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。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(nèi)部絕緣性能、影響設備的開斷性能、腐蝕設備，因此需要監(jiān)測SF6設備中的SF6濕度。SF6濕度的現(xiàn)場測試是SF6設備預防性試驗的一個重要項目，在現(xiàn)場測試過程中，環(huán)境溫度、濕度、測試儀器、設備內(nèi)部所含雜質(zhì)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(zhì)穩(wěn)定，電氣性能優(yōu)異，正因如此，SF6氣體被廣泛應用于電力系統(tǒng)中，作為高壓電力設備絕緣介質(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(chǎn)的酸性物質(zhì)能腐蝕設備絕緣材料;其三，水分影響設備內(nèi)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(wǎng)《電力設備預防性試驗規(guī)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(huán)境復雜，在復雜多變的環(huán)境中進行SF6現(xiàn)場濕度檢測時，外部的影響因素很多，環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、測試儀器、設備內(nèi)部所含雜質(zhì)均為主要影響因素。本文分別從以下幾個方面進行探討：

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SF6水分含量的影響顯著[4]，其原理是溫度會影響設備內(nèi)部的水氣平衡。在電力設備內(nèi)部氣相中及絕緣材料、設備內(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到新的平衡。溫度升高時，絕緣材料、設備內(nèi)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(huán)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(shù)據(jù)，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(xiàn)場測試濕度時，溫度還會對測試儀器產(chǎn)生影響[5，6]。環(huán)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(huán)境溫度是有一個范圍的，在該范圍內(nèi)，濕度值是準確的。當溫度過低或過高時，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，最好選擇晴天的清晨或傍晚進行，此時可以保證環(huán)境溫度較低，而濕度也不會太大。

2.2 環(huán)境濕度

環(huán)境濕度對SF6濕度測量的影響主要表現(xiàn)在兩個方面。對設備安裝的影響，設備在安裝時如果環(huán)境濕度較大，則設備內(nèi)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(nèi)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(nèi)部SF6氣室的不規(guī)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(xiàn)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(nèi)部空間稍大，則該濕度值并不能代表設備內(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，那更能表明設備的狀態(tài)良好。

為避免環(huán)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(huán)境中進行，并且不能長期置于濕度過大的環(huán)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(tǒng)對測試有較大影響，由于測試時需利用氣路系統(tǒng)將設備內(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(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]。平時應妥善保存，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(huán)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(huán)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(nèi)部所含雜質(zhì)

SF6電力設備內(nèi)部所含雜質(zhì)也會對SF6濕度的測量產(chǎn)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(zhì)，這些雜質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(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，由于露點儀不能區(qū)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(xiàn)象在帶壓測量時較容易出現(xiàn)。常壓測量時，當露點低于-50℃時，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SF6已經(jīng)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?yōu)楣腆w。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(jīng)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(xiàn)過冷水現(xiàn)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(xiàn)過冷水現(xiàn)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(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，探測其中水分結露時的溫度，此溫度即為露點;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系來對水分進行定量的;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，由此測得的結果往往會有所偏差，因此不能直接橫向?qū)Ρ取?/p>

此外在現(xiàn)場測試時讀數(shù)取舍也是一個會造成誤差的過程，由于現(xiàn)場條件、設備內(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，則會造成濕度值的偏差;此外工作人員一般會參照歷史數(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，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(xiàn)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(xiàn)場測試的便利性與試驗數(shù)據(jù)的準確性之間尋找到一個平衡點，既能保證試驗數(shù)據(jù)準確可靠，又能使現(xiàn)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(jīng)驗，都是需要現(xiàn)場測試人員不斷地總結和歸納的。

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作者簡介：陸定鋒（1986-），男，廣西河池人，武漢大學應用化學專業(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方面的工作。