一種變壓器免維護呼吸器的自動控制系統的制作方法

一種變壓器免維護呼吸器的自動控制系統的制作方法
【專利摘要】提出了一種變壓器免維護呼吸器的自動控制系統，屬于變壓器及自動控制領域。該系統包括變壓器部分、感測部分以及微波部分，其中，變壓器部分包括要被加熱的呼吸器，感測部分用于感測氣體流向及流量、氣流溫度以及重量，微波部分用于根據感測部分的感測結果自動控制其中的磁控管的工作狀態和功率檔位。本方案解決了保證了呼吸器中硅膠的最佳自動再生效果，能夠保障變壓器的運行的可靠性，并避免更換硅膠對工作人員人身健康和生態環境可能造成的危害。
【專利說明】
一種變壓器免維護呼吸器的自動控制系統
技術領域
[0001] 本發明涉及變壓器呼吸器及自動控制技術領域，尤其涉及一種變壓器免維護呼吸 器的自動控制系統。
【背景技術】
[0002] 對于充油變壓器，特別是大型充油變壓器，內部的絕緣油會隨著溫度變化產生明 顯的熱脹冷縮現象，這種現象源自環境溫度變化、太陽照射或變壓器負載變化的綜合影響。 充油變壓器中包括呼吸器，它又稱為除潮器，其內部為變色硅膠，用于吸附空氣中進入油枕 內部水蒸氣，確保進入油枕的空氣保持干燥。傳統呼吸器是充油變壓器維護頻率最高的重 要附屬部件。更換傳統呼吸器的工作較為繁瑣，規程規定工作過程必須將主變重瓦保護退 出，必然會降低變壓器的運行可靠性。由于普遍使用的藍色變色硅膠里含有有毒性的氯化 鈷，接觸硅膠可能會直接危害人體健康，更換下來的硅膠也會對接觸者和生態環境造成危 害。
[0003] 現有的免維護呼吸器加熱原理大多采用了熱源直接接觸式加熱。對于吸水后的硅 膠，急劇干燥硅膠顆粒內部水分的快速氣化，會導致硅膠內部壓力激增而爆裂的危險。同 時，對于藍膠指示劑或變色硅膠，脫附再生的溫度超過120Γ，會因氯化鈷（顯色劑）的逐漸 氧化而失去變色作用。所以直接接觸式加熱存在硅膠加熱緩慢、加熱不均勻、硅膠顆粒爆裂 率較高的、溫度控制失靈時顯色劑由于高溫而逐漸氧化而失去變色作用的缺點。
[0004] 微波是指頻率為300MHz~300GHz的電磁波，它具有很強的穿透能力，微波加熱不 同于一般的加熱，一般的接觸式加熱是由外部熱源通過熱輻射由表及里的傳導式加熱，而 微波加熱是材料在電磁場中由介質損耗而引起的整體加熱，即將電磁能直接傳遞給被加熱 的物質分子，使分子以極高的速度震動并產生熱效應，使被加熱的物質內部和表面的溫度 同時迅速上升，因此可使受熱物體中水分快速蒸發而達到干燥。微波加熱是硅膠加熱再生 的最佳加熱方式。
[0005] 然而，現有的在線微波加熱變壓器呼吸器，加熱控制采用的是手動控制或遠程手 動控制，其加熱再生的工作過程不能實現自動控制。加熱過程同樣存在急劇干燥急劇加熱 硅膠顆粒內部水分的快速氣化，會導致硅膠內部壓力激增而爆裂的危險。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于克服現有技術中存在的上述問題，提供一種用于自動維護微波 加熱再生變壓器呼吸器硅膠的自動控制系統。
[0007] 為實現以上目的，提出一種變壓器呼吸器的自動控制系統，所述自動控制系統包 括變壓器部分、感測部分以及微波部分;其中：所述變壓器部分包括呼吸器，所述呼吸器包 括硅膠及其容器以及將該容器進行密封的上下密封法蘭;所述微波部分包括金屬材質的微 波屏蔽內罩和外罩，其中所述硅膠及其容器以及上下密封法蘭均位于微波屏蔽內罩中，在 金屬外罩的兩側分別具有一個微波發射裝置，所述微波發射裝置包括磁控管的控制裝置、 磁控管以及微波導管，其中所述磁控管的控制裝置連接至所述磁控管，且所述微波導管連 通微波屏蔽外罩和內罩以將微波傳遞至位于所述內罩中的硅膠及其容器;所述感測部分包 括感溫探頭、氣流流向和流量檢測器以及高精度計重器;所述感溫探頭用于測量所述呼吸 器呼出氣體的溫度tii，所述氣流流向和流量檢測器用于測量所述呼吸器內部的氣體流向和 流量Qii，所述高精度計重器用于測量硅膠及其容器以及附件的重量Wii;所述感測部分連接 至所述微波部分，用于將所述測量出的溫度、氣體流向和流量以及重量發送至磁控管的控 制裝置；以及所述磁控管的控制裝置用于根據所述測量出硅膠及其容器以及附件的重量、 氣體流向和流量、氣體溫度，控制磁控管的功率檔位。
[0008] 根據本發明的一個方面，所述磁控管的控制裝置還用于根據最佳適配比例系數K、 啟動微波加熱時的等效完全吸水硅膠與整體硅膠的比例、以及啟動微波加熱時硅膠變色的 比例設置所述磁控管的最高檔輸出功率，其中K為表示磁控管的最高檔輸出功率與硅膠等 效完全吸水重量的比例系數。
[0009] 根據本發明的一個方面，所述K的取值為150W/500g，啟動微波加熱時完全吸水的 硅膠與整體硅膠的比例為1 /3，對應啟動微波加熱時硅膠變色的比例為1 /2:
[0010] W吸=ff干 χ?/3 (公式 1)
[0011]由此，每個磁控管的最大輸出功率為：
[0012] Ρ?= 1/2 xm及 X 150/500 = 1/2 XW干 X 1/3X150/500 = 0.05W干
[0013] 推導結果為:1^=0.051 干 （公式2)
[0014] 其中，W吸為啟動微波加熱的完全吸水硅膠重量，單位按克(g)計算;W干為干燥硅膠 初始總體重量，單位按克(g)計算;P磁為每個磁控管的最大輸出功率，單位按瓦特(W)計算。
