CN108873997B - 一种电力变压器吸湿器湿度智能控制系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力变压器吸湿器湿度智能控制系统，包括自动在线加热系统和手动离线加热系统；自动在线加热系统为依次电连接的吸湿器、吸湿器重量检测模块和自动加热模块；在线状态，吸湿器重量检测模块用于检测吸湿器以及硅胶吸水后的实时重量，并将吸湿器以及硅胶吸水后的实时重量与预先输入的吸湿器以及硅胶吸水饱和后的总重量进行比较后发送控制信号至自动加热模块；手动离线加热系统包括中控单元和离线手动加热器；手动离线加热系统利用自动在线加热系统记录自动加热模块开启的次数、每次开启距离上一次开启的天数以及每次开启的时长；离线状态，通过判断当日日期距离上一次自动加热模块开启的日期间隔，决定是否开启离线手动加热器。
Description
技术领域
本发明涉及供电检修设施及技术领域，具体涉及一种电力变压器吸湿器湿度智能控制系统及其运行方法。
背景技术
电网中使用的大中型油浸式电力变压器一般都配备有吸湿器，吸湿器主要作为现代大功率变压器的安全附属配件，其内部装有可硅胶用于干燥进入变压器油枕的空气。在系统运行过程中，吸湿器能否安全稳定运行直接影响了变压器内空气的质量，若吸湿器发生故障，变压器与未经净化的的空气直接接触，吸入空气中的杂质和水分后，会导致变压器内空气湿度增加、杂质变多，进而影响绝缘油的绝缘性能，对变压器的安全造成威胁，特别是100千伏安以上的变压器，其体积相对较大，接触面较广，绝缘油更容易受潮变质，给变压器的安全运行造成严重的影响，甚至波及整个电力系统，因此，对变压器吸湿器的湿度控制远程监控十分必要。
目前国内电网系统中使用的吸湿器大多是上世纪七八十年代的产品，采用铸铁件制造，在实际工程应用过程中，普通吸湿器在运行和维护中存在诸多问题。进入21世纪以来，国内外诸多研究机构对变压器吸湿器领城进行了研究和讨论，并对智能吸湿器的实现提出构想。国网安徽芜湖供电公司和国网能源研究院在早期提出一种更换硅胶的新策略。通过在吸湿器的顶部和底部设有进出硅胶的通孔，可直接进行硅胶的更换，免去拆除吸湿器玻璃罩的繁琐工序。虽然该方案已在芜湖供电公司变电站推广使用，但是仍不可避免硅胶与空气的直接接触，造成资源浪费和环境污染，因此仍有很大的提高和改进的空间。
吸湿器需要定期维护，硅胶失效后还需进行更换处理维护。目前，对变压器吸湿器的维护工作只有一种方式，就是人力作业。通常情况下，一台吸湿器至少40斤重，维护一台吸湿器至少需要三个人进行拆卸吸湿器、倾倒硅胶、清洗吸湿器内部。填装硅胶颗粒以及安装吸湿器等多道工序，整个过程耗费大量的人力物力，不仅劳动强度大，还存在破坏吸湿器密封性以及吸湿器跌落损坏的风险。因此，实现智能化的监控吸湿器湿度控制以及硅胶湿度控制是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种电力变压器吸湿器湿度智能控制系统，该系统能够对吸湿器内的硅胶进行自动和手动湿度控制，实现硅胶的循环除湿利用，同时能够远程在线或离线监控吸湿器的湿度和温度，实现吸湿器的智能化维护。
本发明的技术方案如下：
一种电力变压器吸湿器湿度智能控制系统，包括自动在线加热系统和手动离线加热系统；所述自动在线加热系统为依次电连接的吸湿器、吸湿器重量检测模块和自动加热模块；在线状态下，所述吸湿器重量检测模块用于检测吸湿器以及吸湿器内硅胶吸水后的实时重量，并将吸湿器以及硅胶吸水后的实时重量与预先输入的吸湿器以及硅胶吸水饱和后的总重量进行比较后发送控制信号至所述自动加热模块；所述自动加热模块接收控制信号后将进入或退出自动加热模式；所述手动离线加热系统包括中控单元和离线手动加热器；所述手动离线加热系统利用自动在线加热系统记录自动加热模块开启的次数、自动加热模块每次开启距离上一次开启的间隔数以及自动加热模块每一次开启的工作时长，并将数据信号传递至中控单元记录；离线状态下，通过判断当日日期距离上一次自动加热模块开启的日期间隔，就可以决定是否开启离线手动加热器对吸湿器内硅胶进行加热。
