CN118231102A - 一种变压器气体自动除湿装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器气体自动除湿装置，属于变压器配件的技术领域。其结构为：在壳体内设有两个吸湿模块、液体交换罐、制冷模块和制热模块；在壳体的一端通过空气过滤模块与进气管路连接；每个吸湿模块内设有冷凝管和热交换液体，两侧分别设有进出气口，冷凝器的上下分别设有进出液口；当其中一个吸湿模块被定义为除湿功能时，另一个吸湿模块被定义为干燥功能；除湿功能的吸湿模块的两端进出气口分别与进气管路和出气管路连通，热交换液体与制冷模块连通；干燥功能的吸湿模块的一端封堵，另一端与壳体外部连通，热交换液体与制热模块连通。该变压器气体自动除湿装置基于冷凝原理进行除湿，节省了更换硅胶的繁琐步骤，省时省力。

Description

一种变压器气体自动除湿装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种变压器气体自动除湿装置及其控制方法，属于变压器配件的技术领域。

背景技术

现有技术的变压器吸湿装置一般采用硅胶材质作为吸附剂，为避免硅胶吸水后吸湿能力丧失，会定期给硅胶加热排出水份。硅胶反复加热会造成性能下降甚至性能丧失，所以针对这种装置也需要不定期更换硅胶，造成使用不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种变压器气体自动除湿装置，该变压器气体自动除湿装置基于冷凝原理设置除湿模块，通过两个除湿模块交替工作，节省了更换硅胶的繁琐步骤，省时省力。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种变压器气体自动除湿装置，在壳体内设有两个吸湿模块、液体交换罐、制冷模块和制热模块；在壳体的一端通过空气过滤模块与进气管路连接，出气管路伸出壳体并通过法兰与变压器连通；每个吸湿模块外部设有保温外壳，保温外壳内腔设有冷凝器，冷凝器内设有冷凝管和热交换液体，保温外壳的两侧分别设有进出气口，一侧的进出气口通过第一气体切换模块与进气管路连接，另一侧的进出气口通过第二气体切换模块与出气管路连接；冷凝器的上下分别设有进出液口，冷凝器的进出液口、液体交换罐、制冷模块和制热模块连接的管路共同与液路切换模块连接；当其中一个吸湿模块被定义为除湿功能时，另一个吸湿模块被定义为干燥功能；除湿功能的吸湿模块的两端进出气口分别与进气管路和出气管路连通，除湿功能的热交换液体通过进出液口与制冷模块连通；干燥功能的吸湿模块的一端封堵，另一端与壳体外部连通，干燥功能的热交换液体通过进出液口与制热模块连通；当两个吸湿模块除湿与干燥功能互换时，通过液体交换罐内的交换水泵作为动力，液体交换罐作为缓冲罐将两个热交换液体互换；在壳体内设有第一气体切换模块，第一气体切换模块分为四口，A口通过管路与壳体外部连通，B口和C口分别连接两个吸湿模块的一侧，D口连接进气管路，当D口与C口相通时，A口和B口相通；当D口和B口相通时，A口和C口相通；第一气体切换模块由固定环和旋转柱同轴配合组分；在旋转柱的上端设有通气孔I，下端设有通气孔II，通气孔I和通气孔II分别垂直经过旋转柱的轴线，且通气孔I和通气孔II的轴线水平投影具有夹角α；在固定环的上层设有四个通孔，四个通孔分为两组分别同轴，且轴线夹角为β，四个通孔高度与通气孔I位置对应，其中一组分别与D口和B口的管路连接，另一组分别与D口和C口的管路连接；在固定环的下层设有四个通孔，四个通孔分为两组分别同轴，且轴线夹角为β，四个通孔高度与II位置对应，其中一组分别与A口和B口的管路连接，另一组分别与A口和C口的管路连接，且下层的四个通孔在上层四个通孔的基础上整体旋转α角；在壳体内设有第二气体切换模块，第二气体切换模块为二位三通控制阀，E口和G口分别通过管路与吸湿模块的另一侧连通，F口连接出气管路；E口和F口连通，G口截止，F口和G口连通，E口截止；在壳体内设有液路切换模块，吸湿模块、液体交换罐、制冷模块和制热模块的液体输入输出管路通过液路切换模块进行连通位置的调换。