[0015] 根據本發明的一個方面，所述控制裝置中存儲有啟動微波加熱時的重量閾值W啟n、 呼吸器內的氣流方向和流量閾值Q啟以及呼出氣流溫度的閾值t啟;所述控制裝置用于判斷當 測量出的硅膠及其容器以及附件的重量W測增加并滿足W測多W啟n、測量出的呼吸器內氣流方 向為流出呼吸器且流量Q測彡Q啟、以及測量出的呼出氣流溫度t測<t啟時，啟動磁控管以最大 輸出功率Ρ?!即最高檔的功率檔位工作。
[0016] 根據本發明的一個方面，所述磁控管的功率檔位包括Ν個檔位，最高檔為Ν檔，最低 檔1檔，其中第η檔(1 < η < Ν)的功率Ρη*:
[0017] pji=N*Pfee
[0018] 根據本發明的一個方面，所述控制裝置中還存儲有與所述功率檔位對應的重量閾 值W;gn，且W啟n>W啟( η-υ。所述控制裝置用于當測量出的硅膠及其容器以及附件的重量W測滿足 增加并達到彡W啟ν，且處于范圍內，并且測量出的呼吸器內氣流方向為流出呼吸 器且流量Qii多Q啟、以及測量出的呼出氣流溫度_< t啟時，控制磁控管啟動并在最高檔N檔的 功率檔位工作;控制磁控管啟動后，并當測量出的硅膠及其容器以及附件的重量W測滿足W;g n 彡W測〉W啟(η-υ時，η處于范圍2 < η < Ν-1內，并且測量出的呼吸器內氣流方向為流出呼吸器且 流量Q測多Q啟、以及測量出的呼出氣流溫度t測<t啟時，控制磁控管在第η檔的功率檔位工作； 控制磁控管啟動后，并當測量出的硅膠及其容器以及附件的重量W測滿足彡Wii>W停時，并 且測量出的呼吸器內氣流方向為流出呼吸器且流量Qii多Q啟、以及測量出的呼出氣流溫度t測 <t啟時，控制磁控管在最低檔1檔的功率檔位工作，其中W停是停止加熱時對應的重量閾值， 且W停 <胃啟1。
[0019] 根據本發明的一個方面，當隨著加熱的進行，測量出的硅膠及其容器以及附件的 重量W測逐漸降低，并同時滿足測量出的呼吸器內氣流方向為流出呼吸器且流量Qii多Q啟、以 及測量出的呼出氣流溫度t測<t啟時，所述控制裝置用于控制磁控管以逐漸降低的功率檔位 工作。
[0020] 根據本發明的一個方面，當測量出的硅膠及其容器以及附件的重量Wii降低至Wii< W鐘寸，其中W停為停止加熱時對應的重量閾值，所述控制裝置用于控制磁控管停止工作。
[0021] 根據本發明的一個方面，所述控制裝置用于當判斷滿足以下任一條件時，控制磁 控管停止工作:測量出的硅膠及其容器以及附件的重量W測增加但未達到啟動微波加熱時的 重量閾值W啟N之前，即不滿足Wil彡W啟N ;測量出的硅膠及其容器以及附件的重量W?達到啟動微 波加熱時的重量閾值W啟N之后，即滿足評測多W啟N啟動微波加熱之后，水分逐漸排出，Wil降低至 WiiSW停，其中W停為停止加熱時對應的重量閾值;測量出的氣體流向為流入呼吸器;測量出的 氣體流向為流出呼吸器，且流量Qii< Q啟;測量出的呼出氣流溫度t啟。
[0022] 根據本發明的一個方面，WHN=WB+W++zvw='Wfrt+W ++'W+X 孓 X15%=\￥w+ ri ￡ 11 L05W千；評紅二撕咐+界干+瓦X厶W=W*+W于十瓦XW于.X 3 X15%= (1十n X〇.〇5) WV fw?;其中，AW為達到啟動條件的硅膠吸水分后增加的重量，單位按克(g)計算;W干為干燥 硅膠初始重量，單位按克(g)計算;W附為硅膠容器及其全部附件的重量，單位按克(g)計算； Wrn為最高檔檔啟動工作的設定重量，單位按克(g)計算;W&為第η檔(N多η多1)啟動工作的 設定重量，單位按克(g)計算;W停=W附+W=p+8，其中8為整體測量誤差，單位按克(g)計算。
[0023] 根據本發明的一個方面，所述控制裝置用于根據整體誤差確定最大檔位數的取值 范圍：最大檔位數N的理論取值范圍：33+的整數，其中W干為干燥硅膠初始重量，單 位按克(g)計算。
[0024] 根據本發明的一個方面，所述自動控制系統還包括時間控制器，用于設置時間間 隔t;
[0025] 所述磁控管的控制裝置用于根據時間控制器的設置，當控制磁控管在某一功率檔 位工作時，間歇地啟動磁控管進行加熱，即導通并啟動加熱一時間段t、斷開并停止加熱一 時間段t循環往復進行。
[0026] 根據本發明的一個方面，所述自動控制系統還包括用于托起呼吸器硅膠容器的支 撐桿及硅膠容器上下法蘭的緊固螺桿及其螺母和橡膠墊片;所述支撐桿在微波屏蔽內罩內 的部分采用非金屬材料制成，在微波屏蔽內罩和外罩之間的部分采用金屬材料制成，兩部 分的結合方式采用拔插式結合;并且所述支撐桿可為三個，均勻分布在上下密封法蘭四周 并通過與上下密封法蘭固定在一起，支撐桿的在微波屏蔽內罩和外罩部分支撐于所述高精 度計重器上，以便高精度計重器測量硅膠及其容器以及附件的重量。
[0027] 根據本發明的一個方面，所述自動控制系統還包括連接至上下密封法蘭的外接端 的軟導管以減少對重量測量的影響。
[0028] 根據本發明的一個方面，所述控制裝置用于存儲海拔高度、沸點以及相應的呼出 氣流溫度的閾值tg的對應關系表，并根據所在地的海拔高度和沸點確定要采用的呼出氣流 溫度的闡值t啟。
