淺析SF6濕度現(xiàn)場測試的影響因素

摘要：SF6是一種廣泛使用為高壓電力設(shè)備的絕緣介質(zhì)，具有優(yōu)異的絕緣能力、滅弧能力、性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。在SF6設(shè)備中，水分的存在會(huì)對(duì)設(shè)備造成很大的危害，影響設(shè)備內(nèi)部絕緣性能、影響設(shè)備的開斷性能、腐蝕設(shè)備，因此需要監(jiān)測SF6設(shè)備中的SF6濕度。SF6濕度的現(xiàn)場測試是SF6設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)的一個(gè)重要項(xiàng)目，在現(xiàn)場測試過程中，環(huán)境溫度、濕度、測試儀器、設(shè)備內(nèi)部所含雜質(zhì)以及SF6本身都會(huì)對(duì)濕度的測量造成影響，本文論述了上述幾個(gè)影響因素對(duì)濕度測量的影響機(jī)理及應(yīng)對(duì)方法。

關(guān)鍵詞：SF6;濕度;露點(diǎn)法;影響因素

中圖分類號(hào)：TM835.1;TM855? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

引言

SF6氣體在常溫常壓下是一種無色、無味、無毒的氣體[1]，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，電氣性能優(yōu)異，正因如此，SF6氣體被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，作為高壓電力設(shè)備絕緣介質(zhì)，例如變壓器、斷路器、電壓互感器、電流互感器、GIS組合電器等。

1 水分存在對(duì)設(shè)備的危害

在SF6設(shè)備中，水分的存在會(huì)對(duì)設(shè)備及絕緣造成很大的危害[2]，其一，SF6在電弧作用下能與水反應(yīng)分解，使SF6含量降低，滅弧能力下降;其二，水分與SF6在電弧作用下反應(yīng)生產(chǎn)的酸性物質(zhì)能腐蝕設(shè)備絕緣材料;其三，水分影響設(shè)備內(nèi)部絕緣性能，使其閃絡(luò)電壓下降。因此SF6設(shè)備在運(yùn)行過程中，需要對(duì)其進(jìn)行SF6濕度測試，以便避免因濕度增加而造成的設(shè)備故障。中國南方電網(wǎng)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（Q/CSG1206007-2107）對(duì)SF6濕度的要求是[3]：斷路器滅弧室氣室大修后不大于150μL/L，運(yùn)行中不大于300μL/L。其他氣室大修后不大于250μL/L，運(yùn)行中不大于1000μL/L。

由于大部分電力設(shè)備都是安裝在戶外，其環(huán)境復(fù)雜，在復(fù)雜多變的環(huán)境中進(jìn)行SF6現(xiàn)場濕度檢測時(shí)，外部的影響因素很多，環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、測試儀器、設(shè)備內(nèi)部所含雜質(zhì)均為主要影響因素。本文分別從以下幾個(gè)方面進(jìn)行探討：

2 SF6現(xiàn)場測試的影響因素

2.1 環(huán)境溫度

環(huán)境溫度對(duì)SF6水分含量的影響顯著[4]，其原理是溫度會(huì)影響設(shè)備內(nèi)部的水氣平衡。在電力設(shè)備內(nèi)部氣相中及絕緣材料、設(shè)備內(nèi)壁及吸附劑等固相中都含有一定量的水分，溫度壓力一定的條件下氣相中與固相中的水分保持著動(dòng)態(tài)平衡，如果溫度發(fā)生變化，則破壞了該平衡，使SF6氣體中的水分含量改變以達(dá)到新的平衡。溫度升高時(shí)，絕緣材料、設(shè)備內(nèi)壁釋放水分，氣體中水分含量升高;溫度降低時(shí)則氣體中水分含量降低。在對(duì)SF6進(jìn)行濕度測試時(shí)，環(huán)境溫度是必須考慮的一個(gè)重要因素。為了更好地比較濕度數(shù)據(jù)，一般將實(shí)際測量的濕度值校正到20℃時(shí)的濕度值。

除此之外，在現(xiàn)場測試濕度時(shí)，溫度還會(huì)對(duì)測試儀器產(chǎn)生影響[5，6]。環(huán)境溫度過高，會(huì)對(duì)濕度的測量造成干擾。一般來說SF6濕度測試儀在工作時(shí)所要求的環(huán)境溫度是有一個(gè)范圍的，在該范圍內(nèi)，濕度值是準(zhǔn)確的。當(dāng)溫度過低或過高時(shí)，則有可能出現(xiàn)測量值較大誤差，通常溫度過高造成的影響較大，因此，夏天測試時(shí)，最好選擇晴天的清晨或傍晚進(jìn)行，此時(shí)可以保證環(huán)境溫度較低，而濕度也不會(huì)太大。

