帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置的研制及應用

國網甘肅省電力公司天水供電公司 韓 亮 吳兆彬 劉棟梁 尚彥赟 王江寧

在帶絕緣液的電氣設備中，隨著設備運行時間的變長，電氣設備中的干燥劑受潮變重導致吸濕效果變差，電氣設備中的相對濕度增加，給電氣設備的安全穩定運行帶來一定的隱患和風險。本文闡述了帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置的研制方法，并介紹了該免維護除濕烘干裝置的應用情況。

在帶絕緣液電氣設備的干燥劑中，一般當電氣設備運行幾個月之后，干燥劑會因吸濕受潮而變色，此時為了保證干燥劑的吸濕性能，需要采取人工方式對干燥劑進行更換。但目前變電站一般都已經實現無人值守，如果需要對干燥劑進行更換，則需要電力企業另外派車派人，這將增加電力企業的運維成本，并且可能因為干燥劑更換不及時，導致電氣設備的絕緣性能變差，存在著較大的安全運行風險。本文詳細分析了帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置的優勢，并介紹了該除濕烘干裝置中的數字化控制系統和烘干原理，對于提高帶絕緣液電氣設備的維護效率具有一定的價值。

1 帶絕緣液電氣設備的除濕技術

在帶絕緣液電氣設備的除濕技術中，電力企業一般采用硅膠顆粒吸收帶絕緣液電氣設備中的濕氣，但如果硅膠顆粒變色后長時間沒有進行更換，則按照國網對帶絕緣液電氣設備運行規程的相關規定，需要根據硅膠顆粒變色的程度扣分，變色越嚴重則扣分越多，因此我們需要采用能夠在線加熱的帶絕緣液電氣設備除濕烘干裝置。

圖1 除濕烘干裝置中開環控制系統原理圖

圖2 除濕烘干裝置中的閉環控制系統

本文介紹的帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置，其將能夠根據控制系統啟動加熱元件，實現干燥劑的自動加熱，將干燥劑中的水分蒸發，從而提高干燥劑的稀釋性能，達到免維護的目的；同時，干燥劑中的水分蒸發后會使得干燥劑的重量降低，此時除濕烘干裝置中的傳感器設備會根據所檢測到的數據下發停止加熱的指令。

2 帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置的研制

2.1 免維護除濕烘干裝置的硬件結構和運行原理

本設計中的裝置，在硬件結構組成方面，主要包括加熱元件、控制模塊、傳感器設備、玻璃管、冷凝罩、金屬法蘭等，其中傳感器包括濕度檢測傳感器、干燥劑稱重傳感器等。免維護除濕烘干裝置的基本運行原理為濕度檢測傳感器檢測到帶絕緣液電氣設備空氣中的相對濕度數據超過了允許范圍，干燥劑稱重傳感器檢測到干燥劑的重量也超過了控制系統的整定值，此時控制系統會下發控制命令啟動免維護除濕烘干裝置中的加熱元件。干燥劑受熱蒸發出水蒸氣，水蒸氣經過玻璃管和冷凝罩，最終流出除濕烘干裝置，達到除濕的目的。

2.2 免維護除濕烘干裝置中的數字化控制系統

根據上述除濕烘干裝置中的基本運行原理，在帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置的研制過程中，需要設計數字化控制系統。控制系統的控制方式主要包括開環控制方式和閉環控制方式，對于采用開環方式的控制系統，輸出量的信息難以反映到輸入中，即輸入量不能根據輸出量的情況進行調節，故該種控制系統的控制系統較差。若將開環控制系統應用在帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置的研制中，則除濕烘干裝置中的開環控制系統原理圖如圖1所示。

在圖1中，執行子系統主要是指加熱元件。在帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置的控制系統中，若采用開環控制方式，則按照除濕烘干裝置的功能分解為控制子系統和執行子系統等，并且執行子系統完全根據控制系統的控制指令來進行除濕烘干裝置的實際控制，在對除濕烘干裝置控制性能要求不高的情況下可以采用開環控制方式。若對除濕烘干裝置的控制性能要求較高，則應采用閉環控制系統。在開環控制系統的基礎上進行改進，其構成的閉環控制系統的示意圖如圖2所示。

在圖2中的除濕烘干裝置的閉環控制系統中，除濕烘干裝置控制系統中的檢測元件可通過提取輸出量中的信息，并將信息反饋到控制器中，進而調整系統的輸入量。具體而言，當除濕烘干裝置啟動加熱元件對干燥劑加熱一段時間后，其將此時干燥劑的重量數據信息再傳輸到閉環控制系統中進行分析比較，當滿足停止加熱要求時，則發出停止加熱指令。在除濕烘干裝置的研發和制造過程中，可以采用數字PID控制器技術，該控制器的控制規律如式(1)所示。

對應的模擬PID調節器的傳遞函數如下式(2)所示：

式(2)中：Kp為比例增益，u(t)為控制量，e(t)為偏差量。這種數字控制算法能夠很好地對整個除濕烘干過程進行實時動態控制，在實際中也取得了較好的應用效果。另外，對除濕烘干裝置的控制性能進行測試，也是對所研發的產品進行調試的一個重要方面。測試除濕烘干裝置中的控制設備能否具有負反饋的控制性能，能否根據輸出量的變化實時調整輸入量的變化，若具備上述性能則表示基本達到對帶絕緣液電氣設備中的相對濕度進行控制調整的目的。

3 帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置的應用

傳統的帶絕緣液電氣設備除濕器的維護裝置包括多個不同的機構，如移動機構、升降機構、翻轉機構和清潔機構等，需要通過人工方式操作搖桿，以控制維護裝置的升降等，這種作業方式工作效率較低。通過在帶絕緣液電氣設備中推廣應用免維護除濕烘干裝置，可以使得帶絕緣液電氣設備中的相對濕度始終在合理的范圍內，可以做到在較長一段時間內都不用更換干燥劑，對于電力企業而言將會產生較大的經濟效益，提高電網安全運行效率，優化電網企業中的人員和物質的配置，提高企業電力生產的自動化和智能化技術水平。

隨著智能化控制算法和設備制造水平的提高，電力企業應用帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置，能夠更加智能地根據干燥劑和電氣設備的實際運行狀況進行除濕烘干操作。如：可以在自動除濕烘干裝置中加入定時控制策略。在定時控制器中，根據傳感器所采集到的干燥劑的歷史重量數據，通過對這些歷史數據進行統計和分析，得出該帶絕緣液電氣設備的呼吸規律數學模型，從而生成控制模型中的定時參數。當除濕烘干裝置達到了定時控制的條件時，則啟動加熱元件動作，達到除濕烘干的目的。

結論：隨著電網企業對電氣設備運行可靠性要求的提高，應采用現代數字智能化技術提高電氣設備的運行可靠性。本文著重分析了帶絕緣液電氣設備免維護除濕烘干裝置的研發內容，包括硬件結構和軟件控制系統，在實際帶絕緣液電氣設備的維護中可以對本文所述的免維護除濕烘干裝置加以推廣應用。