露點儀對SF6氣體濕度現場測試的影響

(廣西電網有限責任公司柳州供電局，廣西 柳州 545005)

1 前言

SF6氣體在常溫常壓下是一種無色、無味、無毒的氣體[1]，SF6的化學性質極為穩定，在常溫和較高的溫度下一般不會發生分解反應，其熱分解溫度為500℃。SF6的熱傳導性能比空氣好。SF6的電負性很強，這是由其中的氟元素的性質確定的。強電負性使SF6具有優異的電氣性能，在均勻電場下它的介電強度是相同氣壓下的空氣的2.5～3倍；另外由于SF6優異的熱穩定性和良好的熱傳導性，使其成為一種優良的滅弧介質。

由于SF6絕緣能力和滅弧能力優異、性質穩定等優點，目前廣泛應用于電力系統中。35kV及以上電壓等級的開關設備、電流互感器、電壓互感器以及110kV等級以上的GIS組合電器大多以SF6作為絕緣介質。

2 水分存在對設備的危害

在SF6設備中，水分的存在會對設備造成很大的危害[2]，主要體現在以下幾個方面：影響設備內部絕緣性能，設備的內部絕緣材料多為環氧樹脂，水分的增加會使其工頻閃絡電壓下降；影響設備的開斷性能，水分的存在促進SF6在電弧作用下的分解反應而阻止其復合反應，造成電弧間的SF6含量降低，導致其滅弧能力下降；腐蝕設備，水分與SF6在電弧作用下的分解產物發生水解反應，生成具有腐蝕性的產物，腐蝕設備絕緣材料，造成設備內部破損，強度降低，最終可能引起爆炸。因此在SF6設備運行過程中，對其進行SF6濕度監測是十分必要的。

在對SF6設備進行現場SF6濕度檢測時，外部影響因素很多，比如環境溫度濕度、測量儀器、設備內部所含雜質等。本文主要討論用露點法測試濕度時露點儀本身對SF6濕度現場測試產生的影響。露點儀對濕度測量的影響可以從以下幾個方面來探討。

3 露點儀影響濕度測量的因素

3.1 氣路系統

在進行濕度測量時，需將設備內部的SF6氣體通過氣管引至露點儀內部來，而所用氣管的材質、氣密性、長度、存儲方式都會影響到濕度測量的準確度。測量時如使用吸附性強的橡膠管，則一方面由于管壁會因事先吸附著較多的水分而帶入氣體中，另一方面管壁會吸附掉氣體中的部分水分，而造成濕度測量值的失真。氣密性不好的管路會因為氣管內外的水汽分壓不同而使水分滲透進氣管，也會造成濕度值失真。基于上述理由，在氣管選用上應遵循以下原則：使用吸附性弱的、氣密性良好的內拋光的不銹鋼管或者厚壁聚四氟乙烯管，長度盡量縮短[3,4]。此外，氣管不使用時應妥善保存，不能長期置于惡劣環境中，有必要時應放置在干燥裝置內。事實上由于吸附現象的存在以及完全實現絕對氣密的難度，要完全排除掉氣管的影響是比較困難的，最好的辦法是測試校正前用高純氮氣沖洗一遍氣管及儀器，不過此方法在現場測試時極其麻煩，因此，在現場測試時，需在測量值準確度和測試便利性之間取一個可接受的平衡點。

3.2 制冷能力

由于露點儀是通過對SF6氣體降溫使其中的水分結露來定量水分含量的，因此儀器的制冷能力極其重要。制冷能力在環境溫度較高或者SF6濕度較低時對濕度測量的影響較大，如果儀器置于較高溫度下時，容易出現不能結露的現象。露點儀工作時所要求的環境溫度是有一個范圍的，在該范圍內，濕度值是準確的。當溫度過高時，則有可能出現測量值偏差。露點儀是通過冷卻鏡面使氣體中的水蒸氣在鏡面上結露來測量露點再經計算得出濕度值的，其制冷溫度能力必然是有限的，環境溫度過高則儀器制冷所能達到的最低溫度也將相應上升，如果出現當儀器已經降到最低溫度，而仍然有部分氣體尚未結露，則測量出來的濕度值就會偏小[5,6]。更極端的現象是當儀器降到最低溫度時鏡面始終沒有結露，此時濕度便無法測量。此現象筆者在現場SF6濕度測試時也遇到過，正常測試時結露所需時間為五到八分鐘，而當溫度較高時，該時間會相應拉長，當出現二十分鐘仍未結露時則說明儀器制冷能力達不到測量該濕度所需的低溫。解決辦法是降低儀器周邊環境溫度，比如把儀器搬到有空調的車上放置一段時間后在車上進行測試。

