CN113915960A - 一种变压器低温真空干燥装置及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器低温真空干燥装置，包括真空干燥罐，所述真空干燥罐分别连接抽真空系统、加热系统、冷凝系统和微通道填充系统，且抽真空系统、加热系统、冷凝系统和微通道填充系统电连接控制系统；所述控制系统为PLC控制器，PLC控制器电连接温度感应器和压力传感器，且温度感应器和压力传感器设置于真空干燥罐。本发明中，利用太赫兹辐射对变压器进行干燥处理，由于太赫兹波携带能量较高，且太赫兹波对水分子的加热无需空气等介质对热量的传导，利用水分子对太赫兹波极强的吸收性，从水分内部进行加热，加热速度快。

Description

一种变压器低温真空干燥装置及操作方法

技术领域

本发明涉及变压器真空干燥生产技术领域，具体为一种利用太赫兹技术的变压器低温真空干燥方法及装置。

背景技术

变压器内绝缘纸板等绝缘材料中的水分含量严重影响着变压器运行的安全与稳定，水分含量过高会导致变压器绝缘性能下降、纤维老化加速、严重影响到变压器的正常使用年限，大量的水分蒸发所产生的气泡也会使变压器局部击穿电压降低。因此在变压器生产过程中对变压器进行干燥是不可或缺的重要环节。

变压器中绝缘纸板等绝缘材料位于变压器线圈层间，由于线圈较厚导致绝缘材料位置较深，因此热量传递由线圈外部到线圈内部需要花费大量时间及能耗；变压器绝缘材料的层级较多，其中表面的水分可以直接蒸发，内表层与深层次的干燥难度较高；同时，为了保证变压器有足够的绝缘强度和运行寿命，对变压器内绝缘纸板等绝缘材料的含水量标准要求高，以配电高压变压器为例，要求其绝缘材料的含水量在0.5％以内。

目前变压器的干燥方法主要采用热风烘干法和真空变压法。但以上两种变压器干燥方法具有以下局限性：①干燥时间长，针对400kVA的配电变压器，热风烘干法的干燥时间在10-12个小时，真空变压法的干燥时间在6-8小时，这占据总生产时间的60～80％，严重影响了变压器的生产节拍和生产能力，成为了变压器生产过程的瓶颈环节。②干燥能耗较高，由于上述两种方法的热传递效率较低，导致干燥所需能耗较高，同样针对400kVA的配电变压器，两种干燥方法每次干燥都消耗200kWh以上的电量，这不仅增加了生产成本，而且在当今煤价高位运行、电力紧缺的背景下，较高的生产能耗也有悖于政府的节能减排政策。③易返潮，干燥完成后变压器会继续吸收空气中的水分造成返潮，返潮现象会再次增加变压器中的水分含量，从而影响变压器的寿命以及绝缘性。

太赫兹波是一种频率介于微波和可见光之间的电磁波，具有穿透性强、衰减小、吸水性极强等特点，对变压器采用太赫兹波真空干燥具有以下优点：①干燥时间短，太赫兹波对水分子的加热无需空气等介质对热量的传导，利用水分子对太赫兹波极强的吸收性，从水分内部进行加热，加热速度快，极大减少干燥时间；②能耗低，太赫兹波发生器本身能耗较低，且干燥总时间较短，因此总能耗也极低；③降低干燥过程绝缘材料老化受损的风险，太赫兹波在真空条件下低温加热，降低温度过高可能对绝缘材料造成的老化受损等风险；④避免返潮，微通道系统是物体干燥后，物体中的水分蒸发所留下的细小通道。在对变压器进行干燥后，使用惰性气体填充，可以有效避免被干燥变压器返回到空气中时重新吸收空气中的水分返潮。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种变压器低温真空干燥装置及操作方法，实现对变压器高效率、高质量、低能耗的干燥。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变压器低温真空干燥装置，包括真空干燥罐，所述真空干燥罐分别连接抽真空系统、加热系统、冷凝系统和微通道填充系统，且抽真空系统、加热系统、冷凝系统和微通道填充系统电连接控制系统；