[0029] 由此可見，本發明利用變壓器內部的絕緣油隨著溫度變化產生明顯的熱脹冷縮現 象，即，變壓器由于環境溫度、風速、太陽照射、變壓器負載幾種因素（其中環境溫度和負載 因素影響較大，而且這兩個因素影響在時間上和增減趨勢上都是基本同步的，可簡單疊加 計算)的綜合作用導致變壓器油位的變化，油位降低空氣流進呼吸器，干燥劑將進入變壓器 的空氣中的水分吸附后重量增加，在干燥劑達到設定的吸濕程度的條件下，利用油位上升 從呼吸器流出的空氣，啟動微波加熱，將蒸發的水分帶出呼吸器，起到往復循環，干燥劑自 動再生的目的。本發明采用了一種支持該系統工作的特有的裝置，并在加熱控制方式上采 用了特有的自動分析控制，對于輸出的微波功率進行了優化匹配，考慮了三種因素（用重量 變化反映的干燥劑吸濕程度、呼吸器內氣流方向及流量、呼出氣流溫度)并在時間上加以控 制，保證了最佳的再生效果。因此，能夠保障變壓器的運行的可靠性，避免更換硅膠對工作 人員人身健康和生態環境可能造成的危害。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發明提出的變壓器呼吸器的自動控制系統的整體結構示意圖；
[0031 ]圖2是上下密封法蘭的立體示意圖；
[0032]圖3是通風網架的立體示意圖；
[0033]圖4是圓環形密封墊片的立體示意圖；
[0034]圖5是連接法蘭的立體示意圖；
[0035]圖6是多層滾珠軸承的結構示意圖；
[0036]圖7是金屬材質的連接導管的立體示意圖；
[0037]圖8是帶有穿孔的圓環形密封墊片的立體示意圖；
[0038]圖9是支撐桿的立體示意圖；
[0039] 圖10是微波屏蔽罩及控制發射的相關裝置的立體示意圖；
[0040] 圖11是所述自動控制系統的控制結構圖；
[0041 ]圖12是所述自動控制系統的控制原理圖；
[0042]圖13示出了干燥劑重量變化啟動元件S1的特性；
[0043]圖14示出了流量啟動元件K4的特性；
[0044]圖15示出了所述溫度啟動元件K5的特性；
[0045] 圖16示出了檔位選擇元件Kn、的特性；
[0046] 圖17是啟動的上限溫度與海拔、沸點的對應關系圖；
[0047] 圖18是時間控制器的導通斷開狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0048] 以下所述為本發明的較佳實施實例，并不因此而限定本發明的保護范圍。
[0049] 如圖1所示，本發明提出的變壓器呼吸器的自動控制系統包括變壓器部分、感測部 分以及微波部分。
[0050] 其中，變壓器部分包括：
[0051] 上下敞口式玻璃筒1，其內部為變色硅膠顆粒。具體地，其內部的硅膠重量按照變 壓器容量確定，玻璃筒直徑與高度比例按照硅膠重量采用現有技術或經驗值確定，具體確 定方式由于不屬于本發明的重點改進范圍，這里不再贅述。所述上下敞口式玻璃筒1即為硅 膠的容器。
[0052]圓環形密封墊片2,根據一個實施例，它可采用硫化硅橡膠材質制成。具體地，該元 件的立體示意圖可參見圖4所示。
[0053]通風網架3,用于支撐玻璃筒內硅膠顆粒，根據一個實施例，它可采用聚丙烯材質 制成。該元件的立體示意圖參見圖3所示。
[0054]上下密封法蘭4,根據一個實施例，它可采用聚丙烯材質制成。該元件的立體示意 圖參見圖2所示。所述上下密封法蘭用于對硅膠的容器進行密封，當然，上（下）密封法蘭的 上(下)端開口還通過下文所述的抱箍或扎帶5與軟導管6固定，以進行氣體的流通。
[0055] 抱箍或扎帶5,用于緊固并密封接縫，根據一個實施例，它可采用聚丙烯材質制成。
[0056] 軟導管6，根據一個實施例，它采用硫化硅橡膠材質制成。使用軟性材料，在測量硅 膠吸水前后重量變化時，對變色硅膠重量測量幾乎不產生影響。
[0057]連接法蘭7,根據一個實施例，它采用聚丙烯材質制成。該元件立體示意圖參見圖5 所示。
[0058]金屬材質的連接導管8,用于連接微波屏蔽內罩14與微波屏蔽外罩15之間的呼吸 器通道。該元件的立體示意圖參見圖7所示。
[0059] 帶有穿孔的圓環形密封墊片9,在一個實施例中，它可采用硫化硅橡膠材質制成。 該元件的立體示意圖參見圖8所示。
[0060] 金屬材質的用于連接變壓器油枕的法蘭及導管10,該元件與現有裝置可直接或間 接連接，它不屬于本發明重點改進之處，這里不再贅述。
[0061] 金屬材質的用于連接獨立油封杯13的法蘭及導管11，該元件與現有裝置可直接或 間接連接，它不屬于本發明重點改進之處，這里不再贅述。
[0062]變壓器油枕12,該元件為現有裝置，這里不再贅述。
[0063] 獨立油封杯13,該元件為現有裝置，這里不再贅述。
[0064] 此外，還包括金屬材質的螺桿及其螺母，它可采用聚丙烯材質制成，墊片，它可采 用硫化硅橡膠材質，這些元件用于固定及緊固連接導管8、內外罩連接法蘭7以及油封杯連 接法蘭11。
[0065] 其中，所述變壓器中包含的呼吸器可以被認為是在下文所述的微波屏蔽內罩14中 的部分。當然，根據需要，也可以加入除了內罩內的元件外的其它元件。
[0066]微波部分包括：
[0067] 金屬材質的微波屏蔽內罩14,該元件的立體示意圖見圖10。
[0068] 金屬材質的微波屏蔽外罩15,該元件的立體示意圖見圖10。
[0069] 微波發生裝置即磁控管的電源及控制裝置16,該元件的立體示意圖見圖10。
[0070] 微波發生裝置即磁控管17,該元件的立體示意圖見圖10,所述磁控管的輸出功率 的選擇與硅膠總重量相關聯。
[0071] 微波導管18,該元件的立體示意圖見圖10。
[0072] 金屬材質的微波發生集成裝置外罩19,該元件的立體示意圖見圖10。
[0073]微波爐腔通風槽口 20,用于微波爐腔內部與外部空氣進行通風的槽口。微波加熱 后內外溫差會導致內外壓力差，通風槽口可避免壓力差對屏蔽罩的損壞。
[0074] 防塵濾網21，用于過濾通風過程中空氣中的塵埃，保持內部清潔。