通常露點儀有兩種制冷方式：半導體制冷、液氮制冷[7]。半導體制冷的特點是制冷迅速、無污染、容易實現高精度的溫度控制[8]，但是要實現-60℃以下的低溫溫度則比較困難；液氮制冷的制冷成本低，并且在低溫情況下能夠實現持續低溫的穩定。兩種制冷方式都有其影響的因素，在使用露點儀時應對儀器的制冷方式及其影響因素有所了解。

此外當儀器使用自身電池進行制冷時，其制冷能力會降低，從而可能不能正常結露，影響到露點值的準確性，此現象筆者在現場測試中遇到得比較多，正常的制冷過程，其溫度曲線為一個阻尼曲線，即先降低到一個低點然后適當升高，而后再次下降到一個比之前的低點稍高的谷底，如此反復最后趨于平穩。電量少時進行制冷，當溫度達到第一個低點時上升后無法再次下降，導致光電元件長時間探測不到結露，濕度數據無法得出。此時如果接上電源，重新制冷，則很快得到濕度值。因此，當使用儀器本身電池時，電量是一個應當注意的因素。

3.3 儀器特色功能

部分儀器廠家為儀器附加的特色功能，比如北京泰普的STP1000A+綜合檢測儀內附有其“高溫低濕模式”，屬于其廠家自身專利技術，該模式專為40℃以上的高溫環境，-50℃以下露點的SF6氣體而特殊設計，能夠杜絕高溫環境下或者低露點時無法測量的現象。該模式一般情況下應處于關閉狀態，在高溫環境下或者露點較低時才打開。筆者在現場實踐過程中發現，如果長期開啟高溫低濕模式，則可能導致濕度值長時間不能達到平衡；頻繁開閉該模式，也可能導致數據偏移。因此，各個儀器的特色功能，如果使用不當，也有可能會影響到濕度值的測量。

3.4 極端環境

環境溫度會對設備內部水分含量產生影響，溫度高時，測得的濕度大，溫度低時，測得的濕度小[9]。除了對設備內部SF6氣體中所含水分的含量產生影響外，在現場測試濕度時，環境溫度還會對測試儀器產生影響[5,6]。在高溫天氣時，儀器很可能因制冷能力受限而不能正常結露。另外，將儀器長期暴露在高溫暴曬的環境中，很有可能會對儀器造成無法恢復的損害，因為不僅是儀器制冷能力會受影響，儀器內部的光電元件也會因此受損而不能正常工作。

環境濕度過大時，儀器內部及氣路系統均受影響，水分會浸入氣管及儀器中[10]。為避免環境濕度對濕度測量值的影響，應保證濕度測量現場的濕度在一定范圍內，另外測量時應先將用待測SF6氣體流過氣管及儀器一段時間再進行測量。

3.5 其他

露點儀鏡面臟污會引起儀器誤判，本來沒有結露的鏡面由于鏡面受到外來固體顆粒、油污等雜質污染而使露點儀誤判為已結露，從而得出虛假的濕度值。

露點儀在結露過程中可能產生過冷水現象，會影響到儀器對結露的判斷[11]，如果露點儀不能識別出過冷水現象，則會影響濕度的測量。

露點儀需要定期校正，如果長期在惡劣環境下工作，校正周期應縮短，以保證測量結果的準確性，如果對現場測量數據置懷疑態度的，可以進行現場校正，以現場相同的溫度濕度下的純凈SF6氣體作為設備內SF6濕度測量的基準，可以排除掉不同環境下的濕度失真情況。校正時應當注意環境溫度濕度沒有波動，并且保證SF6氣體流量與測試時一致。

除了以上所列影響因素外，還有很多其他因素制約著露點儀的正常測量過程，由于露點儀內部部件復雜，每個部件都有其最佳工作環境和因素，如果不能滿足，則會帶來濕度值測量結果的失真，比如測溫元件受損會引起露點溫度測量的不準確；溫控元件受損會是儀器無法達到結露所需的穩定溫度等，這些都會影響到濕度的正常測量以及濕度值的準確性。

4 結語

上述的幾個因素并不是儀器對濕度測量的所有影響因素，而測量儀器也并非影響濕度值現場測量的唯一因素，還有環境溫度、環境濕度、設備內部雜質等，都是影響SF6濕度的顯著因素。由于SF6本身的很多物理化學電氣性質和變化規律還有待探索，以及現代測量儀器的多方面因此要想全面了解其濕度的測量，還需要更多的實際測量經驗和研究。

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