淺析SF6濕度現場測試的影響因素

摘要：SF6是一種廣泛使用為高壓電力設備的絕緣介質，具有優異的絕緣能力、滅弧能力、性質穩定等優點。在SF6設備中，水分的存在會對設備造成很大的危害，影響設備內部絕緣性能、影響設備的開斷性能、腐蝕設備，因此需要監測SF6設備中的SF6濕度。SF6濕度的現場測試是SF6設備預防性試驗的一個重要項目，在現場測試過程中，環境溫度、濕度、測試儀器、設備內部所含雜質以及SF6本身都會對濕度的測量造成影響，本文論述了上述幾個影響因素對濕度測量的影響機理及應對方法。

關鍵詞：SF6;濕度;露點法;影響因素

中圖分類號：TM835.1;TM855? ? ? ? ? 文獻標志碼：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]，其化學性質穩定，電氣性能優異，正因如此，SF6氣體被廣泛應用于電力系統中，作為高壓電力設備絕緣介質，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 水分存在對設備的危害

在SF6設備中，水分的存在會對設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在電弧作用下反應生產的酸性物質能腐蝕設備絕緣材料;其三，水分影響設備內部絕緣性能，使其閃絡電壓下降。因此SF6設備在運行過程中，需要對其進行SF6濕度測試，以便避免因濕度增加而造成的設備故障。中國南方電網《電力設備預防性試驗規程》（Q/CSG1206007-2107）對SF6濕度的要求是[3]：斷路器滅弧室氣室大修后不大于150μL/L，運行中不大于300μL/L。其他氣室大修后不大于250μL/L，運行中不大于1000μL/L。

由于大部分電力設備都是安裝在戶外，其環境復雜，在復雜多變的環境中進行SF6現場濕度檢測時，外部的影響因素很多，環境溫度、環境濕度、測試儀器、設備內部所含雜質均為主要影響因素。本文分別從以下幾個方面進行探討：

2 SF6現場測試的影響因素

2.1 環境溫度

環境溫度對SF6水分含量的影響顯著[4]，其原理是溫度會影響設備內部的水氣平衡。在電力設備內部氣相中及絕緣材料、設備內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態平衡，如果溫度發生變化，則破壞了該平衡，使SF6氣體中的水分含量改變以達到新的平衡。溫度升高時，絕緣材料、設備內壁釋放水分，氣體中水分含量升高;溫度降低時則氣體中水分含量降低。在對SF6進行濕度測試時，環境溫度是必須考慮的一個重要因素。為了更好地比較濕度數據，一般將實際測量的濕度值校正到20℃時的濕度值。

除此之外，在現場測試濕度時，溫度還會對測試儀器產生影響[5，6]。環境溫度過高，會對濕度的測量造成干擾。一般來說SF6濕度測試儀在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。當溫度過低或過高時，則有可能出現測量值較大誤差，通常溫度過高造成的影響較大，因此，夏天測試時，最好選擇晴天的清晨或傍晚進行，此時可以保證環境溫度較低，而濕度也不會太大。

2.2 環境濕度

環境濕度對SF6濕度測量的影響主要表現在兩個方面。對設備安裝的影響，設備在安裝時如果環境濕度較大，則設備內壁會吸附較多水分，當充進SF6氣體后由于氣體中的水分分壓很小，部分水分從設備內壁溢出，使氣體濕度增大[2，7];對氣體濕度均勻性的影響，由于設備內部SF6氣室的不規則，并且通常都是引出一個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，兩個部位之間存在一個濕度梯度。在現場測量時，所測得的濕度值更多地反映的是接口處的濕度值，如果設備內部空間稍大，則該濕度值并不能代表設備內部的平均濕度值。不過從濕度監督的角度來看，如果接口處的濕度值都一直在合格范圍內并且變化不大，那更能表明設備的狀態良好。

為避免環境濕度對SF6濕度測量值的影響，應保證SF6電氣設備的安裝及維修應在干燥的環境中進行，并且不能長期置于濕度過大的環境。另外，測量時應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對測試有較大影響，由于測試時需利用氣路系統將設備內部的SF6氣體引至儀器內來，因此氣路系統的干燥程度會影響到濕度測量的準確度。如使用橡膠管，因其吸附性較強，會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因為漏氣而造成濕度測量誤差。因此應選用吸附性弱的、氣密性良好的內拋光的不銹鋼管或者厚壁聚四氟乙烯管，并且要求長度要盡量縮短[8，9]。平時應妥善保存，最好放置在干燥裝置內，不能隨意放置，現場測試時如果不慎進水后需要進行干燥處理后才能再次使用。

測試儀器的制冷能力對濕度測量的影響也比較大，尤其在SF6濕度較低或者環境溫度較高時對濕度測量的影響更為顯著，對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，可能會無法測出濕度值。SF6濕度較低時，儀器需要將溫度降到更低的溫度下才能使水分結露，而環境溫度較高時，儀器降溫的起點相應升高，也需要更強的制冷能力。