所述的制冷模块由冷液罐和其内的水泵I组成，制热模块由热液罐和其内的水泵II组成；冷液罐和热液罐相对的侧壁分别与半导体制冷热片两侧接触；在冷液罐和热液罐的底部分别连接散热模块；在制冷模块、制热模块、半导体制冷热片和散热模块外部共同设置保温外壳。

所述的出气管路上设有第一气体压力检测模块，在壳体的外部设有第二气体压力检测模块。

所述的出气管路上设有气路阻塞保护模块。

在壳体的外周设有外筒，外筒与壳体外圆周之间形成冷凝室。

采用上述变压器气体自动除湿装置的控制方法，包括以下步骤：

1）读取第一气体压力检测模块和第二气体压力检测模块的数值，并进行压力比较，如果内部的第一气体压力检测模块的压力值大于外部的第二气体压力检测模块的压力值，则判定变压器为呼气状态，反之为判定为吸气状态；第一气体压力检测模块和第二气体压力检测模块的数值相等时，为平稳状态；

2）当判定变压器吸气状态，进气管路的气体经过除湿功能的吸湿模块，将气体中的水蒸气凝结成水露，然后从出气管路排出；当判定变压器呼气状态或平稳状态时，启动吸湿模块的功能互换，为下一步变压器吸气状态做准备；

3）吸湿模块的功能互换

3.1）依次控制液路切换模块通过重力将第二吸湿模块的热交换液体流入到液体交换罐中；第一吸湿模块的热交换液体流入到第二吸湿模块的冷凝器内；

3.2）启动液体交换罐中的交换水泵，同时切换液路切换模块管路，使液体交换罐中的热交换液体导入第一吸湿模块中，完成吸湿模块的除湿功能和干燥功能的互换；

4）第一气体切换模块和第二气体切换模块进行模式切换，制冷模块和制热模块的输入管路通过液路切换模块，完成模式切换；

5）当再次监控到变压器为吸气状态时，启动制冷模块和制热模块，使当前除湿功能的吸湿模块进行气体冷凝除湿，当前干燥功能的吸湿模块对上一次作为除湿功能时，凝结在冷凝管的水露进行烘干形成气体并排出壳体。

本申请的变压器气体自动除湿装置采用两个除湿模块的结构，通过管路的互换，实现了一个吸湿模块具有干燥功能时，另外一个吸湿模块可具备除湿功能，从而节省原有的硅胶结构，不仅节能减排，而且节省更换部件的繁琐步骤。

本申请的变压器气体自动除湿装置的控制方法，采用上述步骤，可以有效的对两个吸湿模块进行功能的更换，实现了制冷模块和制热模块的交替更换、热交换液体的交换以及吸湿模块进出管路的更换，从而实现两个功能的完全交换。