2.2 環(huán)境濕度

環(huán)境濕度對(duì)SF6濕度測量的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。對(duì)設(shè)備安裝的影響，設(shè)備在安裝時(shí)如果環(huán)境濕度較大，則設(shè)備內(nèi)壁會(huì)吸附較多水分，當(dāng)充進(jìn)SF6氣體后由于氣體中的水分分壓很小，部分水分從設(shè)備內(nèi)壁溢出，使氣體濕度增大[2，7];對(duì)氣體濕度均勻性的影響，由于設(shè)備內(nèi)部SF6氣室的不規(guī)則，并且通常都是引出一個(gè)一定長度的管道作為測量接口，氣室中的SF6濕度分布并不均勻，而是呈梯度變化的，接口處的濕度較大，氣室中心的濕度較小，兩個(gè)部位之間存在一個(gè)濕度梯度。在現(xiàn)場測量時(shí)，所測得的濕度值更多地反映的是接口處的濕度值，如果設(shè)備內(nèi)部空間稍大，則該濕度值并不能代表設(shè)備內(nèi)部的平均濕度值。不過從濕度監(jiān)督的角度來看，如果接口處的濕度值都一直在合格范圍內(nèi)并且變化不大，那更能表明設(shè)備的狀態(tài)良好。

為避免環(huán)境濕度對(duì)SF6濕度測量值的影響，應(yīng)保證SF6電氣設(shè)備的安裝及維修應(yīng)在干燥的環(huán)境中進(jìn)行，并且不能長期置于濕度過大的環(huán)境。另外，測量時(shí)應(yīng)先將接口管道中的氣體排出，然后再測量。

2.3測試儀器

測試儀器的氣路系統(tǒng)對(duì)測試有較大影響，由于測試時(shí)需利用氣路系統(tǒng)將設(shè)備內(nèi)部的SF6氣體引至儀器內(nèi)來，因此氣路系統(tǒng)的干燥程度會(huì)影響到濕度測量的準(zhǔn)確度。如使用橡膠管，因其吸附性較強(qiáng)，會(huì)析出或吸入較多水分而造成濕度測量誤差。氣密性不好的管路會(huì)因?yàn)槁舛斐蓾穸葴y量誤差。因此應(yīng)選用吸附性弱的、氣密性良好的內(nèi)拋光的不銹鋼管或者厚壁聚四氟乙烯管，并且要求長度要盡量縮短[8，9]。平時(shí)應(yīng)妥善保存，最好放置在干燥裝置內(nèi)，不能隨意放置，現(xiàn)場測試時(shí)如果不慎進(jìn)水后需要進(jìn)行干燥處理后才能再次使用。

測試儀器的制冷能力對(duì)濕度測量的影響也比較大，尤其在SF6濕度較低或者環(huán)境溫度較高時(shí)對(duì)濕度測量的影響更為顯著，對(duì)于制冷能力較差的儀器如果SF6濕度較低，或者將儀器置于較高溫度下時(shí)，可能會(huì)無法測出濕度值。SF6濕度較低時(shí)，儀器需要將溫度降到更低的溫度下才能使水分結(jié)露，而環(huán)境溫度較高時(shí)，儀器降溫的起點(diǎn)相應(yīng)升高，也需要更強(qiáng)的制冷能力。

測試儀器測量壓力也能影響濕度值，壓力不同則濕度也不同，冷鏡法露點(diǎn)儀一般可以在常壓下測量，也可以在高于常壓（設(shè)備壓力）的情況下測量，如DP19露點(diǎn)儀，在常壓下測量和在設(shè)備壓力下測試得到的其他露點(diǎn)值是不同的，在設(shè)備壓力下測試值必須通過換算才能得到最終的結(jié)果值，如果不注意換算當(dāng)作直接的結(jié)果值，影響結(jié)果的判斷。

2.4內(nèi)部所含雜質(zhì)

SF6電力設(shè)備內(nèi)部所含雜質(zhì)也會(huì)對(duì)SF6濕度的測量產(chǎn)生影響[6]。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間較長的設(shè)備中，常存在以粉塵等形式存在的固體雜質(zhì)，這些雜質(zhì)通過儀器氣路進(jìn)入露點(diǎn)儀，粘附在鏡面上，污染鏡面，引起儀器誤判，本來并未結(jié)露的鏡面因?yàn)榇嬖谟臀刍蚬腆w顆粒等雜質(zhì)的污染而使儀器誤判為已結(jié)露，從而得出虛假的濕度值。另外設(shè)備中含有以蒸汽形式存在的雜質(zhì)如有機(jī)溶劑蒸汽時(shí)，會(huì)與水分同時(shí)甚至先于水分在鏡面上結(jié)露，從而造成濕度變大的假象，在使用冷鏡法露點(diǎn)儀時(shí)會(huì)有此影響，而這些有機(jī)溶劑蒸汽對(duì)阻容法露點(diǎn)儀測試則沒有影響。