其中，所述吸湿器还分别电连接有一湿度传感器和测温电路，可实现对吸湿器内环境中具体湿度数值和温度数值的采集。
其中，所述自动加热模块采用设置在吸湿器内的电加热装置对其进行加热；在自动加热模块的硬件电路中设置有一单片机；所述单片机分别与所述湿度传感器和测温电路电连接，可接收湿度传感器和测温电路对吸湿器内环境湿度和温度的监测数据，并分析数据后传递加热信号至电加热装置；所述单片机外接一时钟电路；所述时钟电路另一端电连接至中控单元；所述时钟电路能够为单片机提供运行时钟，进而定时启动电加热装置，对硅胶进行加热脱水。
其中，所述离线手动加热器设置在吸湿器上方，一端连接至所述吸湿器，另一端连接至变压器；所述吸湿器底部设置有若干排气孔；所述离线手动加热器对所述吸湿器进行加热，所述吸湿器内部温度从顶部至底部呈递减分布状态；所述吸湿器内上部硅胶受热后产生的高温水蒸气冷凝下流至下方低温排气孔处流出,循环加热直到所述吸湿器内的湿度数值低于所述吸湿器湿度指标。
其中，所述吸湿器还连接一用于调节夹紧力的张紧系统；所述张紧系统可根据所述吸湿器含有的不同硅胶量预先设置吸湿器与变压器连接时的夹紧力，方便吸湿器用于不同等级功率的变压器。
其中，所述自动在线加热系统还可通过构造硅胶脱水时间模型实现吸湿器的自动加热；通过测量在环境模拟箱中的硅胶变色情况，记录硅胶重量、颜色变化效率与变化时间的数据，根据对数据的整理分析，描述硅胶吸水变化曲线，建造硅胶吸湿饱和模型；通过对所述吸湿饱和硅胶进行加热脱水，同时记录硅胶重量、颜色变化效率与变化时间的数据，根据对数据的整理分析，描述硅胶脱水变化曲线，构造硅胶脱水时间模型；根据所述硅胶吸湿饱和模型和硅胶脱水时间模型实现对硅胶的自动加热。
一种电力变压器吸湿器智能化控制系统的运行方法，具体包括如下步骤：
S1、通过计算得到吸湿器内硅胶吸水饱和后吸湿器的总重量，将该重量值预先赋给吸湿器重量检测模块；
S2、吸湿器重量检测模块检测到吸湿器的总重量与所赋初值之间的关系，就发送开启控制信号或关闭控制信号至自动加热模块，开启或关闭自动加热模块；
S3、在自动在线加热系统的工作模式下记录一个循环周期内自动加热模块的开启次数，本次开启距离上一次开启的间隔天数，以及每次开启的工作时长，并将数据输入手动离线加热系统的中控单元；
S4、离线状态下，判断当日日期距离上一次自动加热模块开启的日期间隔，就可以决定自动加热模块是否需要开启。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明针对目前吸湿器内硅胶更换维护耗费大量人力物力的问题，设计了吸湿器自动在线/手动离线的加热系统，变压器带电端安全距离以内采用在线控制，能够远程监控吸湿器的各项数据，提高设备运行的可靠性和安全；在带电端安全距离以外采用离线控制，当吸湿器湿度高于预设的特定值时，采用手动安装开启离线加热装置直至达到湿度设定指标，进而实现硅胶的循环除湿利用，延长硅胶的使用寿命，同时防止硅胶更换对吸湿器造成的破坏以及人力资源浪费。该手动离线加热器通过可调节安装孔实现不同功率等级变压器的通用安装连接，具有手动调节、耐高温，耐腐蚀的特点，且无需对吸湿器结构做出调整，有利于不同吸湿器的通用运行。
2、本发明通过吸湿器连接张紧系统进而调节吸湿器的夹紧力，适用于不同功率等级的变压器，无需针对每个变压器单独设计制作吸湿器，使得吸湿器具有较高的通用性。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明吸湿器自动在线加热系统和手动离线加热系统的工作原理图；
图3为本发明自动加热模块的工作原理图；
图4为本发明离线手动加热器的安装结构示意图。