所述控制系统为PLC控制器，PLC控制器电连接温度感应器和压力传感器，且温度感应器和压力传感器设置于真空干燥罐。

本发明还提供一种变压器低温真空干燥装置的操作方法，具体步骤如下：

首先，将待干燥变压器通过送料机构放入真空干燥罐内并密封，根据变压器型号、数量以及环境条件的不同，结合预先设定的参数，设置变压器干燥所需环境；

设置完成后，抽真空系统开始运行，加热系统中的太赫兹波发生器向真空干燥罐内发射太赫兹波，干燥过程开始；

冷凝系统将抽出的空气进行冷凝，水蒸汽液化为冷凝水排出；

干燥过程结束后，微通道填充系统开始工作，向真空干燥罐内充入惰性气体；

待达到规定压强后结束变压器干燥工作，之后对变压器进行检验，将符合标准的放置在合格品区，不符合标准的放置在不合格品区。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、干燥时间较短。本发明中，利用太赫兹辐射对变压器进行干燥处理，由于太赫兹波携带能量较高，且太赫兹波对水分子的加热无需空气等介质对热量的传导，利用水分子对太赫兹波极强的吸收性，从水分内部进行加热，加热速度快；同时，在真空条件下，水分子蒸发所需温度较低，且真空条件下也会提高太赫兹波的传递效率，使得更多的能量作用到变压器干燥工作中；因此，对变压器的干燥时间较短。在相同环境条件下，以干燥6台400kVA配电变压器为例，传统变压器干燥设备每次干燥时间约10～12个小时，本发明利用太赫兹波加热的方法每次干燥时间仅为2～3小时。

2、干燥能耗低。本发明中，利用太赫兹波辐射对变压器进行干燥处理，由于太赫兹波发射能耗较低且具有较强的穿透性，通过箱内不锈钢反射镜面对太赫兹波不断的反射，使得变压器的各个部位、各个方向都可以接收到相对均匀的太赫兹波，使得变压器内外各部分升温快速、均匀的同时降低能耗。以干燥6台400kVA的配电变压器为例，传统变压器干燥设备每次消耗400～500kWh电量，本发明采用太赫兹波进行干燥所消耗的电量，经实测每次约为75～80kWh，电量消耗下降80％左右。

3、降低干燥过程绝缘材料老化受损的风险。本发明中，利用太赫兹波辐射对变压器进行干燥，由于水分对太赫兹波具有较强的吸收，从而减少了介质中其他成分对太赫兹波的吸收；并且真空环境也会降低水分蒸发的温度，从而使得干燥温度较低，降低温度过高可能对绝缘材料造成的老化受损等风险。

4、避免返潮现象。本发明中，在干燥处理结束后，通过进气管，对工作箱体内填充惰性气体，可以使得惰性气体占据变压器中由于水分蒸发而产生的微通道，从而使得变压器在回到空气中时，空气中的水分无法再次进入到相对干燥的变压器中，避免返潮现象。

附图说明

图1为本发明的变压器低温真空干燥流程图。

图2为本发明的变压器低温真空干燥装置的示意图。

图3为本发明的冷凝器处结构示意图。

1、高真空挡板阀；2、真空泵；3、电动箱；4、三通阀；5、惰性气体发生器；6、气动放水阀；7、手动放水阀；8、冷凝器；9、真空干燥罐；10、太赫兹波发生器；11、不锈钢镜面内壁；12、送料机构；13、开关门机构。

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，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2-3，本发明提供一种技术方案：一种变压器低温真空干燥装置，包括真空干燥罐9，真空干燥罐9分别连接抽真空系统、加热系统、冷凝系统和微通道填充系统，且抽真空系统、加热系统、冷凝系统和微通道填充系统电连接控制系统；

控制系统为PLC控制器，PLC控制器电连接温度感应器和压力传感器，且温度感应器和压力传感器设置于真空干燥罐9。

抽真空系统包括电动箱3、真空泵2、开关门机构13、送料机构12、高真空挡板阀1及相应管道。真空干燥罐9通过相应管道接通真空泵2，高真空挡板阀1连接在此管道中，真空泵2电连接电动箱3；所述真空干燥罐9与送料机构12连接，且真空干燥罐9上安装有开关门机构13。将待干燥的变压器通过送料机构12放置在真空干燥罐9中，通过开关门机构13密封真空干燥罐9，之后，打开高真空挡板阀1，通过电动箱3开启真空泵2，对真空干燥罐9进行抽真空处理；抽真空处理完成后，关闭高真空挡板阀1保持真空干燥罐9真空状态。