2.5 SF6氣體

SF6氣體的臨界溫度為45.6℃，SF6在45.6℃以上才能穩(wěn)定地保持氣態(tài)，通常條件下SF6比較容易液化。在SF6濕度測量過程中，如果存在SF6液化現(xiàn)象，由于露點(diǎn)儀不能區(qū)分SF6液化在鏡面上所結(jié)的露與水分在鏡面上的結(jié)露，因此會(huì)給測量結(jié)果帶來誤差。這種現(xiàn)象在帶壓測量時(shí)較容易出現(xiàn)。常壓測量時(shí)，當(dāng)露點(diǎn)低于-50℃時(shí)，即可能出現(xiàn)SF6液化現(xiàn)象，而如果是帶壓測量，則溫度較高時(shí)SF6已經(jīng)液化，如壓力為0.6MPa時(shí)，SF6在-30攝氏度即液化、壓力為0.7MPa時(shí)，-25℃即液化。

SF6的升華點(diǎn)為-63.8℃，在此溫度以下，SF6氣體在0.1MPa的壓力即可由氣體直接變?yōu)楣腆w。濕度測試過程中，當(dāng)鏡面溫度低于-63.8℃后，SF6氣體會(huì)在鏡面上固化，此時(shí)會(huì)造成誤差。一般經(jīng)驗(yàn)表明如果儀器指示露點(diǎn)溫度在-60℃以下的，則認(rèn)為該值不是真實(shí)濕度值。

2.6其他因素

露點(diǎn)儀在結(jié)露過程中可能出現(xiàn)過冷水現(xiàn)象，影響儀器對(duì)結(jié)露的判斷[10]，當(dāng)SF6氣體濕度較低時(shí)較容易出現(xiàn)過冷水現(xiàn)象，應(yīng)注意避免。

通常測量SF6濕度有露點(diǎn)法、阻容法、電解法三種，露點(diǎn)法是現(xiàn)場測試最常用的一種方法，其原理就是讓SF6氣體通過冷凝鏡面，探測其中水分結(jié)露時(shí)的溫度，此溫度即為露點(diǎn);阻容法是利用儀器內(nèi)的氧化鋁薄膜的吸水特性與電容值的正比關(guān)系來對(duì)水分進(jìn)行定量的;電解法是將干燥劑吸收的水分經(jīng)電解池電解，然后測量電解電流大小，由此測得SF6的濕度值。由于幾種方法的原理不同，其影響因素也不同，由此測得的結(jié)果往往會(huì)有所偏差，因此不能直接橫向?qū)Ρ取?/p>

此外在現(xiàn)場測試時(shí)讀數(shù)取舍也是一個(gè)會(huì)造成誤差的過程，由于現(xiàn)場條件、設(shè)備內(nèi)SF6濕度、工作人員的不同，造成數(shù)值的變化情況也不同，如果過早地讀取數(shù)值，則會(huì)造成濕度值的偏差;此外工作人員一般會(huì)參照歷史數(shù)據(jù)來讀取測試值，比如歷史數(shù)據(jù)較低而現(xiàn)場測試較高并且在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)，則會(huì)傾向于讀取其最低值而不是取平均值。

3 結(jié)語

濕度的現(xiàn)場測量影響因素眾多，各個(gè)因素的影響顯著程度也不一樣。一般來說，要準(zhǔn)確地測量設(shè)備的SF6濕度值，需要把所有的影響因素完全排除掉，而這是一個(gè)非常困難的事情。對(duì)于一般的設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)，可以在考慮現(xiàn)場測試的便利性與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性之間尋找到一個(gè)平衡點(diǎn)，既能保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，又能使現(xiàn)場測試比較方便快捷。這就要求試驗(yàn)人員要對(duì)濕度測量的原理及影響因素完全掌握，以便于知道哪些因素可以忽略而哪些因素必須十分注意。而這些經(jīng)驗(yàn)，都是需要現(xiàn)場測試人員不斷地總結(jié)和歸納的。

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作者簡介：陸定鋒（1986-），男，廣西河池人，武漢大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)碩士研究生畢業(yè)，工程師，目前主要從事電力用油及六氟化硫試驗(yàn)方面的工作。