附图说明

图1为变压器气体自动除湿装置的结构示意图。

图2为除湿模块内部结构示意图。

图3为制热模块和制冷模块的连接示意图。

图4为第一气体切换模块的主视图。

图5为图4的A-A剖视图。

图6为图4的B-B剖视图。

图7为液路切换模块的主视图。

图8为图7的C-C剖视图。

图9为图7的D-D剖视图。

图10为图7的E-E剖视图。

图11为图7的F-F剖视图。

图12为第一吸湿模块为除湿功能，第二吸湿模块为干燥功能的气液走线示意图。

图13为第一吸湿模块为干燥功能，第二吸湿模块为除湿功能的气液走线示意图。

图14为热交换液体换位示意图。

图中，1、第一吸湿模块；2、第二吸湿模块；1.1、保温外壳；1.4、冷凝器；1.5冷凝管；1.6热交换液体；3、液体交换罐；3.1、交换水泵；4、制冷模块；5、制热模块；4.1、冷液罐；4.2、热液罐；4.3、水泵I；4.4、水泵II；4.5半导体制冷热片；4.6、保温外壳；4.7散热模块；6、第一气体切换模块；6.1、固定环；6.2旋转柱；6.3通气孔I；6.4通气孔II；7、第二气体切换模块；8、冷凝室；9、外筒；10、法兰；11、气路阻塞保护模块；12、第一气体压力检测模块；13、第二气体压力检测模块；14、壳体；15、进气管路；16、出气管路；17、空气过滤模块；18、液路切换模块。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种变压器气体自动除湿装置，在壳体14内设有第一吸湿模块1、第二吸湿模块2、液体交换罐3、制冷模块4和制热模块5；在壳体14的一端通过空气过滤模块17与进气管路15连接，出气管路16伸出壳体14并通过法兰10与变压器连通；如图2所示，每个吸湿模块外部设有保温外壳1.1，保温外壳1.1内腔设有冷凝器1.4，冷凝器1.4内设有冷凝管1.5和热交换液体1.6，为保证热交换效率，冷凝管1.5设置若干根，且S型往复弯折设置，保温外壳1.1的两侧分别设有进出气口，一侧的进出气口通过第一气体切换模块6与进气管路15连接，另一侧的进出气口通过第二气体切换模块7与出气管路16连接；冷凝器1.4的上下分别设有进出液口，热交换液体1.6从进出液口进行热交换液体的更换，冷凝器1.4的进出液口、液体交换罐3、制冷模块4和制热模块5连接的管路共同与液路切换模块18连接；当其中一个吸湿模块被定义为除湿功能时，另一个吸湿模块被定义为干燥功能；除湿功能的吸湿模块的两端进出气口分别与进气管路15和出气管路16连通，除湿功能的热交换液体1.6通过进出液口与制冷模块4连通；干燥功能的吸湿模块的一端封堵，另一端与壳体14外部连通，干燥功能的热交换液体1.6通过进出液口与制热模块5连通；当两个吸湿模块1、2除湿与干燥功能互换时，通过液体交换罐3内的交换水泵3.1作为动力，液体交换罐3作为缓冲罐将两个热交换液体1.6互换。

具体的说，两个吸湿模块的除湿功能与干燥功能互换，分为气体交换和液体交替。气体交换通过第一气体切换模块6和第二气体交换模块7的管路切换来实现；液体管路的切换通过液路切换模块18来实现。对于本领域技术人员来说，管路切换的技术方案，可以由多种控制阀的串并联连接来实现，本申请采用了柱形旋转结构来实现，外部控制机构控制内部圆柱旋转一个档位，就会有对应的气路或液路相通，具体结构描述如下。

在壳体14内设有第一气体切换模块6，第一气体切换模块6分为四口，A口通过管路与壳体14外部连通，B口和C口分别连接两个吸湿模块的一侧，D口连接进气管路15，当D口与C口相通时，A口和B口相通；当D口和B口相通时，A口和C口相通。

如图4至图6所示，所述的第一气体切换模块6由固定环6.1和旋转柱6.2同轴配合组分；在旋转柱6.2的上端设有通气孔I6.3，下端设有通气孔II6.4，通气孔I6.3和通气孔II6.4分别垂直经过旋转柱6.2的轴线，且通气孔I6.3和通气孔II6.4的轴线水平投影具有夹角α；在固定环6.1的上层设有四个通孔，四个通孔分为两组且同轴设置，两个轴线夹角为β，四个通孔高度与通气孔I6.3位置对应，其中一组分别与D口和B口的管路连接，另一组分别与D口和C口的管路连接；在固定环6.1的下层设有四个通孔，四个通孔分为两组分别同轴，且轴线夹角为β，四个通孔高度与II6.4位置对应，其中一组分别与A口和B口的管路连接，另一组分别与A口和C口的管路连接，且下层的四个通孔在上层四个通孔的基础上整体旋转α角。

在壳体14内设有第二气体切换模块7，第二气体切换模块7为二位三通控制阀，E口和G口分别通过管路与吸湿模块的另一侧连通，F口连接出气管路16；E口和F口连通，G口截止，F口和G口连通，E口截止。