加热系统为太赫兹波发生器10和不锈钢镜面内壁11。太赫兹波发生器10和不锈钢镜面内壁11均安装在真空干燥罐9内，在变压器放置在真空干燥罐9中之后，太赫兹波发生器10开始向真空干燥罐9内发射相应频率的太赫兹波，不锈钢镜面内壁11对太赫兹波进行反射，以对变压器进行干燥。

冷凝系统为冷凝器8、气动放水阀6、手动放水阀7及相应管道。冷凝器8接通真空干燥罐9，且冷凝器8上设有气动放水阀6和手动放水阀7，在变压器干燥期间，冷凝器8不断对抽出的空气进行冷凝处理。待达到一定量后，通过气动放水阀6或者手动放水阀7打开放出液态水。

微通道填充系统为惰性气体发生器5、三通阀4及相应管道，惰性气体发生器5通过三通阀4与真空干燥罐9接通，当变压器干燥完成后，先将惰性气体发生器5打开，然后将三通阀4打开，惰性气体发生器将通过相应管道向真空干燥罐9填充惰性气体。待达到一定要求后，关闭惰性气体发生器5，关闭三通阀4。至此，全部加热真空干燥工艺完成。惰性气体发生器5可选用60L氮气/氩气发生器。

控制系统还包括计时器，压力传感器与真空干燥罐9相连，以监测真空干燥罐9内气压同时将相应数据传输到PLC控制器中并存储，温度感应器与真空干燥罐9相连，以监测真空干燥罐9内温度同时将相应数据传输到PLC控制器中并存储，计时器分布嵌入在抽真空系统、冷凝系统、加热系统、微通道填充系统内，并将数据即时传输至PLC控制器中进行实时监控，触摸屏与输入输出模块相连，输入输出模块与PLC控制器相连，通过触摸屏来控制整个系统，液晶显示器与PLC控制器相连，从而监控整个系统的状态。

请参阅图1，本发明还提供一种变压器低温真空干燥装置的操作方法，具体步骤如下：

首先，将待干燥变压器通过送料机构12放入真空干燥罐9内并密封，根据变压器型号、数量以及环境条件的不同，结合预先设定的参数，设置变压器干燥所需环境；

设置完成后，抽真空系统开始运行，加热系统中的太赫兹波发生器向真空干燥罐内发射太赫兹波，干燥过程开始；

冷凝系统将抽出的空气进行冷凝，水蒸汽液化为冷凝水排出；

干燥过程结束后，微通道填充系统开始工作，向真空干燥罐内充入惰性气体；

待达到规定压强后结束变压器干燥工作，之后对变压器进行检验，将符合标准的放置在合格品区，不符合标准的放置在不合格品区。

其中干燥时间计算公式如下

首先计算太赫兹波发射的能量，如公式(1)所示：

式(1)中M_bλ(T)指的是辐出度(即波发射的能量)单位为J·s^-1·m^-2；h为普朗克常量，其值为6.63×10^-34J·s；c为真空中光速，其值约为3×10⁸m·s^-1；λ为波的波长；T为热力学温度；k为玻尔兹曼常量，其值为1.38×10^-23。

然后根据辐射的功率算出干燥的时间，如公式(2)所示：

式(2)中t为干燥时间；C₁为被干燥物质的比热容，C₀为水的比热容；M为被干燥物体的重量；p₀和p₁分别为被干燥物体干燥前后的含水量；t₁为水分蒸发所需的温度；t₀为物体的初始温度；S为发射太赫兹波的面积。

本申请文件中使用到的标准零件均可以从市场上购买，而且根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，而且电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再作具体叙述，同时该文中出现的电器元件均与外界的主控制器及市电电连接，说明书中提到的外设控制器可为本文提到的电器元件起到控制作用，而且该外设控制器为常规的已知设备。