1、自动在线加热系统；11、吸湿器；12、吸湿器重量检测模块；13、自动加热模块；131、单片机；132、时钟电路；14、湿度传感器；15、测温电路；2、手动离线加热系统；21、中控单元；22、离线手动加热器；3、变压器；4、张紧系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见图1和图2，一种电力变压器吸湿器湿度智能控制系统，湿度智能控制系统包括自动在线加热系统1和手动离线加热系统2；所述自动在线加热系统1为依次电连接的吸湿器11、吸湿器重量检测模块12和自动加热模块13；在线状态下，所述吸湿器重量检测模块12用于检测吸湿器11以及吸湿器11内硅胶吸水后的实时重量，并将吸湿器11以及硅胶吸水后的实时重量与预先输入的吸湿器11以及硅胶吸水饱和后的总重量进行比较后发送控制信号至所述自动加热模块13；所述自动加热模块13接收控制信号后将进入或退出自动加热模式；所述手动离线加热系统2包括中控单元21和离线手动加热器22；所述手动离线加热系统2利用自动在线加热系统1记录一定的观察周期内自动加热模块13开启的次数、自动加热模块13每次开启距离上一次开启的间隔天数以及自动加热模块13每一次开启的工作时长，并将数据信号传递至中控单元21记录；在离线状态下，操作人员可通过判断当日日期距离上一次自动加热模块13开启的日期间隔等记录的数据来决定是否开启离线手动加热器22对吸湿器11内硅胶进行加热。
参见图2和图3，所述吸湿器11分别电连接有一湿度传感器14和测温电路15，可实现对吸湿器11内环境中具体湿度数值和温度数值的采集；所述湿度传感器14和测温电路15电连接至中控单元21，可通过中控单元21观察到湿度数值和温度数值。
参见图3，所述自动加热模块13采用设置在吸湿器11内的电加热装置111对其进行加热；在自动加热模块13的硬件电路中设置有一单片机131；所述单片机131主要用于控制电加热装置111对吸湿器11内的硅胶进行加热；所述单片机131分别与所述湿度传感器14和测温电路15电连接，可接收湿度传感器14和测温电路15对吸湿器内环境湿度和温度的监测数据，并分析数据后传递加热信号至电加热装置111；同时所述单片机131外接一时钟电路132形成外部时钟方式；所述时钟电路132的另一端电连接至中控单元21；所述中控单元21结合采集记录的湿度和温度并通过时钟电路132为单片机131的运作设定运行时钟，进而定时启动电加热装置111，对硅胶进行加热脱水。
参见图4，所述离线手动加热器22设置在吸湿器11上方，一端连接至所述吸湿器11，另一端连接至变压器3；使得离线手动加热器22设置在吸湿器11和变压器3的连接通路上；所述离线手动加热器22自带蓄电池，满足离线加热无需外接电源的要求；所述离线手动加热器22的功率仅需50W，可确保加热脱水过程的可靠性和安全性；所述吸湿器11底部设置有若干排气孔；所述离线手动加热器22对所述吸湿器11进行加热，由于离线手动加热器22从吸湿器11上方开始对吸湿器11进行加热，因此吸湿器11内部的温度从顶部至底部呈递减分布状态；所述吸湿器11内上部硅胶受热后产生的高温水蒸气冷凝下流至下方低温排气孔处流出,循环加热直到所述吸湿器11内的湿度数值低于所述吸湿器11湿度指标。
参见图4，所述吸湿器11还连接一用于调节夹紧力的张紧系统4；所述张紧系统4可根据所述吸湿器11含有的不同硅胶量预先设置吸湿器11与变压器3连接时的夹紧力，方便吸湿器11用于不同等级功率的变压器3。
其中，所述自动在线加热系统1还可通过构造硅胶脱水时间模型实现吸湿器11的自动加热；通过测量在环境模拟箱中的硅胶变色情况，记录硅胶重量、颜色变化效率与变化时间的数据，根据对数据的整理分析，描述硅胶吸水变化曲线，建造硅胶吸湿饱和模型；通过对所述吸湿饱和硅胶进行加热脱水，同时记录硅胶重量、颜色变化效率与变化时间的数据，根据对数据的整理分析，描述硅胶脱水变化曲线，构造硅胶脱水时间模型；根据所述硅胶吸湿饱和模型和硅胶脱水时间模型实现对硅胶的自动加热。
其中，上述电力变压器吸湿器智能化控制系统的运行方法，具体包括如下步骤：
S1、通过计算得到吸湿器11内硅胶吸水饱和后吸湿器的总重量，将该重量值预先赋给吸湿器重量检测模块12；