基于上述结构第一气体切换模块6，当第一吸湿模块1为干燥功能、第二吸湿模块2为除湿功能时，第一气体切换模块6的A口和B口相通，第二气体切换模块7的E口截止，第一吸湿模块2的冷凝管1.5被加热后气体水蒸气通过第一气体切换模块6的B口从A口排出；第一气体切换模块6的C口和D口相通，进气管路15气体经过第二吸湿模块2，气体内的水蒸气凝结成水露，并经过第二气体切换模块7的G口和F口从出气管路16进入到变压器内。当功能互换后，第一吸湿模块1为吸湿功能、第二吸湿模块2为干燥功能时，第一气体切换模块6的B口和D口相通，进气管路15气体经过第一吸湿模块1气体内的水蒸气凝结成水露，并经过第二气体切换模块7的E口和F口从出气管路16进入到变压器内；第一气体切换模块6的A口和C口相通，第二气体切换模块7的G口截止，第二吸湿模块2的冷凝管1.5被加热后气体水蒸气通过第一气体切换模块6的C口从A口排出。

在壳体内设有液路切换模块18，吸湿模块1、2、液体交换罐3、制冷模块4和制热模块5的液体输入输出管路通过液路切换模块18进行连通位置的调换。

如图3所示，所述的制冷模块4由冷液罐4.1和其内的水泵I4.3组成，制热模块5由热液罐4.2和其内的水泵II4.4组成；冷液罐4.1和热液罐4.2相对的侧壁分别与半导体制冷热片4.5两侧接触；在冷液罐4.1和热液罐4.2的底部分别连接散热模块4.7；在制冷模块4、制热模块5、半导体制冷热片4.5和散热模块4.7外部共同设置保温外壳4.6。半导体制冷热片4.5为现有技术，半导体制冷热片4.5当直流电通过两种不同半导体材料串联成的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，通过冷液罐4.1和热液罐4.2的侧壁接触，实现冷液罐4.1和热液罐4.2内部液体的加热和冷却。但对于寒冷的北方，制热需求大于制冷需求，可在热液罐4.2内设置加热电阻丝，从而提高干燥功能的除湿模块的热交换液体的温度，而除湿功能的除湿模块的热交换液体无需再进行制冷，从而实现节能减排的目的。

在壳体内设有液路切换模块18，吸湿模块1、2、液体交换罐3、制冷模块4和制热模块5的液体输入输出管路通过液路切换模块18进行连通位置的调换。具体的液路切换模块18的结构原理与第一气体切换模块6的结构原理相同，如图7至图11所示，分成五个转换状态，具体功能和转换口连通如下表1，通过旋转不同档位，实现液路连通的不同功能。

表1

所述的出气管路16上设有第一气体压力检测模块12，在壳体14的外部设有第二气体压力检测模块13，通过第一气体压力检测模块12与第二气体压力检测模块13的压力差，判断变压器的呼吸状态。

所述的出气管路16上设有气路阻塞保护模块11，当整体气路出现阻塞时，会进行警告或停止工作。

在壳体14的外周设有外筒9，外筒9与壳体14外圆周之间形成冷凝室8，干燥功能的吸湿模块的排气管路与冷凝室8相通，冷凝的气体沿冷凝室8内壁向下排出，实现将干燥功能的吸湿模块内的冷凝管上的凝露加热排出。

采用变压器气体自动除湿装置的控制方法，包括以下步骤：

1）取第一气体压力检测模块12和第二气体压力检测模块13的数值，并进行压力比较，如果内部的第一气体压力检测模块12的压力值大于外部的第二气体压力检测模块13的压力值，则判定变压器为呼气状态，反之为判定为吸气状态；第一气体压力检测模块12和第二气体压力检测模块13的数值相等时，为平稳状态；

2）当判定变压器吸气状态，进气管路15的气体经过除湿功能的吸湿模块，将气体中的水蒸气凝结成水露，然后从出气管路16排出；当判定变压器呼气状态或平稳状态时，启动吸湿模块的功能互换，为下一步变压器吸气状态做准备；