根据这一方法，将使用太赫兹技术干燥方法和使用热风烘干法、真空变压法对400kVA的变压器进行干燥的技术指标进行对比，对比结果见表1。

由于热风烘干法是当今变压器干燥的主流方法，因而设计实验将热风烘干法与太赫兹技术干燥方法的在相同条件下对400kVA配电变压器进行干燥后检测结果进行对比；太赫兹技术干燥方法每次干燥6台，每次干燥3h，共耗能78kWh；热风烘干法每次干燥6台，每次干燥10h，共耗能250kWh。太赫兹技术干燥方法与热风烘干法干燥后检测结果对比见表2。

表1太赫兹干燥方法与其他方法干燥指标对比

表2太赫兹干燥方法与热风烘干法干燥后检测结果对比

由此可见，本发明具有干燥时间较短、干燥能耗低、降低干燥过程绝缘材料老化受损的风险和避免返潮现象等特点。

Claims (7)

1.一种变压器低温真空干燥装置，包括真空干燥罐(9)，其特征在于：所述真空干燥罐(9)分别连接抽真空系统、加热系统、冷凝系统和微通道填充系统，且抽真空系统、加热系统、冷凝系统和微通道填充系统电连接控制系统；

所述控制系统为PLC控制器，PLC控制器电连接温度感应器和压力传感器，且温度感应器和压力传感器设置于真空干燥罐(9)。

2.根据权利要求1所述的变压器低温真空干燥装置，其特征在于：所述抽真空系统为真空泵(2)，真空泵(2)接通真空干燥罐(9)，且真空泵(2)电连接电动箱(3)；所述真空干燥罐(9)与送料机构(12)连接，且真空干燥罐(9)上安装有开关门机构(13)。

3.根据权利要求1所述的变压器低温真空干燥装置，其特征在于：所述加热系统为太赫兹波发生器(10)和不锈钢镜面内壁(11)，所述太赫兹波发生器(10)和不锈钢镜面内壁(11)均安装在真空干燥罐(9)内。

4.根据权利要求1所述的变压器低温真空干燥装置，其特征在于：所述冷凝系统为冷凝器(8)，所述冷凝器(8)接通真空干燥罐(9)，且冷凝器(8)上设有气动放水阀(6)和手动放水阀(7)。

5.根据权利要求1所述的变压器低温真空干燥装置，其特征在于：所述微通道填充系统为惰性气体发生器(5)，所述惰性气体发生器(5)通过三通阀(4)与真空干燥罐(9)接通。

6.一种如权利要求1所述的变压器低温真空干燥装置的操作方法，其特征在于：具体步骤如下

首先，将待干燥变压器通过送料机构(12)放入真空干燥罐(9)内并密封，根据变压器型号、数量以及环境条件的不同，结合预先设定的参数，设置变压器干燥所需环境；

设置完成后，抽真空系统开始运行，加热系统中的太赫兹波发生器(10)向真空干燥罐(9)内发射太赫兹波，干燥过程开始；

冷凝系统将抽出的空气进行冷凝，水蒸汽液化为冷凝水排出；

干燥过程结束后，微通道填充系统开始工作，向真空干燥罐(9)内充入惰性气体；

待达到规定压强后结束变压器干燥工作，之后对变压器进行检验，将符合标准的放置在合格品区，不符合标准的放置在不合格品区。

7.根据权利要求6所述的变压器低温真空干燥装置的操作方法，其特征在于：干燥时间计算公式如下

首先计算太赫兹波发射的能量，如公式(1)所示：

式(1)中M_bλ(T)指的是辐出度(即波发射的能量)单位为J·s^-1·m^-2；h为普朗克常量，其值为6.63×10^-34J·s；c为真空中光速，其值为3×10⁸m·s^-1；λ为波的波长；T为热力学温度；k为玻尔兹曼常量，其值为1.38×10^-23；

然后根据辐射的功率算出干燥的时间，如公式(2)所示：

式(2)中t为干燥时间；C₁为被干燥物质的比热容，C₀为水的比热容；M为被干燥物体的重量；p₀和p₁分别为被干燥物体干燥前后的含水量；t₁为水分蒸发所需的温度；t₀为物体的初始温度；S为发射太赫兹波的面积。

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