是很多品牌、型号的免维护除湿器，在实际应用中也存在功能缺陷和安全隐患，必须要进行技术改良。本文从免维护吸湿器的控制系统出发，配合对部分组成结构的改良，进一步提高了设备的应用效果。同时，改良后的免维护吸湿器体积小巧、结构简单、安全可靠，具有良好的推广使用前景。

参考文献：

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[2]王剑,陈德兴.变压器用吸湿器油封系统原理浅析及优化设计[J].变压器,2017(10):42-46.

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