SF6氣體濕度計算優化與應用

孫紅梅，張 凱

（1.國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

SF6氣體濕度計算優化與應用

孫紅梅1，張 凱2

（1.國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

介紹了露點法測量氣體濕度的原理，研究并優化了SF6氣體濕度計算方法，并將研究所得方法應用于生產實際。通過對比應用情況發現，利用EXCEL、MATLAB、FrontPage等軟件實現優化的計算方法，優于目前采用的手動查找并計算的方法，而且通過對比幾種優化后的計算方法，得出用FrontPage實現的查找并計算方法具有占用資源少、界面明了等優點。

六氟化硫；露點法；微水計算

隨著電力系統的大力發展，SF6氣體絕緣的電力設備得到廣泛的使用，尤其是500 kV電壓等級的設備幾乎全部采用了SF6絕緣的全封閉或半封閉的設備［1-3］。隨著SF6氣體絕緣設備的試驗臺次增加，大量的試驗數據處理工作隨之而來，而目前采用的手動查找表格并進行計算的方法在效率和正確性等方面已不能滿足實際需求。

1 SF6氣體濕度測量和計算

1.1 SF6氣體露點值的測量

露點法測試的原理為：當一定體積的氣體在恒定的壓力下均勻降溫時，氣體和氣體中水分的分壓保持不變，直至氣體中的水分達到飽和狀態，該狀態下測得的氣體的溫度就是氣體的露點。故測量氣體的露點值可用于檢測氣體的相對濕度。在使用露點儀進行測試過程中必須要避免出現冷壁效應［3］，即水分在其它測試系統部分凝結現象，以保證所測得數據的正確性。常見露點儀連接方式如圖1所示。

圖1 常見露點儀連接方式1—SF6電力開關／SF6氣罐；2—取氣連接點；3—氣體輸送管；4—連接管控制閥門；5—接入儀器點；6—露點測試儀

1.2 露點值與氣體濕度的關系（PPM）

截止目前，并沒有簡單公式可用于表示露點值和氣體濕度值之間的關系，實際中均通過查找露點值和氣體濕度之間的關系表來實現露點值到氣體濕度的轉化。

1.3 不同溫度下氣體濕度的關系

在現行標準［4］中，要求20℃時，有電弧分解物隔室新充氣后的濕度≤150 μL／L，正在運行設備的濕度≤300 μL／L；無電弧分解物隔室新充氣后的濕度≤250 μL／L，正在運行設備的濕度≤500μL／L。

克勞休斯—克拉貝龍應用條件是純物質的氣—液、氣—固兩相平衡，是壓力和溫度的一種穩定關系方程式，溫度和飽和蒸汽壓之間的關系可用克勞休斯—克拉貝龍方程表示，在做不定積分并簡化后得出溫度與蒸汽壓之間的關系為

式中 β——變化的蒸汽壓力，β＝（ps／p?）0.25；

TS——飽和狀態時的溫度；

ps——飽和氣壓。

p?取1 MPa，T?取1 K，n1～n9是公式（1）的系數，其值如下：

表1 公式（1）系數值表

在進行不同溫度下氣體濕度的轉化時，為了應用更方便，學者們進行了大量的簡化研究。在目前提到了各種轉換方法中，廣泛采用由黑龍江電科院和山東電科院提出的折算公式［5］：

式中 χzs——不同環境溫度下濕度測量值折算到20℃時的數值，μL／L；

χcl——環境溫度t時的氣體微水值，μL／L；

Tt——環境溫度，K；

T20——20℃溫度，K；

p20——20℃時的飽和水蒸氣壓，Pa。

應用此公式時，需要根據環境溫度或20℃的溫度值查找《飽和大氣壓》表得到對應的飽和蒸汽壓。

2 氣體濕度計算方法優化研究

目前，在進行SF6氣體濕度計算時，采用手動查找氣體濕度與飽和大氣壓值的環節是影響計算結果正確性和計算效率的主要原因。從快速實現查找數據入手，利用不同軟件達到準確、快速進行SF6微水計算的目標。

2.1 EXCEL實現計算方法

利用常用軟件EXCEL，編輯計算公式，在將所需的數據表格輸入在EXCEL表單中，然后利用其自帶的函數，根據輸入的數據查找到其在表格中的對應的數據，再編輯計算公式算出最終結果，實現過程大致如下。

首先用Rounddown函數向下舍入功能和Mod函數的求余功能，將輸入的數據進行整數和小數部分的分離，為方便查找數據表格做準備。再利用Match函數返回所查找到的數據在數據表格中的行列位置值。利用得到行列位置值，用Index函數返回數據表中對應行列交叉處的值，將此值帶入到計算公式（2）中，得到所求結果。

2.2 MATLAB實現計算方法

當用戶通過手機得知相應的情況，根據相應的情況，做出相應的應對措施后，警報系統會撤銷相應的警報命令。當用戶回到家中，想撤銷安防系統時，可通過遙控撤防模塊，給單片機主機發送相應的撤銷安防系統的命令，單片機主機接收到遙控撤防模塊命令后，給傳感器模塊發送撤銷啟動信號，傳感器暫停工作，整個系統恢復不啟動狀態。