S2、吸湿器重量检测模块检测12到吸湿器11的总重量与所赋初值之间的关系，就发送开启控制信号或关闭控制信号至自动加热模块13，开启或关闭自动加热模块13；
S3、在自动在线加热系统1的工作模式下记录一个循环周期内自动加热模块13的开启次数，本次开启距离上一次开启的间隔天数，以及每次开启的工作时长，并将数据输入手动离线加热系统2的中控单元21；
S4、离线状态下，判断当日日期距离上一次自动加热模块13开启的日期间隔，就可以决定自动加热模块13是否需要开启。
本发明的工作原理：
电力变压器吸湿器湿度智能化控制系统在工作过程中采用称重和定时两种控制策略相结合的方式，在设备初装的试运行阶段，主要以称重控制策略优先，待硅胶受潮规律得出后，则以定时控制策略为主。称重控制策略：系统实时探测硅胶自身的重量变化，根据重量变化计算硅胶的受潮程度。定时控制策略：系统根据称重变化的历史记录，建立本地域湿热环境和吸湿规律模型，进而生成定时参数，在后续的工作过程中重量变化还会对动态定时参数进行修正。
根据比热容计算公式Q=CM∆t以及硅胶的比热0.92，可以计算不同质量下的硅胶升高特定温度所吸收的热量。若某吸湿器11所含的硅胶质量为10KG，加热温度设置为90℃，环境温度为15℃，则加热所需热量为690KJ，如用50W的加热器，则需加热690000/50=13800秒，即可求得加热时间为13800秒，即为3.83个小时，因此通过吸收的热量可设置硅胶每次加热时间。
自动在线加热工作原理：首先，通过计算得到吸湿器11内硅胶吸水饱和后吸湿器11的总重量，将该重量值预先赋给吸湿器重量检测模块12；若吸湿器重量检测模块12检测到吸湿器11的总重量大于或等于该初值，就发送开启控制信号至自动加热模块13，开启自动加热模块13对吸湿器11进行加热；加热一段时间后，若吸湿器重量检测模块12检测到吸湿器11的总重量小于等于该初值，就发送停止控制信号至自动加热模块13，停止自动加热模块13的加热工作。
手动离线加热工作原理：在自动在线加热系统1的工作模式下需要记录好一定周期内自动加热模块13的开启次数，本次开启自动加热模块13距离上一次开启的间隔天数，以及每次自动加热模块13开启的工作时长，并将这些数据输入手动离线加热系统2的中控单元21。若发现自动加热模块13的开启次数大于事先设定的某个值N，表示该系统已经测得足够多组的数据，此时可以关闭吸湿器重量检测模块12，只需要判断当日日期距离上一次自动加热模块13开启的日期间隔，就可以决定自动加热模块13是否需要开启。从而保证在线和离线均可有效针对吸湿器11内硅胶的湿度变化进行有效调节，达到系统正常运行的目的。
自动加热模块13的工作原理：所述湿度传感器14和测温电路15分别用于检测吸湿器11内环境的湿度和温度，并将湿度信号和温度信号传送至所述单片机131；所述单片机131具有接收、分析和传送信号的功能，能够接收和分析湿度信号和温度信号，并传送控制信号至电加热装置111，启动电加热装置111；所述湿度传感器14与测温电路15同时传送湿度信号和温度信号至中控单元21；所述时钟电路132一端与单片机131电连接，另一端与中控单元21电连接；所述中控单元21结合采集记录的湿度和温度并通过时钟电路132为单片机131的运作设定运行时钟，进而定时启动电加热装置111，对硅胶自动加热脱水。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种电力变压器吸湿器湿度智能控制系统，其特征在于：包括自动在线加热系统（1）和手动离线加热系统（2）；所述自动在线加热系统（1）为依次电连接的吸湿器（11）、吸湿器重量检测模块（12）和自动加热模块（13）；在线状态下，所述吸湿器重量检测模块（12）用于检测吸湿器（11）以及吸湿器（11）内硅胶吸水后的实时重量，并将吸湿器（11）以及硅胶吸水后的实时重量与预先输入的吸湿器（11）以及硅胶吸水饱和后的总重量进行比较后发送控制信号至所述自动加热模块（13）；所述自动加热模块（13）接收控制信号后将进入或退出自动加热模式；所述手动离线加热系统（2）包括中控单元（21）和离线手动加热器（22）；所述手动离线加热系统（2）利用自动在线加热系统（1）记录自动加热模块（13）开启的次数、自动加热模块（13）每次开启距离上一次开启的间隔天数以及自动加热模块（13）每次开启的工作时长，并将数据信号传递至中控单元（21）记录；离线状态下，通过判断当日日期距离上一次自动加热模块（13）开启的日期间隔，就可以决定是否开启离线手动加热器（22）对吸湿器（11）内硅胶进行加热。