[0075] 微波屏蔽罩通風口 22,用于呼吸器內部的空氣通風的槽口。變壓器油隨著溫度變 化熱脹冷縮，造成油枕油位變化，呼吸器的作用就是過濾進入油枕的空氣中的水分，呼吸器 通道必須保持導通狀態。
[0076]除此之外，微波部分還包括電源及控制輸入配線29以及電源及控制輸出配線30。
[0077]從圖1和10可以看到，在呼吸器兩側具有兩個微波發生裝置，每一個微波發生裝置 都可由元件16-19以及29、30中的一個或多個元件組成。
[0078]感測部分包括：
[0079] 感溫探頭23及其傳輸線，所述傳輸線通過硅膠墊片引出，所述感溫探頭用于測量 呼吸器呼出氣體的溫度，測量值會通過其傳輸線發送至微波電源及控制裝置，例如磁控管 的電源及控制裝置16。
[0080] 氣流流向和流量檢測器24及其傳輸線。所述傳輸線通過硅膠墊片引出，用于監測 呼吸器內部氣體流向和流量，測量值會通過其傳輸線發送至微波電源及控制裝置，例如磁 控管的電源及控制裝置16。
[0081] 用于托起呼吸器硅膠容器的支撐桿及硅膠容器上下法蘭的緊固螺桿及其螺母(可 采用聚丙烯材質制成)和橡膠墊片(可采用硫化硅橡膠材質制成)26。為了最大程度地屏蔽 微波，它可采用兩種材料制成，在微波屏蔽罩內的支桿采用非金屬材料(諸如采用聚丙烯材 材質制成），在微波屏蔽夾層的材料采用金屬材料，兩種材料的結合方式采用拔插式結合。 該元件的立體示意圖見圖9,其中，上半部分為非金屬材料，下半部分為金屬材料，兩者通過 插拔式結構組裝在一起。如圖9、10所示，所述支撐桿可為三個，均勻分布在上下密封法蘭4 四周并通過緊固螺桿、螺母、橡膠墊盤等與密封法蘭固定在一起，支撐桿的下半部分(在微 波屏蔽夾層中）支撐于下文所述的高精度計重器28上，這樣高精度計重器28如下文所述便 可測量硅膠及其容器以及附件的重量。
[0082]多層滾珠軸承27，用于固定支撐桿26，多層滾珠軸承可使其保持直立狀態，并可使 其摩擦力降低至可忽略不計，保證變色硅膠重量的精確測量，該元件的結構示意圖見圖6。 [0083]高精度計重器28,用于測量變色硅膠及其容器以及附件的重量，其測量值被發送 至微波控制裝置，例如磁控管的電源及控制裝置16。
[0084]下面參考圖11，對本自動控制系統的控制結構進行描述。
[0085] 所述控制結構包括三部分，感測部分110、微波控制部分111以及執行部分112。 [0086] 其中，感測部分110包括上述高精度計重器28、氣流流向和流量檢測器24以及感溫 探頭23。所述高精度計重器28用于感測干燥劑及其容器、附件的整體重量Wii;所述氣流流向 和流量檢測器24用于感測呼吸器內氣流方向及流量Ο?;所述感溫探頭23用于感測呼吸器內 氣流的溫度1?。
[0087] 所述感測部分110將感測出的結果發送給磁控管控制裝置16,由所述微波控制部 分111根據感測出的重量變化、氣流方向及流量、溫度，控制執行部分112加以執行。
[0088] 執行部分112包括處于多個狀態或者不同檔位工作的磁控管17,如圖11所示，磁控 管17可在最高檔即第N檔工作，也可在最高檔即第N檔與最小檔即第1檔之間的任一檔位即 第η檔工作。
[0089] 下面參考圖12,對本自動控制系統的控制原理進行描述。其中，附圖標記120-123 分別表示控制正極、控制負極、工作正極以及工作負極。
[0090] Μ表示門開關。微波爐腔門打開，則Μ打開，微波爐腔門關閉，則Μ閉合。
[0091] 接下來，我們對圖12中的干燥劑重量變化啟動元件Sl(參見圖12)，以及檔位選擇 元件(參見圖12中的ΚΝ、···Κ η、…Ki元件）的閉合或斷開時機進行描述。為此，我們首先討論磁 控管17的最大輸出功率的計算方法。
[0092] -并參見圖10可知，所述呼吸器兩側均勻分布兩個微波發生裝置，為了使得微波 發生裝置的輸出功率與硅膠最大吸水重量相適配，提出了最佳適配比例系數K的概念(K表 示磁控管的最高檔輸出功率與硅膠最大吸水重量的比例系數。）按照經驗取值設定K值為 150W/500g，規程要求硅膠容器中2/3的硅膠吸水變色后更換干燥硅膠，啟動加熱再生應在 小于或等于2/3的硅膠變色開始工作，考慮加熱后水蒸氣有反向擴散(即向油枕內部方向擴 散)的效應，選擇1/2變色開始加熱為宜(該數據合理，但不是唯一選擇，經驗取值范圍為1/2 ±1/10)，對應的完全吸水硅膠約為整體1/3(該數據合理，但不是唯一選擇，經驗取值范圍 為1/3±1/15)，由此更換硅膠的啟動加熱的完全吸水硅膠重量：
[0093] W吸=ff干 χ?/3 (公式 1)
[0094] 由此，每個磁控管17(如附圖1所示:共兩個，兩側各一個)的最大輸出功率：
[0095] Ρ?=1/2Χ1ι及 X150/500 = 1/2XW干 X1/3X150/500 = 0.05W干
[0096] 推導結果為:Pii=0.05W干 （公式2)
[0097] 其中，W吸為啟動加熱的完全吸水硅膠重量，單位按克(g)計算；
[0098] W干為干燥硅膠初始總體重量，單位按克(g)計算；
[0099] Pit為單個磁控管17的最大輸出功率，單位按瓦特(W)計算。
[0100] 此外，急劇加熱硅膠顆粒內部水分的快速氣化，會導致硅膠內部壓力激增而爆裂， 采用間歇式加熱，工作方式采用間隔時間t(設定20秒)的間歇，即加熱t時長，停止t時長，間 歇加熱，逐步升溫。