利用MATLAB軟件的強大矩陣數據處理能力、計算能力和Import date數據導入功能，將已有的EXCEL數據表格導入到MATLAB中，保存為mat文件，然后利用MATLAB矩陣數據處理功能查找出所需數據，利用公式（2），編輯出計算最終結果的函數，實現SF6氣體濕度計算過程的優化。

2.3 FrontPage實現計算方法

將FrontPage軟件編輯環境選擇在用代碼編輯的形式下，用JavaScript語言編寫所需程序，其中包括了查詢函數、結果計算函數和賦值函數。通過設置按鈕的onclick事件調用查詢函數、結果計算函數和賦值函數，實現氣體濕度的計算。FrontPage的網頁表格編輯功能可以使得界面更加清晰規整，給按鈕設置重置功能，可實現程序的重復使用，同時可以增設計算中間環節所用數據的顯示功能，以方便核查計算結果。

3 各種方法效果比較

通過對比所提出的優化的計算方法和手動查找計算方法實際使用情況，對不同計算氣體濕度方法所消耗的時間和計算結果的準確性進行了對比。

3.1 耗時比較

分別采用不同方式，對SF6微水試驗所測得露點值數據進行計算，每一種計算方法處理9個實驗數據，所消耗時間如表2所示。

表2 時間對比表 s

從表2可以看出，采用手動查找表格的方法進行計算，所消耗時間為110 s左右，是使用軟件進行查找表格并計算所需時間的9～10倍。3種軟件實現查找并計算的方法在消耗時間方面基本一致，大致在10 s以內，均優于手動查找并計算的計算方法。

3.2 正確性總結

在對數據結果正確性進行對比時發現，進行手動查表并計算結果時，由于數據表中的數據數量達2 000多個，查找時容易出現錯行錯列的情況，最終造成計算結果出現錯誤的概率很大。為了保證數據的正確性，手動查找并計算的結果要進行多人／次反復檢查。利用軟件編制氣體濕度計算程序或函數，優化數據查找和計算方法，不僅能夠保證所計算結果的正確性，同時能夠提高計算的效率，減輕計算工作的負擔。

3.3 綜合分析

使用手動查找數據表，然后代入公式（2）中進行氣體濕度計算，由于其耗時長，且不能保證計算結果正確性，已經不能滿足目前形勢的需求。

使用EXCEL軟件優化氣體濕度計算的不足之處是操作中容易引用無關單元格的內容，致使所編輯的計算公式或計算結果錯誤，但由于EXCEL是一款常見的辦公軟件，操作易學，使用方便。

利用MATLAB軟件優化氣體濕度的查找和計算時，其強大的數據查找和計算功能，使得只需編寫簡單的函數或程序就能實現優化氣體濕度的目的，但是由于MATLAB是較專業的計算軟件，需要占用較大的硬盤空間，要求配置有較高的計算機設備和具有一定的專業知識。

Frontpage軟件優化的氣體濕度計算方法，雖需要了解JavaScript語言，但依然具有明顯優點，界面清晰，易操作，HTM格式的文件可以用IE等瀏覽器打開，不需要安裝額外的軟件，占用資源少，使用方便。

4 結論

本文所提出的幾種優化SF6氣體濕度計算方法，能夠切實解決SF6氣體絕緣電力設備狀態檢測結果中對氣體濕度進行計算所遇到的問題，提出的幾種計算方法均能夠提高氣體濕度計算速度，保證氣體濕度計算結果的正確性。

［1］ 洪 鶴，魯旭臣.組合電器SF6氣體泄漏故障分析［J］.東北電力技術，2014，35（7）：27-29.

［2］ 張曉星，姚 堯，唐 炬，等.SF6放電分解氣體組分分析的現狀和發展［J］.高電壓技術，2008，34（4）：664-669.

［3］ 田 鵬，李付永.GIS設備漏氣現場處理工藝［J］.東北電力技術，2007，28（8）：35-37.

［4］ GB／T5832.2—2008，氣體中微量水分的測定第2部分：露點法［S］.

［5］ Q／GDW168—2008，輸變電設備狀態檢修試驗規程［S］.

［6］ DL／T 506—2007，六氟化硫電氣設備中絕緣氣體濕度測量方法［S］.

Optimization and Application of SF6Gas Humility Calculation

SUN Hong?mei1，ZHANG Kai2
（1.State Grid Liaoning Electric Power Company Limited Maintenance Branch Company，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper introduces the principle of measuring humility in SF6gas by using dew point method.SF6gas humility caluation method is studied and optimized，which is used to actual production.By comparing the differences among applications，it is found that calculation method optimized by softwares such as EXCEL，MATLAB，and FrontPage are better than the manual search and calcula?tion method.By comparing the several kinds of optimized calculation methods above，it proves FrontPage software has the advantages like fewer resources，clearer interface，and easier to use.

Sulfur hexafluoride；Dew point method；Micro water computing

TQ117

A

1004-7913（2015）03-0032-03

孫紅梅（1986—），女，碩士，高級工程師，主要從事高壓電氣試驗工作。

2014-12-17）