試論免維護吸濕器及其控制方法

　　摘要：在變壓器技術成熟發展的背景下，免維護吸濕器也逐漸得到了推廣使用。相比于常規的吸濕器，它能夠通過精確感知吸濕硅膠內水分含量的變化，然后自動進行加熱、烘干，保證了吸濕硅膠可以長期、反復使用，達到了免維護的效果。但是這些免維護吸濕器在實際應用中也還存在一些技術缺陷，例如安裝不方便、除濕不理想等。本文針對市面上一些主流免維護吸濕器存在的不足，對其除濕控制系統進行了優化設計，從試驗效果來看解決了上述問題，具有推廣使用價值。

　　關鍵詞：免維護吸濕器;冷凝罩;顏色傳感器;電氣控制

　　引言：近年來電氣自動化控制技術不斷成熟，將其應用到變壓器除濕器中，解決了傳統除濕器需要維護人員手動更換硅膠干燥劑的問題，通過電氣控制加熱元件，對吸濕硅膠進行烘干，既可以減輕維護和管理壓力，又能夠降低使用成本、減少資源消耗，兼顧了經濟效益和環保效益。本文針對免維護吸濕器在自動化控制上存在的不足，提出了一種優化方案，且控制系統的結構簡單，易于維護，控制靈敏度高，實用效果較好。

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　　一、普通免維護吸濕器在應用中存在的問題

　　德國MR公司研發、生產的一種免維護除濕器，其原理是通過在線控制加熱的方式，讓已經接近飽和的吸濕硅膠，通過加熱、烘干將水分蒸發，然后保證吸濕硅膠可以重復吸收空氣水分。從結構組成上來看，在盛放吸濕硅膠的干燥罐內防止空氣濕度檢測器，用于檢測硅膠濕度。如果濕度達到了設定值，則認為硅膠失效;然后將這一信號反饋給控制終端�？刂平K端發送烘干指令，加熱元件通電后，利用高溫將吸濕硅膠內的水分蒸發掉，從而讓吸濕硅膠重復利用。該設備雖然達到了免維護的目的，但是在實際應用中仍然存在一些缺陷，較為突出的有兩個：

　　其一，變壓器儲油柜內的油溫是波動變化的，而油溫的高低變化，會直接導致通氣孔的進氣和出氣也會受到影響，并發生熱脹冷縮。如果除濕器內的加熱元件，正在對吸濕硅膠進行烘干，此時油溫降低，加熱蒸發出來的水蒸氣，可能會被吸入儲油柜內，這樣不僅沒有達到除濕效果，反而會加劇了變壓器受損的概率。其二，除濕器除了進行空氣干燥的作用外，通常還具有空氣除雜作用。因此會在進、出氣位置增加金屬燒結網用來濾除空氣雜質。但是維護人員是無法觀察到金屬燒結網狀態的，隨著時間的延長，越來越多的雜質附著到金屬燒結網上，造成堵塞，引起瓦斯繼電器誤動。

　　二、一種新型免維護吸濕器的設計方案

　　1、結構組成

　　該設備的主要結構包括依次連接的連接法蘭、上連接座、冷凝罩、阻隔件和油杯及放水電磁閥，設置在冷凝罩內的吸濕硅膠和用于對吸濕硅膠進行干燥的加熱裝置，以及設置在冷凝罩外用于控制加熱裝置的控制盒;吸濕硅膠內設置有呼吸管，呼吸管通過吸濕硅膠與進出氣組件的連接端連通;上連接座內設置冷凝腔體，由通氣管道圍成的冷凝腔體的一端與呼吸管的頂端連通，另一端與連接法蘭的法蘭口連通;通氣管道外部對稱設置有半導體制冷片和散熱器;半導體制冷片連接在控制盒的制冷控制端。

　　進出氣組件包括從連接端到自由端依次設置的葉輪腔和過濾腔;葉輪腔內設置有位于進出氣氣流方向上的葉輪;過濾腔下部側壁上開設有若干氣孔。過濾腔的末端連接內部設置加熱片的加熱腔，加熱片由控制盒控制�？刂坪邪�括殼體和設置在殼體內的單片機，以及連接在單片機輸入端用于檢測吸濕硅膠顏色的顏色傳感器;單片機用于對比采集的RGB值與設定的RGB值，并根據對比結果向加熱裝置和半導體制冷片輸出相應的控制指令。