[0101 ]對于變壓器呼吸器而言，如果啟動值設定的過低，則會使微波加熱頻繁啟動，如上 文所述，硅膠容器中2/3的硅膠吸水變色后更換干燥硅膠，要達到這樣的吸水程度，按照運 行經驗，時間至少需要一兩個月，多則需要一年以上。設定啟動值，使其既滿足了現場規程 的要求，又可避免微波加熱裝置頻繁啟動。達到啟動值后，利用流出的氣流，一般需連續加 熱約5小時即可將水分全部排出，5個小時的排氣一般需要2~3天的時間，也就是說，當達到 啟動條件后，一般只需要2~3天的時間就可將幾個月甚至一年時間吸附的水分全部排出， 干燥劑得到了再生。
[0102] 接下來，我們討論三個控制輸入量之一:干燥劑及其容器、附件的整體重量高精度 計重器28的測量值W測，以及基于測量值Wii確定的元件S1和1的相應狀態。
[0103] 根據干燥劑性能，即最大吸水濕度30%RH，占重量的15%。如上文所述，硅膠容器 中2/3的硅膠吸水變色后更換干燥硅膠，啟動加熱再生應在小于或等于2/3的硅膠變色開始 工作，考慮加熱后水蒸氣有反向擴散(即向油枕內部方向擴散)的效應，選擇1/2變色開始加 熱為宜（該數據合理，但不是唯一選擇，經驗取值范圍為1/2± 1/10)，對應的完全吸水硅膠 折合約為整體1/3(該數據合理，但不是唯一選擇，經驗取值范圍為1/3±1/15)。
[0104] 由此，根據硅膠重量測量值作為啟動加熱再生的條件，變色達到硅膠的1/2時，設 定為微波加熱的啟動條件，即：折合約為整體1/3硅膠達到完全吸水狀態，也就是說占整體 1/3的硅膠吸水后重量增加了15% :
[0105]
[0106] 由此，最高檔即第_當的啟動條件可總結為：
[0107]
[0108] 推導結果:W啟N=1.05W干+W附 （公式3)
[0109] 第N-1檔啟動的條件為：當吸收的水分重量排出|后，第N-1檔開始啟動工作。由 此：
[0110]
[0111]
[0112] 第N-2檔啟動的條件為：當吸收的水分重量排出I后，第N-2檔開始啟動工作。由 此：
[0113]
[0114]
[0115] 依次類推，檔位總數N彡1的自然數，第η檔(N彡η彡1)的通用計算公式為：
[0116]
Π
[0117] 推導結果：Wen= (1十Ν-Χ0.05) W干+W附 （公式6)
[0118] 由此最低檔1檔的計算公式為：
[0119]
[0120]
[0121] 停運重量值的確定原則為:硅膠軟導管的測量誤差(試驗表明為5g以內）加計重器 本身的測量誤差（采用高精度計重器誤差1/10000,可忽略不計），對于大型變壓器 (180000kVA以上充油變壓器），硅膠重量最大的規格為10kg，由此，整體誤差設定按8g計算 (該數據合理，但不是唯一選擇，理論取值范圍大于等于6克）。由此：
[0122] w停=_+W干+8 (公式 8)
[0123] 其中，AW為達到啟動條件的硅膠吸水分后增加的重量，單位按克(g)計算；
[0124] W干為干燥硅膠初始重量，單位按克(g)計算；
[0125] W附為硅膠容器及其全部附件的重量，單位按克(g)計算；
[0126] W啟N為最高檔檔啟動工作的設定重量，單位按克(g)計算；
[0127] W啟(Ν-υ為第(N-1)檔啟動工作的設定重量，單位按克(g)計算；
[0128] W啟(nd為第(N-2)檔啟動工作的設定重量，單位按克(g)計算；
[0129] W;gn為第η檔(N彡η彡1)啟動工作的設定重量，單位按克(g)計算；
[0130] WiS最低檔1檔啟動工作的設定重量，單位按克(g)計算；
[0131] W停為停止工作的設定重量，單位按克(g)計算。
[0132] 下面我們參見圖12描述干燥劑重量變化啟動元件S1的特性。
[0133] 加熱再生的啟動條件，對應的判別元件為附圖12中干燥劑重量變化啟動元件S1， 其動作特性設定為：啟動元件S1初始狀態為斷開狀態，當滿足W測啟n條件后，啟動元件S1 閉合并保持，其他條件(流向流量啟動元件K4,溫度啟動元件K5,這將在下文進行描述)相應 滿足后，微波加熱啟動，水分按檔位逐漸排出，當W測SWffB寸，元件S1斷開并保持。S1元件特性 見圖13所示(其特性類似過量保護的繼電器動作特性，其返回值/動作值小于1，即W停/^啟小 于1)。如圖13所示，當檢測到的重量W測從小于W停逐漸增加到大于等于W啟n時，S1的接點閉合； 當檢測到的重量W測從大于W啟n逐漸減少到小于等于W停時，S1的接點斷開。
[0134] 當干燥劑吸水后重量增加達到啟動條件(附圖12中干燥劑重量變化啟動元件S1閉 合)時，其他條件(流向流量啟動元件K4，溫度啟動元件K5，這將在下文進行描述)相應滿足 后，微波加熱開始，硅膠吸附的水分隨呼出氣流排出，重量減輕，為了保證加熱輸出總功率 與達到最大吸水濕度的硅膠重量的比例盡量接近最佳適配比例系數K，如上文所述，采用多 檔加熱（總檔數設為N，N為大于等于1的自然數，最高檔為N，每檔功率按最大功率的1/N遞 減，本發明以設定大于等于三檔為例說明，且設定應用于硅膠總重量在lkg以上的呼吸器）。 設定N個檔位工作范圍分別對應附圖12中檔位范圍選擇開關元件:K N、Kn、Kn-2、…、Kn…、Ki。