3）吸湿模块的功能互换

3.1）如图14所示，依次控制液路切换模块18通过重力将第二吸湿模块2的热交换液体1.6流入到液体交换罐3中图中蓝色线条；第一吸湿模块1的热交换液体1.6流入到第二吸湿模块2的冷凝器1.4内图中粉色线条；

3.2）启动液体交换罐3中的交换水泵3.1，同时切换液路切换模块18管路，使液体交换罐3中的热交换液体1.6导入第一吸湿模块1中图中红色线条，完成吸湿模块的除湿功能和干燥功能的互换；

4）第一气体切换模块6和第二气体切换模块7进行模式切换，制冷模块4和制热模块5的输入管路通过液路切换模块18，完成模式切换；

5）当再次监控到变压器为吸气状态时，启动制冷模块4和制热模块5，使当前除湿功能的吸湿模块进行气体冷凝除湿，当前干燥功能的吸湿模块对上一次作为除湿功能时，凝结在冷凝管1.5的水露进行烘干形成气体并排出壳体14。

通过上述控制方法，可以对变压器的呼吸状态进行监控，且只有在吸气状态除湿机工作，从而实现节能减排。

Claims (10)

1.一种变压器气体自动除湿装置，其特征在于：在壳体（14）内设有两个吸湿模块（1、2）、液体交换罐（3）、制冷模块（4）和制热模块（5）；在壳体（14）的一端通过空气过滤模块（17）与进气管路（15）连接，出气管路（16）伸出壳体（14）并通过法兰（10）与变压器连通；每个吸湿模块外部设有保温外壳（1.1），保温外壳（1.1）内腔设有冷凝器（1.4），冷凝器（1.4）内设有冷凝管（1.5）和热交换液体（1.6），保温外壳（1.1）的两侧分别设有进出气口，一侧的进出气口通过第一气体切换模块（6）与进气管路（15）连接，另一侧的进出气口通过第二气体切换模块（7）与出气管路（16）连接；冷凝器（1.4）的上下分别设有进出液口，冷凝器（1.4）的进出液口、液体交换罐（3）、制冷模块（4）和制热模块（5）连接的管路共同与液路切换模块（18）连接；当其中一个吸湿模块被定义为除湿功能时，另一个吸湿模块被定义为干燥功能；除湿功能的吸湿模块的两端进出气口分别与进气管路（15）和出气管路（16）连通，除湿功能的热交换液体（1.6）通过进出液口与制冷模块（4）连通；干燥功能的吸湿模块的一端封堵，另一端与壳体（14）外部连通，干燥功能的热交换液体（1.6）通过进出液口与制热模块（5）连通；当两个吸湿模块（1、2）除湿与干燥功能互换时，通过液体交换罐（3）内的交换水泵（3.1）作为动力，液体交换罐（3）作为缓冲罐将两个热交换液体（1.6）互换。

2.根据权利要求1所述的变压器气体自动除湿装置，其特征在于：在壳体（14）内设有第一气体切换模块（6），第一气体切换模块（6）分为四口，A口通过管路与壳体（14）外部连通，B口和C口分别连接两个吸湿模块的一侧，D口连接进气管路（15），当D口与C口相通时，A口和B口相通；当D口和B口相通时，A口和C口相通。

3.根据权利要求2所述的变压器气体自动除湿装置，其特征在于：所述的第一气体切换模块（6）由固定环（6.1）和旋转柱（6.2）同轴配合组分；在旋转柱（6.2）的上端设有通气孔I（6.3），下端设有通气孔II（6.4），通气孔I（6.3）和通气孔II（6.4）分别垂直经过旋转柱（6.2）的轴线，且通气孔I（6.3）和通气孔II（6.4）的轴线水平投影具有夹角α；在固定环（6.1）的上层设有四个通孔，四个通孔分为两组分别同轴，且轴线夹角为β，四个通孔高度与通气孔I（6.3）位置对应，其中一组分别与D口和B口的管路连接，另一组分别与D口和C口的管路连接；在固定环（6.1）的下层设有四个通孔，四个通孔分为两组分别同轴，且轴线夹角为β，四个通孔高度与II（6.4）位置对应，其中一组分别与A口和B口的管路连接，另一组分别与A口和C口的管路连接，且下层的四个通孔在上层四个通孔的基础上整体旋转α角。