　　2、控制方法

　　干燥罐內儲存一定量的變色硅膠，這類硅膠吸水后會發生顏色變化�；�于這一特性，在干燥罐內放置微型的顏色傳感器，可以實時觀測初始硅膠的顏色變化，并將顏色信息同步的反饋到單片機中。單片機先將這些顏色信息暫時存儲起來，然后確定變壓器負荷穩定的時間段，將不屬于該時間段內產生的顏色信息全部剔除掉，降低干擾因素。然后以時間(t)為x軸，以顏色變化為y軸，得到了關于顏色變化周期的二維坐標曲線。

　　技術人員設定一個最大含水率指標(如70%)，然后將該指標下變色硅膠的顏色信息，作為最高限定值。當顏色變化曲線超過該限定值后，單片機發出兩條控制指令。一條是向半導體制冷片發出的制冷信號，另一條是向加熱單元發出的烘干信號。然后在適宜的溫度內，加熱并進行烘干。在這一過程中，顏色傳感器仍然會不斷的向單片機反饋吸濕硅膠的顏色變化情況，并繼續繪制顏色變化曲線。當曲線重新降低至最低限定值以下時，單片機再發出兩條控制指令。先是斷開加熱單元的電路，停止加熱，然后斷開半導體制冷片的電路，完成一個控制周期。

　　三、新型免維護吸濕器的技術效果

　　相比于目前市場上較為常見的免維護吸濕器，本文設計的一種改良控制系統的新型免維護吸濕器，具有以下技術優勢：(1)在法蘭下部增加了冷凝腔體，在吸濕硅膠烘干時產生的水蒸氣，通過冷凝腔體時，空氣中的水分子會預冷凝結。保證了呼入的氣體中只含有極少的水分，這就避免了傳統免維護吸濕器可能存在的水蒸氣被重復吸入的缺陷。(2)改良了過濾腔，在過濾腔的中空部位增加了除塵網，除了吸收空氣水分外，還兼顧了濾除雜質、灰塵的作用。改良之后不再需要金屬燒結網，這樣就避免了因為觀察不清楚、維護不到位，出現金屬燒結網堵塞并造成瓦斯繼電器誤動的缺陷。

　　(3)環境適應性好。內置加熱單元可以保證該設備在我國北方尤其是東北寒冷地區，冬季也不會出現過濾腔內結冰、堵塞的問題，保證了除濕器能夠全天候的發揮除濕作用。(4)控制精度高。本裝置中使用的是高精度的顏色傳感器，代替了普通免維護吸濕器中的濕度傳感器�？梢愿鶕�變色硅膠的顏色變化，更加靈敏的捕捉相關數據，保證了控制精度，讓吸濕硅膠始終發揮最大的除濕效果。(5)可以支持間歇式加熱，既可以保證烘干效果，又不會因為溫度過高讓吸濕硅膠變形、失效，延長了初始硅膠的使用壽命，真正實現了變壓器整個壽命周期內的免維護、免更換。

　　四、免維護吸濕器的發展前景

　　近年來免維護吸濕器的種類不斷豐富、功能更加多樣，在控制技術方面也進行著持續的創新。特別是隨著5G技術的推廣使用，以及今后高精度、微型傳感器的研發和使用，將會為免維護吸濕器的更好應用提供技術支持。例如，目前很多變壓器由于運行環境比較惡劣，免維護除濕器也有可能存在信號受到干擾，控制系統延時響應等問題。下一步隨著5G網絡的全覆蓋，讓偏遠地區的變壓器吸濕器也能夠實現信號的高精度、實時化傳遞，有助于提高單片機的響應速度和控制水平。在電力信息化背景下，免維護吸濕器的應用匯越來越廣泛，只有堅持技術創新，不斷提高控制水平，才能讓免維護吸濕器在變壓器設備中得到更好的應用。

　　結語：現階段免維護除濕器已經被廣泛的應用于變壓器中，在減輕設備管理人員壓力、保證變壓器穩定運行等方面發揮了顯著的作用。但是很多品牌、型號的免維護除濕器，在實際應用中也存在功能缺陷和安全隱患，必須要進行技術改良。本文從免維護吸濕器的控制系統出發，配合對部分組成結構的改良，進一步提高了設備的應用效果。同時，改良后的免維護吸濕器體積小巧、結構簡單、安全可靠，具有良好的推廣使用前景。

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　　作者：周林1馬學軍1鄭喬華1陳靜2

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