[0135] 其工作過程描述如下：當干燥劑吸水后重量增加達到啟動條件時（附圖12中干燥 劑重量變化啟動元件S1閉合），最高檔N檔條件（附圖12中第N檔范圍選擇開關元件K N、流向 流量啟動元件K4、溫度啟動元件K5都閉合)滿足后，即可啟動第N檔按照最大輸出功率間歇 加熱（間歇周期20秒）。水分開始排出，重量減小，當吸收的水分重量排出^后，第(N-1)檔條 .N 件（附圖12中第N-1檔范圍選擇開關元件Kn-i、流向流量啟動元件K4、溫度啟動元件K5都閉 合)滿足，第(N-1)檔按照最大輸出功率的￥進行間歇加熱（間歇周期20秒）。重量繼續減 小，當吸收的水分重量再度排出4后，第(N-2)檔條件(附圖12中第N-2檔范圍選擇開關元件 KN-2、流向流量啟動元件K4、溫度啟動元件K5都閉合)滿足，第(N-2)檔按照最大輸出功率的 ￥進行間歇加熱（間歇周期20秒）。以此類推，檔位為n(N多η多1的自然數），第η檔則按照 最大輸出功率的^進行間歇加熱（間歇周期20秒）。直到最小檔1檔按照最大輸出功率的$進 JN 行間歇加熱（間歇周期20秒）。直到硅膠重量測量值（附圖1中的元件28測量值W測)小于等于 停運重量值WffB寸，停止加熱，娃|父干燥劑加熱再生過程完成。
[0136] 結合上述工作過程，參見圖12描述檔位選擇元件(Kn、…Κη、···Κι元件)的特性。
[0137] 圖12中ΚΝ元件即最高檔第Ν檔范圍選擇開關元件。高精度計重器28檢測到干燥劑 及其容器整體重量值Wii，當w測處于Wii>w啟(N-υ范圍內時，κ Ν閉合，在上述范圍之外時，κΝ斷 開。
[0138]圖12中Kn元件即通用變量第η檔范圍選擇開關元件，η取值范圍為N彡η彡1的自然 數。高精度計重器28檢測到干燥劑及其容器整體重量值_，當Wii處于W；gn》Wii>W啟(η-υ區間 內時，Κ η閉合，在上述區間之外時，Κη斷開。
[0139] 圖12中心元件即最低檔第1檔范圍選擇元件。高精度計重器28檢測到干燥劑及其 容器整體重量值W測，當W測處于彡WM>W停區間內時，Ki閉合，在上述區間之外時，Ki斷開。
[0140] 所述檔位選擇元件Kn、···!(!!、…!^的特性示意圖可參見圖16所示。
[0141]下面，我們討論檔位數N的取值范圍。由于如上文所述，整體誤差設定按8g計算(該 數據合理，但不是唯一選擇，理論取值范圍大于等于6克），相鄰檔位之間的啟動值之差滿足 大于等于8g的條件，否則可能會產生由于測量誤差而導致的檔位不能自動切換，即每檔排 出的水分重量至少8g。由此，再根據干燥劑性能:最大吸水濕度30%RH，占重量的15%，完全 吸收8g水分對應的干燥硅膠的重量53.33g，由此推導，最大檔位數N的理論取值范圍：N 醒。
[0142] 接下來，我們討論三個控制輸入量之二:呼吸器內氣流方向及流量〇1，即由氣流流 向和流量檢測器24檢測的氣流方向及流量，以及基于檢測結果確定的圖12中流向流量啟動 元件K4的狀態。
[0143] 變壓器呼吸器流通的氣體是往復雙向循環的，這種現象源自環境溫度、風速、太陽 照射、變壓器負載幾種因素的綜合作用導致變壓器油位的變化，氣流流向探測頭會檢測氣 體流向變化。油位降低，內部壓力小于外部壓力，氣體流入呼吸器，微波加熱裝置停止工作， 硅膠處于工作狀態，吸附流入氣流中的水蒸汽；油位升高，內部壓力大于外部壓力，氣體流 出呼吸器，當同時滿足氣體流量、干燥劑吸水程度、氣流溫度幾個條件的前提下，微波加熱 裝置開始工作，并利用排出的氣流對吸附水蒸氣的硅膠進行干燥再生處理。
[0144] 由于油位變化往往不會是劇烈的，因此呼吸器內的氣流實際流量也很慢，應充分 考慮與干燥劑內水分氣化的速度相匹配，避免水蒸氣回流進入變壓器內部。變壓器油膨脹 系數通常取0.0007每攝氏度，例如25號變壓器油一噸大約有1125升，在每噸油在日溫差10 °C的條件下，每日最高溫度出現時間（約14:00左右)與最低溫度出現時間（約04:00左右）的 間隔時間按8小時計算，平均流量約為0.87升每小時(0.87L/h)。小型變壓器充油量一般來 說1噸左右，大中型充油變壓器充油量可達到十幾噸到幾十噸，平均流量與充油量成正比關 系。
[0145] 流量啟動值0e的計算過程為，在當地的日平均溫差條件下，由變壓器充油重量在 日平均溫差條件下的體積的膨脹而計算得出的平均流量即為流量啟動值Q啟(該數據合理， 但不是唯一選擇，經驗取值不大于在平均值± 20 %以內為宜），也就是說，當排氣流量達到 計算平均值Q啟及以上時，附圖12中的流向流量啟動元件K4閉合。
[0146] Q啟=V油 XX系 Xt差+hn (公式 10)
[0147] 其中，Qg為流量啟動值，單位:升每小時(L/h);
[0148] V油為變壓器充油量的體積，單位為升(L);
[0149] X系為變壓器油膨脹系數，通常取0.0007每攝氏度(0.0007/°C);
[0150] t||為安裝地點的日平均溫差，由氣象數據可查得；
[0151] hpg為每日最高溫度與最低溫度出現時間的間隔時間(通常按8小時計算）。
[0152 ]當空氣流向為流出呼吸器，且流量達到Q啟(單位:L/h)及以上時，則流向流量啟動 元件K4閉合并保持;其他情況，則K4斷開并保持。
[0153] 所述流量啟動元件K4的特性可參見圖14所示。
[0154]接下來，我們討論三個控制輸入量之三:呼出氣流溫度t測(感溫探頭23的測量值）， 以及基于該測量值t測確定的圖12中的溫度啟動元件K5的狀態。
[0155] 對應不同的海拔，水分子會表現出不同的氣化活性，在加熱溫度上升過程也會呈 現不同的活性，由此不同海拔高度對應水的沸點是不同的（如表一所示），活性太強烈會使 硅膠內部壓力激增而爆裂，所以對應不同的海波設定不同的加熱上限溫度，另外硅膠內部 析出的水蒸汽在流通到溫度探頭過程中，溫度會有一定程度的降低，設定呼出氣流上限控 制溫度為對應安裝地點的沸點的比例系數F(取值范圍為0.6~1，設定0.7，即沸點的70 %， 該數據合理，但不是唯一選擇，經驗取值不大于〇. 8為宜），避免硅膠爆裂。