2.根据权利要求1所述的电力变压器吸湿器湿度智能控制系统，其特征在于：所述吸湿器（11）还分别电连接有一湿度传感器（14）和测温电路（15），可实现对吸湿器（11）内环境中具体湿度数值和温度数值的采集。
3.根据权利要求2所述的电力变压器吸湿器湿度智能控制系统，其特征在于：所述自动加热模块（13）采用设置在吸湿器（11）内的电加热装置（111）对其进行加热；在自动加热模块（13）的硬件电路中设置有一单片机（131）；所述单片机（131）分别与所述湿度传感器（14）和测温电路（15）电连接，可接收湿度传感器（14）和测温电路（15）对吸湿器（11）内环境湿度和温度的监测数据，并分析数据后传递加热信号至电加热装置（111）；所述单片机（131）外接一时钟电路（132）；所述时钟电路（132）能够为单片机（131）提供运行时钟，进而定时启动电加热装置（111），对硅胶进行加热脱水。
4.根据权利要求2所述的电力变压器吸湿器湿度智能控制系统，其特征在于：所述离线手动加热器（22）设置在吸湿器（11）上方，一端连接至所述吸湿器（11），另一端连接至变压器（3）；所述吸湿器（11）底部设置有若干排气孔；所述离线手动加热器（22）对所述吸湿器（11）进行加热，所述吸湿器（11）内部温度从顶部至底部呈递减分布状态；所述吸湿器（11）内上部硅胶受热后产生的高温水蒸气冷凝下流至下方低温排气孔处流出,循环加热直到所述吸湿器（11）内的湿度数值低于所述吸湿器（11）湿度指标。
5.根据权利要求3或4所述的电力变压器吸湿器湿度智能控制系统，其特征在于：所述吸湿器（11）还连接一用于调节夹紧力的张紧系统（4）；所述张紧系统（4）可根据所述吸湿器（11）含有的不同硅胶量预先设置吸湿器（11）与变压器（3）连接时的夹紧力，方便吸湿器（11）用于不同等级功率的变压器（3）。
6.根据权利要求1所述的电力变压器吸湿器湿度智能控制系统，其特征在于：所述自动在线加热系统（1）还可通过构造硅胶脱水时间模型实现吸湿器（11）的自动加热；通过测量在环境模拟箱中的硅胶变色情况，记录硅胶重量、颜色变化效率与变化时间的数据，根据对数据的整理分析，描述硅胶吸水变化曲线，建造硅胶吸湿饱和模型；通过对所述吸湿饱和硅胶进行加热脱水，同时记录硅胶重量、颜色变化效率与变化时间的数据，根据对数据的整理分析，描述硅胶脱水变化曲线，构造硅胶脱水时间模型；根据所述硅胶吸湿饱和模型和硅胶脱水时间模型实现对硅胶的自动加热。
7.一种根据权利要求1的电力变压器吸湿器湿度智能化控制系统的运行方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、通过计算得到吸湿器（11）内硅胶吸水饱和后吸湿器（11）的总重量，将该重量值预先赋给吸湿器重量检测模块（12）；
S2、吸湿器重量检测模块（12）检测到吸湿器（11）的总重量与所赋初值之间的关系，就发送开启控制信号或关闭控制信号至自动加热模块（13），开启或关闭自动加热模块（13）；
S3、在自动在线加热系统（1）的工作模式下记录一个循环周期内自动加热模块（13）的开启次数，本次开启距离上一次开启的间隔天数，以及每次开启的工作时长，并将数据输入手动离线加热系统（2）的中控单元（21）；
S4、离线状态下，判断当日日期距离上一次自动加热模块（13）开启的日期间隔，就可以决定自动加热模块（13）是否需要开启。
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