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，冷鏡法露點儀一般可以在常壓下測量，也可以在高于常壓（設備壓力）的情況下測量，如DP19露點儀，在常壓下測量和在設備壓力下測試得到的其他露點值是不同的，在設備壓力下測試值必須通過換算才能得到最終的結果值，如果不注意換算當作直接的結果值，影響結果的判斷。

2.4內部所含雜質

SF6電力設備內部所含雜質也會對SF6濕度的測量產生影響[6]。對于運行時間較長的設備中，常存在以粉塵等形式存在的固體雜質，這些雜質通過儀器氣路進入露點儀，粘附在鏡面上，污染鏡面，引起儀器誤判，本來并未結露的鏡面因為存在油污或固體顆粒等雜質的污染而使儀器誤判為已結露，從而得出虛假的濕度值。另外設備中含有以蒸汽形式存在的雜質如有機溶劑蒸汽時，會與水分同時甚至先于水分在鏡面上結露，從而造成濕度變大的假象，在使用冷鏡法露點儀時會有此影響，而這些有機溶劑蒸汽對阻容法露點儀測試則沒有影響。

2.5 SF6氣體

SF6氣體的臨界溫度為45.6℃，SF6在45.6℃以上才能穩定地保持氣態，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液化現象，由于露點儀不能區分SF6液化在鏡面上所結的露與水分在鏡面上的結露，因此會給測量結果帶來誤差。這種現象在帶壓測量時較容易出現。常壓測量時，當露點低于-50℃時，即可能出現SF6液化現象，而如果是帶壓測量，則溫度較高時SF6已經液化，如壓力為0.6MPa時，SF6在-30攝氏度即液化、壓力為0.7MPa時，-25℃即液化。

SF6的升華點為-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為固體。濕度測試過程中，當鏡面溫度低于-63.8℃后，SF6氣體會在鏡面上固化，此時會造成誤差。一般經驗表明如果儀器指示露點溫度在-60℃以下的，則認為該值不是真實濕度值。

2.6其他因素

露點儀在結露過程中可能出現過冷水現象，影響儀器對結露的判斷[10]，當SF6氣體濕度較低時較容易出現過冷水現象，應注意避免。

通常測量SF6濕度有露點法、阻容法、電解法三種，露點法是現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，探測其中水分結露時的溫度，此溫度即為露點;阻容法是利用儀器內的氧化鋁薄膜的吸水特性與電容值的正比關系來對水分進行定量的;電解法是將干燥劑吸收的水分經電解池電解，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，由此測得的結果往往會有所偏差，因此不能直接橫向對比。

此外在現場測試時讀數取舍也是一個會造成誤差的過程，由于現場條件、設備內SF6濕度、工作人員的不同，造成數值的變化情況也不同，如果過早地讀取數值，則會造成濕度值的偏差;此外工作人員一般會參照歷史數據來讀取測試值，比如歷史數據較低而現場測試較高并且在一定范圍內擺動，則會傾向于讀取其最低值而不是取平均值。

3 結語

濕度的現場測量影響因素眾多，各個因素的影響顯著程度也不一樣。一般來說，要準確地測量設備的SF6濕度值，需要把所有的影響因素完全排除掉，而這是一個非常困難的事情。對于一般的設備預防性試驗，可以在考慮現場測試的便利性與試驗數據的準確性之間尋找到一個平衡點，既能保證試驗數據準確可靠，又能使現場測試比較方便快捷。這就要求試驗人員要對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。而這些經驗，都是需要現場測試人員不斷地總結和歸納的。

參考文獻：

[1] 孟玉嬋，朱芳菲.電氣設備用六氟化硫的監測與監督[M].北京：中國電力出版社，2009

[2] 李義倉，王宏.水分對SF6電氣設備的影響和濕度測量的影響因素分析[J]，試驗與分析，2007 vol.35，No.3：25-28

[3] Q/CSG1206007-2017.中國南方電網有限責任公司企業標準[S].電力設備檢修試驗規程.2017

[4] 蔡萱，李善風，肖雅. SF6氣體濕度檢測結果的分析與判斷[J].湖北電力，2012，10：18-20

[5] 畢玉修. 用露點儀現場檢測SF6氣體濕度中異常現象分析[J].江蘇電機工程.2006，09：56-58

[6] 林馨，林國慶.淺談SF6氣體濕度現場測量的主要影響因素與應對措施[J].電力與電工.2009，12：49-50

[7] 郭偉，祁炯，劉立華. 現場檢測SF6氣體濕度準確性的分析[J].華東電力.2013，07：1551-1554

[8] 王海軍. GIS內SF6氣體濕度測量的影響因素及修正方法[J].河北電力技術.2010，02：28-29

[9] 陳新崗，陳渝光，黃建國，鐘連超. 環境溫度及濕度對SF6斷路器中微量水分的影響及控制措施[J].高壓電器.2004，02：63-64

[10]張學范，崔劍等.露點儀鏡面過冷水的自動識別[J].化學分析計量.2004，01：51-54

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