[0156]對應的溫度啟動元件的動作邏輯為:檢測到氣流溫度啟(上限溫度值)時， K5斷開并保持，其他情況，K5閉合并保持。
[0157] 表一:不同海拔高度對應水的沸點、測量溫度(推薦)設定值的對應關系
[0158]
[0159] 安裝地點海拔高度具體數值不在"表一"內，則按照相鄰區間等比線性關系計算得 出，見圖17所顯示的關系曲線。
[0160]所述溫度啟動元件K5的特性參見圖15所示。
[0161] 接下來，我們討論圖12中的時間控制器T。如上文所述，急劇加熱硅膠顆粒內部水 分的快速氣化，會導致硅膠內部壓力激增而爆裂，采用間歇式加熱，工作方式采用間隔時間 t(設定20秒）的間歇，即加熱t時長，停止t時長，間歇加熱，逐步升溫。基于設置的間隔時間 t，確定圖12中時間控制器T的狀態。
[0162] 避免急劇加熱硅膠顆粒內部水分的快速氣化，工作方式采用間歇加熱，間隔時間 設定20秒，即加熱20秒，停止20秒，周期性開閉，逐步升溫。
[0163] 所述時間控制器T用于實現間歇式加熱，初始為斷開狀態，當時間控制器T帶有電 壓后，該元件繼續保持斷開20秒后，導通20秒，再斷開20秒，再導通20秒，周期性開閉，變位 周期為20秒。當外部回路斷開元件失去電壓后，回到初始的斷開狀態。如圖18所示。
[0164] 由此可見，根據圖11所示的結構圖以及圖12所示的原理圖，所述磁控管控制裝置 的控制方法描述如下：當干燥劑吸水后重量增加達到啟動條件(W測多W啟n，附圖12中干燥劑 重量變化啟動元件S1閉合）、空氣流向為流出呼吸器且流量Q測彡Q啟以及呼出氣流溫度tii< t啟時，最高檔N檔條件滿足(附圖12中第N檔范圍選擇開關元件Kn、流向流量啟動元件K4、溫 度啟動元件K5都閉合），即可啟動第N檔按照最大輸出功率并基于時間控制器T的設置間歇 加熱（間歇周期20秒）。水分開始排出，重量減小，當吸收的水分重量排出#后，第(N-l)檔條 件（附圖12中第N-1檔范圍選擇開關元件Kn-i、流向流量啟動元件K4、溫度啟動元件K5都閉 合)滿足時，第(N-1)檔按照最大輸出功率的￥并基于時間控制器T的設置間歇加熱（間歇 周期20秒）。重量繼續減小，當吸收的水分重量再度排出|后，第(N-2)檔條件(附圖12中第 N-2檔范圍選擇開關元件Kn-2、流向流量啟動元件K4、溫度啟動元件K5都閉合)滿足時，第(N-2)檔按照最大輸出功率的^并基于時間控制器T的設置間歇加熱（間歇周期20秒）。以此 類推，檔位為n(N多η多1的自然數)且滿足相應的條件時，第η檔則按照最大輸出功率的f并 基于時間控制器T間歇加熱（間歇周期20秒）。直到最小檔1檔按照最大輸出功率的#并基于 JN 時間控制器T間歇加熱（間歇周期20秒）。最后，當硅膠及其容器、附件等重量測量值(高精度 計重器28的測量值Wii)小于等于停運重量值W停時，停止加熱，硅膠干燥劑加熱再生過程完 成。直到干燥劑吸水后重量再次增加達到啟動條件時，則再次按照從高檔到低檔的檔位順 序依次啟動上述加熱再生過程。啟動條件見表二:工作條件對應關系表。
[0165]
[?'???」 吆汪息，不友明所提出的具懷頭施萬瓦及吆用領頌1 乂艿諷明的目的，開個作艿對 本發明保護范圍的限制，本領域技術人員可對本發明的【具體實施方式】進行修改以滿足實際 需要。
【主權項】
1. 一種變壓器免維護呼吸器的自動控制系統，其特征在于： 所述自動控制系統包括變壓器部分、感測部分W及微波部分;其中： 所述變壓器部分包括呼吸器，所述呼吸器包括硅膠及其容器W及將該容器進行密封的 上下密封法蘭； 所述微波部分包括金屬材質的微波屏蔽內罩和外罩，其中所述硅膠及其容器W及上下 密封法蘭均位于微波屏蔽內罩中，在金屬外罩的兩側分別具有一個微波發射裝置，所述微 波發射裝置包括磁控管的控制裝置、磁控管W及微波導管，其中所述磁控管的控制裝置連 接至所述磁控管，且所述微波導管連通微波屏蔽外罩和內罩W將微波傳遞至位于所述內罩 中的硅膠及其容器； 所述感測部分包括感溫探頭、氣流流向和流量檢測器W及高精度計重器;所述感溫探 頭用于測量所述呼吸器呼出氣體的溫度tii，所述氣流流向和流量檢測器用于測量所述呼吸 器內部的氣體流向和流量0測，所述高精度計重器用于測量硅膠及其容器W及附件的重量 胖測； 所述感測部分連接至所述微波部分，用于將所述測量出的溫度、氣體流向和流量W及 重量發送至磁控管的控制裝置；W及 所述磁控管的控制裝置用于根據所述測量出的溫度、氣體流向和流量W及重量，控制 磁控管的功率檔位。2. 根據權利要求1的自動控制系統，其特征在于： 所述磁控管的控制裝置還用于根據最佳適配比例系數K、啟動微波加熱時的等效完全 吸水硅膠與整體硅膠的比例、W及啟動微波加熱時硅膠變色的比例設置所述磁控管的最高 檔輸出功率，其中K為表示磁控管的最高檔輸出功率與硅膠最大吸水重量的比例系數。3. 根據權利要求2的自動控制系統，其特征在于： 所述K的取值為150W/500g，啟動微波加熱時完全吸水的硅膠與整體硅膠的比例為1 /3， 對應啟動微波加熱時硅膠變色的比例為1 /2: W吸=W干X1/3 (公式1) 由此，每個磁控管的最大輸出功率為： Ρ?= 1/2 XW吸X 150/500 = 1/2 XW干X 1/3 X 150/500 = 0.05W干 推導結果為:Ρ?