4.根据权利要求2所述的变压器气体自动除湿装置，其特征在于：在壳体（14）内设有第二气体切换模块（7），第二气体切换模块（7）为二位三通控制阀，E口和G口分别通过管路与吸湿模块的另一侧连通，F口连接出气管路（16）；E口和F口连通，G口截止，F口和G口连通，E口截止。

5.根据权利要求1所述的变压器气体自动除湿装置，其特征在于：在壳体内设有液路切换模块（18），吸湿模块（1、2）、液体交换罐（3）、制冷模块（4）和制热模块（5）的液体输入输出管路通过液路切换模块（18）进行连通位置的调换。

6.根据权利要求1所述的变压器气体自动除湿装置，其特征在于：所述的制冷模块（4）由冷液罐（4.1）和其内的水泵I（4.3）组成，制热模块（5）由热液罐（4.2）和其内的水泵II（4.4）组成；冷液罐（4.1）和热液罐（4.2）相对的侧壁分别与半导体制冷热片（4.5）两侧接触；在冷液罐（4.1）和热液罐（4.2）的底部分别连接散热模块（4.7）；在制冷模块（4）、制热模块（5）、半导体制冷热片（4.5）和散热模块（4.7）外部共同设置保温外壳（4.6）。

7.根据权利要求1所述的变压器气体自动除湿装置，其特征在于：所述的出气管路（16）上设有第一气体压力检测模块（12），在壳体（14）的外部设有第二气体压力检测模块（13）。

8.根据权利要求1所述的变压器气体自动除湿装置，其特征在于：所述的出气管路（16）上设有气路阻塞保护模块（11）。

9.根据权利要求1所述的变压器气体自动除湿装置，其特征在于：在壳体（14）的外周设有外筒（9），外筒（9）与壳体（14）外圆周之间形成冷凝室（8）。

10.采用权利要求1至9任一所述的变压器气体自动除湿装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1）读取第一气体压力检测模块（12）和第二气体压力检测模块（13）的数值，并进行压力比较，如果内部的第一气体压力检测模块（12）的压力值大于外部的第二气体压力检测模块（13）的压力值，则判定变压器为呼气状态，反之为判定为吸气状态；第一气体压力检测模块（12）和第二气体压力检测模块（13）的数值相等时，为平稳状态；

2）当判定变压器吸气状态，进气管路（15）的气体经过除湿功能的吸湿模块，将气体中的水蒸气凝结成水露，然后从出气管路（16）排出；当判定变压器呼气状态或平稳状态时，启动吸湿模块的功能互换，为下一步变压器吸气状态做准备；

3）吸湿模块的功能互换

3.1）依次控制液路切换模块（18）通过重力将第二吸湿模块（2）的热交换液体（1.6）流入到液体交换罐（3）中；第一吸湿模块（1）的热交换液体（1.6）流入到第二吸湿模块（2）的冷凝器（1.4）内；

3.2）启动液体交换罐（3）中的交换水泵（3.1），同时切换液路切换模块（18）管路，使液体交换罐（3）中的热交换液体（1.6）导入第一吸湿模块（1）中，完成吸湿模块的除湿功能和干燥功能的互换；

4）第一气体切换模块（6）和第二气体切换模块（7）进行模式切换，制冷模块（4）和制热模块（5）的输入管路通过液路切换模块（18），完成模式切换；

5）当再次监控到变压器为吸气状态时，启动制冷模块（4）和制热模块（5），使当前除湿功能的吸湿模块进行气体冷凝除湿，当前干燥功能的吸湿模块对上一次作为除湿功能时，凝结在冷凝管（1.5）的水露进行烘干形成气体并排出壳体（14）。