= 0.05WT (公式2) 其中，W吸為啟動微波加熱的完全吸水硅膠重量，單位按克(g)計算； W干為干燥硅膠初始總體重量，單位按克(g)計算； 巧茲為每個磁控管的最大輸出功率，單位按瓦特(W)計算。4. 根據權利要求1的自動控制系統，其特征在于： 所述控制裝置中存儲有啟動微波加熱時的重量闊值W勵、呼吸器內的氣流方向和流量闊 值Q后W及呼出氣流溫度的闊值t后； 所述控制裝置用于判斷當測量出的硅膠及其容器W及附件的重量W測增加并滿足 W勵、測量出的呼吸器內氣流方向為流出呼吸器且流量嚇食Q后、W及測量出的呼出氣流溫度 tii< t后時，啟動磁控管啟動并W最大輸出功率Pit即最高檔咐當的功率工作。5. 根據權利要求4的自動控制系統，其特征在于： 所述磁控管的功率檔位包括N個檔位，最高檔為N檔，最低檔1檔，其中第η檔（l《n《N) 的功率Pn為： 巧 Pn=立巧K。6. 根據權利要求5的自動控制系統，其特征在于： 所述控制裝置中還存儲有與所述功率檔位對應的重量闊值W陸，且W陸〉W后(n-l): 所述控制裝置用于當測量出的硅膠及其容器W及附件的重量W測滿足增加并達到 >胖勵， 且處于Wii>W；g(N-i)范圍內，并且測量出的呼吸器內氣流方向為流出呼吸器且流量嚇食Q后、W 及測量出的呼出氣流溫度^i< t后時，控制磁控管啟動并在最高檔N檔的功率檔位工作； 控制磁控管啟動后，并當測量出的硅膠及其容器W及附件的重量W測滿足W；gn>Wii> W后(n-i)時，η處于范圍2《n《N-l內，并且測量出的呼吸器內氣流方向為流出呼吸器且流量嚇J 后、W及測量出的呼出氣流溫度煙<*后時，控制磁控管在第η檔的功率檔位工作； 控制磁控管啟動后，并當測量出的硅膠及其容器W及附件的重量W測滿足胖唐>胖測>胖停 時，并且測量出的呼吸器內氣流方向為流出呼吸器且流量嚇1良Q后、W及測量出的呼出氣流 溫度tii<t后時，控制磁控管在最低檔1檔的功率檔位工作，其中W停是停止加熱時對應的重量 闊值，且W停 < 胖后1。7. 根據權利要求4的自動控制系統，其特征在于： 當隨著加熱的進行，測量出的硅膠及其容器W及附件的重量W測逐漸降低，并同時滿足 巧慢出的呼吸器內氣流方向為流出呼吸器且流量頗食Q后、W及測量出的呼出氣流溫度tii< t后時，所述控制裝置用于控制磁控管W逐漸降低的功率檔位工作。8. 根據權利要求6或7的自動控制系統，其特征在于： 當測量出的硅膠及其容器W及附件的重量Wii降低至Wii《W停時，其中W停為停止加熱時對 應的重量闊值，所述控制裝置用于控制磁控管停止工作。9. 根據權利要求4的自動控制系統，其特征在于： 所述控制裝置用于當判斷滿足W下任一條件時，控制磁控管停止工作： 測量出的硅膠及其容器W及附件的重量Wii增加但未達到啟動微波加熱時的重量闊值 W后N之前，即不滿足Wi食W后N ; 測量出的硅膠及其容器W及附件的重量W測達到啟動微波加熱時的重量闊值W勵之后，即 滿足Wi食W勵啟動微波加熱之后，水分逐漸排出，Wii降低至Wii《W停，其中W停為停止加熱時對 應的重量闊值； 測量出的氣體流向為流入呼吸器； 測量出的氣體流向為流出呼吸器，且流量Qi< Q后； 測重出的呼出氣流溫度1測> t后。10. 根據權利要求6的自動控制系統，其特征在于：其中，AW為達到啟動條件的硅膠吸水分后增加的重量，單位按克(g)計算； W干為干燥硅膠初始重量，單位按克(g)計算； W附為硅膠容器及其全部附件的重量，單位按克(g)計算； W后N為最高檔檔啟動工作的設定重量，單位按克(g)計算； W后η為第η檔(N>n>l)啟動工作的設定重量，單位按克(g)計算； W停=W附+W干+8，其中8為整體測量誤差，單位按克(g)計算。11. 根據權利要求6的自動控制系統，其特征在于： 所述控制裝置用于根據整體誤差確定最大檔位數的取值范圍： 最大檔位數N的理論取值范圍：1為.X:;戶的整數，其中W干為干燥硅膠初始重量，單 位按克(g)計算。12. 根據上述任一權利要求的自動控制系統，其特征在于： 所述自動控制系統還包括時間控制器，用于設置時間間隔t; 所述磁控管的控制裝置用于根據時間控制器的設置，當控制磁控管在某一功率檔位工 作時，間歇地啟動磁控管進行加熱，即導通并啟動加熱一時間段t、斷開并停止加熱一時間 段t循環往復進行。13. 根據權利要求1的自動控制系統，其特征在于： 所述自動控制系統還包括用于托起呼吸器硅膠容器的支撐桿及硅膠容器上下法蘭的 緊固螺桿及其螺母和橡膠墊片；所述支撐桿在微波屏蔽內罩內的部分采用非金屬材料制 成，在微波屏蔽內罩和外罩之間的部分采用金屬材料制成，兩部分的結合方式采用拔插式 結合;并且所述支撐桿可為Ξ個，均勻分布在上下密封法蘭四周并通過與上下密封法蘭固 定在一起，支撐桿的在微波屏蔽內罩和外罩部分支撐于所述高精度計重器上，W便高精度 計重器測量硅膠及其容器W及附件的重量。14. 根據權利要求13的自動控制系統，其特征在于： 所述自動控制系統還包括連接至上下密封法蘭的外接端的軟導管W減少對重量測量 的影響。15. 根據權利要求4的自動控制系統，其特征在于： 所述控制裝置用于存儲海拔高度、沸點W及相應的呼出氣流溫度的闊值t后的對應關系 表，并根據所在地的海拔高度和沸點確定要采用的呼出氣流溫度的闊值t后。
【文檔編號】H01F27/14GK105974974SQ201610316933
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】孫瑞龍, 李偉峰, 翟春雨, 李丹丹, 武劍靈
【申請人】孫瑞龍